Geçen son on yıl içinde tasarım endüstrisi, yüksek katlı binaların inşaat malzemesi için kerestelik ağaca giderek artan bir ilgiyle bakmaktadır. Bu ilgi kısmen yeni tasarlanmış kerestelik ağaç ürünlerindeki gelişmeler ve önceden hazırlanmış (prefabrike) elemanların ve bileşik (kompozit) bina sistemlerinin olası ekonomik faydasından kaynaklanmaktadır. Ancak,  son zamanlarda gündemde olan yeşil ve sürdürülebilir mimarinin önemine yapılan vurgu ve yüksek katlı, keresteden yapılmış binaların sürdürülebilir yarar sağlama potansiyelinin anlaşılması birçok mimar, bina sahibi, hükümet ve diğer bina paydaşları için kereste kullanılacak şekilde tasarım yapılmasını istemelerinde esas motive edici unsur olarak gözükmektedir. 

Sürdürülebilirlik Faydaları – Ahşap Bina Sisteminin Üstünlükleri

Binaların sera gazı emisyonu konusunda inşaat ve işletilmeleri en büyük pay sahiplerinden biri olduğundan bina sahipleri, yöneticiler, tasarımcılar ve hükümetin bazı birimleri binaların yapımı ve işletilmesinde sürdürülebilirlik özelliklerine büyük önem vermektedir¹.

Bina inşaatında kereste malzeme kullanılması sürdürülebilir bina uygulamaların birçok yönden şüphesiz önemli pozitif katkı sağlayabilir. Binalarda kereste kullanımının sağladığı faydalar:  

·                Kereste yenilenebilir bir kaynak olarak kabul edilmektedir ve kerestenin kaynağı olan ormanlar doğal bir karbon çukuru sunmaktadır;

·                Kereste ürünlerinin kaynaktan çıkartılması ve imalat aşamaları klasik inşaat malzemelerine nazaran çok daha az enerji kullanmaktadır

·                Prefabrikasyon ve sökülebilir şekilde tasarlanmış yeni, gelişmiş kereste sistemleri malzemenin yeniden kullanılmasına olanak sağlamakta ve klasik malzemeler için geçerli olan söküp kırma ve sonra yeniden çevrime sokarak kullanılır hale getirme döngüsüne göre çok daha verimli bir kullanım çevrimi sağlamaktadır.

Sürdürülebilirliğin sağladığı faydalara ilave olarak kereste ürünlerinin diğer inşaat malzemeleri tiplerine göre ek özellikleri bulunmaktadır:

·                Kullanılacağı yerin uzağında önceden hazırlanabilmesi mümkündür ve yüksek kaliteli onaylı üretim imkânı sağlayarak,  yerinde yapılması gereken işleri azaltır. Hava şartlarına bağlı değildir ve hızla kurulabilir,

·                Bina ağırlığını azaltır, neticede temel işlerinde diğer inşaat malzemeleriyle mukayese edildiğinde önemli tasarruf sağlar.

·                Yerinde değişiklik yapılması kolaydır ve

·                Mimari tasarım seçeneklerinde esnekliği sağlar.

Kereste Kullanılarak Yapılan İnşaat Tipleri – Gelecek Nesil Kereste Tasarımı   

Kereste ürünleri, montajlı ürünler ve inşaat metotları zaman içinde gelişmiştir. Kereste ile yapılan binalarda klasik uygulama düşük ve orta yükseklikte konut ve ticari binalarla sınırlıdır. Bu binalar genel olarak hafif kereste iskelet ile inşa edilir ve boyutları ve açık alanları sınırlıdır. Bu, orta veya daha yüksek katlı konut ve ticari bina uygulamalarında giderek daha yaygın olarak kullanılan ağır kereste ile yapılan inşaattan ayrılır.

