A Comparative Analysis on Wide Span Structures

Year 2025, Volume: 10 Issue: 2, 863 - 891, 27.12.2025

Berrin Şahin Diri , Mehmet Yazıcı , Ömer Yildiz

https://doi.org/10.30785/mbud.1707123

Abstract

In the historical process of passing openness, mankind has taken giant steps. While the stone pillar ranges in the first temple structures of human history were at most 1–2 meters, today technology and materials have been developed to pass distances of more than 100 meters. Although there are different ways to cross a span, the optimum solution varies depending on economic possibilities, the capacity of transporting large-sized elements, zoning regulations, and the conditions of the land where the project is located. The aim of this study is to reveal the optimal solutions with different materials used to pass wide openings and to evaluate the advantages and disadvantages of large openings to space and building through the created models. The computer generated models were compared with each other according to six criteria and it was concluded that the lightest structure is formed by timber systems, arch and dome systems are more advantageous in terms of roof ceiling height, the most costly system is the timber grid beam system, and the reinforced concrete cassette and ribbed slab systems have the largest floor area in terms of column area.

Keywords

Wide Spans , comparative analysis , structural systems , Dlubal RX-TIMBER 2.20 , IDEA StatiCa 9

Ethical Statement

Ethics committee approval was not required for the study.

Supporting Institution

Mimar Sinan Fine Arts University Scientific Research Project Coordinator

Project Number

2018/42

Thanks

This study is derived from a scientific research project supported by the Mimar Sinan Fine Arts University Rectorate. For this reason, we would like to thank the Mimar Sinan Fine Arts University Scientific Research Project Coordinator.

Geniş Açıklıklı Yapılar Üzerine Karşılaştırmalı Bir Analiz

Abstract

Açıklık geçme konusunda tarihsel süreç içerisinde insanoğlu dev adımlar atmıştır. İnsanlık tarihinin ilk tapınak yapılarındaki sütun aralıkları en fazla 1–2 m iken günümüzde 100 m’den fazla mesafeleri geçecek teknoloji ve malzeme geliştirilmiştir. Bir açıklığı geçmenin farklı yolları olsa da optimum çözüm; ekonomik imkanlara, büyük boyutlu elemanların taşınabilme kapasitesine, imar yönetmeliklerine, projenin bulunduğu arsanın koşullarına bağlı olarak değişmektedir. Bu çalışmanın amacı, geniş açıklıkların geçilmesinde kullanılan farklı malzemeli optimal çözümleri ortaya koymak ve büyük açıklık geçen strüktürlerin mekana ve binaya getireceği avantaj ve dezavantajları oluşturulan modeller üzerinden değerlendirmektir. Bilgisayar ortamında oluşturulan modeller birbirleriyle maliyet, iç tavan yüksekliği, çatı konstrüksiyonu ağırlığı gibi kriterlere göre karşılaştırılmış ve en hafif strüktürün ahşap sistemlerle oluşturulduğu, çatı tavan içi yüksekliği açısından kemer ve kubbe sistemlerin daha avantajlı olduğu, en maliyetli sistemin ahşap ızgara kirişli sistem olduğu, kolon alanı açısından en büyük taban alanına betonarme kaset ve nervürlü döşemeli sistemlerin sahip olduğu sonucuna varılmıştır.

Keywords

Geniş Açıklık , karşılaştırmalı analiz , strüktür sistemleri , Dlubal RX-TIMBER 2.20 , IDEA StatiCa 9

