TST 16 asma-germe (Gergili Membran) sistemler

Basınca çalışan sistemler
• -kemerler
• -kubbe ve kabuklar
• -yüzeysel ve katlanmış plaklar
Çekme çalışan sistemler
• Kablolar
• Membran sistemler
• Pnömatik (Şişirme) sistemler
Asma-Germe Sistemler
Asma – germe sistemler, taşıyıcı elemanları ankraj noktaları
arasına asılı kablolar olan bir sistemdir. Gergili Membran
Sistemler, diğer adıyla asma-germe sistemler, geleneksel
yapılardaki basınç ve bükülme esaslı tasarım yerine membran
yüzeyi boyunca uygulanan gerilmeye dayanan bir mimari
tarzdır. Eğri biçimlerin yarattığı strüktürel üstünlüklere ek
olarak kabloların yalnızca çekme etkisinde olmaları asma
sistemleri, büyük açılıkların kolon gerektirmeden geçilmesinde
en etkili sistemlerden biri durumuna getirmektedir. Bu şekilde
geleneksel mimarinin sınırlamalarının çok ötesine geçilerek
kapalı veya açık çok çeşitli tipte benzeri olmayan çözümlerin
sunulması
mümkün
olmaktadır.
Doğal salınışları zincir eğrisi biçiminde olan, çekmeye
çalışan çelik kabloların ve çelik ipliği ile
güçlendirilmiş ince membran örtülerin kesit
ölçülerinin çok az olması nedeniyle, bu strüktürler
hafiflik açısından büyük bir etkinlik ortaya koymuştur.
Geleneksel çelik sistemden 10 kez, dolu gövdeli
iskelet sistemden ise 100-150 kez daha hafif oluşları,
ekonomik çözümler getirmektedir. Bu ekonomi, salt
örtü öğesinde değil, diğer yardımcı öğelerde de
önemli oranda gerçekleştirilmektedir.
Malzeme
Temel olarak membran malzemesi liflerin dokunması ile
elde edilen özel bir tür kumaştır.Malzemeyi oluşturan lifler
esas taşıyıcı elemanlarıdır. Membran örtüleri malzeme
açısından iki ana grupta toplanabilir: PVC kaplı polyester ve
PTFE kaplı cam elyafı. PVC kaplı olanlar daha ekonomik,
ömürleri PTFE(polytetrafluoroethylene) ye göre daha kısa,
bol renk seçeneğine sahip, mevsimsel montaj demontaja
uygun malzemelerdir. PTFE kaplı olanlar ise daha pahalı,
daha uzun ömürlü, sınırlı renk seçeneği, sınırlı taşınabilirlik
ve mükemmel kir tutmama özelliklerine sahiptir. Ethylene
tetrafluoroethylene (ETFE) ise oldukça hafif cam gibi
transparan bir malzeme olmasına rağmen camın ağırlığının
%1’i kadar ağırdır. Stadyum ve spor salonu gibi yapılarda
tercih edilir 20 yıldan fazla bir süre kullanılabilir.
Örgü dokuma membran malzemeden meydana getirilen, hafif
ve kolay kurulup sökülebilen, asma germe membran
sistemlerin dayanımları, minimum yüzeyli ters eğrilikli
formlarından ve yüksek dayanımlı taşıyıcı özellikli
malzemelerinden ileri gelmektedir Hem taşıyıcılık işlevini,
hem de çatı kaplaması işlevini beraber yerine
getirebilmektedirler. Çekme mukavemetleri 90 kg/mm2’ ye
çıkmaktadır.
.
Noble House, NZ (PVC) Kansas City
Indoor Sports Facility, NZ (PVC)
Matiatia Ferry Terminal, NZ (PVC)
Abu Dhabi Corniche, UAE (PTFE)
Kansas City Live!, USA (ETFE)
Kansas City Live!, USA (ETFE)
Charlotte Area Transport System, USA (ETFE)
Form bulma
Örtülere veya kablo ağlarına germe kuvveti belli bazı noktalardan (mesnet
noktaları) çekilerek veya tutularak uygulanabilir. Bu durumda örtü veya
kablo ağı mesnet noktalarının arasında üç boyutlu bir yüzey oluşturur. Bu
yüzeyin formu, uygulanan germe kuvvetlerinin yüzeyin her noktasında
dengelenmesi sonucunda oluşur. Bu yüzeye Denge Formu (equilibrium
form) denir.
