Bir çok ülkede konu ile ilgili bina dizayn standartları uzun yıllar önce oluşturulmuştur. Ülkemizde ise bu tip bir standart varsa   bile  tarafımızca bu standarlara ulaşılamamıştır.
Günümüz inşaat teknolojilerinde çok daha detaylı hesaplama yöntemleri kullanılarak özellikle kar ve diğer parametrelerin klimatolojik dizayn değerlerindeki doğruluk payları en üst noktalara getirilmiştir. Artık hemen hemen tüm ülkelerde yapı dizaynı ile ilgili olarak " güvenlik faktörü " veya " güvenlik katsayısı " gibi güvenliği ön plana çıkaran kavramlar kullanılmaktadır.

Teorik olarak minimum güvenlik katsayısı "1" ( Bir ) dir. Bununla beraber yapının gücü ve toplam dizayn yükü ile ilgili olarak daima bazı belirsizler olacağından güvenlik katsayısı kullanılacak materyal ve yapı tipine bağlı olarak daima 1( Bir)  den büyük alınmaktadır. Aynı şekilde, kullanılacak materyaller ve malzemelerin kalitesi ile bilgiler kesinlik kazandıkça yapı gücü ile ilgili bilgiler daha net olarak ortaya çıkacak ve belirsizlikler azalacaktır. Bu şekilde güvenlik katsayısının bile çok fazla doğru   olamayacak bazı yüklerin bina üzerindeki rolü için kullanılması gerekecektir. Bu çevrim light-weight ( hafif alaşımlı ) yapıların kullanımının artması ve binaların desteklemesi gereken toplam yükün çok büyük bir bölümü kar ve rüzgar yükü oluşturması nedeniyle çok daha fazla önem kazanmaktadır.

Bir çok ülke, özellikle kuzey ülkeleri, kar yükleri için ideal dizayn yapılabilmesi için çok büyük çabalar harcamışlardır. Bu konuda yapılan çalışmalarda genellikle yer yüzeyinde bulunan kar referans alınmıştır. Aslında yer yüzeyinde bulunan kar ile çatılarda bulunan kar aynı özelliklerde midir? sorusu bu noktada önem taşır. Bununla birlikte binaların çatılarında bulunan kar yükü yeryüzeyinde bulunan kardan daha farklı özellikler taşıdığı yıllar önce belirlenmiştir.

Bu nedenle binaların çatılarında bulunan kar yükü ; hava sıcaklığı ve rüzgar hızının ve yönünün, çatı eğimi, binanın konumu, bina içinden özellikle çatıdan dışarıya doğru olan ısı transferi, çatının drenaj sistemi ile birlikte düşünülecek bir kombinasyonundan etkilenmektedir. Yapıların hemen civarında bulunan binaya yakın alanlar rüzgardan, yağışdan ve güneş radyasyonundan en fazla etkilenen alanlar olduğundan çatılarda kar birikmeleri de meydana gelecektir.

Normal şartlarda çatılarda meydana gelebilecek kar yükü yer yüzeyinde olacak kar yükünden çok daha farklı olmayacaktır. Yerdeki kar yüküne göre çatılarda çok fazla kar yükünün oluşabilmesi için belli bir manianın arkasında birikme veya yüksekteki bir çatıdan veya yüksekteki bir zeminden alçaktaki bir çatıya karların sürüklenmesi gerçekleşmelidir. Bu durumun olmaması halinde çatılardaki kar yükü ile yüzeydeki kar yükü teorik olarak aynı kabul edilebilir.

Bina kar yükü hesaplamalarında yüzeydeki kar yükünün belli bir sürüklenmeye maruz kaldığı kabul edilir. Tüm ülkelerde uzun yıllara ait meteorolojik parametreler ve yüzeydeki kar ile ilgili bilgiler ise tamamen istatistiki olarak uzun yıllar sürekli ve düzenli olarak  yapılan meteorolojik gözlem bilgilerinden elde edilmektedir. Bu gözlem bilgileri kar yüksekliği, karın yerde kalması gibi kar ile ilgili çeşitli bilgileri kapsar.

Yeni yerleşime açılacak alanlarda veya bazı eski yerleşim merkezlerinde uzun yıllar meteorolojik   gözlem verilerinin olmamasıda veya uzun yıllar tanımlaması  ile ilgili gerekli standartların oluşmaması karşılaşılabilinecek durumlardan bir tanesidir. O halde böyle bir durumda hareket tarzımız ne olmalıdır?  Hiç şüphesiz detaylı ve titiz olarak yapılan bir çok meteorolojik ve klimatolojik çalışmalarda yer alacak meteorolojik gözlem ile ilgili bilgilerin uzun yıllara dayanması tercih edilir. Bununla birlikte konu ile ilgili olarak belirli bir "yıl" standartı mevcut değildir. Bazı ülkelerde 10 yıllık bazı ülkelerde ise 30 yıllık gözlem bilgileri kullanılmaktadır. Yine ülkeler arası 0.2 g/cm3 ile 0.4 g/cm3 arasında değişen ortalama kar yoğunluk değerleri çatılardaki kar yükü hesaplamaları ile ilgili olarak kullanılmaktadır. Bu nedenle elimizde uzun yıllar verileri yok ise bu rakamlara ait ortalama bir değer kullanılabilir.

Bu tablodan da açıkça görüleceği üzere katsayıların değişimi çatı eğimini 20 derece olmasından itibaren daha fazla dikkat çekmektedir.

