Katalog

YAPI TEKNOLOJİSİ Akıllı yapılar llk akıllı bina 1989 yılında Japonya'da yapılmiştır. Bina bir test veya model binası olmayıp tamamen bir uygulama binasıdır. Binada yapılan sürekli ölçümler binanın deprem ve rüzgâr karşısında öngörüldüğü gibi davranıldığını gösteriyor. Mehmet Bakioğlu* kıl, tanımda fazla titiz davranmadan, değişen çevre şartlarına uyum sağlama yeteneği olarak tarif edilebilir. Bu nedenle değişen çevrede koşullarına uyum sağlayan sistemler akıllı sistemler olarak isimlendirilir. Bu durum yapılar için de geçerlidir ve değişen etkilere uyum sağlayan yapılara akıllı yapı adı verilir. Akıllı yapılar, değişen koşullara uyum sağlayan elemanların işlevlerine göre, iki grupta toplanabilirler. Birinci grup, yapıdaki servis görevi yapan elemanların akıllı olması. Binayı ısıtan sistemlerin değişen çevre sıcaklığına göre harekete geçip bina bölümlerini verilen programa göre ısıtması veya soğutması, kapıların, asansörlerin veya diğer hizmet birimlerinin verilen programa göre çalışması gibi. Bu tip işlevlerin bazıları günümüzde basit olmaları nedeni ile artık akıllı sistem grubunda kabul edilmiyor. örneğin bina giriş kapılarının otomatik açılıp kapanması gibi. Ikinci gruba giren akıllı yapı elemanları ise yapının taşıyıcı sistemi ile ilgili elemanlardır. Bu elemanlar, değişken kuvvetler altında (deprem, rüzgâr gibi) yapıda meydana gelen deplasmanları, hızı ve ivmeyi sensörleri yardımı ile anında ölçerler veya yapıda hazır bulundurulan enerjiyi kullanarak anında yapıya gerektiği kadar, kontrol kuvvetleri adı verilen, ilave kuvvetleri etki ettirirler. Bu kuvvetler yardımı ile yapının rijidliği, özel frekansı veya başka yapı parametreleri değiştirilip yapının yıkılması veya arzu edilmeyen deplasmanlan önlenir, aynen otobüste ayakta giden bir insanın, ani fren durumunda vücuduna yeni bir form vererek ayakta durmaya çalışması gibi. Bu şekllde yapılan kontrole aktif kontrol adı verilmekte ve birinci grupta bulunan akıllı yapılardan ayırt etmek için dinamik bakımdan akıllı veya uyumlu yapılar adı da verilmektedir. Ayrıca akıllı sistem grubuna girmeyen fakat yapı kontrolünü kendi bünyelerınde topladıklan enerji ile yapan (yaylar, kütleler gibi) veya yapıya gelen fazla enerjiyi söndüren (sürtünme plakaları gibi) sistemler de bulunmaktadır. Bu şekildeki yapı kontrolüne ise pasif kontrol adı verilmektedir. Bu yazıda göz önüne alınan akıllı yapılar, ikinci gruba giren yapılardır. Bu tip yapıların gerekliliği dört grupta toplanabilir. A 1) Yapıların daha esnek ve yüksek olması. Yeni malzemelerin dayanımların4346 Neden gerekli? daki artış oranı rijidliklerindeki artış oranından daha fazladır. Bu nedenle yeni malzeme kullanılarak yapılan yapılar az malzeme kullanılmasına karşın daha fazla esnek olmaktadırlar. Eski tip malzeme ile yapılan, Empire State Building'in tepe noktası kuvvetli rüzgârlarda 510 cm. hareket etmesine karşın yeni tip malzeme kullanılarak yapılan Wold Trade Towers'ın tepe noktası 6090 cm. hareket etmektedir. Ayrıca, yeni malzemelerdeki dayanım artışı daha yüksek yapılar yapmaya imkân verdiğinden, yapılar gittikçe daha yüksek ve daha esnek olmaktadırlar. Bu tip yapılarda teknik problem yanından deplasman bakımından konfor problemi de önem kazanmaktadır. Bugün 500 katlı yüksek bina tasarımı gündeme gelmektedir. 2) Depreme karşı dayanıklı bina tasarımında uygulanan kriterlerin değişmesi. Eskiden, binalar depremde can kaybı olmayacak şekilde tasarlanmakta idi. Şimdi ise önemli binaların (habeıieşme, hastane gibi) depremden hemen sonra da işlevlerini yapabılecek şekilde tasarlanması gerekmektedir. 3) Deprem esnasında önemli binaların yalnız kendilerinin değil, içinde bulunan aletlerın veya taşıyıcı sistem ile alakalı olmayan bazı bölümlerinin (özellikle nükleer tesislerde) de korunması gerekmektedir. 4) Yıkıldığı zaman çevreye çok büyük zarar verebilecek yapıların fazlalaşması (nükleer tesisler, açık deniz yapılan, yüksek kuleler gibi). 