Membran Sistemler ve Çeşitleri

Membran sistemler, sadece çekme dayanımlı membran örtünün gerilerek yük taşıma kapasitesi kazandırıldığı eğrilikli taşıyıcılardır. Esnek membran malzeme, yüzeyinde çekme gerilmeleriyle dengelenip şekillenerek bir mekanı örter. Membran 3 m veya 6 m eninde üretilir. Tasarlanan formlar için bu ölçülere uygun kalıplar çıkartılır. Kalıba göre kesilen membran buruşma ya da gerilme olmaması için, düz iplikleri aynı açıda birleşecek şekilde birleştirilir. Membran sistemler için önerilen üç tip malzeme;

• plastik filmler,
• metalik örgü yada folyeler
• plastik kaplı dokumalardır.

Bu malzemeler; yapıştırma, mekanik dikiş yada ısıtılarak kaynaklama gibi yöntemlerle birleştirilirler.

1. Membran Sistemlerin Avantajları

Membran sistemlerde, taşıyıcı bileşenlerin toplam ağırlığının, ön gerilme kuvvetinden daha az olması onu hafif bir sistem yapar. Geleneksel bir örtü sistemi kıyaslandığında malzeme kullanımı 1/30 oranındadır.

Membran strüktürler; büyük açıklıkların kolona ihtiyaç olmadan geçilmesi, az malzeme ile daha büyük alanların örtülebilmesi ile ekonomik, yapım süresinin kısa oluşu ve herhangi bir gereklilik durumunda büyüyebilmesi ve başka bir yere taşınıp yeniden kullanılabilmesi ile de pratik avantajlar sağlamaktadır. Ön gerilme verilerek sınırsız sayıda form oluşturabilmesi tasarımlara estetik anlamda katkı sağlamaktadır.

2. Membran Sistem Çeşitleri

Membran sistemler, üzerlerine gelen yükleri karşılama biçimleri ve oluşum şekilleri açısından 2 ana grupta toplanır. Bunlar;

1. Açık (hacimli) Membran Sistemler – Çadırlar
2. Pnömatik (Şişme) Sistemler

2.1. Açık Membran Sistemler – Çadırlar

Açık membran sistemler çadır sistemler olarak da adlandırılır. Bu grupta membran örtü ile tamamen kapalı bir hacim oluşturulmaz. Çadırlar, strüktür sistemine tasarlanan biçimi verecek destek elemanlarıyla düzenlenen açık membran sistemlerdir. En az bir basınç elemanına membranın gerdirilmesi ile oluşturulur. Rijitliği olmayan membran örtüyü belli bir yükseklikte tutmak için dikme, duvar, kemer yada çerçeve gibi basınç elemanları kullanılır.

Destek elemanları sistemde, asılma noktalarında çekme kuvvetini dengeler ve membran yüzeyine ön gerilme verir. Sistemdeki ön gerilme için basınç farkından değil destek elemanlarından yararlanılır. Çadır yüzeyleri, basınç elemanları arasında membranın şekillendirilmesiyle oluşur.

Küçük ve orta olarak nitelendirilebilecek açıklıklarda etkin olan çadırların daha büyük açıklıkları geçebilmesi için kablo ağları ile düzenlenmesi söz konusudur. Rüzgar ve kar yükleri membran örtü tarafından karşılanarak düğüm noktaları aracılığıyla kablo ağlarına aktarılır. Bu şekilde membran, mekanın üzerini kapatan bir yüzey, yükleri karşılayarak mesnetlere ileten bir örtü görevi görür.

2.2. Pnömatik-Şişme Membran Sistemler

Pnömatik sistemler ince bir membranın, iç ve dış mekan arasındaki basınç farkı sayesinde taşınması ile oluşturulan sistemlerdir. Mimarlık alanında 20. yy.da kullanılmaya başlayan bu taşıyıcı sistemler büyük açıklık gerektiren kalıcı veya geçici olarak inşa edilen depo, spor, askeri, ticari, sosyal ve acil afet yapılarında tercih edilmektedir.

