Tünel kalıp sistemi kullanılan betonarme yüksek yapılarda bina özellikleri ile maliyet arasındaki ilişkiler
Relationship between the building features with cost for tunnel form high-rise buildings
Yazar: ENVER BURAK TÜRKEL
Danışman: DOÇ. DR. ESİN ERGEN PEHLEVAN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Birim maliyetleri = Unit costs ; Doğrusal olmayan regresyon = Nonlinear regression ; Tünel kalıp sistemi = Tunnel form system ; Çoklu regresyon analizi = Multiple regression analysis ; İnşaat maliyetleri = Construction costs

Özet:
Türkiye'deki hızlı kentleşme ve nüfus artışı, büyük kentlerin sayısını ve yoğunluklarındaki artışı da beraberinde getirmiştir. Ancak bu hızlı ve kontrolsüz kentleşme, gecekondulaşmaya ve niteliksiz konut yapımına da neden olmuştur. Şartname ve yönetmeliklere uygun olmayan mevcut konutların yenilenmesi ya da farklı alanlara yeni konutların yapılması sonucu kısa zamanda çok sayıda yeni konutun üretilmesi gerekmektedir. Konut üretiminde, bu denli büyük olan ihtiyaca cevap verebilmek için, inşaat alanında üretkenliğin arttırılmasına olanak sağlayan, endüstrileşmiş yapım sistemlerinden biri olan tünel kalıp sistemi, özellikle toplu konut projelerinde son yıllarda çok yaygın şekilde kullanılmaktadır. Tünel kalıp sistemlerinin ülkemizde bu denli yaygın kullanımına rağmen yapılan araştırmalar sonucunda maliyetlerine yönelik kapsamlı bir çalışmaya ve kaynağa rastlanmamıştır. Fakat bina nihai maliyetlerinden önce tasarım evrelerindeki bina maliyetlerinin belirlenmesi büyük önem taşımaktadır. Tünel kalıp sistemi ile yapılacak binaların tasarım evrelerinde bina özellikleri çerçevesinde maliyetlerinin doğru olarak belirlenmesi en uygun mimari çözümlerin sağlanarak binaların daha düşük maliyetli yapılmasına olanak sağlayacaktır. Sınırlı kaynaklara sahip olan inşaat projelerinde amaç minimum maliyet ile maksimum faydanın sağlanmasıdır. Bu doğrultuda çalışmanın amacı betonarme taşıyıcı sisteminde tünel kalıp kullanılan çok katlı yüksek binalarda maliyet ile bina özellikleri arasındaki ilişkinin belirlenmesi ve bu amaç doğrultusunda da bina maliyetlerinin düşürülmesidir. Bu kapsamda binalara ait gerçek maliyet verisini kullanılarak cevaplandırılması amaçlanan belli başlı araştırma soruları şunlardır: (1) Bina toplam birim maliyeti, bina özellikleri ile nasıl değişmektedir? (2) Kat taban alanının yükseklik ile toplam birim maliyet arasındaki ilişkiye etkisi nedir? (3) İş gruplarına ve iş kalemlerine ait birim maliyetler bina özellikleri ile nasıl değişmektedir ve bunlar toplam birim maliyeti nasıl etkilemektedir? (4) İş gruplarının ve iş kalemlerin toplam maliyet içerisindeki oranı bina özellikleri ile nasıl değişmektedir? (5) Malzeme ve işçilik birim maliyetleri bina özelliklerinden nasıl etkilenmektedir? (6) Literatürde verilen indeks denklemlerinden elde edilen değerlere göre toplam birim maliyet nasıl değişmektedir? (7) Kat taban alanı ile birlikte kat sayısı (bina yüksekliği) maliyeti nasıl etkilemektedir? 
