BURJ KHALIFA’NIN TAHTINDAN İNDİRDİĞİ MEGA YAPI

Taipei 101, 21 Temmuz 2007 tarihinde Burj Halife tarafından geçilene kadar dünyanın en yüksek binası unvanına sahipti. Tam adı “Taipei Finans Merkezi” olan, Dünya’nın ikinci en yüksek binasına ve bu binanın teknik sırlarına hep birlikte göz atacağız.

Taipei 101, Taiwan’ın rekorlar kıran gökdelenidir; Kendisi Dünya’nın en yüksek yapısı unvanını burç Halifeye kaptırmış ve ikincilik koltuğuna oturmuştur, bununla birlikte Dünya’nın en hızlı ikinci asansörüne sahip olma özelliğine de sahiptir. 101 katlı bir yapı olması nedeniyle “Taipei 101” olarak bilinmektedir. Yapımına 1999’da başlanmıştır ve yapımı 2004’te sona ermiştir. Çatıya kadar olan yüksekliği 460 metredir, en uç kısma kadar olan yüksekliği 509 metredir. Empire State binasından 1/3 kat daha yüksek olan Taipei 101’in yapımı yaklaşık 1.3 milyar dolara mal olmuştur. Aktif fay hattının üzerine ve tayfun bölgesinin tam ortasına yapılan 509 metrelik bu dev yapı çeşitli mühendislik ve teknik sırlar sayesinde ayakta kalmaktadır.

Binaları metal kafesler kullanarak yapmayı kim ve nasıl keşfetti?

1871 yılında Chicago’da 36 saat süren yangın 300’ü aşkın insanın ölümüne ve 17500’ü aşkın binanın yok olmasına neden olmuştur. 3 aylık kuraklık sonucu binalar yanmıştır. Ahşap bina yapımı yasaklanmış, mimarlar yüksek arazi fiyatları karşısında yüksek binalar yapmanın yollarını arıyorlardı. Mimar William Ribarov Jenny’nin karısı kitap okuyormuş, eşi gelince kitabı kafesin üstüne koymuş, böylece kafes tipi yapıları düşünmüştür. Binaların metal kafesler üzerine inşa edilebileceğini fark etmiştir. Dik kolonlar arasına yatay kirişler ekleyip duvarlardaki ağırlığı demir iskelete aktararak yalnızca hafif bir yapı elde etmemiş, ayrıca katları taşıyacak kadar da güçlü bir temel elde etmiştir. “Kirişlerle desteklenmiş bir kafesin dayanım gücü.”

Brende Marsh (yapı mühendisi): Kafes sisteminin denemesini dikey yükle deniyor. Eskiden mühendisler bundan korkuyordu, çünkü kendi ağırlığı altında yıkılabilecek bir yapı gözüyle bakılıyordu. 4 kolon ve kirişlerle yapılan yapıda ilk denemede kolonlar dışa eğilmişti, şimdi ise kirişler tutuyor. Çapraz kirişler sayesinde yapı 2,5 kat daha güçlü bir hale getirildi. Yapı mühendisleri 101 katı bu sistemle inşa etti.

Bambu ağacı ve yelkenli:

Taipei, 2,5 milyonluk nüfusla bir dizi fay hattının ortasında yer almaktadır. Her on yılda bir şiddetli deprem meydana gelmektedir. Eylül 1999’da meydana gelen depremde 2192 ölü, 8735 yaralı, 100000’i aşkın evsizle özetlenebilen ağır bir bilanço kalmıştır geride. 12 katlı otelin yıkıldığı bölgede, aynı fay hattı üzerinde bir gökdelen adeta felakete davet niteliğindedir. Simülasyon testleri bir binanın depremde ayakta kalabilmesi için hem sağlam hem de esnek olması gerektiğini göstermektedir. Bir binanın ayakta kalacak kadar sağlam, hem de sismik şokların yıkıcı etkisini atlatabilecek kadar esnek olmasını nasıl sağlarsınız?

