KAPIÜSTÜ MESCİDİ MİNARESİNİN YAPI MÜHENDİSLİĞİ … · 2018-01-11 · Ulucami Minaresi Bursa Şekil 1. Çeşitli minare görünümleri (Yazarların kişisel arşivinden)

KAPIÜSTÜ MESCİDİ MİNARESİNİN YAPI MÜHENDİSLİĞİ AÇISINDAN DEĞERLENDİRİLMESİ

STRUCTURAL ASSESSMENT OF KAPIUSTU MASJID MINARET

Mehmet ŞENTÜRK1 ve Hasan ÖZKAYNAK2

ÖZET

Türk İslam kültürünün bir ürünü ve tarihi mirasımızın sembolü olan minareler, taş veya tuğla malzeme kullanılarak ya da betonarme olarak inşa edilebilen narin yapılardır. Depremin sıklıkla hissedildiği ülkemizin kültürel mirasının geleceğe güvenle aktarılmasında minare yapımı ve yapısal tasarımı büyük önem taşımaktadır. Ülkemizde minare yapımı ve tasarımı için özel bir standart bulunmadığından minareler çoğunlukla yapı mühendisliği açısından yeterince değerlendirilmeden tecrübeye dayalı olarak inşa edilmektedir. Bu şekilde inşa edilen minarelerin deprem ve diğer yanal etkiler nedeniyle yıkılması sonucuyla, geçmişte ağır can ve mal kayıpları oluşturan pek çok örneğe rastlamak mümkündür. Bu çalışmada İstanbul/Kasımpaşa’da yer alan KAPIÜSTÜ Mescidinin yenileme projesi kapsamında inşa edilen yedek basamaklı minarenin modal analizi ve itme analizi gerçekleştirilmiştir. Minarenin analitik modelinde sonlu elemanlar yaklaşımı kullanılmıştır. Çalışmanın birinci bölümünde mescit minaresinde uygulanan geleneksel yapım teknikleri ve malzemeler ile inşa süreci ayrıntılı olarak anlatılmıştır. İkinci bölümde ise söz konusu minarenin yapı mühendisliği açısından lineer olmayan davranışı incelenmiştir. Minarelerin yapısal davranışına büyük etkisi olduğu düşünülenbasamak sayısı ve minare boyu bu çalışmanın ana parametreleri olarak seçilmiştir. Çalışma sonunda, minare boyu artışının minarenin yerdeğiştirme kapasitesinin artmasına fakat dayanımının önemli ölçüde azalmasına sebep olduğu görülmüştür. Basamak sayısının artmasıyla minare kesitininbüyümesine ek olarak kütlenin de artması, minarenin doğal titreşim periyotlarınıçok değiştirmediği görülmüştür.

Anahtar Kelimeler: Geleneksel Taş Minare, Sonlu Eleman Analizi, Lineer Olmayan Davranış, Modal Analiz, Minare Yapım Teknikleri.

ABSTRACT

Minarets, a product of the Turkish Islamic culture and symbol of our historical heritage, are relatively slender structures constructed as reinforced concrete or by using stones or bricks. Structural design and construction of minarets have great importance to ensure that assets of our country are transferred to next generations. Since there are no design codes specifically written for minarets in Turkey, application oriented decisions are taken without any engineering.Therefore, it is possible to see many examples in the past loss of life and property due to demolition of minarets. In this study, for modal and pushover analyses, a finite element approach was used for modelling of stone minaret of KAPIUSTU Masjid located in Istanbul/Kasimpasa which is designed and constructed through experiments. First, the traditional construction techniques and materialsare explained in detail. Second, nonlinear behavior of the minaret is investigated in structural engineering scope. The number of stairs and minaret height are the main parameters of this study. After analyses, it is seen that the increasing the height of the minaret makes displacement capacity of minaret higher but bearing capacity significantly less. Plus, increasing the number of stairs causes both cross-section area and mass of minarets hence natural vibration periods are hardly affected by it.

Keywords: Traditional Stone Minaret, Finite Element Analysis, Nonlinear Behavior, Modal Analysis, Minaret Construction Techniques.

1 Arş. Gör., Karadeniz Teknik Üniversitesi, Trabzon, [email protected] 2Yrd. Doç. Dr., Beykent Üniversitesi, İstanbul, [email protected]

Uluslararası Katılımlı 6. Tarihi Yapıların Korunması ve Güçlendirilmesi Sempozyumu / 2-3-4 Kasım 2017

619

GİRİŞ

İslam dininin ibadet yeri olan camilerin simgesi ve kaçınılmaz yapı elemanı minareler, namaz saatlerinde ezan okunan kule tipi narin yapı elemanlarıdır. Ülkemizde yeralan çeşitli malzemelerden imal edilen farklı görünümlerde minarelere rastlamak mümkündür, (Şekil 1). Narin fiziki yapıları olan minareler, yatay yük taşıma kapasiteleri düşey yük taşıma kapasitelerine göre oldukça zayıf olup birçok şiddetli depremi hasarsız olarak atlatmayı başarmıştır.

