Determining Performance Criteria And Their Relative Values For Use In Aluminum Curtain Wall And Building Integration Processes

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2014Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 201419. yüzyıldan itibaren teknolojideki olağanüstü gelişim birçok alanla birlikte yapı teknolojisini de etkilemiştir. Endüstri devrimiyle beraber yapı malzemelerindeki gelişim ve yapı alanındaki yenilikler, masif dış duvarların aşamalı olarak görece hafif, modern cephelere dönüşümüne yol açmıştır. Taşıyıcılık işlevinden kurtulmuş, ‘giydirme cephe’ olarak adlandırılan bu dış duvar sistemleri, uygulama süresini kısaltması, hafif olması, endüstriyel bir ürün olması ve uygulama öncesinde test edilerek belirli bir performans standardını sağlayacağı öngörüsü gibi birçok avantaja sahip olduğundan günümüzde sıklıkla kullanılmaktadır. Giydirme cephe sistemleri özellikle ülkemizde maliyet, yapım gelenekleri vb. nedenlerle çoğunlukla betonarme taşıyıcı sistemle kullanılmaktadır. Biri endüstriyel diğeri ise genelde yerinde yapımla şekillenen bu iki farklı sistemin bir araya gelmesi, tasarım ve uygulamada bir takım teknik ‘gerilimler’ doğurmaktadır. Sert iklim koşullarından korunma, güvenlik sağlama, saklama gibi dış kabuğun oluşturulmasındaki temel amaçların sağlanabilmesi için, kullanıcıların istemediği bu gibi etkilerin kontrol altına alınması için dış duvarlardan bazı performanslar beklenmektedir. Giydirme cephe sistemleri bu gibi performansları karşılamak üzere tasarlanmış bütünsel bir mühendislik ürünü olduğundan, bina bileşenleri ile birleşim noktalarının kritik bölgeleri oluşturduğu söylenebilir. Giydirme cephe sistemlerinin bütünsel bir binayı oluşturmak üzere bina bileşenleri ile bir araya gelmesi kaçınılmazdır ve bu kritik bölgelerin de binadan beklenen performansları göstermeleri beklenmektedir. Bir tasarımcının bir kerede üstünden gelemeyeceği sayıda olan bu performansların tasarım sürecinde değerlendirilebilmesi için sistematik bir yaklaşıma ihtiyaç vardır. Tasarım sürecini sistematik alt süreçler olarak ele alan tasarım yöntemlerinin kullanılmasıyla, tasarımcıların bu birleşim noktalarından beklenen performansların karşılanması anlamında daha nitelikli sonuçların elde edilmesi sağlanacaktır. Bu noktada, bu birleşim noktaları için hangi performans ölçütlerinin göz önünde bulundurulması gerektiği ve bu ölçütlerin hangilerinin daha önemli ve öncelikli olduğu gibi sorular önem kazanmaktadır. Bu çalışmanın amacı, literatürde var olan yapısal tasarım ölçütlerinin irdelenerek alüminyum giydirme cephe sistemlerinin bina ile birleşim noktaları bağlamında özelleştirilmesi ve ilgili uzmanların görüşlerinden faydalanılarak bu ölçütlerin bağıl önemlerinin belirlenmesidir. Bu doğrultuda çalışma kapsamında öncelikle bina alt sistemleri, bina sistemlerinin bütünlenmesine yönelik teorik yaklaşımlar ve giydirme cephe sistemleri ile ilgili literatür analiz edilmiş, tez kapsamındaki esas çalışmaların aktarılmaya başlandığı dördüncü bölüme kadar bu konulardaki incelemeler sunulmuştur. Birleşim noktaları özelindeki performans ölçütlerinin belirlenmesi ve bu ölçütlerin uzmanlar tarafından bağıl önemlerinin ortaya konulmasının yanı sıra iki ayrı alt amaçtan daha bahsetmek mümkündür. Bu alt amaçlardan biri, tasarım ölçütlerinin hangi tasarım alt sürecinde değerlendirilmesinin faydalı olacağının ortaya konulmasında araç olarak kullanılmak üzere ‘tasarım alt süreçleri’nin ortaya konulmasıdır. Diğer bir alt amaç ise, tasarım ölçütlerinin hangi bağlamda ele alınacağının belirlenmesi adına ‘alüminyum giydirme cephe- bina tipik birleşim bölge detaylarının’ belirlenmesidir. Bu bağlamda öncelikle ürünsel kapsamın belirlenmesi adına tipik birleşim bölgeleri çeşitli yazılı kaynaklar ve uygulanmış projeler incelenerek araştırılmıştır. Bu araştırmadan elde edilen somut birleşim detayları, olası birçok durumu temsil etmeleri amacıyla kavramsallaştırılmıştır. Belirlenen birleşim bölgesi detaylarından beklenilen performans ölçütlerinin geliştirilmesinde kullanılan yöntemler aktarılmış, bu noktada genel olarak yapısal tasarıma ya da dış duvar tasarımına yönelik hazırlanmış kaynaklardan elde edilen performans ölçütleri toplanarak analiz edilmiş ve bu ölçütler, birleşim bölgesi detaylarının tasarlanmasında kullanılmak üzere bir kontrol listesi önerisi olarak derlenmiştir. Performans ölçütlerinin hangi tasarım sürecinde değerlendirileceğinin ortaya konulabilmesi için tasarım kavramı ele alınmış, literatürdeki tasarım yaklaşımları ve tasarım sürecini sistematik bir yaklaşımla ele alan tasarım teorilerine değinilmiştir. Bunun yanı sıra, farklı ülkelerdeki meslek örgütlerinin tanımladığı mimari tasarım alt süreçleri araştırılmıştır. Ülkelere göre bazı değişkenlikler gösteren bu alt süreç yaklaşımlarının, ölçütlerin uzmanlar