Ahşap yüzyıllardır sayısız yapı ve bina projesinde hem taşıyıcı sistem hem de kaplama malzemesi olarak kullanılagelmektedir. Çapraz lamine ahşap (basınç altında bir yapıştırıcı ile en az üç kat levhadan, yüzeyleri birbirine yapıştırılarak üretilir) gibi tasarlanmış ahşap ürünler, 90’lı yılların başındaki icadından bu yana, Avrupa’da, özellikle Almanya ve Avusturya’da, küçük ölçekli projelerde kullanılmıştır. Ayrıca, tasarlanmış ahşap ürün teknolojisindeki son gelişmeler, malzeme dayanımı ve yangın güvenlik önlemleri bu ürünleri yüksek bina tasarımı için beton ve çelik ile yarışır hale getirmiştir. Ahşap ile inşa edilmiş binalar, örneğin Dünyanın en yüksek binası olan 18 katlı ve 85 metre yüksekliğindeki Mjøstårnet (Norveç, 2019) (Şekil 1), 24 katlı ve 84 metre yüksekliğindeki HoHo (Avusturya, 2020) (Şekil 2), yükseklik sınırlarını zorlamaya devam etmektedir.

Ahşap konstrüksiyonun arttırılması, Finlandiya’da bir devlet politikası haline gelmiştir. Ahşap binalar, yaklaşık otuz yıldır, ahşapla inşaatı destekleyici programlar ve yasal yönetmelikler yoluyla devlet otoriteleri tarafından teşvik edilmektedir. Ahşap inşaatı teşvik etmenin anahtarı, ahşap malzemenin işlenme derecesini arttırmak, ahşap endüstrisi ve ihracatı geliştirmek ve ekolojiyi yerel olarak desteklemek olmuştur (1). Yaklaşık 10 yıldır iklim hedefleri, ahşap inşaatın ana itici gücü oldu. Bu umut verici alandaki teknik çözümlerin şimdiye kadar temel olarak devlet destekli konut olarak geliştirildiği algılandı, böylece kamu çözümleri ve işletim modelleri, destekli konut inşaatı yoluyla geliştirilen ve kendi kendine yeten konut haline geldi (2).

Ahşap kullanımı canlandırmak için apartman inşaatı bir fırsat olarak görüldü (3). Finlandiya’da konut inşaatlarının yaklaşık yüzde 70’i son beş yılda tamamlanmış ve çoğu apartmanlardan oluşmakta olup halen betonarme olarak inşa edilmektedir. Her ne kadar endüstriyel ahşap yapılar için strüktürel sistemler, Finlandiya’da yaklaşık otuz yıldır bilinse de ahşap apartmanlar da giderek yaygınlaşmaktadır.

Diğer ülkelerde olduğu gibi, Finlandiya’da da yangın yönetmeliği, ahşap yapı inşaasının yaygınlaşmasına katkıda bulunan en önemli faktörlerdendir. 1997’de revize bu yönetmelikte, ahşap konut ve ofis binaları için 4 kat yüksekliğe kadar ahşap taşıyıcı sistem ve ahşap cepheye kullanımına izin verilerek, Finlandiya’da ahşap apartman inşaatının önü büyük ölçüde açılmıştır. 2011 yılında ise Fin yangın yönetmeliği, yüksek ahşap apartmanların inşasına izin verecek şekilde revize edilerek belirli koşullar altında ahşapla inşa edilebilir yükseklil 8 kata çıkarılmıştır (4). 

Finlandiya’da özellikle son yıllarda, ahşap yapılara gösterien ilginin de artmasıyla ahşap apartman inşaası hız kazanmıştır. 2019’ da inşaası tamamlanan, 14 katlı ve 48 metre yüksekliğindeki Lighthouse Joensuu (Resim 3) gibi çok katlı ahşap binalar, uluslararası anlamda görünürlük kazanmıştır. Özellikle medya, ahşap yapıların yüksekliğine odaklanarak bu yapıların gelişimine ve tanıtımına katkıda bulunmuştur. Finlandiya’da, tasarlanmış ahşap kullanılan apartmanlar yaygınlaşmaya başladığından, yeni pilot projeler de ortaya çıkmıştır. Örneğin 8 kattan yüksek ve fonksiyonel yangın güvenlik analizi ile özel ruhsat prosedürleri gerektiren ahşap apartman binaları bu şekilde düşünülebilir.