Yivli

Minare/Antalya Akseki-Çimi Köyü

Tahta Minare/Antalya

Sultanahmet Cami Minaresi / İstanbul

Kocatepe Cami Minaresi / Ankara

Ulucami Minaresi Bursa

Şekil 1. Çeşitli minare görünümleri (Yazarların kişisel arşivinden)

Bu çalışmada İstanbul/Kasımpaşa’da Haliç Tersanesi içerisinde yer alan Kapıüstü Mescidinin minaresinin yapım aşamalarına ve yapı mühendisliği açısından değerlendirilmesine yer verilmiştir. Yapısal değerlendirme modal analiz ve lineer olmayan itme analizi kapsamında gerçekleştirilmiştir. Malzeme açısından lineer olmayan özelliklerin dahil edildiği lineer olmayan itme analizi, sonlu elemanlar yaklaşımıyla ABAQUS yazılımı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Analitik çalışmanın değişkenleri minarenin mimari ve yapısal tasarımını yakından ilgilendirdiğinden basamak sayısı ve minare yüksekliği olarak seçilmiştir. Literatürde minarelerin yapısal tasarımı ve değerlendirilmesi konusunda kısıtlı düzeyde bilimsel çalışmaya rastlamak mümkündür. Ertek ve Fahjan (2007), Osmanlı döneminde inşa edilen minarelerin yapısal bölümleri ve sistemlerine göre sınıflandırmasını yapmıştır. Çalışma kapsamında farklı malzeme ve yapım teknikleri araştırılmıştır. Sonlu eleman tekniği ile farklı minare sistemleri modellenmiştir. Çalışma sonucunda, minarelerin modellenmesinde çerçeve, kabuk ve katı elemanların kullanılabileceği belirtilmiştir. Kabuk veya katı elemanlarla modellemede minare merdivenli veya merdivensiz olarak öngörülen duyarlılıkta analizin başarılı olduğu ve her iki farklı yaklaşımın benzer yapısal karşılıklar verdiği sonucuna varılmıştır. Serhatoğlu ve Livaoğlu (2015), Bursa ilinde yer alan Molla Arap Camii minaresinin dinamik karakteristiklerini belirlemiştir. Minarenin doğal titreşim periyotları deneysel olarak belirlenmiş ve geliştirilen 3 boyutlu sonlu eleman modeli ile elde edilen sonuçlarla karşılaştırılması yapılmıştır. Deneysel sonuçlarla güncellenen analitik model lineer olmayan artımsal itme analizi için kullanılarak minarenin performans değerlendirmesi yapılmıştır. Doğangün vd. (2006), yığma minarelerin yatay yükler etkisi altında analizini ve hasar değerlendirmelerini yapmıştır. Çalışma kapsamında yıkıcı depremlerde minarelerin farklı yüksekliklerinde hasarlar gözlemlenirken, en çok hasar minarenin gövdesi ile yedisekiz bölümünün birleşiminde gözlenmiştir. Çalışma sonucunda, özel horasan harcı ve çelik kenetlerle inşa edilen tarihi minarelerin yakın zamanda zayıf harçlarla ve güçlendirme elemanları olmadan inşa edilen minarelerden daha iyi performans gösterdiği görülmüştür. Erdoğan vd. (2010), Osmanlı dönemine ait Selimiye Camii Minaresi ile Selçuklu dönemine ait İnce Minare Medresesinin minarelerinin dinamik analizlerini karşılaştırılmıştır. Minarelerin sismik performanslarını belirlemek amacıyla 3 boyutlu modellerin itme analizleri gerçekleştirilmiştir. Analizler sonucunda her iki minarenin de deprem etkileri altında iyi performans gösterdiği görülmüştür. Doğangün vd. (2006), geleneksel Türk minarelerinin mimari ve yapısal özelliklerinin incelemiştir. Çalışmada Türkiye’de özel imalat teknikleri ile yapılan minarelerin mimari ve yapısal özellikleri karşılaştırmalı olarak verilmiştir. Çalışma sonucunda, taşların birleştirilmesinde kullanılan metal kenet ve zıvanaların deprem dayanımını önemli ölçüde etkilediği sonucuna varılmıştır. Mutlu ve Şahin (2016), tarihi yapıların modelleme yaklaşımlarının deprem davranışları üzerindeki etkilerinin araştırılması için Bursa Ulu