Temel denge formları:
Gerçek eyer formu parabollerin birbiri ile kesişmelerinden elde edilen
yüzeyden oluşur. Bu formu karakterize eden diğer bir özellik ise; iki
yöndeki diyagonal noktaların birbirine doğrular ile bağlanmasıdır.
• hyperparaboloid,
• high-point,
• saddle-shaped
• arch
Statik Analiz
Seçilen denge formu üzerinde; mevcut şartnamelere göre yapının geometrik
lineer olmama durumu göz önüne alınarak Statik Analiz yapılır.
Force Density metod kullanılarak bilgisayar programı ile analizde,
membran örtünün yüzeyi dikdörtgen ya da üçgen elemanlara bölünerek bir
eleman ağı oluşturulur. Bu ağ içinde zemine mesnet noktaları ile çelik
destek noktaları tesbit edilir. Oluşan ağ, kablo ağı olarak düşünülerek her
bir kablonun birleşim noktası düğüm noktası olarak ele alınır. Analiz
kuvvet dengesi prensibi üzerine kurulmuştur. Analiz sonucunda aşırı
gerilme yığınlarının olduğu bölgeler, deformasyonun fazla oluduğu yerler
varsa, öngermede, geometride, malzemede ya da mesnet noktalarında
değişikler yapılarak sistem güvenli hale getirilebilir. Analizi yapılan
membran örtü kesme kalıplarının çıkarılmasına hazır hale getirilmiştir.
Kesme Kalıpları
Statik analiz sonucunda belirlenen form, şeritler halinde
parçalanarak Kesme Kalıpları (Cutting Patterns – Patterning
Proces) hazırlanır ve uygun bir yöntemle birleştirilir. Kesme
kalıbı yöntemleri
• paneller belirlenir
• paneller seçilir
• kesme hatları belirlenir
Uygulanan gerilme dolayı malzemenin zaman içinde
esnemesinden ve yüklemeler altında uzayıp kısalmasında
oluşacak gerilme kayıpları da göz önünde tutularak kesme
kalıpları küçültülür. Böylece yüzeyin devamlı gerilme altında
sağlanır.
Kesme kalıplarının geometrisi koordinat listesi ve şekil olarak
hazırlanan data sayfaları olarak raporlanır.
Bu tür strüktürel malzemelerin kullanıldığı yapılar temelde
yeni uygulamalar olmayıp, kızılderili çadırı, yurt, bedevi çadırı
gibi geleneksel eski tarihi dokuma formların yeni ve modern
ve de yüksek dayanımlı, gelişmiş örgü dokuma malzemeler ile
tekrar yorumlanmasıdır. Geleneksel çadırlarda kullanılan deri,
pamuk, keçe, keten gibi yüzey örtülerinin yerini daha esnek ve
dış fiziki etkilere daha dayanıklı silikon, yumuşak P.V.C. veya
P.T.F.E.(teflon) kaplı aramid, polyester, cam lifi, kevlar lifi
örgü dokuma dokulara sahip membran malzemeler, ip, halat,
ahşap direkler gibi germe ve destek elemanlarının yerini de
ileri teknoloji ile geliştirilmiş son derece dayanımlı ve esnek
çelik kablolar, çelik dikmeler, uzay kafes veya çelik çerçeveli
sistemler, yüksek dayanımlı lamine ahşap kemerler almıştır.
Anadolu yarım adasında çadır geleneksel olarak eskiden
beri kullanıla gelmiştir. Ancak toplumların yerleşik düzene
geçmeleri ile birlikte çadır ve benzeri yapılar ağırlıklarını
yitirmişlerdir. Bizans, Selçuklu, Osmanlı dönemlerinde
çadırların daha çok askeri amaçlı kullanıldığı görülmüştür.