Bu amaçlara ulaşmak için öncelikle literatürde bina özellikleri ile maliyetin değişimi inceleyen çalışmalar araştırılmıştır. Çalışmalardan bina maliyetine etki eden; yapı yüksekliği, kat sayısı, plan şekli, verimliliği ve büyüklüğü, kat yüksekliği, daire büyüklüğü, kat alanı, bodrum kat sayısı, daire sayısı, gibi bina özellikleri belirlenmiştir. İkinci aşamada 2006 ile 2013 yılları arasında İstanbul'da tünel kalıp sistemi ile betonarmesi yapılmış, yükseklikleri 25 metre ile 142 metre, kat alanları 455 ile 1.075 m2 arasında değişen 65 adet çok katlı konut binasının projeleri üzerinden metraj çalışmaları yapılmıştır. Metraj verileri ile 2013 yılı piyasa koşulları birim fiyatları kullanılarak binalara ait maliyetler oluşturulmuştur.
Çalışmanın üçüncü aşamasında maliyetler ile belirlenen bina özellikleri arasında önceki çalışmalar ile karşılaştırılmalı analizler yapılmıştır. Analizlerde Kim ve diğ. (2004) tarafından da belirtildiği gibi hem analitik hem de tahmine dayalı metotlar ile yeni değerlerin araştırılmasında en kuvvetli ve güvenilir istatistiksel yöntem olmasından dolayı regresyon analizi yöntemi kullanılmıştır. Analizler genel olarak dört maliyet grubunda yapılmıştır; (1) toplam birim maliyeti, (2) iş grupları bazında birim maliyet (ör. zemin kat altı kaba inşaat işleri, duvar işleri), (3) bazı iş kalemleri (ör., kalıp, demir, beton) bazında birim maliyet, (4) malzeme ve işçilik bazında birim maliyet.
Başlangıçta, belirlenen bina özellikleri ile maliyetler arasındaki ilişkiler analiz edilmiştir. Buna göre bina yüksekliği ile birim maliyet arasında U şeklinde bir eğri elde edilmiştir ve 65 m yüksekliğindeki binalarda maliyetin minimum olduğu görülmüştür. Çalışmadaki binaların ortalama kat yüksekliği 299 cm olup 65 m yüksekliğindeki binaların yaklaşık 22 katlı olduğu hesap edilmiştir. Kat sayısı ile birim maliyet arasında ise bina yüksekliği analizinden elde edilen sonuçla aynı sonuç elde edilmiş olup 22 katlı binalarda maliyetin minimum olduğu görülmüştür. Benzer şekilde brüt inşaat alanı ile birim maliyet arasında yapılan analizde de yaklaşık 14.572 m2 alanlı binaların minimum maliyetli olduğu görülmüştür. Sonuç olarak 20 ile 22 katlı, 60 ile 65 m yüksekliğinde ve yaklaşık 745 m2 normal kat alanına sahip binalar minimum maliyetli olmaktadır. Benzer olarak bina kat alanın birim maliyet ile yükseklik arasındaki ilişkiye etkisi incelendiğinde, küçük ve büyük kat alanına sahip binalarda bu ilişkinin yine U eğrisi şeklinde olduğu görülmüştür. Bu iki kat alanı aralığından farklı olarak orta büyüklükte kat alanına sahip binalarda ise birim maliyet yüksekliğin artması ile birlikte doğrudan artmaktadır. Bununla birlikte, orta büyüklükte kat alanın sahip binaların birim maliyetleri, genellikle aynı yükseklikteki daha büyük kat alanına sahip binalardan daha düşük olmaktadır. Bunlara ilaveten binaların enlerinin boylarına oranı ne kadar artarsa, yani binalar ne kadar narin kesitli hale gelirlerse birim maliyetleri de o kadar yüksek olmaktadır. Binanın dış cephesinde mimari kaygılar düşünülerek yapılacak girinti ve çıkıntılar, bina çevre uzunluğunu dolayısıyla dış cephe duvar miktarını arttıracağından birim maliyeti doğrudan arttırmaktadır. Bina çevre uzunluğu ve en/boy oranı dışında kat yüksekliği de birim maliyeti doğrudan etkilemekte ve büyük oranda arttırmaktadır. Tasarım evresinde kullanım amacı dışında kat yüksekliğinin fazla arttırılmaması gerekmektedir. Benzer şekilde bodrum kat sayısının arttırılması da maliyeti doğrudan arttıran özelliklerin başında gelmektedir. Daire alanlarının arttırılması maliyeti düşürürken, aynı kat alanında daha fazla daire yapılması birim maliyeti arttırmaktadır. Çalışmada toplam birim maliyeti oluşturan malzeme ve işçilik birim maliyetleri ile yükseklik ve yapı büyüklüğü arasındaki ilişkiler de incelenmiştir. Yükseklik ve yapı büyüklüğünün artması ile malzeme birim maliyeti U eğrisi şeklinde bir artış gösterirken, her iki değerin artması ile işçilik birim maliyeti hemen hemen sabit kalmaktadır. Buradan çıkarılacak sonuçla, bu iki bina özelliği karşısında toplam birim maliyetteki değişimin malzeme birim maliyetinden kaynaklandığı söylenebilir.