620

Camii’nin doğu minaresinin farklı analitik modelleri oluşturarak modal analizini ve zaman tanım alanında dinamik analizlerini gerçekleştirmiştir. Çalışma sonucunda, merdivenin ihmal edildiği modellerde periyotların daha az olduğu görülmüştür. Minarede yer alan kapı ve pencere boşluklarının ihmal edilmesinin davranışı ciddi düzeyde etkilemediği görülmüştür. Sonuç olarak, modellemede yapılacak olan sadeleştirmelerin, kapı ve pencere boşluğu gibi kütleye çok etki etmeyecek kısımlar ile sınırlı kalması gerektiği, rijitliği doğrudan etkileyecek ve gerçek kütleyi daha doğru temsil edecek olan merdivenlerin analitik modelde dikkate alınmasının gerekli olduğu sonucuna varmıştır. Doğangün vd. (2008), tarihi taş minarelerin dinamik davranışlarını incelemek amacıyla, 20, 25 ve 30 m yüksekliğindeki üç minare modeli oluşturularak Kocaeli ve Düzce kayıtları etkisinde analiz etmiştir. Modal analizler sonucunda minarelerin periyot ve depreme verdikleri cevapları minare boyuna ve yer hareketlerine bağlı olarak değiştiği görülmüştür. Analizlerde gerilme yoğunlaşmasının kaidenin üst kısmında oluştuğunu belirtmiştir. Livaoğlu vd. (2016), Bursa’da bulunan yedi tarihi minarenin geometrik özelliklerinin dinamik davranışları üzerindeki etkilerini araştırmıştır. Çalışmada minarelerin modal parametreleri deneysel olarak belirlenmiştir. Analizler sonucunda, tipik Osmanlı minarelerinin periyot tahmini için minarenin doğal titreşim periyot ile yükseklik, kesit ve mesnet koşulları gibi yapısal özellikleri arasındaki ilişkiye bağlı olarak kapalı bağıntılar geliştirilmiştir. Çarhoğlu vd. (2013), Ayasofya Camii’nin minareleri için zaman tanım alanında dinamik analizler gerçekleştirilmiştir. Çalışma sonucunda benzer yüksekliğe sahip minarelerde maksimum tepe yerdeğiştirmesinin duvar kalınlığının minimum olduğu minarede olduğu görülmüştür. Çalık vd. (2012), Trabzon Hacı Kasım Muhittin Camii’nin taş minaresinin yapısal güvenliğinin belirlenmesi ve restorasyonu kapsamında minarenin statik ve dinamik davranışını analitik ve deneysel yöntemlerle araştırmıştır. Minare için geliştirilen sonlu elemanlar modeli deneysel sonuçlarla beslenerek geliştirilmiştir. Çalışma sonucunda, minarenin malzeme özelliklerinin zaman içerisinde doğal nedenlerden kaynaklı olarak kaybolduğu ve minarenin hasara uğradığı belirlenmiştir. Bu hasarların çoğunlukla korkuluk ve petek kısmında yoğunlaştığı görülmüştür. Buna karşın, taşın çekme mukavemetinin düşük olması sebebiyle çekme etkisi altındaki bölgeler kritik olmaktadır. Kapıüstü Mescidi Kapıüstü Mescidi, İstanbul’un Kasımpaşa ilçesinden Şişhane’ye çıkılan yokuşun sağında, tersanenin sınırları içerisinde görülebilmektedir, Şekil 2. Kapıüstü Mescidi hakkında fazla yazılı kaynak bulunmamaktadır. Hadikatü’l Cevami (2001)isimli İstanbul’un camilerini anlatan kitap, mescit hakkında bir miktar bilginin bulunduğu nadir yazılı kaynaklardandır. Söz konusu kitapta, mescidin kurucusunun Tersane Emini Mehmet Emin Ağa’nın hanımı Rabia Hatun olduğu ve Haliç Tersanesi’nin Divanhane tarafındaki kapı üzerinde bulunduğu belirtilmektedir. Alman Mavileri, I. Dünya Savaşı Öncesi İstanbul Haritalarında (2006) ve Jacques Pervititch Sigorta Haritalarında (2000) mescidin planı çizilmiş ve ölçülendirilmiştir. Kapıüstü Mescidinin büyük İstanbul depremi olarak bilinen 1894 yılı depreminden sonra hasar gördüğü ve 1890’ların sonlarında II. Abdülhamit tarafından gerekli onarım, güçlendirme ve yenileme çalışmalarının yapıldığı sanılmaktadır. İki katlı son cemaat bloğunun da bu yenileme çalışmaları sırasında eklendiği düşünülmektedir. Mescidin son cemaat bloğu eklenmiş planı Şekil 3’de görülmektedir. Cumhuriyetin ilanından sonra mescidin işlevi değiştirilerek 1980’lere kadar okul olarak hizmet vermiştir. Mescit okula çevrilirken pek çok ekleme ile büyütülmüş ve 2000’li yıllara kadar tersane ek hizmet binası olarak kullanılmıştır. Yenileme çalışmalarının başladığı 2011 yılına kadar âtıl durumda kalmıştır.

