Cephe kaplama sistemlerinin performans gereksinimleri açısından değerlendirilmesi

Mimari tasarım, değişen kullanıcı gereksinimlerine daha iyi çözümler sunmanın yanında yapı fiziği açısından da gerekli performans şartlarını sağlayanı bulma sürecidir. Bu tanım çerçevesinde günümüzde cephe kaplama sistemi yapımında genellikle hazır sistemler üzerinden seçim yapılmaktadır, ki bu durum malzemenin cinsinden kaynaklanan temel özelliklerinin dikkate alınarak yeni tasarım olanaklarının keşfedilmesine engel olabilmektedir. Cephe kaplaması performansı üzerinde sadece malzeme cinsi ve özeliklerinin değil malzeme biçiminin ve tespit yönteminin de olumlu ya da olumsuz etkisi bulunmaktadır. Malzeme cinsinden kaynaklanan özelikler, malzemenin güneş, yağmur, rüzgar gibi dış etkenler ve mekanik yükler karşısında zaman içindeki davranışını belirlemektedir. Malzemenin biçimi ve tespit yöntemi ise malzemeye etki eden bu yüklerin, yapı kabuğuna iletilmesini sağlamaktadır. Bu noktada cephede kullanılabilen tüm malzemelerin ve tespit yöntemleri seçeneklerinin yapı yüksekliğine bağlı olarak öne çıkan performans ölçütleri açısından genel bir değerlendirme ve karşılaştırma yapılması, mimarlara malzeme seçimi konusunda geniş fikirler verecektir. Malzemenin tespit yöntemi ile cephe üzerinde bir araya gelerek oluşturduğu sistemin zaman içindeki davranışı incelenmelidir. Özellikle teknolojiinin gelişmesiyle birlikte kompozit malzemeler gibi yeni malzemelerin geliştirilmesi, firmaların fark yaratma çabasından doğan yeni cephe kaplama detaylarının geliştirilmesi malzeme piyasasındaki rekabet ortamını giderek arttırmaktadır. Cephe kaplama sistemi tasarımında karar verme sürecindeki mimarlar, bu rekabet ortamı içerisinde hem estetik olarak en tatmin edici olanı hem de teknik açıdan en ideal olanı bulma çabasındadırlar. Bu tezde farklı cephe kaplama sistemlerinin tespit güvenliği, yangın güvenliği ve atmosfer koşullarına dayanım açısından performanslarının karşılaştırılması hedeflenmektedir. Cephe kaplama sistemleri cepheden beklenen performans gereksinimleri açısından çok yönlü değerlendirme yönteminin geliştirilmesiyle ele alınmıştır. Çağdaş cephe kaplama sistemlerinde kullanılabilecek bütün malzeme gruplarına ait kaplama malzemelerinden oluşan çeşitli cephe sistemlerinin birlikte değerlendirilmesi mimarlara tasarım sürecinde daha geniş açıdan bakma ve hızlı karar verme imkanı sağlamaktadır. Bu nedenle bu çalışmada, aynı malzemeye ait farklı biçim ve tespit yöntemi alternatiflerinin cephe kaplama sistemi içerisindeki davranışı karşılaştırılmıştır ve aynı zamanda farklı malzemelerin de performansı karşılaştırılmıştır. Tezin birinci bölümünde problemin tanımı, ortaya çıkma sebepleri, bu çalışmanın yapılma amacı ve kapsamı anlatılmaktadır. Araştırmaya konu olan cephe kaplama sistemi tanımlanmıştır, cepheyle olan ilişkisi ve giydirme cephe arasındaki fark belirtilmiştir. Tezin ikinci bölümünde cephe kaplaması için malzeme seçimini etkileyen etmenlerden işlev, coğrafi konum, iklimsel koşullar, bina form ve yüksekliğinin, malzeme, biçim ve tespit yöntemi özellikleri ile olan ilişkisi irdelenmiştir. Bir cephe kaplama malzemesinin görevlerinin kapsamı, cephenin görevleriyle karşılaştırılarak ortaya konmuştur. Bu çalışmada geliştirilen değerlendirme yöntemi girdi, işlem ve çıktı olmak üzere üç aşamadan oluşmaktadır. Tezin üçüncü bölümü ise değerlendirme yönteminin girdilerini oluşturan cephe kaplama sistemleri ortaya konmuştur. Literatür ve firma kataloglarıyla piyasada üretilen, biçimlenmiş malzemeyi ifade eden cephe kaplama ürünleri ve bu ürünlere ait tespit yöntemi alternatifleri araştırılmıştır. Bu araştırma doğrultusunda performans ölçütleri açısından bir karşılaştırma yapılabilmesi için malzeme, biçim ve tespit yönteminin bir araya gelmesiyle oluşturulan cephe kaplama sistemlerinin her biri sınıflandırılmış olup, bu sınıflandırmanın sonucunda '33'adet biçimlenmiş malzemeyi ifade eden ürün ve değerlendirilmek üzere '57' adet cephe kaplama sistemi ortaya konmuştur. Bu sınıflandırma şu şekilde yapılmıştır; malzeme cinsi, biçim ve tespit yöntemi. Kaplama malzemeleri; metal, polimer, kil, çimento, ahşap, taş ve cam esaslı malzemelerden olabilmektedir. Kaplama malzemesi, malzemenin biçimsel olasılıklarına, göre karo/plak, levha ve panel olarak kullanılabilmektedir. Tespit yöntemi, ise uygulama yerine göre ikiye ayrılmaktadır; duvar gövdesi üzerine tespit veya duvar gövdesine tespit edilmiş taşıyıcı nitelikteki metal alt konstrüksiyon