Yüksek ahşap binalarda (örneğin CLT, vb.), masif ahşap elemanların oda/bölme yangınlarına katkısını değerlendirmek için araştırma ve testler kritik öneme sahiptir (5). Önceki araştırmalar, ahşap elemanların binalardaki yangın yüküne katkıda bulunduğunu ve yangının büyüme oranını artırabileceğini göstermiştir. Bu da, yangından korunma sistemlerine büyük bir yük getirme potansiyeline sahiptir.

Göreceli performansı değerlendirmek için ahşap elemanların kompartıman yangınlarına katkısının ölçülmesi ve diğer bina sistemleriyle karşılaştırılması gerekmektedir. Açıkta bırakılmış ahşabın yangına katkısı, kömürleşme oranı, sıcaklık ve toksisite gibi metrikler kullanılarak tam yangın süresi için ölçümler yapılmalıdır. Bu, bir tasarımcının katkıyı ölçmesine, tasarım denklemlerini doğrulamasına ve bina sakinleri, itfaiyeciler, mülk ve komşu mülklere yönelik risk seviyesini azaltmak için bir yangından korunma stratejisi geliştirmesine olanak sağlayacaktır. Ek olarak, ahşabın yangına karışmasını önleme veya geciktirme aracı olarak (örneğin yangın bariyeri) kapsülleme etkisinin de karakterize edilmesi gerekmektedir.

Çalışmalar, kapsüllenmiş ahşabın kompartıman yangınına katkısının olmayabileceğini veya önemsiz derecede olabileceğini göstermiştir. Bununla birlikte, kapsüllemenin olası başarısızlığı, ahşabın yangına dahil olmasına ve sonunda ikinci bir ani alevlenmeye yol açabilir. Yetersiz havalandırmalı yangınlarda, korumasız ahşabın katkısı, pencereler gibi havalandırma açıklıklarının dışında önemli alevli yanmalara neden olabilir. Katkı her zaman olmasa da yangının gecikmeli olarak sönmesine yol açabilir.

Yüksek Ahşap Binalarda Yangın Güvenliği

Yüksek ahşap binalarda yangın güvenliği aşağıdaki başlıklar altında özetlenebilir (6):

Manuel olarak yangınla mücadele: Bina sakinleri veya itfaiye birimi tarafından yangını söndürmek üzere derhal harekete geçilirse, şiddetli yangın riski azalacaktır. Yangın yükünde, çelik yapılar için kalibre edilen bu azalma, ahşap yapılar için de söz konusudur. Aşağıda bahsedileceği üzere, otomatik yangın algılama veya sprinkler sistemleri için benzer bir yaklaşım kullanılabilir. Manüel veya otomatik söndürme sistemleri için yerinde acil su temini de kayıpları azaltabilir.

 

Sprinkler: Otomatik yangın sprinkler sistemleri, tüm binalarda yangın güvenliğini artırmanın en etkin yoludur ve özellikle yüksek ahşap binalarda tavsiye edilir. Bazı ulusal bina kodları (örneğin İsviçre, Yeni Zelanda), sprinkler sistemi kurulu ise yangına dayanımda daha düşük değerlerin kullanımına izin verir. Yangın direncinin normal değerin %60’ına düşürülmesi, sprinklerli binalar için Eurocode 1’de tanımlanır. Öte yandan, pasif olarak yangından korunma gereksinimlerini kısmen azaltmak ve güvenli çıkış yolları sağlamak için sprinkler destekli tasarım da yapılabilir. Bu, ahşap ürünlerin daha esnek kullanımına olanak tanır. 

Kapsülleme (Encapsulation): Kapsüllemenin amacı, yapısal ahşabın yangın yüküne katkıda bulunmamasını ve ayrıca herhangi bir yangın kompartımanda yanıcı içeriği tamamen yandıktan sonra yangının yanmaya devam etmemesini sağlamaktır. Tam kapsülleme ve sınırlı kapsülleme olarak ikiye ayrılır.

Koruyucu tabakaların yangın performansı: Alçıpanel levha genellikle ahşap yapıları yangından korumak için kullanılır. Yangına dayanıklılık doğrulaması için, tasarım modelleri kullanılarak tam ölçekli test veya hesaplama yapılabilir. Alçıpanel levhaların yangın dayanımına katkısı, Avrupa ürün standardı ya da ahşap yapı standardında belirtilmemiştir. Bu nedenle önemli özellikler tasarım modelleri için girdi olarak eksiktir. Girdi değerlerini elde etmek için Eurocode 5’in yangın bölümündeki model gibi bir metodoloji geliştirilmelidir ve bu metodoloji resmi bir belgede uygulanmalıdır (örneğin, ulusal veya uluslararası standartlar).