tarafından değerlendirilmesinde bir araç olarak kullanılabilmesi amacıyla, ortak bir tanımlama altında derlemesi yapılarak süreçsel kapsam belirlenmiştir. Performans ölçütlerinin alüminyum giydirme cephe ile bina birleşim noktaları bağlamında özelleştirilmesi ve bağıl önemlerinin belirlenmesinde, güncel ve görece nesnel verilerin elde edilebilmesi için alan çalışmasına başvurulmuş, alan çalışmasında kullanılan yöntemler ayrıntılı olarak sunulmuştur. Alan çalışmasında, alüminyum giydirme cephe sistemleri konusunda deneyimli kişilerle yüz yüze görüşmeler yapılmıştır. Yapılan yüz yüze görüşmelerin özetleri, bu görüşmelerden elde edilen sözel verilerle beraber aktarılmıştır. Uzmanların performans ölçütleri için yaptıkları değerlendirmeler, bağıl önem ve tasarım alt süreçleri için yüzdesel olarak tablolarla sunularak, performans ölçütlerinin ana başlıklarına göre irdelenmiştir. Tüm tasarım ölçütleri uzmanların yorumlarına göre aldıkları değerlerle bir araya getirilerek hem görsel hem de yüzdesel olarak analiz edilebilecekleri tek bir tabloda derlenerek sunulmuştur. Sonuç olarak, uzmanların değerlendirmeleri, performans ölçütlerinin bağıl önemlerine göre ve tasarım alt süreçlerine göre öne çıkan ölçütler şeklinde aktarılmıştır. Bunun yanı sıra, çalışmanın tasarım ölçütlerinin ana başlıkları bağlamındaki sonuçları genel bir yaklaşımla değerlendirilerek de sunulmuştur.From the 19th century, an extraordinary development in technology has affected construction technology along with many fields. Developments on construction materials and innovations in the field of construction as a result of industrial revolution have led to a gradual transformation of massive external walls to relatively light and modern façades. These external wall systems freed of their loadbearing function, called curtain wall, are used frequently nowadays due to several advantages such as being light weight, shortening the construction process, and the ability to be tested beforehand so it can be envisaged that they can fulfill particular performance standards. Curtain wall systems are generally engaged with reinforced concrete load-bearing systems especially in Turkey, owing to many reasons such as cost and construction traditions. Coalescence of these particular systems, one of which is industrial and other one is generally formed on site, causes some technical ‘tensions’ in design and practice. It is expected from a curtain wall to fulfill several performance requirements in order to obtain the main purpose of constructing an external closure like providing protection against severe climate conditions, security, storage, etc. Since the curtain wall system is a holistic engineering product for the purpose of satisfying expected requirements, it can be said that their joints with the building are critical parts of the system. It is inevitable for curtain wall systems to come together with the building components so that they create the whole building. So, it is expected for these critical areas to perform as seamless as the building itself. Since it is very hard to overcome a wide range and number of performance criteria for a designer at once, a systematic approach is needed in design process. It is more likely to gain more qualified results with regards to performance by using design methods which take the design process as systematical sub-processes. At this point, questions like ‘Which performance criteria should be considered when designing these joints?’ and ‘Which of these criteria are more important and have higher priorities?’ become more of an issue. The aim of this study is to customize the design criteria existing in the construction literature by examining them in the context of curtain wall and building integration, and assigning their relative values by utilizing opinions of experts in the curtain wall industry. Thereby, the main goal is to offer a pre-assessed check list as a design aid tool so as designers to use in a systematic design process. In the context of this study, building sub-systems have been explained in subsections of building structure systems, building element systems and building service systems. Four building elements more likely to be integrated with curtain walls have been also examined – exterior walls, floors, roofs and interior walls. Since the subject of this study is an integration issue, two particular sources about architectural integration have been explicated. Architectural integration might occur among the building systems or within a building system. Besides, there are three architectural integration modes known as physical integration, visual integration and performance integration. Since performance is an integral and the most important factor for system integration and also it is relatively easy to have