Hafif ve ağır kereste iskelet farklı uygulamalarda kullanılırken, inşaat tipleri arasındaki temel fark, inşaatta kullanılan kereste elemanlarının kesit ölçülerindedir. Bugün gerçek anlamda “hafif” ve “ağır” kereste için genel olarak kabul edilmiş bir tanım mevcut olmamasına rağmen. Masif ağaç kısmının minimum ölçüsü yaklaşık 80 mm (3")^2’yi aşan kereste  “ağır” kereste olarak kabul edilir.

Genel olarak hafif kereste iskeletli inşaat, duvar ve zemin grubu oluşturan daha fazla sayıda küçük kesit ölçülü direk elemanlarından yapılmıştır. Bu gruplar genel olarak duvar veya zemin şasi elemanlarını oluşturmak için cephe kaplaması veya kılıf içine alınırlar. Hafif kereste iskeletli inşaat genel olarak alçak ve orta yükseklikte konut ve ticari binalarda kullanılır. Bu binalar genellikle beş veya altı kata kadar yüksekliktedir ve betonarme zemin kat üzerine oturur. İskelet metotları olarak “platform” , “balon” veya çubuk-iskeletli konstrüksiyon kullanılır.⁴

Ağır kereste iskeletli inşaat ise binanın üst yapısını meydana getirmek için daha az sayıda büyük kesit alanlı olarak tasarlanmış ürünlerden oluşur.  Bunlar içinde masif kesilmiş kereste içerirken, modern binalar genel olarak işlenmiş kereste ürünleri kullanırlar. Masif olarak kesilmiş kütük keresteye nazaran işlenmiş kereste ürünleri daha büyük güç ve tasarımda esneklik sunar. Mimari ve yapısal tasarım bakımından da daha fazla istek uyandırmaktadır.

Ağır kereste iskeletli inşaat daha büyük tasarım esnekliği sunar (hafif kereste iskeletli inşaatla karşılaştırıldığında) bunun içine daha uzun destek içermeyen kirişler, açık plan alanları ve daha uzun inşaat imkânı sayılabilir. Ağır kereste kullanılarak yapılan inşaatın iki önemli  formu kolon-kirişli inşaat ve panel şeklinde inşaattır.

 Hafif ve ağır kereste iskeletlerin özellikleri birçok tasarım kılavuzu kitaplarında verilmiştir. ^2,3,4,5

Kolon ve Kirişli İnşaat

Kolon ve kirişli inşaatta, geniş bir yelpazede farklı ürünler kullanılır. Bunlar içinde masif kesilmiş kereste ve yapışkan malzemeyle lamine edilmiş ağaç, lamine ahşap kaplamalı kereste ve tabakaları çapraz lamine edilerek birleştirilmiş kereste gibi yeni tasarım ürünler yer alır.

Masif kesilmiş kerestede büyük kesit alanı olan elemanlar bulunur ve bunlar istenilen ölçüye göre kesilerek küçültülür.  Verilen eleman ölçüsünde masif kesilmiş kereste genelde yapı kolonu ve iskelet kirişi elemanı olarak kullanılır.   Yapışkanla lamine edilmiş (birleştirilmiş) ağaç yada “gulam” bir tasarım ürünüdür ve daha küçük kesilmiş parçalar içerir, bunlar normal olarak 2 in x 4 in (50 mm x 100 mm) ölçülerindedir ve birbirlerine yapıştırılır veya lamine edilir. Bu ürün masif kereste elemandan daha güçlüdür zira daha homojen yapıdadır ve budak veya diğer kusurların getireceği etkileri azaltır. Masif kesilmiş kereste ile benzer ölçü ve yapısal uygulaması olan ‘gulam’ elemanları genel olarak yapının kiriş ve kolonlarında kullanılır.

Lamine kaplamalı kereste (Laminated veneer lumber -LVL) çoklu tabakalı yaklaşık 3 mm (1/8") kalınlıkta ince ağaç kaplamalardan meydana gelir. Bunlar ısı ve basınç altında birbirlerine paralel olarak preslenerek birleştirilmiştir. Ağaç kütüğü ince kaplamalar şeklinde dilimlemek ve birbirlerine presleyerek yapıştırmak ağaçta kusur olma ihtimalini azaltır, sonuç masif kesilmiş kereste elemanlarına nazaran daya iyi yapısal performanstır.⁶

Panel Kullanarak İnşaat

Panel kullanarak yapılan inşat esas yapı elemanları olarak yekpare kereste panelleri içerir. Bu paneller  yeni bir tasarım ürünü olan ve “çapraz lamine kereste” (cross laminated timber” (CLT) olarak adlanır.

