Cam elyaf takviyeli beton panel-doğrama birleşimi su geçirimsizlik detay tasarım önerileri

Abstract

Yirminci yüzyılın başından bu yana kullanılan ön üretimli beton, tasarımcılara yerinde döküm betonun sağlayamadığı birçok avantaj sağlamıştır. Betonun kontrollü üretim tesislerinde kalıplara dökülüp sahaya getirilmesi, bina üretiminde hızı ve kaliteyi artırmıştır. Kalıp kullanımına bağlı olarak ince detay ve çeşitli yüzey bitişleri vadeden ön üretimli beton, yapı sektöründe yoğun bir şekilde kullanılmaya başlanmıştır. Bu yeni üretim metodu betonun cephede kullanımına alan tanımış ve malzemenin geliştirilmesi için çalışmalar yapılmasını teşvik etmiştir. Özgün tasarımlara imkân sağlayıp yapı ağırlığının azaltılması için betonun kesit kalınlığını azaltıp dayanımını artıracak çözüm arayışlarına girilmiştir. Yapılan çalışmalar sonucunda 1960'ların sonunda cam elyaf takviyeli beton (CTB) elemanlar yapı sektöründe kullanılmaya başlanmış ve günümüzde halen yaygın bir şekilde kullanılmaya devam etmektedir. CTB panel, her proje için özel olarak üretilen bir yapı bileşenidir. Cephe tasarımının ilk aşamalarından itibaren üretici ile birlikte çalışılması gerekmektedir. CTB panelin diğer yapı elemanları ile oluşturdukları birleşimlerin doğru tasarlanıp uygulanmaması birçok yapı kusuruna yol açabilmektedir. Cephede en çok rastlanan birleşimlerden biri olan panel-doğrama birleşimi, doğru tasarlanıp uygulanmadığında su sızıntısı problemiyle karşı karşıya kalmaktadır. Bu sebeple tez çalışması CTB panel-doğrama birleşimi su geçirimsizlik performansına odaklanmıştır. Tez yedi bölümden oluşmaktadır. İlk bölümde tez çalışması ile ilgili sorun, amaç, kapsam, yöntem ve hipotez hakkında bilgi verilen giriş bölümü yer almaktadır. İkinci bölümde; cam elyaf takviyeli beton panellerin tarihten günümüze gelişimi ile birlikte, üretim, sevkiyat ve montaj süreçleri incelenmiştir. CTB paneli oluşturan tüm bileşenler sonraki bölümlerde yararlanmak üzere detaylı bir şekilde açıklanmıştır. Üçüncü bölümde; CTB panel, literatürden ve firmalardan elde edilen bilgilere göre sınıflandırılmıştır. Panel yüzeyine uygulanabilecek işlemler, yüzey özellikleri bölümünde ele alınmıştır. Panellerin cephede bir araya geliş biçimleri, aralarında oluşacak derzlerin düzeni, cephe düzeni bölümünde ele alınmış olup doğrama sistemi de bölümün devamında incelenmiştir. CTB cephe sistemi; panel, doğrama ve panel-doğrama birleşim noktası olarak ele alınmıştır. Bu bileşenler dördüncü bölümde cephe sisteminde sağlanması gereken performans gereksinimleri başlığı altında incelenmiştir. Tez çalışması kapsamında su ile ilgili performansa ağırlık verilmiş olup cephe bileşenlerinin su geçirimsizliği detaylı bir şekilde incelenmiştir. Beşinci bölümde panel-doğrama birleşim noktası su geçirimsizlik performansı ve detay tasarım ilkeleri incelenmiştir. Ele alınan ilkeler bölümün devamında firmalardan ve literatür örneklerinden alınan uygulanmış projeler üzerinden analiz edilmiştir. İncelenen tüm projeler cephede çelik karkaslı CTB panel ve bir doğrama birleşimi içermektedir. Proje inceleme bölümünde her bir projenin künyesi ve plan-kesit-görünüş seti 1/20 ölçekte verildikten sonra 1/5 nokta detayı incelemesi yapılmıştır. Bölüm başında incelenen detay tasarım ilkelerinden oluşan bir lejant oluşturulmuş, her bir ilkeye bir renk atanmıştır. Detay analiz sayfasında nokta detayın 1/5 ölçekli çizimi, detayın grafik temsili ve oluşturulan lejant yer almaktadır. Analiz edilen her bir detayda ele alınan ilkelerden hangilerinin ne şekilde kullanıldığı açıklanmış, ilkelerin kullanım sıklıkları grafiklerle anlatılmıştır. Altıncı bölümde; örnek analizlerinden ve literatürden elde edilen veriler doğrultusunda, yüzeyde su geçirimsizliği sağlayacak alternatif panel-doğrama birleşim detayları tasarlanmıştır. Tasarlanan detaylar, örnek analizlerde yer alan lejant kullanılarak irdelenmiş ve yüzeyde su geçirimsizlik ilkesinin ne şekilde sağlandığı açıklanmıştır. Oluşturulan seçenekler ile incelenen örnekler karşılaştırılmış olup mimarların ve CTB üreticilerinin bu çalışmadan ne şekilde faydalanabilecekleri sonuç raporunda açıklanmıştır.