Konu ile ilgili Çalışmalar

Y = Binanın Yatay Konumu,

Do = Yatay bir çatının dizayn yükü,

Çatıların Drenaj ve Havalandırması

Binaların çatıları üzerinde oluşacak ağır kar yükünü önlemek için önerilen çözümlerden biri çatılar üzerinde kar birikmesinin önlenmesidir. Bu nedenle hemen hemen tüm çatı yükü hesaplama yöntemlerinde temel girdilerden birisi kar birikmesi hesaplamalarıdır. Kar örtüsünün çatı yüzeyi ile temas eden kesitinde sıcaklığın sıfır derecenin altında olması halinde bile erime ve yumuşama ( melting) olayı meydana gelir. Çatının mevcut eğimi ile birlikte eriyen kar sıvı halde saçaklara doğru akışa geçer. Kış mevsiminde çatının saçak seviyesi hava sıcaklığının sıfırın altında olması nedeniyle bu sıvı saçaklarda tekrar donar.

Kar örtüsünün çatı yüzeyi temas etmesi neticesinde meydana gelen sıvının saçaklarda donması neticesinde oluşan buz tabakası tıpkı bir baraj gibi çalışır ve kar yüzeyi ile çatı yüzeyinin temas ettiği kesimde meydana gelen yeni erime ve akışa geçen sıvıların önünü bir bent gibi tıkar. Bu nedenle sürekli olarak eriyen ve biriken kar suları kendilerine çıkış noktaları ararlar. Bu nedenle çatı üzerinde kiremitlerde herhangi bir aralık var ise bu aralıklardan içeri doğru süzülmeye başlarlar ve başta çatı iskeletini oluşturan ağaç aksam olmak üzere, izolasyon materyalleri ve bina üzerinde ciddi tahribata yol açarlar. Hatta ülkemizde çok sık olarak bina üst katlarında yaşanan tavan akması ve duvarların nem yapması gibi olaylara neden olurlar.

Burada temel çözüm, saçaklarda baraj görevi oluşturan buzlanmanın önlenmesidir. Eğer bu gerçekleşirse kar yükü nedeniyle binaların zarar görmesinin büyük ölçüde önüne geçilmiş olur. Bu nedenle çatı dizaynı çözümde temel etken olarak karşımıza çıkar. Çatı saçaklarında buzlanmayı önlemek için çatı sıcaklığının hava sıcaklığına eşit olmasını sağlamaktır. Bunu yapabilmek için ise çatı izalosyonunun mükemmel olmasını başarabilmek gerekir. Yani en üst kat tavanından çatı yüzeyine herhangi bir şekilde ısı alış verişi olmamalıdır. Bununla birlikte tavan arası dediğimiz en üst kat tavanı ile çatı yüzeyi arasındaki alanda mükemmel izolasyona rağmen yinede ısı alış verişi olabilmekte ve tavan arası sıcaklığı dış ortam sıcaklığına göre daha yüksek olabilmektedir. Bu sıcaklık farkına sadece binadan gelen ısı transferleri değil aynı zamanda güneş radyasyonuda neden olabilmektedir. Özellikle binaların güney cephelerinde çatı üzerinde herhangi bir kar örtüsü bulunmaz iken kuzey cephelerinde kar örtüsü kalabilmektedir. Bu durum tavan arasında dış ortam sıcaklığına göre daha farklı sıcaklıkların oluşması anlamına gelir ki bu durum yukarıda bahsettiğimiz nedenlerden dolayıda hiç arzu edilmemektedir. Çünkü böyle bir ortam çatının kuzey cephelerinde buz barajlarının oluşması için uygun ortamlar demektir. Buz barajlarının oluşması ise istenmeyen sorunların başlangıç noktasıdır.

Çatı yüzeyini sürekli olarak soğuk tutmak ve nedeni ne olursa olsun tavan arasında daha farklı hava sıcaklıklarının oluşmasını engellemek için tavan arasının sürekli olarak havalandırılması gerekmektedir. Bunun en ekonomik yöntemi tavan arasında doğal havalandırma sistemlerinin oluşturulmasıdır. Bununla birlikte doğal havalandırmanın hemen her şart altında gerçekleştirilmesi mümkün değildir. Bunun temel nedeni ise binalar civarında oluşacak olan lokal rüzgar dağılımlarının uygun olmamasıdır. Diğer taraftan tavan arasında sağlanacak havalandırmanın da bina - çatı izolasyonunun verimli olmasını sağlamak açısından, çok kuvvetli olmaması gereklidir.

 

Şekil: Uygun ( sağ taraf ) ve uygun olmayan ( sol taraf ) izolasyonlu ve havalandırmalı çatı tipleri.

Eğer uygun şekilde dizayn edilmiş ise; tavan arası havalandırmalarından tavan arasına kar girmesi her zaman mümkün olmakla birlikte önemli ölçüde kar girmesi ve tavan arasında kar birikmesi olayı yaygın olmayan bir işlemdir. Bununla birlikte havalandırma kanallarından tavan arasına giren karların zamanla bina üst katlarında içinde nem problemlerinin yaşanmasına neden olması nadir de olsa karşılaşılan problemlerdir.

Yukarıda kısaca bahsettiğimiz problemlerden sakınmak için tavan arasında yeterli izalosyon sağlanmalı ve havalandırma uygun düzeyde olmalıdır. Çatı dizaynı ve bina konumu özellikle kış şartları hakim rüzgar yönleri göz önüne alınarak düzenlenmelidir.