Çapraz lamine kereste birçok yönde sağlam olması için her biri diğerine dik olarak preslenerek birleştirilen çok tabakalı dikme elemanlarından oluşur. Birçok dik yerleştirilmiş tabaka yapı elemanı olarak kullanılacak çapraz lamine edilmiş keresteleri meydana getirir. 

CTL paneller yük taşıyıcı duvar veya perde duvarı olarak dikey pozisyonda veya yük taşıyan çatı veya zemin olarak yatay pozisyonda yerleştirilebilir. CLT panellerin yapıda duvar veya zemin için kullanılmaları genelde orta veya yüksek katlı konut inşaatında yük taşıyıcı duvar veya zemin olarak görülür. Duvarlar tipik olarak üç ila beş tabakalı panellerden oluşur, zeminler ise daha kararlı yapıda olmaları için beş veya daha fazla tabakadan oluşurlar. CLT paneller yapı içinde iç veya dış bölme yapıcı eleman olarak da tasarlanabilir. Bu CLT panelleri konut inşaatlarında daire bölümler yapmada kullanımını oldukça pratik hale getirmiştir. CLT panellerin en önemli faydalarından biri de kullanım yerinin dışında önceden hazırlanarak kulanım yerine getirilebilmeleridir. Panellerdeki delikler ve girintiler montaj yerine gelmeden önce fabrikasyon olarak kesilip hazırlanabilir.  Bu yerinde yapılacak işçiliği en aza indirir, inşaat süresi ve masrafını azaltır ve yapısal elemanların hassasiyetini ve işçilik kalitesini arttırır. 

Yüksek Katlı Ahşap Binalardaki Zorluklar

Son zamanlarda ortaya çıkan yüksek katlı ahşap binalar tasarım, onay ve bu yeni ve yaratıcı yapıların inşaatı için birkaç ana zorluk göstermektedir.

Yangın Tehlikesinin Fark Edilmesi

Yüksek katlı kereste yapılarda ortaya çıkan en önemli zorluklardan biri de yüksek katlı yanmaz malzemelerden yapılan yapılara göre daha fazla risk taşımaları endişesidir.  Bu endişe facia ile sonuçlanan yangın vakaları için tarihi örneklerden, ahşap yapılarda son zamanlarda meydana gelen yangın hadiselerinden veya bina malzemesi olarak ağır kerestenin yangın performansının yanlış anlaşılmasından kaynaklanmaktadır.

Hafif ve ağır kerestenin yangın performanslarını tanımlamak önemli bir ayrıntıdır. Yanan kereste deneyimleri, tutuşma ve hafif kereste iskeletiyle belirlenen küçük kesit alanlı elemanlarla sınırlı olabilir. Araştırmalar ağır kereste elemanlarının hafif keresteyle karşılaştırıldığında farklı bir yangın performansı sergilediğini göstermektedir.⁷  Ağır kereste elemanların kesit ölçüsü, özünde var olan, kerestede kömürleşen bir tabaka oluşmasını sağlayarak elemanı koruyan yangın direncinin ortaya çıkmasını sağlar. Sonuçta ağır kereste elemanlarının yangın performansı hafif  kereste elemanlarına göre daha iyidir.