sistemi üzerine tespittir. Duvar gövdesi üzerine tespitte kaplama malzemesi harç ile yapıştırılabilir (1) veya duvar gövdesine ankraj elemanlarıyla alt konstrüksiyon olmadan uygulanabilmektedir (2). Duvar gövdesine genellikle ankraj elemanlarıyla cıvatalarla tespit edilen taşıyıcı nitelikteki metal alt konstrüksiyon sistemi üzerine tespitte, kaplama malzemesi metal alt konstrüksiyon üzerine, özel yapıştırıcılarla yapıştırma (3), vida (4), klipsle asma (5), ve özel bağlantı elemanlarıyla asma (6) ile tespit edilebilmektedir. Malzeme kalınlığı, birim hacim ağırlığı, yapı yüksekliği ve cepheye etki eden ölü, dinamik ve sismik yüklere bağlı olarak bu elemanların biçimi ve boyutu değişmektedir. Tezin dördüncü bölümünde geliştirilen değerlendirme yönteminin işlem aşamaları anlatılmaktadır. Günümüzde yaygın olarak uygulanan cephe testleri ve bu testlerin yapılma nedenleri araştırılmıştır. Bu testler doğrultusunda, cephe kaplama sisteminden beklenilen üç ana performans ölçütleri ortaya konmuştur. Bunlardan en önemlisi çeşitli mekanik yükler karşısında can güvenliğini tehdit eden ölçütlerden tespit güvenliği ve kontrolsüz ısı/alev, zehirli gazların açığa çıkması karşısında yangın güvenliğidir. Ardından ısıl değişimlerin, yağmur suyunun ve çevredeki çeşitli gazların sebep olduğu atmosfer koşullarına karşı dayanım performans ölçütüdür. Her bir ana performans ölçütüne ilişkin malzeme özelliklerini ifade eden alt ölçütler yer almaktadır: tespit güvenliğinde; elastiklik modülü, basınç dayanımı, çekme dayanımı, ısıl genleşme katsayısı, birim hacim ağırlık, yangın güvenliğinde; tutuşma kolaylığı ve yangın yayılım hızı, ısı iletkenlik katsayısı ve ısıl genleşme katsayısı son olarak atmosfer koşullarına karşı dayanım açısından; su emicilik, ısı emicilik, ısıl genleşme katsayısı, korozyon ve sertliktir. Cephe kaplama sistemleri arasında bir değerlendirmenin ve karşılaştırmanın yapılabilmesi için sayısal büyüklüğün saptanması gerekmektedir. Bu sebeple hem ürün hem de tespit yöntemi seçeneklerinin yarar değer katsayıları sayısal olarak saptanmıştır. Cephe kaplama sisteminde kullanılabilen metal, polimer, kil, çimento, taş, cam ve ahşap esaslı belirlenmiş '33' adet ürünler her bir ana performans ölçütüne ilişkin alt ölçütler açısından yarar değer analizine göre yarar değer katsayıları ortaya konmaktadır. Ardından her bir ürünün ana performans ölçütüne ilişkin alt ölçütler açısından elde ettiği yarar değer katsayıları toplanmaktadır X1 + X2... Xn = Xn). Bu toplam değer Churchman ve Ackoff yöntemine göre belirlenen tespit yönteminin ana ölçütler açısından yarar değer katsayılarıyla çarpılmaktadır Xn. . Bu son işlem üç ana performans kriterinde de her bir cephe kaplama sistemi için uygulanmaktadır ve elde edilen değer bir cephe kaplama sisteminin ana performans değerini ifade etmektedir. . Tezin beşinci bölümü ise, geliştirilen yöntemin çıktılar aşamasıdır. Cephe kaplama sistemlerinin performans gereksinimlerine dair elde edilen toplam değerler normalize edilmiş değerler üzerinden karşılaştırılmakta ve irdelenmektedir. Her malzeme grubuna ait cephe kaplama sistemleri kendi içerisinde normalize edilmiş değerlerle üç ana performans ölçütünü birlikte karşılaştırabilmek için çizelgelerde gösterilmiştir. Tezin altıncı bölümünde ise bu değerlendirme yönteminden elde edilen sonuçlar yorumlanmış, sebepler tartışılmış ve öneriler geliştirilmiştir. Biçim ve tespit yöntemi aynı olup, malzeme cinsi farklı olan çeşitli cephe kaplama sistemleri performansının farklı olmasına neden olarak, kaplama malzemesinin iç yapısındaki farklılaşmayla malzeme özeliklerinin değişmesi gösterilebilir. Malzeme ve biçim aynı, tespit yöntemi farklı olan çeşitli cephe kaplama sistemleri performansının farklı olmasına neden olarak, konstrüksiyondan kaynaklanan hava tabakasının etkisi ve tespit malzemesinin özeliği söylenebilir. Malzeme cinsi ve tespit yöntemi aynı olup biçimi farklı olan çeşitli cephe kaplama sistemleri, tespit güvenliği ve atmosfer koşullarına dayanım performansı açısından belirgin bir fark gözlemlenmemesine rağmen çok tabakalı panel biçimindeki ürünlerin yangın güvenliği performansını etkilediği gözlemlenmiştir. Bir cephe kaplama sistemi tespit güvenliği, yangın güvenliği ve atmosfer koşullarına dayanımı açısından farklı performans sergileyeceği anlaşılmaktadır. Bu sebeple bir mimar cephe kaplama sistemi seçimi yaparken, binanın bulunduğu koşullara göre önceliklerini ortaya koyarak bu değerlendirme yönteminden yararlanabilir.