Ahşap-çelik hibrit yapısal sistemlerin performanslarının yapısal davranış, maliyet ve çevresel etki açısından karşılaştırılması

Abstract

Son yıllarda yapı sektöründe sürdürülebilirlik, kaynak verimliliği ve karbon salımının azaltılması gibi konuların ön plana çıkmasıyla birlikte, geleneksel tek malzemeli taşıyıcı sistemler yerine farklı malzemelerin avantajlarını bir arada kullanan hibrit yapı sistemlerine olan ilgi artmıştır. Bu bağlamda ahşap-çelik hibrit yapılar, ahşabın düşük karbon ayak izi ve hafifliği ile çeliğin yüksek dayanım ve süneklik özelliklerini birleştirerek hem yapısal performans hem de çevresel sürdürülebilirlik açısından önemli bir alternatif sunmaktadır. Ancak bu tür hibrit sistemlerin yalnızca yapısal davranış açısından değil, aynı zamanda ekonomik ve çevresel etkilerinin birlikte değerlendirilmesi gerekmektedir. Bu tez çalışmasının amacı, ahşap-çelik hibrit yapısal sistem örneklerinin performanslarını yapısal davranış, maliyet ve çevresel etki kriterleri çerçevesinde bütüncül bir yaklaşımla karşılaştırmalı olarak incelemektir. Bu doğrultuda, ahşap ve çeliğin farklı yapısal eleman konfigürasyonlarında kullanıldığı dört taşıyıcı sistem alternatifi seçilmiş ve her bir sistem aynı tasarım koşulları altında analiz edilmiştir. Yapısal performans değerlendirmesi, SAP2000 yazılımı kullanılarak gerçekleştirilen doğrusal analizler sonucunda elde edilen veriler üzerinden yapılmıştır. Deprem etkileri altında yapıların davranışını temsil etmek amacıyla maksimum taban kesme kuvveti, yer değiştirme ve ivme değerleri temel yapısal parametreler olarak seçilmiştir. Elde edilen sonuçlar irdelenmiştir. Ekonomik değerlendirme kapsamında, taşıyıcı sistemlerde kullanılan yapısal elemanlara ait malzeme miktarları belirlenmiş ve güncel birim maliyetler esas alınarak toplam yapısal maliyetler hesaplanmıştır. Çevresel etki analizi ise yapı malzemelerinin birim kütle/hacim başına karbon emisyonu (GWP) değerleri kullanılarak gerçekleştirilmiş ve her bir taşıyıcı sistem için toplam karbon emisyonu değerleri elde edilmiştir. Maliyet ve karbon emisyonu verileri de taşıyıcı sistem alternatifleri için karşılaştırılmıştır. Çalışmanın son aşamasında, yapısal performans, maliyet ve karbon emisyonu değerleri birlikte ele alınarak taşıyıcı sistemlerin genel performansları değerlendirilmiştir. Bu çok kriterli değerlendirme yaklaşımı sayesinde, sistemlerin yalnızca yüksek yapısal performans göstermesi değil, aynı zamanda ekonomik olarak uygulanabilir ve çevresel açıdan sürdürülebilir olması da dikkate alınmıştır. Elde edilen bulgular, ahşap-çelik hibrit yapı sistemlerinin farklı tasarım önceliklerine göre değişen performans özelliklerine sahip olduğunu ve tasarım sürecinde tek bir kriter yerine çok kriterli bir değerlendirme yapılmasının gerekliliğini ortaya koymaktadır. Çalışma kapsamında incelenen dört farklı taşıyıcı sistem arasında, yapısal analiz sonuçları bakımından belirgin farklılıklar olduğu görülmüştür. Taban kesme kuvveti açısından CLT panel (çapraz lamine ahşap) döşeme ve CLT perde duvara sahip çelik çerçeve sistemi (Tasarım-3) en düşük değerlere sahipken, maksimum deplasmana bakıldığında CLT döşeme ve çelik çaprazlı çelik çerçeve sistemi (Tasarım-4) daha rijit bir davranış sergilemiştir. İvme değerleri incelendiğinde ise en yüksek değerler Tasarım-4'te, en düşük değerler trapez sac üzeri beton döşemeli ve CLT perde panelli çelik çerçeve sisteminde (Tasarım-2) elde edilmiştir. Bu bulgular, taşıyıcı sistem performansının tek bir yapısal parametre ile tanımlanamayacağını ortaya koymaktadır. Yapısal performans göstergelerinin birlikte değerlendirilmesi sonucunda en iyi yapısal performansın Tasarım-3'e ait olduğu belirlenmiştir. Maliyet açısından trapez sac üzeri beton döşemeli ve çelik çaprazlı çelik çerçeve sistemi (Tasarım-1) en ekonomik çözüm olarak öne çıkarken, CLT kullanımının yapı elemanlarında yoğun olduğu Tasarım-3 en yüksek maliyetli alternatif olmuştur. Çevresel etki (GWP) sonuçları bakımından, Tasarım-3'ün en avantajlı sistem olduğu görülmektedir. Yapısal performans, maliyet ve çevresel etkinin birlikte değerlendirildiği genel performans sonuçlarına göre ise Tasarım-4, en uygun taşıyıcı sistem alternatifi olarak belirlenmiştir.