Yapı yüksekliği ve yapı büyüklüğü ile toplam maliyetin alt kırılımları olan iş grupları ve iş kalemlerinin maliyetleri arasında da analizler yapılmıştır. Yüksekliğin ve yapı büyüklüğünün artması ile kaba inşaat işleri, mekanik işler, duvar işleri maliyetleri artmaktadır. Bunlardan farklı olarak elektrik ve asansör işleri maliyetleri U eğrisi şeklinde bir değişim göstermektedir. İş kalemleri bazında ise beton ve demir işlerinin birim maliyetleri artarken kalıp işlerinin maliyeti azalmaktadır. Sıva işleri ile şap işlerinde ise kayda değer bir değişim olmamaktadır. 
Plan verimliliği çerçevesinde yapılan analizlerde ise literatürdeki birim maliyetin değişiminin araştırıldığı indeks değerlerinin ne kadar gerçeği yansıttığı incelenmiştir. Genel anlamda plan verimliliği, plan şekli basitleştikçe artmakta ve bunun neticesinde de birim maliyet azalmaktadır. Buna göre indeks değerlerinin birçoğu ile birim maliyet doğru orantılı olarak atmaktadır. İndeks değerleri arasında farklılık gösteren plan yoğunluğu indeksi ile hacim sıklığı indeksi olmaktadır. Plan yoğunluğu indeks değeri arttıkça birim maliyet azalmaktadır. İndeks değerleri arasında en farklı sonucu ise hacim sıklığı indeksi vermektedir ve hacim sıklığı indeksi ile birim maliyet arasında U şeklinde bir ilişki bulunmaktadır.
Ayrıca çalışmada iş grup ve kalemlerine ait maliyetlerin toplam maliyete oranlarının yükseklik ve brüt inşaat alanı ile değişimleri incelenmiştir. Bu analizlerde kaba inşaat işleri ile alt kırılımları olan zemin kat altı, zemin kat üstü maliyetleri ile kalıp, demir ve beton işlerinin toplam maliyet içerisindeki oranlarının yüksekliğe ve inşaat alanına bağlı olarak nasıl değiştiği araştırılmıştır. Buna göre bina yüksekliğinin ve inşaat alanın artışı ile kaba inşaat işlerinin toplam maliyete oranı ters U eğrisi şeklinde değişmektedir. Buna karşılık, zemin kat altı kaba inşaat işlerinin toplam maliyete oranı artarken zemin kat üstü kaba inşaat işlerinin oranı tam tersine azalmaktadır. Yükseklik ve yapı büyüklüğü arttıkça kalıp, demir ve beton iş kalemlerinin maliyetlerinin toplam maliyet içerisindeki oranlarının; kalıp işleri için azaldığı, demir ve beton işleri için arttığı görülmüştür.
Çalışmanın analiz bölümünün sonunda geliştirilen denklem ile binaların tasarım evrelerinde kat sayısı ve kat alanına bağlı olarak yapılacak maliyet tahminlerinde daha gerçekçi sonuçlar elde edilmesi hedeflenmiştir. Özellikle ülkemizdeki imar planlarındaki TAKS, KAKS ve hmax değerleri ile belirli sınırlandırmalar getirildiğinden, elde edilen bu veriler çerçevesinde aynı kullanım amacına hizmet eden daha düşük maliyetli binaların tasarlanması sağlanabilecektir.