Bu sistemlerde mekan basıncının dış mekana göre daha fazla olması gerekmektedir. Bu sebeple herhangi bir kuvvetin etkisiyle dışarıda oluşabilecek fazla basınç içerideki basıcın yükseltilmesiyle dengelenmeli veya esneklik payına göre membran şekli ayarlanmalıdır. Kullanılan membranlar oluşan gerilmelere karşı dirençli olacak şekilde seçilmelidir.

Şişme membran sistemler, membranın hem örtme hem de taşıma görevinin olduğu kapalı membran sistemler olarak da tanımlanır. Membran yüzeye, tamamen kapalı hacim içerisinde yaratılan basınç farkı ile öngerilme verilerek, sistemin taşıyıcılığı sağlanır. Şişme (Pnömatik) membran sistemlerde yüzey gerilmesi, iç hacim ile dışarısı arasında basınç fazlası veya basınç eksikliği yaratılarak sağlanır. Yani şişme yapılardafanlar yardımıyla sağlanan hava membranı gererek yükü taşır. Şişme yapının dış kuvvetlere dayanımı için iç basınç fanlarla artırılır. Büyük yapılar içindeki basıncın ve uygun iklimin sağlanması için fanlar sürekli çalışmalı ve kontrol edilmelidir. Bunun için güç temininde ekonomi önemlidir.

Pnömatik sistemler geniş açıklık geçebilme, kolay ve hızlı kurulabilme, sökülebilir ve kolay taşınabilir olma gibi avantajları sayesinde özellikle geçici yapılarda tercih edilmesine karşın kurulumunun her türlü araziye uygun olmaması, cephelerde açıklık oluşturulamaması ve giriş çıkışlarda mutlaka özel detaylandırılmış kapı gerektirmesi gibi dezavantajlara sahiptir

Şişme yapılarda yüzey yani şekil, gazların, sıvıların, köpüklerin ve şişebilen malzemelerin basınç farkıyla oluşturulur. Pnömatik bir yüzey, üzerinde kaydırıldığı eğri eksenin yarıçapı kürelerin yarıçapından az olmamak şartı ile değişik çaptaki kürelerin bir doğru ya da eğri eksen üzerinde kaydırılmasıyla istenilen şekillerde elde edilebilir.

Şişme yapılar eğrilikli yüzeysel taşıyıcı olduklarından düz yüzeyler elde edilemez. Akustik açıdan bu eğrilikli yüzeylerin merkeze yakın olması olumsuz akustik etki oluşturur. Akustik kontrol, yapı formunun dalgalı oluşturulmasıyla ya da yapı içerisine asılacak ses tutucu elemanlarla sağlanabilir. Bu şekilde oluşan geometrik biçimin arakesitinin kablolarla katılaştırılmasıyla geometrik süreksizlik sağlanır. Şişme sistemlerin zemine ankrajı önemlidir ve geçici yapılarda ankraj yüzey eğrilerine teğet olarak ağırlıklarla sağlanır.

Şişme sistemler taşıyıcı strüktür olarak kullanıldığı gibi yardımcı strüktür olarak ya da kalıp elemanı olarak da kullanılabilir. Basınç düzeyine göre, tabaka sayısına göre, basınç farkının şişme veya emme yoluyla sağlanmasına göre ya da geometrik biçimlerine göre sınıflandırılabilir.

Şişme sistemler basınç düzeyine göre tek tabakalı (alçak basınçlı) ve çift tabakalı (yüksek basınçlı) şişme sistemler olarak incelenebilir.

Şişme sistemle oluşturulan bir yapıda herhangi bir nedenle, hava kaynağının yetersiz kalması ya da yüzeyde bir delik oluşması gibi sorunlar oluştuğunda membranın hafif olması nedeniyle oldukça yavaş olarak söner. Bu sönme olayının tamamlanması bazı durumlarda günlerce sürebileceğinden hayati tehlike oluşturmaz.

