Eğilme-etkin yapıların tasarımı ve uygun masif ahşap tipinin seçimi

Year 2023, Volume: 38 Issue: 4, 2421 - 2434, 12.04.2023

Muhammed Emin Akyürek , Zehra Canan Girgin

https://doi.org/10.17341/gazimmfd.1104075

Abstract

Eğilme-etkin tasarım, başlangıçta düzlemsel olan kirişler veya kabuk parçalarının elastik yerdeğiştirme sınırları içerisinde eğilip mesnetlenmesi esaslı bir yaklaşımdır; hafif, esnek ve organik olma özellikleri ile öne çıkan ahşap ızgara kabuklar bu yaklaşım ile üretilir. Taşıyıcı elemanın eğilebilmesine yönelik ölçütler ve deneysel çalışmaların oldukça sınırlı olması nedeniyle eğilme işleminde malzeme kayıpları da sözkonusudur. Bu çalışmada, ahşap ızgara kabukların Türkiye’de uygulanabilirliğine odaklanılmıştır. Öncelikle bu konuda dünyadaki uygulamaların boyut ve detay bilgileri belirlenmiş, takiben yerli ağaç odunu karakteristikleri incelenmiştir. Bu kapsamda, Türkiye’de yetişen bazı ağaç odunlarının fiziksel ve mekanik karakteristikleri tablolaştırılmış, hangi ağaç odunlarının bu işleme uygun olduğu detaylı veri analizi ile araştırılmıştır. Yerli literatürde bulunmayan eğrilik yarıçapları hesaplanarak; yoğunluk, eğilme dayanımı, elastisite modülü, maliyet, üretim miktarı parametreleri ile ilişkisi belirlenmiştir. Bu araştırma; ızgara kabuk yapıların Türkiye’de uygulanabilirliğinin araştırılması, ağaç türlerinin sınıflandırılarak uygun olanların analitik yöntemler ile belirlenmesi ve değerlendirilmesi bakımından literatürdeki ilk çalışmadır. Değerlendirmelerden, ülkemizde yaygın olan ve Avrupa’daki örneklerine göre de eğilme dayanımı daha nitelikli olan kayın, karaçam ve meşenin; ızgara kabuk üretimi için tedarik, dayanım ve eğilebilirlik yönünden en uygun ağaçlar olduğu sonucuna varılmıştır. Analiz sonuçlarının bu yapıların inşası konusunda ahşap endüstrisini teşvik edeceği öngörülmektedir.

Keywords

esnek yapılar, ahşap ızgara kabuk, Türkiye ağaç odunları, malzeme seçimi, eğrilik yarıçapı

Design of bending-active structures and selection of the proper solid wood type

Abstract

Bending-active design is an approach based on bending and then fixing initially planar beams or shell parts within elastic displacement limits; gridshells, which stand out with their light, flexible and organic properties, are produced with this approach. In the production under consideration, material losses also occur in bending due to some missing criteria and limited experimental studies on the bending of the structural member. In this study, it is focused on the applicability of wooden gridshells in Turkiye. First, the sizing and detailing knowledge of worldwide applications were determined, and then the characteristics of the native wood types were investigated. In this scope, the tree species and proper wood types in Turkiye for this process were studied through detailed data analysis. From the current literature, the physical and mechanical characteristics of native wood species in Turkiye were tabulated. The radii of curvature not available in the national literature were calculated and the relationships of the parameters among the density, flexural strength, modulus of elasticity, cost, production quantity parameters were investigated. This research is the first study in the literature on the applicability of gridshell structures in Turkiye to classify tree species and to determine and evaluate suitable wood types with analytical methods. From the evaluations, beech, larch and oak, which are common in our country and have higher flexural strength compared to their examples in Europe; it was concluded that the most proper tree species in terms of supply, strength, and bendability for gridshell production. It is predicted that the results of the analysis will encourage the wood sector for the construction of this type structural systems.