Şekil 2. Kapıüstü Mescidinin eski hali ve konumu


621

Mescit, ana mescit bloğu ve son cemaat bloğu olmak üzere iki kısımdan oluşmaktadır. Mescit duvarları kâgir olup harman tuğlası ile inşa edilmiştir. Ana mescit bloğu duvarlarının kalınlığı 75 cm ve son cemaat bloğunun duvarları 55 cm’dir. Ana mescit bloğu duvar yüksekliği döşeme üstünden itibaren 6 m olup pencerelerin kemerlerinin merkezleri hizasından çelik gergilerle tutulmaktadır. Toplamda 6.7 m uzunluğu olan iki katlı son cemaat bloğunun duvarlarının kat hizasından çelik gergiler geçmektedir. Yenileme projesi kapsamında duvar içerisinde yer alan boşlukların doldurularak yapının güçlendirilmesi amacıyla duvarlara puzolan bağlayıcılı hidrolik kireç harcı enjeksiyonu yapılmıştır.

Şekil 3. Kapıüstü Mescidi plan ve düşey kesit görünüşü

Kapıüstü Mescidi Minare Yapımı Çalışmaları Çalışmanın bu bölümünde Kapıüstü Mescidinin minaresinin yapım aşamaları sunulmuştur. Taş minarelerin tasarımı hakkında herhangi bir yönetmelik bulunmaması sebebiyle bu minarenin tasarımı yapılırken minare ustalarından alınan bilgiler kullanılmıştır. Mimari tasarımı esas alınarak inşa edilen minarenin yapısal performansı modal analiz ve artımsal itme analizi gerçekleştirilerek belirlenmiştir. Mescidin minaresi kare biçimli kaideye sahip olacak şekilde projelendirilmiştir. Minarenin gövde, şerefe ve petek kısımları dairesel olarak tasarlanmıştır. Kaideden dairesel gövdeye geçiş kısmında üçgen yüzeylerden oluşmuş konik yedisekiz kısmı bulunmaktadır. Minarenin şerefe korkuluk duvarları ve küresel biçimli olan külah imalatı için taş malzemeden yapılmıştır. Birim taş yüksekliği 25 cm’dir. Kaide bitiminde taş silme yer almaktadır. Gövde başlangıç ve bitiminde, petek bitiminde ve külah başlangıcında taş simit yer almaktadır. Basamaklar şerefe kotundan 1 m yukarıya kadar çıkmaktadır. Toplam 55 basamak bulunmaktadır, Şekil 3. Minarenin basamak sistemi yedekli olarak seçilmiştir. Bunun sebebi, minarenin kesit alanını arttırarak hem düşey hem de yatay yükler etkisi altındaki davranışınıa katkısı olacağı düşünülmüştür. Basamak yüksekliği 25 cm olarak belirlenmiştir. Minarenin toplam boyu 19 m olup, bakır alem hariç toplam boy 17.2 m’dir. Minare gövde çapı 180 cm gövde duvar kalınlığı ise 26 cm’dir. Petek çapı 168 cm petek duvar kalınlığı ise 20 cm’dir. Mescidin restorasyon projelendirmesi öncesinde zemin incelemesine göre mescit zemininin üst katmanında ortalama 0.7 m dolgu ve alt katmanında orta ve az derecede bozunmuş grovak-kiltaşı olduğu tespit edilmiştir. Restorasyon projesi hazırlama aşamasında minarenin ve mihrap temeline ulaşılmış. Mescit temellerinin grovak-kiltaşı zemin üzerine oturduğu tespit edilmiştir. Taş minare kaidesi yenileme çalışması öncesi yapılan kazılarda bulunmuştur. Minare yapımının ilk aşamasında, yapılan kazı sonucu bulunan orijinal minarenin alt temeli ve üst temeli genişletilmiştir. Minarenin temeline ait fotoğraflar Şekil 4’de gösterilmiştir.

P6

142

400

P512

318

5P2

P1

93 175

222117

K210

0.5

218

K210

0.5

218

1

K1263183

17596

P3

263183

2

3

45678910

11

1

2

3

45678910

11

12

13

14

15

16

12

13

14

15

16

K1

K3

17589.5

P4

P512

318

5

P512

318

5

P512

318

5P2

93 175

17596

P3

17589.5

P4

P1 222117P1 222

117

P1 222117

P614

240

0

P614

240

0P6

142

400

P614

240

0

P614

240

0

P6 142400

P6 142400

GÝR

ÝÞD

uvar

:Sýv

aD

öþem

e:Ah

þap

Kapl

ama

Tava

n: A

hþap

Pas

alý T

avan

Z1

SON

CEM

AAT

YER

ÝZ2

Duv

ar:B

oya(

Beze

mel

i)

Döþ

eme:

Mal

ta T

aþý

Tava

n:Ah

þap

Pasa

lý Ta

van

MAH

FÝL

MAH

FÝL

Duv

ar:S

ýva

Döþ

eme:

Ahþa

p Ka

plam

aTa

van:

Ahþ

ap P

asal

ý Tav

an

SON

CEM

AAT

YER

ÝZ4

Duv

ar:S

ýva

Döþ

eme:

