Yüksek binalarda taşıyıcı sistem çözümleri
Yüksek binalarda taşıyıcı sistem alternatifleri, kat yüksekliği az binalara oranla daha sınırlıdır. Geçmiş yüzyıllarda yapıların taşıyıcı elemanlarının ilk amacı düşey yükleri taşımak olmuştur. Gün geçtikçe deprem gerçeği daha çok anlaşılmıştır. Deprem sonrası yıkılan yapılar incelenmiş ve sebepleri ortaya koyulmuştur. Bu gelişmelere paralel olarak taşıyıcı sistem elemanlarının tasarımında deprem etkisi daha çok dikkate alınmıştır. Teknolojik gelişmeler ve çelik malzemelerin yapılarda daha sık kullanılmaya başlanılması ile binalar daha hafif olmaya başlamıştır. Özellikle yüksek yapılarda rüzgâr etkisinin daha hâkim olduğu anlaşılmış ve taşıyıcı sistem belirlenmesinde önemli olmuştur.
Bu sebeplerden dolayı yapı mühendisleri için yüksek binaların, deprem ve rüzgârdan meydana gelen yatay yüklere karşı dayanımı, yeni taşıyıcı sistemlerin tasarımında önemli bir yer sahibi olmuştur. İnşaat teknolojilerinin gelişmesi, bilgisayarların ve yazılımların yaygınlaşması, yeni malzemeler ve yenilikçi yaklaşımlar ile bina yükseklikleri her geçen gün artmıştır. Bina yükseklikleri 500 metrelere ulaşmış hatta günümüzde 1000 m mertebelerini bulmaktadır. Yapıların yüksekliği arttıkça taşıyıcı sistem seçenekleri azalır. Az katlı binalarda taşıyıcı sistem seçmek için daha çok alternatif bulunmaktadır. Bina yüksekliği arttıkça bu seçenekler daha az olmaktadır.
Bina yapımlarında beton malzemenin kullanımı yaygınlaştıktan sonra yapılan bina sayısı artmıştır. Daha sonraları yüksek dayanımlı betonların ortaya çıkması ile yüksek binalarda beton kullanımı artmıştır. Betonun çeliğe göre ucuz olması ve yangın dayanımının yüksek olması tercih sebeplerinden biridir. Beton ile çelik birlikte kullanılarak betonarme elemanları oluşturmaktadır. Ayrıca yapısal çelik endüstrisinin ilerlemesi ile yapılan çelik bina sayılarında artış olmuştur.
Çelik yapı elemanlarının imalat ve montajlarının hızlı olması ayrıca betonarme elemanlara nazaran daha narin kesitler olması tercih sebeplerinden bazılarıdır. Daha sonraları betonarme elemanlar ile yapısal çelik elemanları birlikte kullanılarak kompozit taşıyıcı elemanlar ve kompozit taşıyıcı sistemler ortaya çıkmıştır. Bu tip elemanların kullanılması ile daha narin kesitler ile yapısal taşıyıcılar oluşturulmuştur. Daha küçük boyutlarda kullanılan taşıyıcı elemanlar mimari tasarımın önünü açmaktadır.
Yapısal tasarımda deprem ve rüzgâr etkileri önemli ölçüde belirleyicidir. Bu tür yanal kuvvetlere karşı tasarım yaparken yenilikçi yaklaşımlar gelişmiştir. Yüksek binalarda dış destek elemanları kullanılmaya başlanmış ve yapıların yanal stabilitesi arttırılmaya çalışılmıştır. Ayrıca burkulması önlenmiş çaprazlar, damperler, izolatörler vb. sistemler yapı tasarımında kullanılmaya başlamıştır.
Kompozit kelimesini farklı malzemelerin bir arada kullanılması olarak tanımlayacak olursak aslında betonarme bir eleman da kompozit eleman olarak tanımlanabilir. Ancak yapısal eleman olarak tasarımlar düşünüldüğünde aslında kompozit olarak tanımlanan elamanlar beton ve yapısal çelik profiller ile birlikte teşkil edilen elemanlardır. Bu elemanlar çelik gömme veya çelik elemanlar içerisine doldurulmuş beton olarak sınıflandırılabilir. Döşeme sistemleri incelendiğinde betonarme döşemeler ve çelik kirişler üzerinde trapez saç ve beton ile teşkil edilen kompozit döşemeleri ayrı düşünebiliriz. Eleman bazında kompozitlik durumu bu şekilde izah edilebilir. Yapısal çelik profiller ile betonarme elemanlar (perde, kolon,) birlikte kullanılarak sistem olarak kompozit bir sistem elde edilebilir.
Yüksek binalarda taşıyıcı sistemler
Rijit çerçeve sistemler, Perdeli çerçeve sistemler – Çelik çaprazlı çerçeve sistemler – Boşluklu/boşluksuz betonarme perdeli çerçeve sistemler, Dış destekli (outrigger) çerçeve sistemler, Tübüler sistemler – Çerçeve-tüp sistemler – Kafes-tüp sistemler – Demet-tüp sistemler – Tüp içinde tüp sistemler.