Bilgide Olan Boşluklar

Son 15 yıldır kereste yapıların yangın performansını daha iyi anlamak için araştırmalar ve testler yapılmaktadır. Ancak daha ileri testlerin yapılması için fırsatlar vardır. Bilgilerimizde olan bu boşlukların daha iyi anlaşılmasını sağlamanın amacı kereste yapıların yangın performansını daha iyi karakterize etmek ve yangın risklerini açıklamaktır. Araştırma ve testler tasarımcının yangın performansını, mühendisin yangından korunma stratejilerini belirlemesine yardımcı olacak performans karşılaştırmaları ve tasarım araçları sağlayacak ve güvenli bir tasarımı sergileyecektir.⁸

Açıkta Duran Korumasız Kerestenin Oda Yangınlarına Katkısı

Önceki yangın testleri açıkta duran korumasız kerestenin kompartıman yani bölme yangınlarındaki yanan yakıt yüküne katkı yaptığını göstermektedir. ⁹ Yangın testleri lamine edilmiş parçaların birbirlerinden ayrılması, açıkta duran CLT panellerinde¹⁰ görülebilir. Bu ayrılma sınırlı bir zaman için yanma oranında artışa neden olabilir ve aynı zamanda yangına maruz kalan masif ağaç elemanında ani olarak kompartımanın sıcaklığına maruz kalması nedeniyle kömürleşme yani yavaş yanma oranını da artırmaktadır.

Açıkta bulunan kerestenin oda yangınlarına olan katkısını daha iyi anlamak katkıyı daha iyi açıklamak, laminasyonun bozulup bozulmayacağını ve ne zaman bozulacağını belirtmek ve özel tehlikeleri karşılayacak stratejileri tasarlamak için uygun potansiyeline sahiptir.

Kereste Elemanlar ve Kereste Bileşenlerinden Oluşan Gruplar Arasındaki Bağlantı

Mimari talepleri ve yapının isteklerini karşılamak için yeni kereste teknolojileri geliştikçe, bu yeni yapısal grupların ve özellikle yapısal elemanlar arası yükü aktaran bağlantıların,  yangın performanslarının dikkate alınması önemli olmuştur.

Güvenliğin sağlandığını göstermek için elemanların yapısal yangın performanslarına yüksek seviyede güven duymak gerekmektedir. Bu ise emniyetli bir tasarım olduğunu göstermesi için oldukça gelişmiş modelleme veya yangın testleri gerektirir.

Verilecek Hizmetler İçin Yangının Malzemenin İçine İşlemesi Özellikleri
Kereste kullanılarak yapılan binalarda yangın güvenliği için kompartımanlara ayırmanın başarılı olduğunu sergilemek için yangının malzemenin içine işlemesi davranışını sergilemek çok önemlidir. Yangın için sınıflanmış olan yapı elemanlarının yanabilirlik özellikleri yanmaz yapı elemanlarına göre çok özel zorluklar gösterir.  Yangın performans şartlarını karşılamak için geliştirilecek uygun yangını durdurma çözümleri için malzemenin kömürleşme davranışları mutlaka dikkate alınmalıdır.

Malzemenin geliştirilecek yangın performans şartlarını karşılamak için geliştirilecek uygun yangını durdurma çözümleri için mutlaka dikkate alınmalıdır.

Bu zorlu işlemi çözmek için mevcut iki seçenek, yanabilen ana malzeme veya alt malzemeleri hesaba katan test standartlarının geliştirilmesini ve keresteden yapılan binalardaki duvar ve zemin için onaylı markalar altında toplanan tescilli  ürünleri içerir.

Onay Alınması

Yüksek katlı kereste binalar için küresel olarak artan birçok uygulama olmasına karşılık, ABD’de bina yönetmelikleri süreci hala yüksek katlı kereste binaların tasarımına onay vermemiştir.   Uluslararası İnşaat Yönetmeliği’nde halen uygulanmakta olan belirtici kılavuz yanıcı maddelerden yapılan binaları, yaklaşık sekiz buçuk katlık ağır kereste binaların uygulama limitinin oldukça altında bir değerle, yaklaşık beş veya altı katla sınırlamıştır.