Ahþa

p Ka

plam

aTa

van:

Ahþ

ap P

asal

ý Tav

an

ANA

MEK

ANZ3

Mih

rap

HAVUZ CEPHESİ

MİH

RAP

CEP

HES

İ

21887

8471517

1503 859

460

868

462

1790

2364

2362

+ 3,

85

+ 3,

65

123

4

5

67

57

30

7417

R12

6

364

1138

343

Ahşa

pKo

rkul

uk

Mer

mer

Bas

amak

Met

al M

erdi

ven

Kor

kulu

ğu

Putre

l

Taş

Kaid

e

Ahþa

pVaa

z Kü

rsüs

ü

Ahþa

p M

inbe

r

5352

5449

5453

5353

5353

5353

5153

5353

5335

51515151 51

ana mescit bloğu

son cemaat bloğu

minare

+0,00

+3,15

+5,25

+11,35

+19,20

+12,75

temel

kaide

yedisekiz

gövde

taş silme

taş simit

taş simitşerefe altışerefe

petek

taş külahbakır alem+17,40


622

(a) Kazı çalışmalarında keşfedilen mevcut temel

(b) Moloz taş ve horasan harcı ile genişletilen temel

(c) Küfeki taşı ve hidrolik kireç harcı ile genişletilen üst

temel Şekil 4. Minare temel sistemi

Kenetli birleşimlerde kenetlerin taşlara montajı için kurşun kullanılmıştır. U şeklinde olan kenetlerin uçları kanal içerisindeki deliklere denk gelecek şekilde yerleştirilerek ve bu deliklere erimiş kurşun dökülerek yan yana gelen taşların birbirine bağlanması sağlanmıştır, Şekil 5.

Şekil 5. Kenet kurşun dökümü uygulaması ve hidrolik kireç şerbeti için açılan kanallar

Minare yapımında Kırklareli ilinin Pınarhisar ilçesinden temin edilen küfeki taşı kullanılmıştır. Taşların birbirine temas eden yüzeylerinde yaklaşık 2×4 cm ebatlarında kanallar açılmıştır. Kanal içlerinde kenetlerin baş kısımlarının gireceği delikler açılmıştır. Kanallara taşlar arasındaki tüm boşlukların hidrolik kireç şerbeti ile dolmasını sağlamaktadır. Şerbetleme işleminde şerbetin dışarı sızmaması için her bir sıra taşların dış kısımları kireç harcı ile kapatılmaktadır. Kapıüstü Mescidinin yenilenme projesi sonundaki görünümü Şekil 6’da verilmiştir. Mescit minaresi inşası sırasında uygulanan yedek basamak detayları Şekil 7’de verilmiştir.

Şekil 6. Kapıüstü Mescidi ve minaresinin bitmiş hali


623

Şekil 7. Yedek basamak detayları ve yapım aşamasından bir görüntü

KAPIÜSTÜ MESCİDİ MİNARESİNİN ANALİTİK MODELİ

Çalışmanın bu bölümünde Kapıüstü Mescidi minaresinin restore edilmiş hali için 3 boyutlu sonlu eleman modeli oluşturulmuştur. Minarenin yedek basamak sayısı ve boyu gibi değişkenlerin yapısal performans üzerindeki etkilerini belirlemek amacıyla oluşturulan analitik modelde lineer olmayan analizler gerçekleştirilmiştir. Sonlu eleman analizleri için ABAQUS sonlu elemanlar yazılımı kullanılmıştır. Analitik modelde minare formu ve kesitleri değiştirilmeden gövde uzunluğu değiştirilerek minare narinliği bir parametre olarak dikkate alınmıştır. Oluşturulan 3 boyutlu sonlu eleman modeli Şekil 8’de görülmektedir.

Önd

en G

örün

üş

Yand

an G

örün

üş

Kes

it gö

rünü

şü

Şekil 8. Kapıüstü Mescidi minaresi görünüşleri

Minare uzunluğu için Kapıüstü Mescidi minaresinin orijinal hali (M_NT_2S) ve merdiven sisteminin bir tur daha fazla olduğu +4 m daha uzun hali (M_NT_3S) dikkate alınmıştır. Minarelerin alt kapısının girişinde ve üst kapısının çıkışında kıbleye yönelik olunması gerekliliği kapı yerlerinin ve basamaklarının uygun olarak belirlenmesi gerektirmektedir. Alt ve üst kapılar arasındaki kot farkı dikkate alınarak merdiven sistemi düzenlenmelidir. Bu çerçevede basamak yükseklik ve açılarının değişmemesi için basamakların 360o dönüş açısıyla aynı konuma geldiği durumu temsilen +4 m durumu dikkate alınmıştır. Sonlu eleman analizleri için oluşturulan farklı değişkenlerin yer aldığı modellerin isimleri ve özellikleri Tablo 1’de özetlenmiştir.

