Tek tabakalı uzay kafes sistemlerin tasarımı
Desing of latticed shell structures
Yazar: ÖZDEN MÜKERREM VARDAR ÖZ
Danışman: DOÇ. DR. ZEHRA CANAN GİRGİN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mimarlık Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Mimarlık = Architecture
Dizin: Ahşap malzeme = Wood material ; Uzay kafes sistemleri = Space truss systems ; Çelik malzemeler = Steel materials

Özet:
Tek tabakalı uzay kafes sistemlerin ilk formları insanların barınma ihtiyacına yönelik 2000 yıl önce ortaya çıkmasına karşılık, asıl gelişimi 19.yy'ın ikinci yarısından sonra demirden çeliğe geçilerek ekonomik üretim koşullarının sağlanması ve masif ahşap yerine tutkallı tabakalı ahşabın ortaya çıkması ile olmuştur. Günümüzde, geliştirilmiş birleşim ve formları ile özellikle spor tesisi, konferans salonu, kültür merkezi gibi geniş açıklıklı alanlarda veya estetik çatı sistemleri olarak düzenlenmektedir. Daha az geniş açıklıklar için ekonomik ve hafif çözüm sunan çift tabakalı uzay kafes sistemler, hesap ve yapım kolaylığı nedeni ile daha sık tercih edilmektedir. Ancak geniş açıklıklarda, ekonomikliğini kaybetmesi ve çok estetik olmayan görünümü nedeniyle tek tabakalı uzay kafes sistemler önemli bir alternatif haline gelmiştir. Çelik, ahşap ve alüminyum malzeme kullanılarak; silindirik kabuk (tonoz), kubbe, hiperbolik paraboloid ve serbest formlu sistemlere uygun yeni birleşim tipleri geliştirilmiştir.Bu çalışmada, tek tabakalı uzay kafes sistemler; tarihçesi, uygulanan formlar, birleşimler ve mesnet detayları ile dünyadan örnekler verilerek incelenmiş; ayrıca bir projenin SAP2000 ile hesabı yapılarak, form ve yükseklik/açıklık açısından kesit tesirleri, yerdeğiştirmeler ve yapı ağırlıkları karşılaştırılmış, üç boyutlu modellemesi yapılmıştır.Çalışmanın Birinci bölümünde; tezin kısa özeti ve amacı verilmiştir.İkinci Bölümde; tek ve çift tabakalı uzay kafes sistemlerin genel, farklı ve ortak özelliklerinden bahsedilmiştir.Üçüncü Bölümde; tek tabakalı uzay kafes sistemlerin tarihsel gelişimi ele alınmış; silindirik kabuk, kubbe ve hiperbolik paraboloid sistemlerin tipleri, özellikleri ve tasarımda dikkat edilecek temel özellikler vurgulanmıştır.Dördüncü Bölümde; demirden çeliğe gelişim, çeliğin tek tabakalı uzay kafes sistemlerde uygulanması tarihsel açıdan incelenmiş, üç boyutlu modelleme ile günümüzün çelik birleşim sistemleri ve mesnet çözümleri ile seçilen iki birleşim sistemi üzerindeki araştırmaların sonuçları aktarılmıştır. Tonoz ve kubbe tipi yapıların form ve stabilite özellikleri de bu bölümde incelenmiştir. Ayrıca seçilen iki ayrı form ve yükseklik/açıklık oranı için proje üretilmiş, SAP2000 programı ile; kesit tesirleri, yerdeğiştirmeler ve ağırlıklar hesaplanmış, ayrıca üç boyutlu modellemesi yapılmıştır.Beşinci Bölümde; ahşap malzemenin gelişimi, uygulanan birleşimler ve tek tabakalı uzay kafes sistemlerde kullanımı incelenmiştir. Ayrıca ahşap ile oluşturulmuş en bilinen yapı örnekleri hakkında bilgi verilmiştir.Altıncı Bölümde; alüminyum malzemenin gelişimi, çelik ile karşılaştırması ve tek tabakalı uzay kafes sistemlerde kullanımı; örnekleri ve birleşim detayları ile birlikte aktarılmıştır.Yedinci Bölümde; geniş açıklı sistemlerde kullanılan örtü malzemeleri ve özellikleri detaylı olarak ele alınmıştır.Ekler Bölümünde, çift tabakalı uzay kafes sistemler ve birleşim sistemleri tanımlanmıştır.

Abstract:
Although the primary forms of lattice shell structures (grid shell or single-layer space frame) appeared 2000 years before with the aim of sheltering, the main development occured after the second half of 19th century by the successful and economical transition from iron to steel and the development of laminated composite timber instead of massive wood. Nowadays, the developed forms together with enhanced connections are used in wide span areas like sport center, cultural center, conference hall or in aesthetic roof systems. Double-layer space frame presents economical solutions as well as high analysis and construction rate for moderate span areas. But the single-layer space frame became a more important alternative to produce economical and aesthetic solutions in wide span areas. Development of technology enables the new forms of barrel vault, dome, hyperbolic paraboloid and freeform systems by using steel, timber and aluminium.The purpose of thesis is to demonstrate the lattice shell structures with their historical development, materials, forms, connection details and construction techniques. In addition; a lattice shell structure project is analysed via SAP 2000 and internal forces, displacements, sizes of structural elements and weights are determined for two different forms and height to span ratios. The form is illustrated by 3D modelling.The First Chapter presents the purpose and scope of this study.In the Second Chapter; general features of space frames are emphasized; common and different features of single and double layer space frame systems are compared.The development, forms (cylindrical vault, dome, free forms, hyperboloid paraboloid) and technical properties of lattice shell structures are discussed in the Third Chapter.Through the Fourth Chapter; from iron to steel development and utilization in lattice shells in the past are investigated. The developed connections as well as experimental and theorical studies on two connection types are emphasized by using 3D modelling. The stability of forms are examined. A lattice shell structure project is also analysed via SAP2000 for two different forms and height to span ratios. In addition 3D modelling of this project is applied.In the Fifth Chapter; the development of laminated composites, properties and usage in lattice shell structures are explained and some sample buildings are focused.The Sixth Chapter accounts for the development and technical properties of aluminium compared with steel and the utilization in lattice shell structures. Connection details are given in detail.Seventh Chapter covers the roofing materials and their properties of wide-span areas.In the Appendices; system and connection types of double-layer space frame systems are indicated.