Taipei101’in ödül kazanmış mimarı Wang, gereken ilhamı ülkesinin aşina olduğu bambu ağacında bulmuştur. Taipei101 birçok açıdan bambu ağacına benzemektedir. Bambu dışardan çok güçlü görünmeyen ancak doğal bir esnekliğe sahip ağaçtır, bir miktar eğilebilir ancak kırılmaz. Hızlı büyür, sahip olduğu güç ve esneklik iç yapısında gizlidir. Bitişik halde boş bölmelerden oluşan kapalı bir tüp şeklindedir. Bu bölmeler perdeler tarafından ayrılır ve bitkinin güçlenmesini sağlar. Wang, kolonları her 8 katta bir desteklemek için dev çelik demetler tasarladı. Bu bambu tarzı tasarım güçlü sismik sarsıntılara dayanabilir. Önümüzdeki 2500 yıl içerisinde yaşanabilecek en şiddetli depreme bile dayanabilecek şekilde yapılmasını istedi. Ancak doğa Wang’ın tasarımını daha bitmeden test etti. 2002 yılında bir deprem meydana geldi, şok dalgaları tüm adayı sarstı. Taipei 101 şiddetli sallandı, sıkıca bağlanmamış her şey aşağıdaki caddeye düşüyordu, düşen inşaat vinçleri 5 kişinin hayatına mal oldu. Her şeye rağmen Taipei 101 ayakta kalmış ve inşaat devam etmiştir. Tamamlanan dev kule 2 yıl sonra dünyanın en büyük binası unvanını almıştır.

Wang yeni bir engelle karşılaşmıştır; yüksek binalar güçlü fırtınalarda, şiddetli rüzgarlarda sallanır hatta yıkılabilir. Taipei 101 de istisna değildir. Yalnızca rüzgârlı değil, sıcak bir tayfun bölgesinin tam merkezinde yer almaktadır. 2007’de 160 km’lik güçlü rüzgarlar 9 kişinin hayatına mal olmuştur. 3500 yıl önce keşfedilen bir mühendislik çözümüne başvurulmuştur. Yelkenli! Dar, hafif ve suda denge sağlaması için herhangi bir omurga direği yok. Peki rüzgâra nasıl karşı koyuyor?

2 ek omurga Taipei101’de bulunan bir mühendislik tekniği. Denge kayıkçığı güçlü rüzgarlarda tekneyi sabit tutuyor. Gücün etki ettiği alan genişletilmeye çalışılıyor. Bu teknik 3500 yıl öncesine Polinezya Adaları’na dayanmaktadır; bunları kullanan ilk denizciler daha hızlı ve daha dengeli bir yolculuğun sırrını çözmüştü. Yelkenler çekip dengeleri kurduktan sonra teoriyi zorlamaya çalışılıyor, hız arttırılıyor. Bunun gibi kayıkçık kullanan yatlar Atlantik okyanusunu 4 günde geçebiliyor. Kayıkçıklar rüzgâr direnç sisteminin yalnızca bir parçası. Buna merkezi çekirdek de dahil. Bu sert bir yapı ancak tek başına o kadar da dayanıklı değil. Bu nedenle çelik demetleri ekleniyor ve kuvvet dış kolonlara aktarılıyor. Tıpkı üzerinde durduğu gibi.

Kayıkçık fikri bina boyunca uygulanabilir, bu şekilde Taipei 101’te her 8 katta çelik demetler kullanılmıştır. Taipei 101 gibi bir binada yapısal açıdan her zorluk da aynı oranda büyüktür. Özellikle inşaat sektörünün gözde malzemesi beton kullanılırken. En üst kat dahil her kat betondan yapılmıştır. Betonu bu yüksekliğe pompalamak için kökeni 17. yüzyıla dayanan bir süper pompa kullanmak gerekiyor. 300 yıl geriye saralım.

İngiliz madencilik sektörü büyük sorunlar yaşıyor. Derin tüneller suyla doluyor ancak insan ve beygir gücüyle çalışan pompalar suyu tahliye etmek için yeterli hıza sahip değil. Kısacası madenler batıyor. Günü kurtaran ve Sanayi Devrimini tetikleyen makine yaratıcı bir vaiz ve bir demir tüccar olan Thomas Newcommon’ın dehası sonucu icat ediliyor: At Başı. Bu makine piston gücüyle çalışan ilk pompa olma özelliğine sahiptir. Bir vakum tarafından oluşturulan basınç farkından güç elde etti, sonra bunu bir pistonu hareket ettirmek için kullandı. Buharın yoğunlaşmasıyla oluşan vakum sayesinde çalışıyor. Dışarda pistonun üstündeki atmosferik basınç, iç basınçtan büyüktür ve tek bir seçenek kalıyor geriye, piston aşağı iniyor ve kirişi yukarı kaldırıyor, karşı dengeyle piston yine yukarı çıkıyor, daha çok buhar oluşuyor ve tekrar yoğunlaşıyor, piston aşağı iniyor. 18.yüzyılın kalan bölümünde Newcommon tarzı bir pompa New Jersey’deki bir bakır madenini kurutmak için ilk kez Atlantik’i geçti. 250 yıl ileri sarıp Newcommon’ın torunları, bir vakum ve büyük oranda basınç kullanarak betonu adeta gökyüzüne pompalıyor rekor kitaplarına taşıyor başarısını.