Tünel kalıp sistemi kullanılan binaların verileri literatürde maliyet tahmininde kullanılan diğer metotlar ile de incelenerek çalışma kapsamının geliştirilmesinde fayda bulunmaktadır. Ayrıca çalışmada kullanılan binalar dışında fiziksel ve geometrik özelliklere sahip binalarda da benzer çalışmalar yapılarak çalışma kapsamı genişletilebilir. Gelecekte benzer çalışmalar farklı kullanım amacına sahip binalar ile İstanbul dışındaki özellikle farklı deprem bölgelerindeki konut binaları için de yapılabilir. Bu çalışmanın sonuçları, akademisyenler ve inşaat sektörü çalışanları tarafından İstanbul'da tünel kalıp sistemi kullanılarak inşa edilecek binalarda bina özellikleri ile birim maliyet arasındaki ilişkinin daha iyi değerlendirilmesi için kullanılabilir.

Abstract:
Rapid urbanization and population growth in Turkey increased the number of big cities and the population density. However, this rapid and uncontrolled urbanization has decreased the construction quality and led slum residences that are substandard. New residences should be constructed, and these substandard buildings should be demolished and renewed. In order to supply this demand, new construction techniques such as tunnel form that increases productivity in construction projects has been widely used in recent years in public housing projects. Although tunnel forms have been widely used in the public housing projects, no comprehensive study has been conducted to investigate the effects of the tunnel forms in the total cost estimation. During the predesign and design stage, the total cost estimation of the construing is vital. When tunnel forms are used in the construction, in order to obtain the most appropriate architectural solutions, the total cost of the construction should be precisely estimated. The goal of the construction project, which has limited resources, is to provide maximum benefits at minimum cost. In this context, the aim of this study is to determine the relation between building cost and building features for high-rise buildings constructed with tunnel forms. In this thesis, the following questions are intended to be answered: (1) How does the unit cost of the building change in accordance with the building features? (2) What is the impact of a change in footprint area on to the relation between building height and the unit cost of the construction? (3) How work groups and work items unit cost vary with building characteristics and how they affect the total unit cost? (4) How does the proportion of the work groups and work items unit cost vary the total cost of the construction? (5) How the material and labor unit costs are influenced by the features of a building?(6) How the unit cost changes with respect to the index equations available within the literature? (7) How the number of storey (building height) and foot print area are together affect the cost?
So as to reach the above mentioned aims, the studies that had investigated design criteria and cost within the literature were searched in detail. Among them the physical and geometrical features that has influence over building costs such as; building height, number of storey, plan shape, planning efficiency, plan size, storey height, apartment size, floor area, number of basement floor, number of apartment, window/floor ratio, standardization, groupings of buildings and quality are identified. The ones that may be used for the context of this thesis are selected. The features such as standardization, groupings of buildings, window/floor ratio and quality are not taken into account. In the second phase, 65 tall buildings that were constructed with tunnel form in Istanbul, between 2006 and 2013 are investigated The height of these buildings vary between 25 and 142 meters and their foot print areas vary between 455 and 1.075 m2. The cost of work items and work groups were determined by taking into actual unit cost of the year 2013 and quantity survey. During the quantity surveys the features that were determined through literature review such as; number of storeys, building heights (m), gross floor area (m2), width (m), length (m), building volume (m3), storey perimeter (m), wall area (m2), foot print area (m2), flat area (m2) and flat numbers were calculated in detail.