objective judgment on this issue, it has been proceeded with the performance approach in the study. Several descriptions in the literature have been investigated for curtain wall systems, so as to designate the content of the study in terms of product. Additionally, development of the curtain walls and their various classifications are reviewed as well. Besides two main goals of the study, there are also two sub-goals to reach main goals. One of these sub-goals is to determine ‘design sub-processes’ in order to specify which design criteria should be used on which design sub-process. For this purpose, concept of design, different approaches to design and design theories that consider design processes systematically in the literature have been presented. Moreover, architectural design sub-processes defined by professional associations from different countries have been researched. These sub-processes which are changeable regarding to countries have been examined and converged to common definitions in order to be used as a tool for the check list evaluation. Another subgoal is to identify typical aluminum curtain wall and building joint details in order to define the context in which design criteria are to be evaluated. In order to identify typical aluminum curtain wall and the building integration situations; written sources like publications compiled from completed projects, and technical literature for façade systems have been reviewed; and constructed buildings have been examined. Details obtained from this research have been conceptualized, so that they can represent numerous scenarios. Methods used for generating performance criteria for determined junction details have been explained, performance criteria gained from sources devoted to constructional design and/or exterior wall design have been gathered and analyzed. Then, these criteria have been compiled as a recommended check list for designers to be used in design processes. For assigning relative values of criteria in the check list, a field survey has been utilized in order to reach current and relatively objective data. Methods used in field survey have also been explained comprehensively. In the field survey, twenty experts in the curtain wall industry have been interviewed face to face. Experts were chosen among independent façade consultants, façade consultancy firms, manufacturers and contractors in Turkey with minimum 10 years’ of experience. In the interviews, experts were asked to assign relative values of design criteria and to evaluate them in respect to design sub-process in which they should be considered. For this purpose, design criteria have been compiled in a table that allowed both evaluations to be done at once by experts. The scale in assigning relative values is ‘Z: mandatory, ‘+: important’ and ‘X: less important’. Design subprocesses presented to experts are ‘K: conceptual’, ‘U: construction drawings’ and ‘İ: shop drawing’. All answers from experts have been also compiled on a table that shows both visual and numerical results. Interviews and critic of the results with regard to category of design criteria have been examined. Summaries of the interviews with the verbally-obtained data have been presented. Evaluations of experts for the check list have been analyzed with regard to relative value and design sub-processes. These analyses have also been presented with charts showing percentages. All design criteria with experts’ evaluations have been compiled on a chart that allows all results to be analyzed both visually and numerically with percentages. Consequently, results are presented with the prominent criteria of both relative values and design sub-processes. Additionally, results in the context of main titles of performance criteria have been reviewed and presented with a general approach. These results might be reconsidered and recompiled on project basis with regard to particular features such as environmental effects, user’s requirements, typology and function. This checklist may be used as is for some particular needs, or it may be taken as a pre-evaluated reference and be improved upon by the designer for their own needs. There are no academic programs in Turkey that specialize on façade systems yet. Therefore, majority of the experts interviewed have their experiences from in-company trainings, long-term employment in various departments and/or field services. As it can be seen in Figure 6.2 (experts’ characteristics), only 10% of the experts interviewed have attended to education programs about façade systems abroad and earned the title “certified façade engineer”. Results of this study present experts’ interpretations without any academic education on façade system and the current situation in Turkey.Yüksek LisansM.Sc