2.2.1. Tek Tabakalı Şişme Membran Sistemler

Tek tabakalı şişme membran sistemler tümüyle şişirilen sistemlerdir. Fanlarla sağlanan havanın membran yüzeyi kaldırması ile oluşan pozitif bölge kullanılır. Hava basıncı esnek membranı gerer. Bu şekilde membran kar ve rüzgar yüklerini zemine aktarır. Oluşturulan kapalı alana giriş çıkışlar hava kaçırmayacak şekilde kontrollü şekilde düzenlenir.

Tek tabakalı (hava destekli) pnömatik sistemlerde membran örtü, içeride sürekli çalışan hava pompaları ile oluşturulan yüksek basınç sayesinde havada durmaktadır. Bu tür sistemler geleneksel yapılardan farklı olarak yerden kopmaya meyilli olduğundan kablolar ile zemine bağlanmaktadır. Tek tabakalı pnömatik sistemlerde giriş çıkış açıklıklar dışarı hava kaçmasına yani içerdeki hava basıncının azalarak yapının sönmesine neden olabilmektedir. Bu sebeple bu tür yapılarda hava çıkışını en aza indirmek amacıyla döner kapı veya çift kapılı rüzgarlık sistemler kullanılmalıdır.

İç mekana belirli aralıklarla hava pompalanması hem basınç farkını hem de temiz- kirli hava sirkülasyonunu sağlamaktadır. Ancak daimi hava pompalanması ısınmış bir ortama soğuk hava girişi demek olduğundan ısıtma giderlerini de etkileyen bir faktördür. Soğutma içinse hiçbir binada mümkün olmayan şekilde şişirme yapının dışını su ile yıkamak bir çözüm olabilmektedir.

Tek tabakalı membran şişme sistemlerde dış zar ışığı geçiren ya da geçirimsiz malzeme ile yapılabilir. Ancak binanın içine konacak aydınlatma araçlarını şişme sisteme asmak doğru bir çözüm değildir. Yerden tespit edilen projektörle aydınlatma çözümlerden bir tanesidir. Akustik açıdan eğrilikli yüzey ses dağılımı açısından sorun oluşturabilir. Bu nedenle ses odağının yer düzleminin altında kalması önerilebilir.

2.2.2. Çift Tabakalı Şişme Membran Sistemler

Çift tabakalı membranlar bir hortum ya da deniz yatağı gibi şişirilir. Hava basıncı iki zar arasında oluşturularak bir örtü sistemini meydana getirir. Yapı içindeki nesneler tek tabakalı sistemde olduğu gibi pozitif basınç alanı altındadır. Hava yastığı şeklinde oluşturulan sistem gerilmeye dayanıklı kapalı bir membrandır ve iç hava basıncı fanlarla sağlanır.

Yapıya giriş çıkışların hava kaçış kontrolü gerektirecek şekilde tasarlanması gibi bir zorunluluğu yoktur. Bu tür yapılar ya doğrudan ya da kolon gibi taşıyıcı elemanlarla zemine bağlanır. Kablolar yardımıyla membran yüzey daha küçük parçalara bölünerek rüzgar etkisiyle dalgalanmalar önlenebilir, sistemin yüksekliği bastırılarak ısıtma ve havalandırma gereksinimi azaltılabilir, iç basınç artırılabilir.

Çift tabakalı pnömatik sistemlerde iki membran arasına pompalanan hava basıncı sayesind kullanıcıların bulunduğu iç mekan normal hava basıncı altındadır. Hava kaybı daha az olduğundan hava pompalarının sürekli çalışmaları gerekmemektedir. Hava basıncının düşmesini engelleyen kontrollü geçişli kapılara ihtiyaç duyulmamaktadır

Kaynak: Sinem DAĞILGAN-GENİŞ AÇIKLIKLARIN ÖRTÜLMESİNDE KULLANILAN TAŞIYICI SİSTEM SEÇİMİ İÇİN BİR MODEL ÖNERİSİ