Türkiye'de kentsel dönüşüm sürecinde uygulanan konutlarda taşıyıcı sistem alternatiflerinin çevresel sürdürülebilirliğinin değerlendirilmesi
Evaluation of the environmental sustainability of structural system alternatives for houses produced in the urban transformation process in Turkey
Yazar: MEHMET ÇETİNTAŞ
Danışman: PROF. DR. FATİH YAZICIOĞLU
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Mimarlık Ana Bilim Dalı / Çevre Kontrolü ve Yapı Teknoloji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Mimarlık = Architecture
Dizin: Çevresel sürdürülebilirlik = Sustainable environment

Özet:
Günümüzde çevre kirliliği, küresel ısınma ve iklim değişikliği bulunduğumuz çağın göz ardı edilemeyecek ve en büyük sorunlarından biridir. Küresel kaynaklar, günümüz modern yaşamının büyük enerji ve kaynak ihtiyacını karşılarken, bilinçsiz kullanım sebebi ile çevre kirliliğinde ve küresel ısınmada büyük paya sahiptirler. Yapı ve inşaat sektörü de çevre kirliliğine ve küresel ısınmaya sebep olan bu emisyonlarda büyük bir paya sahiptir. İçerisinde yaşadığımız binaların bütün malzemeleri, bileşenleri, yapı elemanları ve sistemleri yaşam süreçlerinin tümünde günümüz küresel kaynaklarının önemli bir tüketicisi konumundadır.
Bu sistemler arasında taşıyıcı sistemler bir binayı ayakta tutma görevine sahip, en önemli yapı elemanlarından ve sistemlerden birisi konumundadır. Taşıyıcı sistemler tasarlanırken ve seçilirken yapının fonksiyonu, kullanım süresi, zemin durumu, bütçe gibi her projeye özel taşıyıcı sistem seçimini etkileyen birtakım faktörler vardır. Türkiye'de geçmişten günümüze dönüşen yapı stoğu incelendiğinde konut amaçlı kullanılan binalarda tercih edilen taşıyıcı sistemler birçok farklı kritere göre seçilirken, taşıyıcı sistemlerin çevresel performansları göz ardı edilmektedir. Ülkemizde inşaat sektörünün son yıllarda gelişmesiyle artan inşaat faaliyetleri ve bina stoğunun istatistiki verileri incelendiğinde özellikle büyük şehirlerde ciddi bir yapılaşma olduğu görülmektedir. İstatistikler incelendiğinde üretilen yapıların büyük bir kısmı konut amaçlı binalardan oluşmaktadır. 
Bu tez çalışmasında ilk dört bölümde son bölümde yapılacak olan ampirik çalışmaya yönelik bilimsel bir altyapı oluşturulması amaçlanarak referans kitaplar ve ulusal/uluslararası yayınlarda yer alan özgün bilimsel çalışmalardan yararlanılarak literatür araştırması yapılmıştır. Öncelikle binalar ve bina yaşam döngüleri, kentsel dönüşüm kavramı, bina yapım süreçleri ve Türkiye'de yapı stoku ve konutlara ait istatistiki veriler incelenmiştir. Bu istatistiklerde Türkiye'deki yapı stokunun büyük çoğunluğunu konutların oluşturduğu ve konut mimarisinde en çok kullanılan taşıyıcı sistemin betonarme taşıyıcı sistemler olduğu görülmüştür. Bu veriler çalışmanın kapsamını daraltmak ve sınırlarını çizmek adına belirleyici olmuştur. Ardından sürdürülebilirlik kavramı, çevresel sürdürülebilirlik bağlamında küresel ısınma ve inşaat sektörünün payı, dünyada ve ülkemizde karbon emisyonları istatistikleri, gömülü karbon kavramı ve yeşil bina değerlendirme sistemleri incelenmiştir. Son olarak taşıyıcı sistemler bölümünde, taşıyıcı sistemlerin tanımı, amacı, tarihçesi ve sınıflandırması araştırılarak betonarme ve çelik taşıyıcı sistemler detaylandırılarak incelenmiştir. Bu araştırmalar ve incelemeler araştırma sorusu ile son bölümde ortaya konulan çalışmanın hipotezini destekleyici nitekilikte bir bilimsel altyapı oluşturmuştur. 