Keywords

elastic structures, timber gridshell, Turkiye woods, material selection, radius of curvature

References

• Engel, H., Structure Systems, Hatje Cantz, Ostfildern, Germany, 2013. ISBN: 978-3-7757-1876-9
• Lienhard, J., Knippers, J, Considerations on the Scaling of Bending-Active Structures. International Journal of Space Structures, 3-4 (28), 137-147, 2013. Doi: https://doi.org/10.1260/0266-3511.28.3-4.137
• Lienhard, J. (2014). Bending-Active Structures: Form-Finding Strategies Using Elastic Deformation in Static and Kinematic Systems and the Structural Potentials Therein, Phd. Dissertation, University of Stuttgart, Institude of Building Structures, Stutgard, 2014.
• Naicu, D., Harris, R., Williams, C., Timber Gridshells: Design Methods and Their Application to a Temporary Pavilion. World Conference on Timber Engineering, Canada, Quebec City, August 10-14, 2014.
• Chilton, J. and Tang, G., Timber Gridshells: Architecture, Structure and Craft. New York: Routledge, New York, USA, 2017. ISBN: 978-1-138-77529-9
• Molina, J. C., Neto, C.C., Diego da Fe, A., Freitas, U. M., Morais, P. H., Silva Matos, G., Gridshell em Madeira: Aspectos Teóricos e Construtivos. Ambiente Construido, Porto Alegre, 1 (20), 277-29, 2020. Doi: https://doi.org/10.1590/s1678-86212020000100374
• Pedreschi, R., Form, Force and Structure: A Brief History. Architectural Design, 78 (2), 12-19, 2008. Doi: https://doi.org/10.1002/ad.636 Liddell, I., Frei Otto and the development of gridshells. In: Case Studies in Structural Engineering, Case Studies in Structural Engineering, 4, 39-49, 2015. Doi: https://doi.org/10.1016/j.csse.2015.08.001
• Koç, S., Gür. N. V., Mimaride Etkin Strüktürler Olarak Ahşap Izgara Kabuklar, Mimarlık ve Yaşam Dergisi, 6 (2), 349-369, 2021. Doi: https://doi.org/10.26835/my.861916 Lara-Bocanegra, A. J., Majano-Majano, A., Arriaga, F., Guaita, M. Long-Term Bending Stress Relaxation in Timber Laths fort he Structural Design of Lattice Shells, Construction and Building Materials, 193, 565-575, 2018. As, N., Büyüksarı, Ü., Masif Ağaç Malzemenin Bükülmesi, Journal of the Faculty of Forestry, Istanbul University, 60 (1), 29-37, 2010.
• Koç, S., Ahşap ızgara kabuk strüktürlerin incelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Mimar Sinan Güzel Sanatlar Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2020.
• Vardar Öz, M., Tek Tabakalı Uzay Kafes Sistemlerin Tasarımı, Yüksek lisans tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 2012.
• Collins, M., O’Regan, B., Cosgrove, T., Potential of Irish Orientated Strand Board in Bending Active Structures. International Journal of Civil, Construction and Architectural Engineering, 9 (3), 305-312, 2015. Collins, M., Cosgrove, T., Mellad, A., Characterisation of OSB Properties for Application in Gridshells. Materials and Structures, 50 (131), 2017. Doi: https://doi.org/10.1617/s11527-017-1005-y
• Harris, R., Romer, J., Kelly, O., Johnson, S., Design and construction of the Downland Gridshell, Building Research and Information, 31 (6), 427–454, 2003. Doi: https://doi.org/10.1080/0961321032000088007
• Harris, R., Roynon, J., The Savill Garden Gridshell Design and Construction, The Structural Engineer, 86 (17), 27–34, 2008. Harris, R., Dickson, M., Kelly, O., Roynon, J., The Use of Timber Gridshells for Long Span Structures, Proceedings of the 8th International Conference on Timber Engineering (WCTE), Finland, Lahti, June 14-17, 2004.
• D’Amico, B., Design and Building of a Post-formed Timber Grid-shell (Master Thesis), Researchgate. https://www.researchgate.net/publication/235921729. Yayın tarihi Temmuz, 2010. Erişim tarihi Mart 3, 2022.
