The Role of Hospital Morphology in Managing Wind Loads and Wind-Induced Building Motion in Healthcare Buildings

Abstract

This thesis investigates the relationship between wind loads and inpatient tower morphologies and the architectural ramifications of this interplay with a particular emphasis on the impact of wind-induced building motion on occupant comfort. The formation of inpatient floors and the roof selection play a decisive role in shaping these morphologies. This thesis seeks to understand the relationship between different morphologies and the change in wind effect and its implications. To establish a foundation for wind analysis, various floor typologies were scrutinized, and hypothetical floor plans were developed. Using calculations based on EN1991-1-4 and ASCE 7-22 standards, the study investigates the wind loads through various inpatient floor layouts. The buildings were analyzed based on six different factors: inpatient floor plan, building orientation, height, roof type, roof slope, and exposure category. The calculations performed reveal differences between the codes. The building motions due to these wind loads are compared with the comfort limits given in the literature to examine the effects of the differences in the obtained results. The findings reveal significant differences in wind load calculations between codes regarding wind speed, building height, and assumptions about environmental conditions. In the building motion-human comfort analysis made depending on these differences, it was revealed that these differences caused the comfort limits of the building to be exceeded at different floor levels. Therefore, the study emphasizes the critical role of evaluating building safety and human comfort related to wind-induced motion perception under wind loads, underscoring the necessity for a nuanced understanding of different standards.

Bu çalışma, rüzgar yükleri ile yataklı tedavi ünitelerinin morfolojileri arasındaki ilişkiyi ve bu etkileşimin mimari sonuçlarını, özellikle rüzgar kaynaklı bina hareketlerinin konfor üzerindeki etkisini vurgulayarak araştırmaktadır. Yataklı tedavi katlarının tasarımındaki farklı yaklaşımlar ve çatı seçimi, bu morfolojilerin şekillenmesinde belirleyici bir rol oynamaktadır. Hastane yapılarında yataklı tedavi ünitelerinin mekânsal düzenlemesi ve tasarımı, operasyonel verimlilik, hasta memnuniyeti ve sağlık hizmeti sonuçları üzerinde önemli etkilere sahiptir. Bu çalışma, farklı morfolojiler ile rüzgar etkisindeki değişimler arasındaki ilişkiyi ve bunun yansımalarını anlamayı amaçlamaktadır. Rüzgar analizi için bir temel oluşturmak adına, çeşitli kat tipolojileri incelenmiş ve varsayımsal kat planları geliştirilmiştir. EN1991-1-4 (2005) ve ASCE 7-22 (2022) standartlarına dayanan hesaplamalar kullanılarak, çeşitli yataklı tedavi kat plan düzenlemeleri üzerinden yapıya etki eden rüzgar yükleri incelenmiştir. Bu amaçla, binalar altı farklı faktöre göre analiz edilmiştir: yatan hasta kat planı, rüzgar yönü, bina yüksekliği, çatı tipi, çatı eğimi ve rüzgar maruziyet kategorisi. Hesaplamalar, standartlar arasındaki çevresel varsayımlara dayalı farklılıkları ortaya koymaktadır. Rüzgar etkilerine bağlı bina hareketleri, konfor sınırları ile karşılaştırılmıştır. Rüzgar kuvveti arttıkça, farkların da orantılı olarak arttığı ve farklı kat seviyelerinde konfor sınırlarının aşıldığı gözlemlenmiştir. Bu nedenle, rüzgar yükleri altındaki bina hareketlerinin, bina güvenliği ve insan konforu açısından değerlendirilmesi kritik öneme sahiptir. Çalışma, farklı standartların birlikte anlaşılmasının gerekliliğini vurgulamaktadır. Bu araştırma, yapısal bütünlüğü ve kullanıcı konforunu artırmak için yatan hasta birimi tasarımı konusunda değerli bilgiler sunmaktadır.