Son bölümde yapılan ampirik çalışma ile ülkemizde kentsel dönüşüm kapsamında üretilen betonarme taşıyıcı sistemli bir yapı çelik taşıyıcı sistemli olacak şekilde yeniden tasarlanmıştır. Tasarlanan çelik yapı ile betonarme yapının malzeme miktarları belirlenerek karbon emisyonları bağlamında çevresel performans kıyaslaması yapılmıştır. Yapılan çalışmada iki farklı taşıyıcı sisteme ait malzeme miktarları ayrıntılı olarak hesaplanmış, çizelge ve grafikler aracılığı ile aktarılmıştır. Malzeme miktarlarına bağlı olarak iki sisteme ait gömülü karbon emisyonları beşikten kapıya metodu ile ilgili hesaplama tablolarına ilgili formülasyon ile aktarılarak hesaplanmıştır. Bu hesaplamalar sonuncunda, seçilen çalışma alanında seçilen betonarme taşıyıcı sisteme ait CO2 emisyonları yeni tasarlanan çelik çerçeve taşıyıcı sisteme ait CO2 emisyonlarından daha az çıkmıştır. Ancak bu çalışmanın farklı bir deprem bölgesinde ve farklı bir konumda yapılması, farklı bina tipolojileri üzerinde yapılması, beşikten kapıya metdou yerine beşikten mezara metodu ile yapılması, farklı kat sayısına sahip bina üzerinde değerlendirilmesi gibi birçok farklı parametrenin değişmesi çalışmanın sonuçlarında değişikliğe sebep olabilir.
Bu çalışma kapsamında Türkiye'de dönüşen yapı stoğu ve konut mimarisinde taşıyıcı sistemler istatistikler ışığında incelenmiş olup, sistem seçiminde, sürdürülebilir mimarlık bağlamında, çevresel performansın da bir seçim kriteri olarak ele alınabileceği araştırılmış ve incelenmiştir. Çalışmanın gelecek çalışmalara referans olarak araştırmacılara ilham kaynağı olması ve taşıyıcı sistem tasarımında çevresel performansın da bir kriter olabileceği konusunda farkındalık yaratılması amaçlanmıştır.

Abstract:
Today, environmental pollution, global warming and climate change are some of the biggest problems of our time and cannot be ignored. While global resources provide the great energy and resource needs of today's modern life, they have a huge role in environmental pollution and global warming due to unconscious use. The building and construction sector also has a big role in these emissions that cause environmental pollution and global warming. All materials, components, structural elements and systems of the buildings we live in are important consumers of today's global resources in all of their life processes.
Among these systems, structural systems are one of the most important building elements and systems that have the task of keeping a building standing. When designing and selecting structural systems, there are a number of factors such as the function of the building, the duration of use, the ground condition, and the budget that affect the selection of the structural system specific to each project. When the building stock transformed from past to present in Turkey is examined, the structural systems preferred in buildings used for residential purposes are selected according to many different criteria, while the environmental performance of the structural systems is ignored. When the statistical data of the increasing construction activities and building stock with the development of the construction sector in our country in recent years are examined, it is seen that there is a serious construction especially in big cities. When the statistics are analyzed, most of the buildings produced consist of residential buildings. 
In the first four chapters of this thesis, a literature review was conducted by utilizing reference books and original scientific studies in national/international publications in order to create a scientific infrastructure for the empirical study to be conducted in the last chapter. First of all, buildings and their life cycles, the concept of urban regeneration, building construction processes and statistical data on building stock and housing in Turkey are analyzed. In these statistics, it was seen that the majority of the building stock in Turkey consists of residential buildings and the most commonly used structural system in residential architecture is reinforced concrete systems. These data have been decisive in narrowing the scope of the study and drawing its boundaries. Then, the concept of sustainability, global warming and the share of the construction sector in the context of environmental sustainability, carbon emissions statistics in the world and in our country, the concept of embedded carbon and green building evaluation systems are examined. Finally, in the structural systems section, the definition, purpose, history and classification of structural systems were investigated and reinforced concrete and steel structural systems were examined in detail. These researches and investigations have created a scientific infrastructure that supports the research question and the hypothesis of the study put forward in the last chapter. 
With the empirical study conducted in the last chapter, a building with reinforced concrete structural system produced within the scope of urban transformation in our country has been redesigned with a steel structural system. The material quantities of the designed steel structure and the reinforced concrete structure were determined and environmental performance was compared in terms of carbon emissions. 