Within the third phase of the thesis the relation between cost and these identified building features are analyzed and the results are compared with previous studies. The analyses were done through both analytical and predictive methods; regression method is also occupied since it is the most powerful and reliable statistical method for investigating new values (Kim et al, 2004). The analyses are investigated under four main cost groups. (1) total unit cost, (2) work groups unit cost (substructure works, masonry works), (3) work items (formwork, reinforcement, concrete) unit cost, (4) material and labor unit costs. The relation between cost and building features in high rise buildings were investigated through regression method. By using the calculated cost and building size the relation between cost and building features were investigated thoroughly. The relation between the given building features and cost are analysed. As a result a U curved shape is obtained and it is observed that the cost is minimum at a height of 65 metres. The average building height of the study is 299 cm thus it is anticipated that a 65 metered building has 22 storey. As a result of the analysis that shows the relation between storey number and unit cost once again the same result is obtained; buildings with 22 storey has the lowest cost. Due to the result of the analysis between gross floor area and unit cost it is seen that the buildings reaches to a minimum cost at around 14.572 m2. In the light of these findings it can be said that the tunnel formed buildings with 20 to 22 storey; 60 to 65 metres height; 745 m2 normal foot print area have minimum cost. In addition it is found that as the ratio of floor plans` width and length increases, in other words as they become more slander, so do the building cost. When the influence of storey area over the relation between unit cost and height is investigated, a U shaped curve is obtained once again within small and big sized storey areas. In the buildings with mid sized storey area it is found that the unit cost is increasing due to an increase in height. Besides, it is seen that, the unit cost of the buildings with mid sized storey area is lower than that of with same height but more storey area, in most of the cases. Although the results indicate that square building designs have lower costs, the most efficient results would be obtained if rectangular floor planned buildings were preferred that have width/length ratio close the 1:2 due to their advantages of providing clean air and day light. Another finding is that any indent-outdent of the external façade will increase the perimeter of the building and in return the cost. Decreasing the perimeter of the building will automatically decrease the external façade cost. Beside the perimeter and width/length ratio of buildings, the storey height has a direct influence over high cost as well. Since the unit cost increases as the storey height increases; during the design, the storey height should not be increased unless it is necessary since the unit cost is increasing as the storey height. Similarly increasing the number of basement storey will increase the cost. On the other hand, while increasing the flat area in other words increasing the number of rooms within a flat or their areas decreases the cost; building more flats onto the same storey area increases the unit cost.
The relation between material and labor cost and building height and gross floor area are investigated as well. As the height and gross floor area increase the increase within the material unit cost reveal a U shaped curve. On the other hand, the labor cost indicates no change due to an increase in both values. As a result, it can be said that a change in total unit cost is a result of the change in material cost in response to an increase in building height and gross floor area.
The effects of these features over work items and work groups are investigated separately as well. The results reveal that, as the height and gross floor area increases the cost of structural works, mechanical works, masonry works increases too. On the other side, it is seen that the cost of electrical works and elevator works are giving a respond like a U shape. With respect to the work items the results indicate that as the unit cost of concrete and reinforcement works increase, the cost of formwork decreases. No significant change recorded in the unit cost of plastering and screed works.
During the analyses of plan efficiency it is aimed to investigate how realistic are the index values that are provided by the literature, The results indicate that the plan efficiency increases as the plan becomes more simple and in return the unit cost decreases, As a result, most of the index values are increasing with an increase in unit cost, The values that have different tendencies are plan density index and volume frequency index. As the plan density index value increases the unit cost decreases, The most different results are obtained with volume frequency index value, since it reveals a U shaped relation with unit cost. Moreover, a change in the proportion of work groups` and items` cost to total cost in terms of height and gross construction area. With these analyses it is investigated how much the ratio of the cost of the structural works, its breakdowns such as infrastructure and superstructure, formwork, reinforcement and concrete works change within the total cost, in accordance with a change in height and construction area. The results indicate that due to an increase in building height and construction area the ratio of structural works to total cost is changing like a reverse U shape. Besides to these two building features while the ratio of infrastructural works in total cost is increasing the superstructural works` ratio is decreasing. As the height and building size increases it is observed that the cost of formwork within the total cost is decreasing and on the other side increasing for reinforcement and concrete works.
With the equation developed at the end of this study it is aimed to reach an exact result as possible while anticipating cost by depending upon the number and area during the design phase This equation will provide easiness in minimizing the cost by determining the most appropriate storey number and area. As a result, the resources will be used more efficiently, the business plan will be more balanced and cash flow will be predicted better. Especially since the construction plans have some restrictions due to the TAKS, KAKS ve hmax values these inputs would help to design buildings with lower costs. 
The analyses within this study can be reviewed and improved by comparing the results by using other methodologies available in the literature. In the future similar studies can be done for other building that has different usage purposes. Furthermore, these analyses can be repeated within other cities than Istanbul which have high earthquake risk too. The results of this study can be used by academicians and construction sector members so as to evaluate the relation between building features and unit cost in tunnel form buildings in Istanbul better.