Yürürlükte olan düzenleyici şartlarda yüksek katlı keresteden imal edilmiş yapıların onaylanması bina yönetmeliğine bir alternatif çözüm teklifi getirilmesine ihtiyaç göstermektedir. Bu bir tasarımcının alternatif çözümü teknik olarak halen mevcut belirleyici kuralda öngörülen, istenen güvenlik seviyesini karşıladığını doğrulamasını gerektirmektedir. Bu kerestenin yangın performansının ayrıntılı olarak kavranmasına, tasarlanan bir yangın koruma stratejisine ve ihtimalle güvenli tasarım yapıldığını kanıtlayacak yangın testlerine dayanan oldukça ağır bir kanıtlama yüküdür.

 Bilgilerdeki boşlukları doldurmak ve yüksek katlı keresteden imal edilmiş binalardaki yangın güvenliği zorluklarını daha iyi anlamaya yardımcı olmak için oldukça çok sayıda devam eden araştırma bulunmaktadır. Özellikle değerli bir araç da yangın performansı konularını açıklığa kavuşturacak ve yangın mühendisliği tasarımları için analitik araçları ve alternatif çözümleri doğrulayacak yangın testidir.

Keresteden İmal Edilen Binaların Tipleri – Yüksek Katlı Keresteden İmal Edilmiş Binalar İçin Küresel Örnekler

Avrupa yeni kereste teknolojilerinin kullanılmasını benimseyen ilk kıtalardan biri olmuştur. Diğerleri arasında İsveç, Almanya ve İngiltere yedi kat ve daha üzerinde kereste kullanılarak yapılan binalar inşa etmişlerdir. En son olarak Avustralya dünyanın en yüksek kereste kullanılarak yapılan binasını tamamlamıştır.

Deneyim ve alışkanlık arttıkça ve daha fazla sayıda binanın inşaatı tamamlandıkça kereste kullanılarak yapılan inşaatın faydaları giderek daha belirgin hale gelmektedir. Bunlar sadece sürdürülebilirlik faydaları değil bunun yanında inşaatın yapılma hızı ve kolaylığı da vardır.

Almanya, Bad Aibling’de sekiz katlı bir binanın inşaatının tamamlanması sadece üç hafta sürmüştür. İngiltere’nin dokuz katlı Stardhaus apartman binasının tamamlanması mukayese edilebilen standart bir betonarme binadan 23 hafta evvel tamamlanmıştır.  Londra’nın Stadhause binası aynı zamanda karbon azaltma mevzuatını kolaylaştıran yenilik yaratıcılığıyla da ilgi çekici bir örnek oluşturmaktadır.  Haziran 2013’te Avustralya, Melborn kentinde 10 katlı, çapraz lamine keresteden (CLT ) yapılan konut kompleksi, “Forté Binası” dünyanın  kullanılan en yüksek kereste kullanılarak yapılmış binası olmuştur.

Kereste kullanılarak yapılan yüksek binaların gelişmesi son zamanlarda Kuzey Amerika’ya da sıçramıştır.  Altı katlı “Bullitt Center” binasının Seattle ve Washington’da inşaatı devam etmektedir.

Uygulanabilirlik Çalışması – Yüksek Katlı Kereste Kullanılarak Yapılan Bina Tasarımın Geleceği

Kereste, birçok mimar ve tasarımcının malzemenin sürdürülebilirlik potansiyelinin ve kerestenin inşaata sağladığı faydaların farkına vardıkça,  giderek artan şekilde istenen bir inşaat malzemesi olmaktadır. Kereste yapılar için alçak katlı (iki veya daha az) ve orta yükseklikte (üç-beş kat arası) olan geleneksel planlar şimdilerde planlarıyla beraber yeni yüksek katlı binalar (altı kat veya daha yüksek) olarak büyütülmektedir.

CLT’nin ortaya çıkışı gibi yenilik yaratıcı teknolojiler ve diğer işlenmiş kereste ürünleri kereste kullanılarak yapılan binaların daha yüksek bina olarak tasarlanması ve klasik inşaat malzemelerin kararlılığını ve emniyetini koruması için potansiyel oluşturmakta ve bu sırada binanın çevre üzerine yaratacağı etkiyi de azaltmaktadır.