5) Az malzeme kullanılması. Ekonominin sonucu olan bu gereklilik, yere bağlı olmayan yapılar ile portabl yapılarda önemli bir gereklilik olarak ortaya çıkmaktadır. Yukarıda belirtilen durumlara karşı günümüzde çeşitli önlemler alınarak yapılar yapılmaktadır. Önlemlerden ilkı, yapıların bilgisayarlar yardımıyla, salt insan yeteneği ile mümkün olmayan hesap yöntemleri kullanılarak boyutlandırılmasıdır. Bir başka önlem ise, yapılarda pasif kontrol elemanlarına yer verilmesidir. Pasif kontrol, genelde, yapı temellerine sürtünme plakaları veya elastik mesnetler veya binanın çeşitli yerlerine sönümleyici kütleler konularak sağlanmaktadır. Bu elemanlar yardımı ile depremden veya rüzgârdan gelen enerji başka enerji formuna dönüştürülerek, yapıya veya yapı içindeki aletlere zarar vermesi önlenmektedir. Pasif kontrol elemanları kullanılarak yapılan yapıların sayısı (bilhassa temellere sürtünme plakaları konularak veya kauçuk mesnet kullanılarak yapılan yapılar) gün geçtikçe artmaktadır. Yukarıda belirtilen önlemlerın yeterli olmaması nedeni ile araştırmacılar çözüm olarak aktif kontrol yardımı ile akıllı yapı tasarımını düşünmüşlerdir. Aktif kontrolün yapılarda kullanılması yeni olmakla beraber diğer mühendislik dallarında kullanılması eskıdır. Pompalann belirlenen su sevilerinde kapanması, buhar kazanlarının makinelere istenilen hıza uygun buhar vermesi gibi. Elektrik ve elektronığin gelişmesi le günümüzde aktif kontrol uzay, uçak, haberleşme gibi endüstrilerde geniş ölçüde kullanılmaktadır. Yapı tasarımında yaklaşık yirmi beş yıl önce başlayan akıllı yapı üretme çalışmaları gittikçe artan hızla devam etmektedir. Çeşitli ünıversitelerde bire bir model deneyleri yapılmakta ve gerekli aktif kontrol elemanların (tendonların, aktif kütle sönümleyicilerinin) geliştirilmesine çalışılmaktadır. Bu çalışmalar sonunda, ilk akıllı bina, 1989 yılında Japonya'da (Kyobashi Seivva Buildıng) yapılmiştır. Bina bir test veya model binası olmayıp tamamen bir uygulama binasıdır. Binada yapılan sürekli çölümler binanın deprem ve rüzgâr karşısında öngörüldüğü gibi davrandığını göstermektedir. Binanın, şiddetli rüzgârlarda insanları rahatsız eden salınımlan önlenmiştir. Oinamik bakımdan akıllı binalar düşünce aşamasını geçmiş ve ilk uygulaması yapılmiştır. Geriye kalan ise uygulama tekniklerinin daha da geliştirilmesi ve çok yüksek olan maliyetlerinın düşü llk akıllı bina rülmesidir. Bu tip binaların gelecekleri hakkında herhangi bir kuşku bulunmayıp 21. yüzyılın binaları gözü ile bakılmaktadır. Bu tip akıllı binaların düşünce aşamasından uygulama aşamasına yirmi yıl gibi kısa bir zamanda geçmesine en önemli etken; bilgisayarlarda, elektronikte, ölçme tekniklerinde, kontrolörlerdeki büyük gehşimlerin yaklaşık aynı zamana rastlamasıdır. Şimdi düşünce aşamasında olan, kınetik yapılardır. Antik çağ düşünürlerinden Herakleitos'un "Her şey değişir. Değişmeyen tek şey değişimin kendisidir" sözünden esınlenenler, yapıların statik bir nesne olmayıp zamana ve ihtiyaçlara bağlı olarak değişen ve çevreye uyum sağlayan bir makine veya bir canlı gibi bir sistem olması gerektiğinı ileri sürmektedirler. Her ne kadar yazının başında belirtilen tipten akıllı yapılar değişen şartlara belırli ölçüde uyum sağlıyor ve dinamik karakteri bulunuyor ise de deplasmanları küçüktür, daha doğrusu, arzu edilmeyen deplasmanları azaltmaya yönelik bir sistemdir. Az malzeme kullanılması ile ortaya çıkan fazla deplasmanlar sistemde hazır bulundurulan enerji ile önlenmektedir, kısacası, azaltılan malzeme kütlesi yerine enerji kullanılmaktadır. Kinematik yapı olarak ısimlendırilen yapılarda ise deplasmanlar büyüktür ve sistemdeki enerji ise sıstemı hareket ettırmede kullanılmaktadır. Kinetik yapı olarak düşünülen örneklerden biri; fabrikada paket haline getırilen bir yapının kurulacağı yerde enerji verilerek, yapının içine konulan bilgisayar kodları yardımı ile yapının kendi kendisini kurmasıdır, aynen toprağa atılan bir tohumun genetik kodları takip ederek bitkinin taşıyıcı sistemini meydana getirmesi gibi. Bir diğer örnek, modüler sınıf ve binalardanmeydana gelen bir üniversite kampusudur. Kampusta devamlı bulundurulan bir vinç yardımı ile kampusun şekli ihtiyaçlar doğrultusunda çok kısa bir zamanda değiştırlmektedir. Kampus genişlemekte, daralmakta, sınıf veya bina ısmarlanarak büyümektedir. Kinetik yapıların öncüleri bugünkü portabl yapılardır. 21. yüzyılda kinetik yapılardan meydana gelen kinetik kasabalar, kinetik şehirîer düşünülmektedir. Kinetik veya aktif kontrol uygulanan yapılar ile canlılar arasında bazı benzeşimler bulunmaktadır. Sensörler algılama organlanna, kontrol kuvvetlerini etki ettiren tendonlar kaslara, bilgisayar programları ise genetik kodlara karşı gelmektedir. Detaya inildiğinde benzeşimleri daha da fazlalaştırmak mümkündür. Olanaklar elverdiği sürece doğayı örnek almanın akılcı bir yol olduğu gözükmektedir. * Prof. Dr., İTÜ Inşaat Fakültesi