Ağustos 2003’te bir dünya rekoru kırıldı. Taipei 101 bir binada beton pompalandığı en yüksek nokta olma özelliğine sahip. En aşağıdan 101 kat yukarıya beton pompalanması gerekiyordu. Bu yükseklikte, betonla dolu bir boru 13 ton ağırlığındadır. Dolayısıyla Newcommon’ın hayal edebileceği bir teknoloji gerekli. Binalar yükseklikçe onu taşımak için gereken güç daha karmaşık bir hal almıştır. Birbirine bağlı, iç içe geçmiş borular en yüksek katlara bile ulaşabiliyor. Pompa tabana yakın ve çatı katı yaklaşık 4,5 futbol sahası kadar yukarıda. Beton bir süper pompa tarafından pompalanıyordu, 12 silindirli ve 419 kW’lık Dodge Diesel motoru operasyonun kalbi. İnşaatı ayakta tutan bu pompadır. İlk olarak beton sürekli yukarı pompalanmalı, yoksa karışım ayrılabilir ve daha da kötüsü donar.

Düzenli bir akış sağlayabilmek için pompa 2 piston kullanıyor, biri emerken diğeri fırlatıyor Newcommon’ki gibi basit bir vakum sıvı betonu çekiyor daha sonra dev dizel motoru hidrolik basınç yaratarak onu dışarı fırlatıyor. Fikir aynı ancak basınç daha fazla. Peki betonun güçlü pompalarla pompaladığı ve bir rekorun kırıldığı o yüksekliğe insanları nasıl taşırsınız? Taipei 101’in bir diğer rekortmeni olan asansörlerle! Hızlı gitmek büyük bir sorun çünkü hızlı durmak gerekiyor. Daha sert frenler, daha fazla ısınma anlamına geliyor ancak yangın çıkarma ihtimali olmadan böyle bir fren mekanizması nasıl kurulur? Peki spor arabalar yüksek hızlara çıktıktan sonra nasıl hızlı bir şekilde durur? Taipei 101 gibi büyük ve uzun bir yapı, çok sayıda asansör anlamına gelmektedir. Bünyesindeki 10000 insanı sürekli hareket halinde tutabilmek için toplam 67 asansör bulunuyor 34 tanesi çift katlara çıkıyor. Ancak gökyüzündeki gözlem noktalarına adeta uçmak isteyen turistler için bu asansörler yeterince hızlı değil. Hızlı ama güvenli bir şekilde bir ziyaretçiyi bir anda 89.kata ulaştırmak asıl zorluk.

Sonuç: dijital olarak kontrol edilebilen, aerodinamik özellikte, basınçlı kapsül aynı zamanda sarsıntı önleyici sisteme ve deprem anında algılayıcılara da sahip dünyanın en gelişmiş asansörü. Aynı zamanda çok hızlı; Dünya’nın en hızlı asansörü olarak Guinness rekorlar kitabına girdi. 84. Kata 37 sn’de çıkıyor. Fanı var ve uçak gibi basınç altında tutuyorlar. Dikey doğrultuda kalkışa geçen uçaktan daha hızlı yükseliyor. Hareket etmiyor gibi, 37 sn. bile sürmeden saatte 64 km hızla yarım km hava fırlatıyor. Zeminle aranızda sadece acil durum frenleri var. Metal frenler dururken aşırı ısınıp sorun yaratabilir. Mühendisler, süper asansörler çok ısındığında bile devamlılık sağlayabilen bir sisteme ihtiyaç duyuyor. Hayatını otomotiv sektörüne borçlu bir mühendislik fikri. Yüksek ısılarda dayanıklılık sağlayabilen tek malzeme seramiktir. Seramik diskler metaller kadar ısınmıyor ve ısındıkça daha iyi kavrıyor. Motor sporları mühendisi Craig Dawson’ın belirttiği üzere kontrolden çıkmış acil durum frenleri etrafındaki mekanizmaları da yakabilir. Arabalarda seramik frenler ilk defa geçen yy. sonlarında ortaya çıktı (1981). NASA’nın gerçekleştirdiği ilk mekik fırlatılışı ısıya dayanıklı madde araştırmaları döneminin sonunda meydana geldi. Sorun mekiğin alüminyum gövdesini atmosfere girerken erimekten nasıl kurtaracağıydı. Kum bazlı silisyum maddesi keşfedildi, mekiklerdeki ısı kaplamasının temelidir bu icat. Kaplama bir yüzünde 648 dereceye dayanabilecekken diğer yüzünde elle tutulabilecek sıcaklıkta kalabiliyor. Aşırı durumlarda 1600 dereceye dayanır ki bu sıcaklık kayayı eritmek için yeterlidir. Roket bilimindeki kökeni ve hız pistlerindeki frenlerde gösterdiği başarı sayesinde bu mekanizma kendini kanıtladı. Bu icat Taipei 101’de ise kontrolden çıkmış yüksek hızlı asansörleri durdurmak için nihai tercihtir. Taipei 101’in kontrol bölmesindeki asansörler ve acil durum frenleri gözlemi: silikon nitrattan yapılmış balatalar çelik rayları kavrıyor. Balatalar 1000 dereceye dayanabiliyor (erimiş lavla aynı sıcaklıkta). Frenler, bir futbol sahasının yarısı mesafede, saatte 76,5 km hızla yol alan yaklaşık 20 tonluk yükü 40 metre içinde durdurabiliyor.

