Çelik geodezik kubbelerin çap ve frekans değişimlerine göre malzeme giderlerinin araştırılması
Material consumption investigation of steel geodesic domes according to diameters and frequences changing
Yazar: RUMEYSA NUR KARATOP
Danışman: PROF. DR. ZEKİ AY
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / İnşaat Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Jeodezik = Geodesic ; Kubbe = Dome ; Çelik uzay yapılar = Steel space structures

Özet:
İnsanlık tarihi boyunca büyük açıklıklı yapıların kolonsuz geçilebilmesi için bilinen iki yapı sisteminden birisi tonoz yapılar, bir diğeri de kubbe yapılardır. 20.yüzyıl başlarında çeliğin bir yapı malzemesi olarak kullanılmaya başlanmasıyla, daha önce kagir ya da ahşap malzemeden yapılan kubbe sistemler, çelik malzeme kullanılarak da inşa edilmeye başlandı. Günümüzde de çelik kubbeler çok farklı geometrik form ve isimler altında imal edilmektedir. Geodezik kubbeler, çelik çubuk kubbeler içerisinde prefabrikasyona uygunluğu nedeniyle en çok tercih edilen kubbelerdir. Bu kubbeler, Buckminster Fuller tarafından 1954'lerde geliştirilmiştir.
Geodezik kubbeler çok farklı kullanım alanına sahiptirler. Kullanım alanına göre de farklı malzemeler ile inşa edilebilirler. Geodezik kubbeler, seralar, hobi seraları, botanik bahçeleri, kış bahçeleri, glamping kubbeleri, etkinlik kubbeleri, konutlar, sosyal tesisler, tırmanma kubbeleri, hayvan barınakları, skylights, kafeler, restoranlar, sergi salonları, konser alanları, müzeler, bilimsel kurumlar ve kütüphaneler vb. mekânlar olarak kullanılmaktadırlar.
Geodezik kubbeler, doğru eksenli prizmatik çubukların, küre yüzeyinde konumlanan düğüm noktalarına belirli matematiksel koşullara göre bağlanmasıyla oluşurlar. Bunun neticesinde, üçgen yüzeylerden oluşan kubbe meydana gelmektedir. Çubuk elemanlar ve düğüm noktalarından meydana gelen kubbe konstrüksiyonunda, birim taban alanındaki çelik malzeme gideri kubbe geometrisi ve gelen yüklere bağlı olarak değişmektedir. Fakat, birim taban alanındaki profil boy sayısı veya profil boy uzunluğu miktarı geodezik kubbenin geometrik frekans ve geometrik oransal ifadesine bağlıdır.
Bu çalışmada, yükler dikkate alınmaksızın sadece geodezik kubbenin geometrik frekans ve geometrik oransal ifadeleri esas alınarak farklı çaplardaki 90 adet geodezik kubbenin profil boy sayıları ve buna bağlı profil boy uzunlukları hesaplanacaktır. Modeller, çap, geometrik frekans ve geometrik oransal ifadelere göre profil boy sayıları, profil boy uzunlukları ve zayiatları bakımından incelenecektir. İnceleme sonucunda, çelik geodezik kubbelerde çubuk elemanlar için gerekli profil boy sayılarının ya da gerekli profil boy uzunluklarının nasıl bir değişim gösterdiği tespit edilecektir.
Bu çalışma, geodezik kubbelerin statik tasarımında, ön boyutlandırma için tasarımcı mühendislere yardımcı olacaktır. Ayrıca, konstrüksiyon malzemesinde ani fiyat değişimi durumunda, yapı geometrisindeki değişimler ile ekonomik bir çözüm oluşturabilmek için de yol gösterici olacaktır.
Anahtar Kelimeler: Geodezik kubbeler, malzeme tüketimi, geometrik frekans, geometrik oransal ifade

Abstract:
Throughout human history, one of the two known building systems to enable wide-span structures to pass without columns is vault structures and the other is dome structures. With the use of steel as a building material in the early 20th century, dome systems that were previously made of masonry or wood began to be built using steel materials. Today, steel domes are manufactured under many different geometric forms and names. Geodesic domes are the most preferred domes among steel frame domes due to their suitability for prefabrication. These domes were developed by Buckminster Fuller in 1954.
Geodesic domes have many different areas of use. They can be built with different materials depending on the area of use. Geodesic domes are used greenhouses, hobby greenhouses, botanical gardens, winter gardens, glamping domes, event domes, residences, social facilities, climbing domes, animal shelters, skylights, cafes, restaurants, exhibition halls, concert halls, museums, scientific institutions and libraries etc.
Geodesic domes are formed by connecting straight-axis prismatic frames to the nodal points located on the surface of the sphere according to certain mathematical conditions. As a result, a dome consisting of triangular surfaces is formed. In dome construction consisting of frame elements and nodal points, the steel material consumption per unit floor area varies depending on the dome geometry and the loads. However, the number of profile or the amount of profile length in the unit floor area depends on the geometric frequency and geometric proportional expression of the geodesic dome.
In this study, the number of profile and corresponding profile lengths of 90 geodesic domes of different diameters will be calculated, based only on the geometric frequency and geometric proportional expressions of the geodesic dome, without taking into account the loads. The models will be examined the number of profile, profile lengths and losses according to diameter, geometric frequency and geometric proportional expressions.As a result of the examination, it will be determined how changed the number of required profile or required profile lengths for frame elements in steel geodesic domes.
v
This study will assist designer engineers for preliminary sizing in the static design of geodesic domes. Additionally, in case of a sudden price change in the construction material, it will be a guide to create an economical solution with changes in the building geometry.
Keywords: Geodesic domes, material consumption, geometric frequency, geometric proportional expression