In the study, the material quantities of two different structural systems were calculated in detail and transferred by means of charts and graphs. Depending on the material quantities, the embodied carbon emissions of the two systems were calculated by transferring to the calculation tables related to the cradle-to-door method with the relevant formulation. As a result of these calculations, the CO2 emissions of the reinforced concrete structural system in the selected study area were less than the CO2 emissions of the newly designed steel frame structural system. However, many different parameters such as conducting this study in a different earthquake zone and in a different location, performing it on different building typologies, performing it with the cradle-to-grave method instead of the cradle-to-door method, evaluating it on buildings with different number of storeys may cause changes in the results of the study.
In this study, firstly, a sample reinforced concrete building under construction within the scope of urban transformation in Istanbul was selected. This building was analyzed and redesigned with a steel structural system. This design was made with the help of IdeCad, SAP2000 and AutoCad software. Subsequently, the material quantities of the systems were determined. The carbon emissions per unit volume of each material were determined through the ICE database. The carbon emissions of the sample building with reinforced concrete frame structural system and the new design with steel frame structural system were calculated by transferring these data to spreadsheets. Finally, the carbon emissions of the two systems were compared using the cradle-to-door method. As a result of this comparison, the outputs may vary according to parameters such as the location of the study, the earthquake zone, and the recycling rate of steel products.
As a result of these analyses, the boundaries, scope and context of the study were determined for the empirical study to be conducted in the last section. Studies on environmental performance in the context of carbon emissions were investigated and no such study was found for multi-storey residential buildings in our country. In our country, it is aimed to examine the environmental performance of structural system alternatives in residential architecture in the province of Istanbul in the context of CO2 emissions and to create awareness in terms of environmental sustainability in system selection. 
In the study conducted in the last chapter, the building with the reinforced concrete frame structural system analysed was redesigned as a steel frame system. The material quantities of the two systems were calculated in detail and presented in charts and graphs. Depending on the material quantities, the embedded carbon emissions of the two systems were calculated by transferring to the calculation tables related to the cradle-to-door method with the relevant formulation. According to the researches, 86% of the steel produced in our country consists of recycled steel. For this reason, during the calculations, the carbon emissions of 86% recycled steel material were taken as basis for both systems produced under the conditions of our country. According to these calculations, the embedded carbon emissions of the reinforced concrete structural system studied were measured as 2134,618 tonnes CO2, and the embedded carbon emissions of the alternative system with steel structural system were measured as 2926,994 tonnes CO2.
As a result of these calculations, the CO2 emissions of the selected reinforced concrete structural system in the selected study area were less than the CO2 emissions of the newly designed steel frame structural system. However, conducting this study in a different earthquake zone and in a different location may cause a change in the results of the study. In addition, according to statistics, the fact that 86% of the steel used in our country is recycled is another important input and the rate of recycled steel utilisation is another parameter that may change the results of the study. 
Within the scope of this study, the transforming building stock in Turkey and the structural systems in residential architecture have been analyzed in the light of statistics, and it has been investigated and analyzed that environmental performance can also be considered as a selection criteria in the context of sustainable architecture in system selection. The study is intended to inspire researchers as a reference for future studies and to raise awareness that environmental performance can also be a criteria in structural system design.
In addition, other parameters that determine the limits of the study are also capable of changing the findings of the study. The change in the typology of the selected building will also change the structural system design and is an important factor that can change the results. In addition, the number of storeys of the selected building is another important point that can change the results of the study. The use of the cradle-to-grave method instead of the cradle-to-door method used in the calculation of embedded carbon in this study is another factor that will carry the environmental performance comparison of structural system alternatives to another dimension. 
Changes in these and many other parameters may cause changes in the carbon emissions of the systems and therefore in the comparison results. For this reason, it is not possible to determine the winning system at the end of the day. The aim of this study is to evaluate the environmental burdens of structural system selection in residential architecture with the building to be designed in the earthquake zone where our country is located, and to give an idea to the researchers in the early design phase by creating an awareness on this issue. The most important motivation of this study, which is a comparison of the environmental performance of structural systems in the context of carbon emissions, is to raise awareness among researchers about the addition of environmental performance criteria among the structural system selection criteria and to inspire future studies.