85.katta içilen çorba güçlü rüzgarlarda dökülmüyor: “Emniyet Kemeri” Taipei 101 sürekli tropik fırtınaların etkisi altındadır. Sorun yıkılması değil müşterilerin konforu konusundaki hassasiyeti. Bölgede güçlü tayfunlar, sağanak yağış, saatte 160 km hıza ulaşan rüzgarlar meydana gelmektedir. Yüksek binalar rüzgârda yana yatma eğilimi gösterir. Bambunun sağladığı bir esneklik var ama bu da belirli bir seviyeye kadar dayanabilir. 3,5 sn de bir fren yapıp sonra hızlanan bir otobüste oturmaktan farksız. Hızlanma ve yavaşlama süratini düşürmeli ve değişim oranını azaltarak yaşanan rahatsızlık giderilmelidir. Yarım km değişim oranını azaltarak yaşanan rahatsızlık giderilmelidir. Yarım km yükseklikteki bir binanın güçlü rüzgarlarda mide bulandırıcı bir şekilde sallanmasını nasıl engellersiniz? Yapının içerisinde yüksek şiddetlerdeki rüzgârlar sonucu eğilmelere karşı ve içerde bulunan insanların rahatsız olmalarını engellemek amaçlı yapının ağırlık merkezinde bulunan, uçlarında 6 tondan fazla ağırlık taşıyan 8 ayarlı kütle sönümleyiciler rüzgârın etkisini azaltacak şekilde ağırlığı ve dolayısıyla bütün yapıyı hareket ettirir. Yapının ortasında binayı dik tutmaya yarayan ve dünyada sadece üç adet bulunan dev bir küresel ayarlı kütle amortisörü bulunmaktadır. Dünyanın en büyük ve en ağır amortisörü devasa 16 çelik kablo sayesinde 92. Ve 97. Katlar arasında sallanıyor. Dev top sarkaç gibi sallanıyor, bu salınım binanın sallanışına ters hareket ediyor ve bunu yapmak için her nesnede olan bir özelliği kullanıyor; eylemsizlik.

Dünya’nın en yüksek binası unvanını Burç Halife’ye kaptırsa da Taipei 101 Dünya’nın en yüksek ikinci binası olarak pek çok teknik sır barındırmaktadır bünyesinde. Çelik kafes gövdesi, bambudan esinlenerek tasarlanan yapısı, betonu 509 metreye pompalayabilen üstün teknoloji pompaları, 37sn’de yarım km yükselebilen seramik frenli asansörleri, binanın rüzgarlarda eğilmesini engelleyen dev, ayarlı kütle sönümleyicileri Taipei 101’in inşaatı sırasında kullanılan bazı teknik sırlardır. Bu teknik sırlar, bu dev yapı daha da Hazırldimdik ayakta durabiliyorsa, yükseklik yarışında gümüş madalyayı başarıyla taşıyabiliyorsa bu teknik sırlar sayesindedir. Her yapının hikayesi vardır, bu yazı da Taipe 101’in hikayesindeki küçük sırları sizlere anlatmak için yazıldı.

Hazırlayan: Gökçe Özçelik

CEVAP VER

Lütfen yorumunuzu giriniz
Lütfen adınızı giriniz