Precast concrete, which has been used since the beginning of the 20th century, has provided designers with many advantages that cast-in-place concrete cannot. It was poured into molds in reinforced concrete production facilities and installed on the field, increasing the speed and quality of the building. Depending on the use of the formwork, concrete has begun to be concreted in a productive way, promising detail and surface finishes. This new production method allowed the use of concrete on the façade and encouraged studies to develop the material. In order to enable original designs and reduce the weight of the structure, solutions have been sought to reduce the section thickness of the concrete and increase its strength. Glass fiber reinforced concrete (GRC) elements started to be used in the building industry at the end of the 1960s and are still widely used today. GRC panel is a building component specially produced for each project. From the first stages of facade design, it is necessary to work with the manufacturer. The correct design and implementation of the combinations of the GRC panel with other building elements can lead to many structural defects. The main reason for this situation is the lack of data in the literature. The failure to design the correct detail due to lack of data by architects or GRC manufacturers leads to the design of the joint detail at the construction site. It is one of the most common combinations on the façade, which requires a special design for each combination of joinery and panel joint. If it is not designed and applied correctly, it faces the problem of water leakage. For this reason, the thesis study focused on the waterproofing performance of the GRC panel-joinery combination. The thesis consists of seven chapters. In the first part, there is the introduction part where information about the problem, purpose, scope, method, and hypothesis of the thesis study is given. In the second chapter; along with the development of glass fiber-reinforced concrete panels from history to the present, production, shipment, and installation processes have been examined. All the components that make up the GRC panel are explained in detail for use in the next chapters. In the third chapter; the glass-fiber reinforced panel was classified according to the information obtained from the literature and manufacturers. The processes that can be applied to the panel surface are discussed in the surface properties section. The way the panels come together on the façade, and the arrangement of the joints to be formed between them are discussed in the façade layout section, and the joinery systems are also examined in the continuation of the section. GRC façade system is considered as a panel, joinery, and panel-joinery joint. These components are examined under the heading of performance requirements that must be provided in the facade system in the fourth chapter. Performance requirements expected from the facade system; structural performance, water vapor-related performance, thermal performance, airtightness performance, sound performance, fire performance, and water-related performance. Within the scope of the thesis study, water-related performance was emphasized. The principles applied to ensure water control on the façade are considered the mass principle, the rain-screen principle, and the principle of water impermeability in a single stage on the surface. Within the scope of the thesis, the principle of water impermeability on the surface in a single stage was discussed, and the others were excluded. The waterproofing performance of the GRC panel and the joinery constituting the GRC façade system was examined according to the principle of water impermeability in one step on the surface, and the panel-joinery combination was handled in more detail in the fifth section. In the fifth chapter, the water-related performance of the panel-joinery junction is examined to provide water impermeability on the surface in a single step. Reference is made to the previous sections regarding the materials, component shapes, and sizes of either the GRC panel or joint to be used for this purpose. After the water-related performance of the GRC panel-joinery joint, the detailed design principles that should be applied to ensure waterproofing are reviewed. Of the nine detailed design principles reviewed, the pressure equalization chamber and the drainage and water discharging principles have been excluded as they can be used on façades where water impermeability is provided by rain-screen principle. All these principles are currently systematized for a façade system regardless of whether neither its material nor format is adapted to the GRC façade system to examine watertightness of the GRC panel-joinery joint. The principles discussed are analyzed through applied projects taken from companies and literature examples in the rest of the chapter. All the projects reviewed include a steel frame GRC panel and a joinery combination on the façade. In the project review section, after each project's tag and plan-section-view set were given at a 1/20 scale, a 1/5 scale point detail analysis was made. A key consisting of the detailed design principles examined at the beginning of the chapter was created, and color was assigned to each principle. On the detail analysis page, there are 1/5 scaled drawings of the point detail, a graphical representation of the detail, and the design principle key with assigned colors. In each analyzed detail, which principles are used and how they are used are explained, and the frequency of use of the principles is explained with graphics. Since the example projects obtained from the literature do not provide enough data, only examples taken from companies are included in the frequency graph. In the sixth chapter, in line with the data obtained from the example analyses and the literature, detailed design proposals for the panel joinery combination that will provide water impermeability on the surface have been created. The designed details were examined using the design principles key, which is also included in the example analysis, and it was explained how the principle of water impermeability was achieved in a single step on the surface. Since the use of GRC panels as a wall body or cladding has different detail design potential, these two cases are handled separately and different proposals are created. By comparing the suggestions made with the examined examples, the differences between the examined examples and the suggestions created on the basis of principle usage were revealed. In the conclusion section, it is explained how detailed design suggestions can be used by architects and GRC manufacturers. In this study, which is aimed to be this thesis could be used as a guide, it is explained that the suggestions revealed can be adapted to different shell and joinery styles since they are based on a principled basis. It is stated that the study presents only theoretical data and that the detailed design suggestions created by a future study in will reinforce the result. At the same time, it is stated in the result chapter that if there would be future work that affirms the detailed design suggestions, architects and manufacturers will be encouraged to use this study as a guide for their design.