Yapısal ahşap bağlantılarının yangın performansı: Önceleri, ahşap bağlantıların yangın performansı hakkında bilgi sınırlı iken, son yirmi yılda ahşap bağlantıların yangın performansının değerlendirilmesine yönelik analiz çalışmaları ve araştırmalar yapılmıştır. Ancak, basit yangında tasarım için modeller hala sınırlıdır. 

Aynı binada yayılan harici yangın: Harici yangının yayılmasında ana risk, tam gelişmiş bir kompartımanda pencerelerden çıkan alevlerden kaynaklanır ve cephe boyunca yukarı doğru yayılma eğilimi gösterebilir. Bu tür alevler, yapı malzemesinden bağımsız olarak genellikle yukarı katlara ulaşır ve bu durum çoğu yangın yönetmeliğinde belirtilir. Ancak, kompartıman yangınında iki kat yukarısına ulaşan dış alevlerin riskinin nasıl belirleneceği konusunda bir fikir birliği veya prosedür yoktur. 

Binalar arasında yangın yayılması: Bitişik nizam binalar arasında yangının yayılması için riskler de vardır.  Bu risklerin, strüktürel sisteminden bağımsız olduğu düşünülse de, yanıcı kaplama malzemelerinin katkısı da dikkate alınmalıdır.

3. Vaka çalışması: Lighthouse Joensuu

Lighthouse Joensuu binasında (Tablo 1) özellikle tüm projenin devreye alınması ve ahşap inşaat yapımı, şehrin kurumsal yönetimi tarafından belirlenen hedeflerdi [7]. Bina, mevcut şehir planı temel alınarak tasarlanmıştır. 

Kat sayısı ve yükseklik (metre)	14 ve 48 metre
Tamamlanma tarihi	2019
Toplam kat alanı	4787m2
Toplam inşaat alanı	5934m2
Konut alanı	3764m2
Alan verimlilik oranı	63%
Daire sayısı ve ortalama alanı	117 ve 32m2
Proje süresi	38 ay
İnşaat süresi	20 ay
Taşıyıcı çerçeve sistemi	LVL/CLT  large elements
Müşteri	Joensuun Elli opiskelija-asunnot Oy
Mimari tasarım	Arcadia Oy
Strüktürel tasarım	Joensuun Juva (nowadays A-Insinöörit)
Ahşap tedarikçi	Stora Enso
Yüklenici	Eero Reijonen
Yangın danışmanı	Markku Kauriala Oy
Kısaltmalar: LVL – laminated veneer lumber

Tablo 1. Lighthouse Joensuu projesinin genel özellikleri.
Table 1. General characteristics of the Lighthouse Joensuu project.

Öğrenci yurdu olarak tasarlanan Lighthouse Joensuu’da daireler, merdivenlerin etrafında gruplandırılmıştır. Binanın ortasında, iki bölmeli merdiven ve her iki yönede açılan bir asansör bulunmaktadır (Şekil 1). Tüm yurt üniteleri binanın çevresine yerleştirilmiş olup, merdiven tamamen opak bir yapıya sahiptir. Dairelerin derinliği dar olup çoğu merdivene paralel olarak konumlandırılmıştır. Özellikle stüdyo daireleri farklı planlama modelleri sunmaktadır. Ayrıca, tüm iç yüzeyler ahşap kaplama olup görünmeyecek şekilde tasarlanmıştır. Bunun temel nedeni, yapısal çerçeve malzemesi olarak kullanılan LVL paneller CLT gibi estetik yüzey malzemesi değildir. Bina cephesi, beyaz ve gri tonlarında üç farklı tonda fiber-çimento levhalarla kaplanmıştır.

