An Optimization method for economic design of the hall buildings

Geniş açıklıklı mekanların üstünün örtülmesi için kullanılabilecek çeşitli taşıyıcı sistemden biri olan düzlem kafes sistemlerin boyutlarının, geometrisinin ve kullandığı malzeme miktarının dolayısıyla maliyetinin, aynı zamanda kullanıldığı yapının boyutları, formu, görünüşü, maliyeti ve diğer tasarım kriterleri ile doğrudan ilişkili olması, ihtiyaçları karşılayacak en iyi - optimum ürünü elde edebilmek için, taşıyıcı sistem tasarımı ile mekansal tasarımın birbirinden ayrılmadan, birlikte yürütülmesini gerektirmektedir. Değişkenleri belirli olan tek bir düzlem kafes kirişin kullandığı malzeme miktarının dolayısıyla maliyetinin belirlemek için çeşitli statik analiz yöntemleri kullanarak bütün çubuk kuvvetlerinin hesaplanması, çubuk kesit alanlarının bulunması ve tek tek çubuk ağırlıkları ile toplam ağırlığın hesap edilmesi gibi uzun bir yol takip edilmektedir, ayrıca değişkenlerden sadece birinin farklı bir değer alması durumunda dahi, bu son durumun malzeme miktarı ve maliyetle ilgili değerlerin bulunabilmesi için aynı statik analiz ve hesaplama sürecinin tekrarı gereklidir. Bunun yanında tasarım süreci, diğer niceliksel ve niteliksel pek çok tasarım kriteri ile birlikte taşıyıcı sistem geometrisinin, boyutlarının ve maliyetinin de ele alınarak değerlendirildiği ve ihtiyaçları en iyi karşılayacak optimum sonuca ulaşıncaya kadar çok sayıda denemenin yapıldığı, en iyi olan sonucu bulana kadar aramanın sürdüğü bir süreçtir. Bu yüzden tasarım aşamasında; düzlem kafes kiriş geometrisini, boyutlarını, yük durumlarını dolayısıyla kullandığı malzeme miktarı ile maliyetini doğrudan ilgilendiren yapının boyutları, formu, görünüşü ile ilgili her deneme için klasik yollar kullanılarak statik analizlerle düzlem kafes kirişin kullandığı malzeme miktarını ve maliyetini tespit ederek diğer tasarım kriterleri ile birlikte değerlendirme yapmaya çalışmak pratik olarak mümkün olmamaktadır. VII Mimarlık Bölümü, Yapı Bilgisi Anabilim dalında, doktora çalışması olarak yapılan bu tezde; düzlem kafes kirişleri yapılarında kullanacak olan mimarların, tasarım aşamasında yararlanabilecekleri, kafes kiriş tasarımı ile yapının tümünün tasarımını bir bütün halinde yapabilmelerine yardımcı olacak bir yöntem oluşturmak amaçlanmaktadır. Amaç olan bu yöntem ile, aynı zamanda yapının tümünün tasarımında da etkili olan; düzlem kafes kirişleri biçimlendiren boyutların ve geometrik özelliklerin, yük durumunun ve kafes kirişin kullandığı malzeme miktarının - birbirleriyle olan ilişkilerini yansıtan formüller elde edilmektedir. Önerilen yöntem ile hazırlanan formülleri kullanarak, düzlem kafes kirişlerin, belirlenen değişkenlerinin istenen her farklı durumu için, diğer değişkenlerin alacağı değerleri statik analiz yöntemlerine başvurmadan, yaklaşık değerler halinde bulabilmek amaçlanmaktadır. Bu amaçla çalışmanın birinci bölümünde, problemin tanımı yapıldıktan sonra amaç olan önerilen çözüm yönteminin hangi yol izlenerek gerçekleştirileceği ve çalışmanın kapsamı açıklanmaktadır. Çalışmanın ikinci bölümünde, bir strüktür sistemi olarak düzlem kafes sistemlerin strüktür sistemleri içindeki yeri, genel teorisi, tipleri ve analiz yöntemleri ile tarihsel gelişimi, en çok kullanılan tipleri, hangi yapı türlerinde kullanıldığı ve bu kullanıldığı yapı türlerinin özellikleri konularında açıklama ve tanımlamalar ile düzlem kafes kirişlerin irdelemesi yapılmaktadır. Ayrıca, kendisi de kiriş kesitlerindeki malzeme miktarının optimizasyonu çalışmalarının bir ürünü olan düzlem kafes kirişlerin, belirlenen şartlara göre etkin geometrisinin tayinini pratik yoldan yapabilmek bu çalışmanın amaçlarından olduğu için, strüktür sistemlerinde etkinlik, ekonomiklik ve yapısall optimizasyon kavramları açıklanmaktadır. Yine bu bölümde düzlem kafes kiriş kullanan yapılardaki tasarım süreci ve mimarın bu süreç içindeki yeri konusuna değinilmektedir çünkü, mimarın bu süreç içinde daha doğru ve kolay karar vermesiniVIII sağlayabilmek bu çalışmanın ana amaçlarındandır. Bu bölümde ayrıca, amaç olan yöntemi oluşturma sürecinde kullanılan istatistiki ve matematiksel bazı kavramlar aktarılmaktadır. Yöntem oluşturma sürecinin adımlan olan, değişkenler arasındaki ilişkilerin formülasyonun hangi tip kafes kirişler için yapılacağı, hangi değişkenlerin hangi aralıklarda sınırlandırılacağı ve malzeme miktarlarının hangi yöntem ile elde edileceği gibi belirleme ve sınırlamalar üçüncü bölümde yapılmaktadır. Daha sonra belirlenen her kafes kiriş tipi için, belirlenen ve sınırlanan değişkenler çerçevesinde, statik analiz yöntemleriyle hesaplanan malzeme miktarlarının oluşturduğu birer veri kümesi elde edilmektedir. Bu bölümde ayrıca, hazırlanan veri kümelerinin yardımıyla, değişkenlerin ilişkilerini formüle edebilmek için denenen çeşitli yöntemler ile, önerilen yöntem açıklanmakta ve önerilen yöntemin seçiminde etkili olan kriterler belirtilmektedir. Çalışmanın dördüncü bölümünde, önerilen yöntem kullanılarak, belirlenen düzlem kafes kiriş tipleri için belirlenen değişkenlere bağlı formüller oluşturulmaktadır. Daha sonra önerilen yöntemin test edilmesi amacıyla, oluşturulan formüllerle elde edilen malzeme miktarları ile, veri kümelerindeki statik analizlerle hesaplanan malzeme miktarlarının karşılaştırılması ve hata oranlarının tespiti yapılmaktadır. Böylece önerilen yöntem ile hazırlanan, değişkenler arası ilişkileri yansıtan formüllerin hangi yaklaşıklık oranı ile sonuca ulaştığı tespit edilmektedir. Beşinci bölüm olan sonuç bölümünde, tasarımında düzlem kafes kirişleri kullanmak isteyen mimarın, optimum sonucu elde edebilmek için, taşıyıcı sistem tasarımı ile mekansal tasarımı birlikte yapmasına yardımcı olacak olan bu yöntem ile elde edilen sonuçların tartışması yapılmaktadır.