Tablo 1. Analiz matrisi

Model Adı Minare Boyu(Alem hariç) Basamak Düzeni M_NT_1S 17.4 m Yedeksiz M_NT_2S 17.4m 1 Yedekli M_NT_3S 17.4m 2 Yedekli M_ET_1S 21.4 m Yedeksiz M_ET_2S 21.4 m 1 Yedekli M_ET_3S 21.4 m 2 Yedekli

Asıl basamak

Dolgu

Yedek Basamak


624

Malzeme parametreleri seçiminde Naghoj v.d (2010) tarafından yapılan çalışmadan faydalanılmıştır. Söz konusu çalışmada Ürdün’ün çeşitli bölgelerindeki kaynaklardan alınan küfeki taşı örneklerinin elastisite modülü, çekme ve basınç dayanımı gibi mekanik özellikler deneysel olarak incelenmiştir. Oluşturulan modelde küfeki taşı için elastisite modülü 35000 MPa, basınç dayanımı 50 MPa, çekme dayanımı 10 MPa ve poisson oranı 0.2 olarak esas alınmıştır. Küfeki taşı için birim hacim ağırlığı 2200 kg/m3 değeri esas alınmıştır. Modal analizlerde lineer malzeme modeli kullanılırken, itme analizlerinde lineer olmayan malzeme modeli kullanılmıştır. Küfeki taşının lineer olmayan davranışını modellemek amacıyla Drucker-Prager plastisite modeli ve şekildeğiştirme oranına bağlı tanımlanan hasar parametreleri kullanılmıştır. Analitik modellerin geometrileri oluşturulurken üç boyutlu dörtyüzlü C3D4 sonlu eleman şekli kullanılmıştır. Ortalama sonlu eleman boyutu olarak 100 mm seçilmiştir.

Modal Analiz ABAQUS sonlu eleman yazılımı yardımıyla oluşturulan üç boyutlu katı minaremodelleri, temel seviyesinde ankastre bağlı olduğu kabulü ile modal analizler gerçekleştirilmiştir. Modal analiz sonuçlarından elde edilen periyot değerleri Tablo 2’de verilmiştir. Modal analiz sonuçları minare boyunun uzaması ile doğal titreşim periyodunun artışına sebep olmuştur. Basamak sayısı artışı hem kütleyi hem de yapı rijitliği ile yakından ilgili olduğundan doğal titreşim periyodundaki değişim çok fazla olmamıştır. Basamak sayısının artmasıyla minare kesit alanı büyüdüğünden, minarenin yatay rijitliği artmış ve periyot değerleri azalmıştır. Basamak sayısının artması ile kütle arttığından periyot değeri azalmıştır. İki etki bir arada genel olarak değerlendirildiğinde minarenin doğal titreşim periyot değerleri çok fazla değişim göstermemiştir. Modal analiz sonucu ortogonal doğrultularda elde edilen mod şekilleri Tablo 3’de verilmiştir.

Tablo 2. Farklı minare modellerinden elde edilen doğal titreşim periyot değerleri Minare Tipi Mod # 1 Mod # 3 Mod # 2 Mod # 4 M_NT_1S 0.172 s 0.037 s 0.169 s 0.036 s M_NT_2S 0.173 s 0.037 s 0.170 s 0.037 s M_NT_3S 0.174 s 0.038 s 0.171 s 0.037 s M_ET_1S 0.284 s 0.052 s 0.280 s 0.051 s M_ET_2S 0.287 s 0.053 s 0.283 s 0.052 s M_ET_3S 0.290 s 0.054 s 0.286 s 0.053 s

Tablo 3. Modal analiz sonucu elde edilen mod şekilleri

M_NT_1S M_ET_1S M_NT_1S M_ET_1S modx#1 modx#3 modx#1 modx#3 mody#2 mody#4 mody#2 mody#4

Koordinat sistemi : Koordinat sistemi :

x

z y

z


625

Artımsal İtme Analizi Artımsal statik itme analizleri, minare modellerinin temel seviyesinde ankastre olduğu durumda yerdeğiştirme kontrollü olarak gerçekleştirilmiştir. İtme analizi birinci mod uyumlu ve yerdeğiştirme kontrollü olarak gerçekleştirilmiştir. Analizin gerçekleştirildiği hedef yerdeğiştirme değeri için taşıma gücü kaybının görüldüğü öteleme seviyesi seçilmiştir. Analiz sonuçlarından elde edilen taban kesme kuvveti–göreli tepe ötelemeleri ilişkileri Şekil 9 ve Şekil 10’da verilmiştir.