• D’Amico, B., Kermani, A., Zhang, H., Pugnale, A., Colabella, S., Pone, S., Timber gridshells: Numerical simulation, design and construction of a full scale structure. Structures, 3, 227-235, 2015. Doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.istruc.2015.05.002 Dyvik, S. H., Mork, J. H., Nilsen, M., Luczkowski, M. Modular Kinematic Timber Gridshell; a Simple Scheme for Constructing Advanced Shapes. Proceedings of the IASS Annual Symposium, “Spatial Structures in the 21st Century”, Japan, Tokyo, 26–30 September, 2016.
• Cofo Architects. Multihalle Transformation. https://cofoarchitects.com/work/multihalle-transformation. Erişim tarihi Mart 11, 2022.
• Accoya. A New Way of Thinking About Wood. https://www.accoya.com/. Erişim tarihi Mart 11, 2022.
• Malkoçoğlu, A., Çakmak, A., Mobilya ve Doğrama Endüstrisinde Kereste Kalite Standartları Seçimi, Mobilya Dekorasyon Dergisi, 134, 36-48, 2016.
• Bal, B. C., Bektaş, İ. Odunun Yoğunluğu ile Mekanik Özellikleri Arasındaki İlişkinin Belirlenmesi Üzerine Bir Araştırma. Mobilya ve Ahşap Malzeme Araştırmaları Dergisi, 1 (2), 51-61, 2018. Doi: https://doi.org/10.33725/mamad.467353
• Baysal, E., Peker, H., Çolak, M., Tarımer, İ., Verniklenmiş Ağaç Malzemenin Yanma Özellikleri ve Borlu Bileşiklerle Ön Emprenye İşleminin Yanmayı Geciktirici Etkisi. Fırat Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 15 (4), 645-653, 2003.
• Sivrikaya, H., Saraçbaşı, A., Bor Madeninin Ahşap Koruma Endüstrisinde Değerlendirilmesi. II. Uluslararası Bor Sempozyumu, Türkiye, Eskişehir, 23-25 Eylül, 2004.
• Yangın Güvenlik. Alev Geciktiriciler. http://www.yanginguvenlik.com.tr/yayin/0/alev-geciktiriciler-gecmisi-ve-etkileri_6786.html. Yayın tarihi Ekim 2, 2014. Erişim tarihi Mart 11, 2022.
• Stevens, W. C. and Turner, N., Wood Bending Handbook. Woodcraft Supply, Parkersburg, USA, 1970. ISBN: 9780918036063
• Lara-Bocanegra, A. J., Majano-Majano, A., Arriaga, F., Guaita, M., Eucalyptus Globulus Finger Jointed Solid Timber and Glued Laminated Timber with Superior Mechanical Properties: Characterisation and Application in Strained Gridshells. Construction and Building Materials, 265 (4), 2020.
• Efe, H. ve Çağatay, K., Çeşitli Masif Ağaç Malzemelerin Bazı Fiziksel ve Mekanik Özelliklerinin Belirlenmesi. Politeknik Dergisi, 14 (1), 55-61, 2011. Doi: https://doi.org/10.2339/2011.14.1,55-61
• Çetin, F. ve Gündüz, G., Türkiye’deki Bazı Ağaç Türü Odunlarının Fiziksel Özellikleri Üzerine Yapılan Araştırmaların Değerlendirilmesi. Bartın Orman Fakültesi Dergisi, 18 (2), 175-193, 2016. Doi: https://doi.org/10.24011/barofd.267294
• OGM. Resmi İstatistikler. https://www.ogm.gov.tr/tr/ormanlarimiz/resmi-istatistikler. Erişim tarihi Mart 11, 2022.
• Çetin, F., Gündüz, G., Türkiye’deki Bazı Ağaç Türü Odunlarının Mekanik Özellikleri Üzerine Yapılan Araştırmaların Değerlendirilmesi. Bartın Orman Fakültesi Dergisi, 19 (1), 161-181, 2017. Doi: https://doi.org/10.24011-barofd.306723
• Üstündağ, C. Ahşap Yapıların Tasarımı Bölüm 1-1: Genel kurallar ve bina kuralları. https://docplayer.biz.tr/2419078-Ts-en-1995-1-1-ahsap-yapilarin-tasarimi-bolum-1-1-genel-kurallar-ve-bina-kurallari.html. Yayın tarihi Ekim 22, 2014. Erişim tarihi Mart 11, 2022.
• Çalışkan, Ö., Meriç, E., Yüncüler, M., Ahşap ve Ahşap Yapıların Dünü, Bugünü ve Yarını. BŞEÜ Fen Bilimleri Dergisi, 6 (1), 109-118, 2019. Doi: https://doi.org/10.35193/bseufbd.531012
• European Wood. Selected European Wood Species. https://jp.europeanwood.org/en/living-with-wood/selected-european-wood-species/index.html. Erişim tarihi 11 Mart, 2022
• Wood-database, Wood filter. https://www.wood-database.com/wood-filter/?fwp_location=europe&fwp_ name=H. Erişim tarihi 11 Mart, 2022