Daha sonraları ise ağırlıkla Yörükler tarafından yaylalarda ve
Akdeniz Bölgesi’nde kullanıldığı görülmektedir. 1980’li
yılların sonlarına doğru yurdumuzda eski tarihi formların tıpkı
1970’lerde Avrupa’ da olduğu gibi yeni modern ve yüksek
dayanımlı, gelişmiş örgü dokuma membran malzemeler ile
çağdaş
anlamda
tekrar
yorumlanmaya
başladığını
görmekteyiz.
Asma germe membran strüktrülerin ana elemanları olan,
aşırı gerilimlere dayanımlı kablolar ve dokuma membran
malzemeler yüksek teknolojileri gereği düşük maliyetli
değildirler.
Bu yapılar konvansiyonel ve endüstrileşmiş yapım
sistemlerine ve de demir, çelik, beton, betonarme gibi
malzemelere göre; kolay kurulup sökülebilme katlanıp
depolanabilme, çok kısa sürede yerinde uygulanabilme gibi
rasyonel özelliklerin getirdikleri avantajlara sahiptirler. Bunun
en iyi örneği Yeni İzmir Otobüs Terminali’nde yaşanmıştır. İlk
önce betonarme kabuk sistem olarak tasarlanan üst örtü;
şantiyede yapılabilirlik, uygulanabilirlik ve montaj sürecinin
kısalığı gibi rasyonel inşaat avantajlar getirmesi nedeni ile
çelik çerçeveli ters radyal membran bir üst örtü ile
değiştirilmiştir.
Ortaya çıkan yukarıdaki özellikler doğrultusunda asma
germe membran sistemler çok farklı işlevlere sahip yapılarda
kullanım alanı bulmaktadır. Bunların başlıcaları;
•
•
•
•
•
•
•
ticari yapılar,
endüstri yapıları,
spor yapıları,
sergi-kültür ve eğlence yapıları,
ulaşım yapıları, askeri yapılar,
açık alan düzenlemeleri ve
hatta konutlar olarak sıralanabilir.
Bunların ilk örnekleri olarak Ankara Altınpark Fuar
Alanı’ndaki açık hava tiyatrosunu ve tekerlekli paten pisti
örneklerini görmekteyiz. İstanbul Maçka Parkı’nda eski
Levent Kırca-Oya Başar Tiyatrosu’nda (yeni Gima) taşıyıcı
sistem olarak ağır bir çelik tonoz sistem ve örtücü olarak
membran malzemesi kullanılmıştır. Yine bir eğlence merkezi
olan Temalı Park; Tatilya’ da giriş saçağı olarak membran üst
örtü kullanılmıştır. Bu yapıya 2003 yılında alüminyum ve
membran malzemelerin kullanıldığı çok amaçlı salon
eklenmiştir.
Kuruluşları gereği, bu sistemlerde kalıp ve iskele yok
denecek kadar az kullanılmaktadır. Bu strüktürlerin 40 m’ den
az açıklıklarda uygulanmaları ekonomik olmamalarına karşın,
açıklıklar arttıkça ekonomikliği de doğru orantılı olarak
artmaktadır. Diğer taşıyıcı sistemler 100 m (10.000m2)
sınırından sonra ekonomik olmamakta ve yerlerini bu
sistemlere bırakmaktadır. Bu sistemlerin ekonomik sınırı da,
300 m. (90.000 m2) açıklığa kadar devam etmektedir. Asma –
germe strüktürler kısa sürede kurulabilmektedir. Bazı
uygulama türleri de, gereğinde sökülerek başka bir alanda
tekrar kurulabilmektedir.