Yedeksiz 1 Yedekli 2 Yedekli

Şekil 9. Farklı basamak durumlarına göre elde edilen yük-göreli öteleme ilişkileri

Şekil 10. Eşit boylara sahip minarelerin yük-göreli öteleme ilişkileri

İtme analizleri sonuçları, eşit basamak düzenine sahip olan minarelerin boylarının artmasıyla her durumda (yedeksiz, 1 yedekli ve 2 yedekli) taban kesme kuvvetlerinde azalma görülmektedir. Eşit boylara sahip olan minarelerin basamak sayısının artması ile minarenin dayanımı, çekme bölgesindeki kesit alanı artışına bağlı olarak artmaktadır. Aynı basamak düzenine sahip minarelerden boyu fazla olan minareler, kısa olana göre dayanım kaybı olmaksızın her durumda daha fazla yerdeğiştirme yapabildiği görülmektedir. Minarelerin narinliğinin azalması veya tıknazlığının artması minarelerin yatay rijitliğinin artmasına sebep olmaktadır. Taban kesme kuvveti-göreli tepe ötelemesi ilişkilerinden görülen ani yük kayıplarının görülmesi minare yapımında kullanılan taş malzemenin çekme dayanımının basınç dayanımına göre daha düşük olmasına bağlanabilmektedir.

Sonlu elemanlar analizinden elde edilen gerilme ve şekildeğiştirme durumlarına bağlı olarak seçilmiş olan bazı yerdeğiştirme eşikleri için Şekil 11 ve Şekil 12’de verilmiştir.Plastik şekil değiştirme seviyeleri ilgili lejantlarda görülmektedir. Analitik modelde kullanılan malzemenin yük etkisi altında 0.0025 seviyesinde şekildeğiştirmesi durumunda söz konusu sonlu elemanın analitik modeldeki görünürlüğü kalkmakta ve buna bağlı olarak hasar seviyesi belirlenebilmektedir. Bu çerçevede ilgili şekillerde verilen görsellerden hasar kıyaslaması yapmak mümkün olmaktadır.

%0.1 Göreli tepe ötelemesi %0.2 Göreli tepe ötelemesi Dayanım kaybı sonrası

M_N

T_1S

0

200

400

600

800

1000

0 0.1 0.2 0.3 0.4

Taba

n K

esm

e Kuv

veti

(kN

)

Göreli Tepe Ötelemesi (%)

M_NT_1SM_ET_1S

0

200

400

600

800

1000

0 0.1 0.2 0.3 0.4

Taba

n K

esm

e Kuv

veti

(kN

)


M_NT_2SM_ET_2S

0

200

400

600

800

1000

0 0.1 0.2 0.3 0.4

Taba

n K

esm

e Kuv

veti

(kN

)


M_NT_3SM_ET_3S

0

200

400

600

800

1000

0 0.1 0.2 0.3

Taba

n K

esm

e Kuv

veti

(kN

)


M_NT_1SM_NT_2SM_NT_3S

0

200

400

600

800

1000

0 0.1 0.2 0.3 0.4

Taba

n K

esm

e Kuv

veti

(kN

)


M_ET_1SM_ET_2SM_ET_3S


626

M_N

T_2S

M_N

T_3S

Şekil 11. Boyu 17.4 m olan minareler için şekildeğiştirme seviyeleri ve hasar durumu

Analizlerin tamamında dayanım kaybının yaşandığı seviyede hasar bölgesininçekme gerilmelerinin yoğunlaştığı çekme bölgesi civarında olduğu gözlenmiştir. Basamak sayısının azalmasıyla aynı göreli öteleme seviyesinde çekme bölgesindeki kesitin azalmasına bağlı olarak yedeksiz minarelerde yedeklilere göre daha yoğun hasar gözlenmiştir. Merdiven sisteminin dönerek yükselmesinden dolayı minarenin kesiti değişkenlik göstermektedir. Bu sebeple merdiven düzenine bağlı olarak, hasar yedeksiz merdiven düzeninde (M_NT_1S ve M_ET_1S) taş simit bölgesinin üzerinde görülürken 2-yedekli durumda hasar (M_NT_3S ve M_ET_3S) taş simit bölgesinin altında gözlenmiştir. Hasar bölgesinin basamak sayısı arttıkça minare kesitinin daha fazla olduğu kesitlere doğru göç etmesi basamak sayısı arttıkça dayanım artışını da beraberinde getirmektedir.

% 0.15 Göreli tepe ötelemesi % 0.3 Göreli tepe ötelemesi Dayanım kaybı sonrası

M_E

T_1S

M_E

T_2S

M_E

T_3S

Şekil 12. Boyu 21.4 m olan minareler için şekildeğiştirme seviyeleri ve hasar durumu


627

SONUÇLAR

Çalışma kapsamında Kapıüstü Mescidinin minaresi yapı mühendisliği açısından değerlendirilmiş ve ulaşılan sonuçlar aşağıda sıralanmıştır;

1) Minarelerin basamak sayısının artmasıyla kesit alanı artmasına bağlı olarak minare periyotu azalmaktadır, ancak kütle artışı sebebiyle oluşan periyot artışı ile beraber değerlendirildiğinde minarenin doğal titreşim periyotunun basamak sayısı değiştikçe çok fazla değişim göstermemesine sebep olmuştur.