Project Number

2018/42

References

• Aka, İ., Keskinel F. & Arda, T. S. (1992). Betonarme Yapı Elemanları. İstanbul: Birsen Yayınevi.
• Ayaydın, Y. (1981). Büyük Açıklıklı Prefabrike Betonarme Yapılar. İstanbul: Birsen Kitabevi.
• Betonçelik. (n.d.). TS EN 1991-1-3, 2007; “Yapılar Üzerindeki Etkiler - Bölüm 1-3 : Genel Etkiler - Kar Etkileri (EUROCODE 1)”. Access Adress (10.09.2025): http://www.betoncelik.com/images/TSEN1991_1_3.pdf
• Bayülgen, C. (1993). Çağdaş Strüktür Sistemleri. Yıldız Teknik Üniversitesi Mimarlık Fakültesi Baskı Atölyesi. İstanbul.
• Ching, F. D. K., Onovye, B. S. & Zuberbuhler, D. (2013). Çizimlerle Taşıyıcı Sistemler. MAS Matbaacılık AŞ., İstanbul.
• Ching, F. D. (2014). Building Structures İllustrated: Patterns, Systems and Design (2. b.). Wıley.
• Çelebi, N. G. & Arpacıoğlu, Ü. (2025). Life Cycle Assessments (LCA) and Life Cycle Costing (LCC) of Structural Systems. 11th Asia Pacific International Congress on Contemporary Scientific Research, March 12-15, 2025, Ho Chi Minh-Vietnam.
• Çelebi, N. G. & Arpacıoğlu, Ü. (2024). Structural Frames in the Context of Earthquake and Environmental Impact. Karadağ, A.A. & Ertaş Beşir, Ş. (Eds.). Earthquake Resistant Cities and Disaster Management. 2024, Chapter: 4, 84-107. ISBN: 978-625-367-633-9. Iksad Publications.
• Dietsch, P. (2011). Robustness of large-span timber roof structures — Structural aspects, Engineering Structures, Volume 33, Issue 11. DOI:10.1016/j.engstruct. 2011.01.020.
• Ertaştan, E. (2005). Orta Ve Geniş Açıklıklı Ahşap Çatıların Performansı: Ahşap Ve Çeliğin Karşılaştırmalı Çalışması. (Master’s Thesis), Middle East Technical Unıversity, Architecture Department.
• Ghali, A. & Neville, A.M. (1980). Structural Analysis, A Unified Classical and Matrix Approach. First Printing, The Tan Chiang Book Company, Taiwan.
• Griffin, C. T., Douville, B., Thompson, B. & Hoffman, M. (2013). A multi-performance comparison of long-span structural systems. Structures and Architecture Book, pp. 1668-1676.
• Gülçelik, L. & Diri, A. C. (2018). The Relationship Between Materials And Aesthetics In Architecture. V. International Architectural Design Conference Archdesign 18, 2018/April, Croatia.
• Herzog, T., Nattarer, J., Schweıtzer, R., Volz, M. & Wınter, W. (2004). Timber Construction Manual. Birkhauser Publishing House, Germany, ISBN 3-7643-7025-4.
• Jyothi, D. N. (2018). Comparative Analysis of RCC and Steel Structure. ISSN: 2395-0072, Volume 5, Issue 2, IRJET.
• Kalay, E. (2006). Tutkallı Tabakalı Ahşap ve Çelik Malzemeli Taşıyıcı Yapı Elemanlarının Form ve Açıklık Kriterleri Açısından İncelenmesi. (Master’s Thesis), İzmir Dokuz Eylül Üniversitesi.
• Khalil, M., (2022). Long Span Steel Structures: Structural Typology Optimization and Enhancement- The Conceptual Design of an Aircraft Hangar. Proceedings of the 7th International Conference on Civil Structural and Transportation Engineering (ICCSTE'22) Niagara Falls, Canada, June 05-07, 2022, Paper No. 228, doi: 10.11159/iccste22.228.
• Mao, Y., Zhang, Z., & Yin, Z. (2023). Study on Mechanical Properties of Steel Frame Structure with PEC Columns. Journal of Physics: Conference Series, IOP Publishing, AMMSA-2023, doi:10.1088/1742-6596/2650/1/012049.
• Moore, F. (1999). Understanding Structures. Mc Graw Hill, USA.
• Ozelton, E.C. & Baırd, J. A. (2002). Timber Designers’ Manual, 3rd edn. Blackwell Science, New York. 8 NA to BSEN 1995-1-1:2004. UK National Annex to Eurocode 5: Design of Timber Structures. Part 1-1: General – Common Rules and Rules for Buildings, British Standards Institution.
• Patel, B. & Jamani, A. (2017). Parametrıc Study of Dıfferent Structural Systems for Long Span Industrıal Structures, International Research Journal of Engineering and Technology, Volume 04, Issue 04.
• Rana, M. & Verma, N. (2019). Dynamic Analysis of Steel frame structure (regular in plane) using curved bracing system, ISSN: 2278-3075, Volume 8, Issue 10, IJITEE.
• Resmigazete. (n.d.1). TBDY 2018; “Deprem Etkisi Altında Binaların Tasarımı İçin Esaslar”., Access Adress (05.10.2025): https://www.resmigazete.gov.tr/eskiler/2018/03/20180318M1-2-1.pdf.
• Resmigazete. (n.d.2). TÇY 2018; “Çelik Yapıların Tasarım, Hesap ve Yapımına Dair Esaslar”. Access Adress (08.09.2025): https://www.resmigazete.gov.tr/eskiler/2018/02/20180215M1-4-1.pdf.
• Santoso, K. (2004). Wide-Span Cable Structures”. Massachusetts Institute of Technology, Master of Engineering in Civil and Environmental Engineering.
• Sharma, A. S., Priya, R. A., Thirugnanam, R. & Priya, P. R. (2016). Comparative Study on Multi-storey Structure of R.C.C and Composite Material”, Indian Journal of Science and Technology, Vol 9(2), doi: 10.17485/ijst/2016/v9i2/86363.
• Silver, P. & Mclean, W. (2011). Mimarlık Teknolojisine Giriş, Yem Yayın, İstanbul, ISBN: 978-605-4793-40-2.
• Staff. (n.d.). TS500; “Betonarme Yapıların Tasarım Ve Yapım Kuralları”. Türk Standardları Enstitüsü, Access Adress (15.09.2025):https://staff.emu.edu.tr/cemalgenes/Documents/courses/INSA471_2019_20_Bahar/TS500.pdf.
• Şahin Diri, B., Yazıcı, M. & Yıldız, Ö. (2020). Büyük Açıklık Geçen Strüktürlerin Karşılaştırılması. Bilimsel Araştırma Projesi, MSGSÜ BAP Koordinatörlüğü, Proje No:2018/42, Ocak 2020.
• Şahin Diri, B. & Bekar, E. (2025). Assessment of composite steel and reinforced concrete systems: The Case of the new Atatürk Cultural Center. Modular Journal, 8(1), 204-231. DOI: https://doi.org/10.59389/modular.1581916.
• Tekin, Ç., Diri A.C. & Bonfil, J. (2016). Mimari Yapılarda Su Yalıtımı. Yapı Endüstri Merkezi Yayınları, İstanbul.
• Tolay. (n.d.). TS EN 1991-1-4, 2007; “Yapılar Üzerindeki Etkiler - Bölüm 1-4 : Genel Etkiler - Rüzgar Etkileri (EUROCODE 1)”. Access Adress (15.09.2025): https://www.tolay.com.tr/files/2024/01/ts-en-1991-1-4.pdf.
• Türkçü, H. Ç. (2003). Çağdaş Taşıyıcı Sistemler. Birsen Yayınları, İstanbul, ISBN: 978-975-511-348-7.
• Urfalı, F. K. (2012). Güncel Çelik Sistemlerinin İncelenmesi. YTÜ; Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
• Wilkinson, C. (1991). SUPERSHEDS The architecture of long-span, large-volume buildings. Butterworth Architecture, Butterworth-Heinemann Ltd.