Gergili membran yapıların temel kullanım alanları;
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Normal park ve rekreasyon alanları
Amfi tiyatro üstü kapatmaları
Tribün üstü kapatmaları
Fuar-Sergi salonları
Konferans toplantı salonları
Spor salonları
Yüzme havuzu üstü kapatmaları
Otopark üstü kapatmaları
Pazaryeri üstü kapatmaları
Bina girişleri
İç mekan uygulamaları (asma tavanlar, bölme paneller)
Asma - germe sistemlerin sanayi yapılarında
kullanımı
Asma - germe yapım sistemleri, büyük açıklıkların,
minimum kesitlerde, çok kısa sürelerde geçilmesine olanak
verebilmektedir. Sanayi yapıları, fonksiyonları gereği, büyük
açıklıklı olarak tasarlanan yapılardır. Bu açıdan asma - germe
sistemler, bu tür yapılarda kullanılabilmektedir. Fakat
avantajları ve dezavantajları açısından kullanım alanları
sınırlıdır.
Asma-germe taşıyıcı sistemleri oluşturan öğeler; asal ve
yardımcı olmak üzere iki grupta toplanmaktadır. Büyük
açıklıkların geçilmesine olanak sağlayan bükülebilir ve yüksek
mukavemetli gereçlerden oluşturulan örtü, bu sistemlerin asal
öğesidir. Yardımcı öğeler ise destek, kenar ve ankraj öğelerden
oluşmaktadır. Örtü, çelik kabloların çeşitli düzenlemelerinden
ve genellikle dokusal membranlardan oluşturulan yapı
bileşenidir. Yükleri çekme kuvvetleri ile asılma noktalarına
iletmektedir. Çelik kablolu örtüler, taşıyıcı ve taşınan olmak
üzere iki bileşenden oluşturulmaktadır. Çelik kablolar, sabit
mesnetler arasında tek tek veya bir ağ şeklinde asılarak
düzenlenen taşıyıcı bileşendir. Taşınan bileşen ise, kabloların
üzerine serilen veya kablolara asılan çatı kaplamalarıdır.
Membran örtüler, çeşitli PVC ve metal esaslı tekstil
ürünlerinden oluşturulan, gerilerek mesnetlere (asılma
noktaları) bağlanan ve çekmeye çalışarak yükleri asılma
noktalarına ileten bileşenlerdir. Hem taşıyıcılık işlevini, hem
de çatı kaplaması işlevini beraber yerine getirebilmektedirler.
Çekme mukavemetleri 90 kg/mm2 ye çıkmaktadır.
Membran örtülerde önemli detaylar şunlardır
Kenar öğesi; örtünün kenar düğümlerle bağlandığı, geometrik
biçimini sınırlayıcı işlevdeki öğesidir.
Destek öğesi; asma - germe sistemlerin, yükleri ankraj
noktalarına basınç kuvvetleri ile ileten, örtünün ayakta
durmasını sağlayan öğesidir.
Ankraj öğesi; asma germe sistemlerin biçiminin devamlılığını ve
dengesini koruyan, asılma noktalarının gergi kabloları ile
bağlandığı ve yüklerin zemine aktarıldığı sabit noktalardır.
Çelik kablolu örtülerde önemli detaylar
şunlardır:
•
•
•
•
1.Çelik kablo ek yerleri
2.Asılma noktaları
3.Düğüm noktaları
4.Göz oluşumları
Royal Melbourne Showgrounds, AUST (PVC)
Porirua Walkway, NZ (PVC)
roof of the main stand of the Steigerwaldstadion,
a football ground in Erfurt, Germany.
Montreal olimpik stadı
Montreal olimpik stadı
Montreal olimpik stadı kulesi
Montreal olimpik stadı
Schlumberger Cambridge Research Centre.
PTFE coated glass fibre membrane roof
Bank of America Pavilion
Boston, Massachusetts
Bar Dubai Corniche
Promenade Canopy
Tensile Structure - Canopy Over Stadium Seats
PTFE Conic Hong Kong Jockey Club
Multiple Conics Tensile Structure
Ripleys Yatch Club South Carolina
Öğrenci projeleri, sidney teknoloji ünv.