Arup[1] danışman mühendisleri ve bir Avusturya mimarlık firması olan Rhomburg arasında 2010 yılında kurulan bir ortaklık ‘Life Cycle Tower (LCT) Yaşam Döngüsü Kulesi ’ adı verilen 20 katlı bir ofis binası için araştırma çalışması işini aldı. Çalışmanın amacı yüksek katlı binaların kereste kullanılarak güvenlikte fedakârlık yapılmadan inşa edilebileceğini göstermek için ağır kereste kullanılan bir ticari ofis binasını tasarlamak ve ayrıntılarını belirlemekti. Araştırma projesi Dornbirn, Avusturya’da 2012 yılında  LCT Bir ismi verilen sekiz katlı ofis binasının inşaatı yapılarak tamamlandı

Kereste kullanılarak yapılan inşaatta en çok bilinen vakalardan biri 2012’de yayınlanmıştır ^12. “The Case for Tall Wood- Yüksek  Ağaç Vakası”, vaka yüksek bina inşaatlarında ana malzeme olarak çelik ve beton kullanımına meydan okumaktadır. Çalışma kereste kullanılarak yapılan binaların çevreye olan faydalarını göstermekte bunu yaparken tasarım zorluklarını ortaya koymakta ve bunların bilim, mühendislik ve tasarım yardımıyla nasıl başarılabildiklerini göstermektedir.  “Yüksek  Ağaç Vakası” yapıda 30 kat yüksekliğe kadar beton inşaat ile mukayese edilebilecek masif kereste  kullanılması çözümünü teşvik etmektedir.

Skidmore, Owings ve Merrill (SOM) firması, “Timber Tower Research Project Kereste Kule Araştırma Projesi ”¹³ isimli bir çalışma yayınladı.   Çalışma 10-30 kata kadar betonarme inşaat sistemiyle rekabet edebilecek şekilde tasarlanan ve bu sırada sistemin yapısındaki karbon ayak izini de yaklaşık %60-75 arasında düşürebilecek yeni masif kereste yapı sisteminin uygulanabilirliğini göstermektedir. Sistem performans esaslı tasarım önermektedir.

David Barber ve Robert Gerard Arup danışmalarıdır.

Referanslar:

1.                   Larsen, L., Rajkovich, N., Leighton, C., McCoy, K., Calhoun, K., Mallen, E., Bush, K., Enriquez, J., Pyke, C., McMahon, S., and Kwok, A. “Green Building and Climate Resilience- Yeşil Binalar ve İklim Direnci : Understanding Impacts and Preparing for Changing Conditions_ Değişen Şartların Etkilerini Anlamak ve Hazırlanmak” ABD. Yeşil Bina Konseyi, Washington DC, 2011.

2.                  Buchanan, A., Yangın Güvenliği için Yapısal Tasarım. John Wiley and Sons, West Sussex, İngiltere, 2001.

3.                  White, R., “Kereste Elemanlarının Yangın Direncini Belirlemek İçin Analitik Metotlar.” SFPE Yangın Koruma Mühendisliği el kitabı, NFPA (Ulusal Yangın Koruma Derneği), Quincy, MA, 2008.

4.                  Klasik Ağaç İskelet İnşaatın Ayrıntıları. Amerika Orman ve Kağıt Derneği , Washington DC, 2001.

5.                  Ostman, B., “Kerest Kullanılarak Yapılan Binalarda Yngın Güveniliği – Avrupa için Teknik Kılavuz,” SP Raporu 2010:19. Stockholm, İsveç, 2010.

6.                  Gerard, R., Ön Gerilmeli Ağır Kereste Yapılarda Bağlantılardaki Yangın Direnci. Yüksek Lisana Tezi, Canterbury Üniversitesi , Christchurch, Yeni Zelanda, 2010.

7.                  Yangına Maruz Kalan Ağaç Elemanların Yangın Direncinin Hesaplanması.. Amerika Ahşap Dermeği , Washington DC, 2003.