2) İtme analizleri sonuçları, benzer basamak düzenine sahip minarelerin boylarının artmasının, yatay yük taşıma kapasiteleriniazalttığını göstermiştir. Kesit artışından dolayı eşit boylara sahip minarelerin basamak sayısı arttıkça yatay yük taşıma kapasiteleri artmıştır.

3) Genel olarak boy ve basamak sayısı değişiminin minarenin sünekliği üzerinde bir etkisi olmadığı görülmüştür. Eğilme hakim bir davranışı olan minarenin geometrisinde basamak ekleyerek yapılan kesit arttırılması davranışı sünekleştirmek için yeterli olmamıştır. Minarenin yerdeğiştirme kapasitesini artırabilmek için hasarın yoğun görüldüğü kritik çekme bölgeleri boyunca donatı veya lifli polimer gibi çekme gerilmelerini karşılayacak malzemeler kullanılması önerilebilir.

4) Analiz sonuçları minarelerde hasarın oluştuğu bölgenin yedek basamak sayısı ile ilişkisi olduğunu göstermiştir. Hasar, minare kesitinin arttığı bölgelere yerdeğiştirmiştir. Bu durum basamak sayısı arttıkça dayanım artışına da sebep olmaktadır.

KAYNAKLAR

ABAQUS, (2014)“6.14 Documentation”, DassaultSystemesSimulia Corporation. Ayvansarayı̂ HH, Sâtı A, Besîm, S (2001) “Hadı̂katü'l-cevâmiʻ: İstanbul câmileri ve diğer dı̂nı̂-sivil

miʻmârı̂ yapılar” (Vol. 93), İşaret Çalık İ, Demirtaş B, Bayraktar A, Türker T (2012)“Yığma Taş Minarelerin Analitik ve Deneysel

Yöntemlerle Güvenliğinin Belirlenmesi: Trabzon Muhittin Camii Minaresi Örneği”, Vakıflar Dergisi, 38, 121-140

ÇARHOĞLU AI, USTA P, KORKMAZ KA (2013)“AYASOFYA ÖRNEĞİNDE TARİHİ MİNARE YAPILARININ SİSMİK DAVRANIŞININ İNCELENMESİ”, SDU International Technologic Science, 5(1), pp 36-43

Dağdelen İ (2006)“Alman Mavileri”, 1913–1914 I. Dünya Savaşı Öncesi İstanbul Haritaları, 2 DBYBHY (2007) Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik, AFAD, Ankara Doğangün A, Acar R, Livaoğlu R, Tuluk Ö (2006, April)“Performance of masonry minarets against

earthquakes and winds in Turkey”,In 1st International Conference on Restoration of Heritage Masonry Structures, Cairo, Egypt (pp. 24-27)

Dogangun A, Acar R, Sezen H, Livaoglu R (2008)“Investigation of dynamic response of masonry minaret structures”, Bulletin of Earthquake Engineering, 6(3), 505-517

Ertek E, Fahjan Y (2007)“Osmanlı Minarelerinin Yapısal Sistemleri: Sınıflandırma, Modelleme ve Analizi”, Altıncı Ulusal Deprem Mühendisliği Konferansı, İstanbul

Erdogan HA, Basar ME, Sezer R, Kara N (2010)“Structural Analysis Comparing the Minarets of The Selimiye Mosque with Ince Minaret Madrasa”, 8th International Conference on Civil and Architecture Engineering, Cairo, Egypt.

Livaoğlu R, Baştürk MH,Doğangün A, Serhatoğlu C (2016)“Effect of geometric properties on dynamic behavior of historic masonry minaret”, KSCE Journal of Civil Engineering, 20(6), 2392-2402.

Mutlu Ö, Şahin A (2016)“Investigating the Effect of Modeling Approaches on Earthquake Behavior of Historical Masonry Minarets-Bursa Grand Mosque Case Study”,Sigma, 7(2), 123-136.

Naghoj NM, Yuossef NAR, Maaitah ON (2010)“Mechanical properties of natural building stone: Jordanian building limestones as an example”, Jordan Journal of Earth and Environmental Sciences, 3(1), 37-48.

Pervititch J (2000) “Jacques Pervititchsigortaharitalarında İstanbul; Istanbul in the insurance maps of Jacques Pervititch”,TarihVakfı

Serhatoğlu C, Livaoğlu R (2015) “Tarihi Molla Arap Cami Minaresinin Dinamik Karakteristikleri ve Deprem Analizi”, 5. Tarihi Eserlerin Güçlendirilmesi ve Geleceğe Güvenle Devredilmesi Sempozyumu, Erzurum


628

Documents

KAPIÜSTÜ MESCİDİ MİNARESİNİN YAPI MÜHENDİSLİĞİ … · 2018-01-11 · Ulucami Minaresi Bursa Şekil 1. Çeşitli minare görünümleri (Yazarların kişisel arşivinden)