Lighthouse Joensuu, duvarlarda LVL ve döşemelerde ise CLT taşıyıcıya sahiptir. Temel sisteminde, kaya zemine çelik tüp ankrajlar bulunmaktadır. Yapının, alt katlarında 30 cm kalınlığında betonarme kullanılmıştır. Benzer şekilde, ilk katta, 20-30 cm kalınlığında beton ve 50 mm kalınlığında beton alt zemin kullanılmıştır. Daha kalın ara kat döşemeleri yapının kütlesini arttırarak hafif ahşap bir apartman tasarımında yanal kuvvetleri kontrol etmeye yardımcı olmaktadır. Yapıya etkiyen yüklerin de azalması sebebiyle taşıyıcı duvarların kalınlıkları üst katlara doğru azalmaktadır. En alt üç katta ahşap yapılı zeminde, taşıyıcı LVL panel kalınlığı 162 mm, sonraki yedi kat ve en üst üç üst katta ise sırasıyla 144 mm ve 126 mmdir. Daire içlerinde yangın ve ses yalıtımı 50 mm taş yününden, üzeri çift alçıpanel levhadan imal edilmiştir.

Fin yangın yönetmeliği uyarınca, Lighthouse Joensuu binasında, perde duvar gibi ana strüktürel elemanlar ve döşeme gibi ikincil  strüktürel elemanlar, yangına 90 dakika dayanımlı olarak tasarlanmıştır. Apartman binası, ahşap olmasına rağmen, bitmiş binada çok az ahşap yüzey görülmektedir; çoğu iç yüzey, yangın güvenliği gereksinimlerini karşılamak için alçıpanel levha ile kaplanmıştır. Fin yangın yönetmeliği uyarınca standart E1 tabloları yalnızca sekiz kat yüksekliğe kadar ahşap binaları kapsadığından, binanın yangın güvenliği tasarımı, işlevsel yangın tasarımına dayanmaktadır. Bina sprinkler sistemi (OH1 seviyesi, iki yönlü su temini) ile donatımış, ancak, sprinkler çalışmasa bile yangına dayanacak şekilde tasarlanmıştır.  

Sonuç

Ahşap teknolojisindeki son gelişmeler, malzeme dayanımı ve yangın güvenliği gibi kritik konulardaki ilerlemeler, tasarlanmış ahşap ürünleri yüksek bina tasarımı için beton ve çelik ile yarışır hale getirmiştir. Günümüzde hala mesafeli yaklaşılan ahşap yapı ve yangın güvenliği ilişkisinde, yüksek ahşap binalar bağlamında gerek mevzuatsal gerekse teknolojik olarak Lighthouse Joensuu örneğinde de olduğu gibi önemli yol katedilmiştir. 

Yangın güvenliği mühendisliği ve performansa dayalı tasarım, artan ahşap yüksek binalar için birçok fayda ve fırsat sunmaktadır. Örneğin, ulusal yangın gerekliliklerinin nasıl yerine getirileceğine dair uyumlu görüş ve sigorta gereksinimlerinin temini gibi. Bu bağlamda, inşaat işçiliği ve muayene, inşaat sırasında güvenlik, doğru detaylandırma, mülkiyet kaybının önlenmesine yönelik bina tipine göre uygun olarak geliştirilecek stratejiler, ve yangının otomatik aktif bir sistem veya itfaiye ekipleri tarafından söndürülmemesi durumunda binanın çökmesini önlemek için ana stratejilerin kontrolü konularına özellikle önem verilmelidir.

Kaynaklar

1. Karjalainen M. The Finnish multistory timber apartment building as a pioneer in the development of timber construction (in Finnish). PhD Dissertation. Oulu, Finland: University of Oulu. 2002.
2. Ijäs V. Puukerrostalojen rakentamisen esteet ja mahdollisuudet: Keskeisten suomalaisten rakentamis- ja Kiinteistöalan sidosryhmien vertaileva asennemittaus. Tampereen Teknillinen Yliopisto. 2013.
3. Kaihlanen J. Puun Käyttö Rakentamisessa Aiotaan Kaksinkertaistaa Seuraavan Neljän Vuoden Aikana – Eniten Kasvumahdollisuuksia Nähdään Puukerrostaloissa. Maaseudun Tulevaisuus. 2019.
4. The National Building Code of Finland – Structural Fire Safety, Decree of the Ministry of the Environment. 2017;Section 8:5.
5. Brandon, D. and Östman, B. Fire Safety Challenges of Tall Wood Buildings – Phase 2: Task 1 – Literature Review, SP Technical Research Institute of Sweden Stockholm, Sweden, September 2016.
6. Östman, B., Brandon, D., Frantzich, H. Fire safety engineering in timber buildings. Fire safety journal, 2017, 91 (Special Issue): 11–20
7. Tulonen, L.; Karjalainen, M.; Ilgın, H.E. Tall Wooden Residential Buildings in Finland: What Are the Key Factors for Design and Implementation?; IntechOpen: London, UK, 2021.