Çelik Yapı – Çelik Konstrüksiyon

Çelik Konstrüksiyon Nedir?

Çelik konstrüksiyon, taşıyıcı sistemi (strüktürü) çelik elemanlardan oluşan, çeliğin yüksek dayanım, rijitlik, süneklik, kullanılabilirlik ve elastiklik gibi avantajları sayesinde; büyük açıklıklı yapılar, sanayi yapıları, köprüler ve çatılar gibi zorlu yapı şekillerinin üretilmesini sağlayan yapı sistemidir. Ayrıca günümüzde konut, avm ve iş merkezleri gibi yapıların üretiminde de çelik konstrüksiyon inşaat yöntemi tercih edilebilmektedir.

Bir de; çeliğin tanımına göz atmak faydalı olacaktır. “Çelik Nedir?”

Çelik; kristal yapısı sayesinde her yön ve doğrultudaki fiziksel ve mukavemet özellikleri aynı olan, çekme ve basınca dayanıklı, homojen ve izotrop bir malzemedir. Çelik malzemenin bünyesindeki karbon oranı arttıkça kopma mukavemeti değeri büyür. Çelik malzeme, yüksek mukavemet ve süneklik değerleri ile güvenli bir strüktürel
malzemedir. Çelik malzemenin ham maddesi, doğada cevher hâlde bulunan demirdir.

Çelik taşıyıcı sistemler (konstrüksiyonlar), karkas sistemler olarak üretilir. Genellikle bir dizi farklı kesitten oluşan standart çelik profillerle inşa edilirler. Gerekli boyutlar statik hesaplamalarla elde edilir. İnşaat mühendisliği ile ilgili güncel referansların tümünde, çelik yapı sistemleri için standart boyutlar ve statik değerleri içeren kesit tabloları vardır. Üreticiden temini ekonomik olduğu için, inşaatlarda bu standart ölçülerdeki kesitler kullanılır.

Çelik konstrüksiyonun yaygın kulanım alanları, köprüler, endüstri yapıları ve büyük açıklıklı çatılar olarak sıralanabilir. Yüksek katlı yapıların ise çelik konstrüksiyon uygulaması oldukça azdır. Maliyet olarak çelik konstrüksiyon yapıların betonarme binalardan daha maliyetli olduğu gibi bir genel kanı olsa da son yıllarda yönetmeliklere ve depremselliğine uygun olarak inşası yapılan betonarme binaların maliyetleri de oldukça fazla olmaktadır. (Çelik Yapı Elemanlarının Yangından Korunmasına Dair Önlemler)

Çelik konstrüksiyonun dayanım kapasitesi fazladır. (Çelik konstrüksiyonun avantajları ve dezavantajları). Kendi ağırlığı ile taşıma kapasitesi oranı küçük olduğundan yapının tümsel ağırlığı azalmaktadır. Diğer yapı malzemelerine kıyasla çeliğin elastisite modülü fazlasıyla yüksektir. Çelik konstrüksiyon yapılar, dinamik yüklemelere, stabiliteye, titreşimlere karşı davranışları ve sehimlerdeki performansıyla ekonomik boyutlandırma olanağı sağlamaktadır. Çeliğin, basınç dayanımı ile çekme dayanımı aynıdır. Bu özelliği ile mimari açıdan pek çok yere evrilip kullanılabilir. Süneklik düzeyi yüksek olduğu için şekil değiştirme kapasitesi bulunmaktadır. Bu durum sıra dışı olaylarda, farklı zemin sınıflarında yapının oturma hareketlerinde ve depremselliği farklı olan yerlerde önemli kazanmaktadır.

Yüksek dayanım, rijitlik, süneklik, kullanılabilirlik, elastiklik gibi onlarca üstün özelliğe doğal olarak sahip olan yapısal çeliğin, temel olarak yalnızca iki temel zaafiyete (korozif ortamlarda sürekli bakım gerektirmesi ve yangına maruz kaldığında dayanımının ve rijitliğinin azalması) sahip olması, günümüzde yapı inşası yöntemleri arasında çelik konstrüksiyonu önemli bir konuma getirmektedir.

Çelik konstrüksiyon, ısıdan etkilenir. Bu sadece çelik için geçerli olmayıp, her yapı için mühendislik gerektiren bir durumdur. Çelik konstrüksiyon yapıları yangından korumak için çeşitli yöntemler vardır. Bunlar, yangın söndürme ve engelleme sistemleriyle birlikte yanmaz boya, alçı sıva, alçı kaplama, ısı yalıtım kaplamaları ve şilteleri gibi sistemler de uygulanmaktadır.

Çelik konstrüksiyonun korozyona karşı mukavemeti azdır. Tüm malzemeler gibi çelik de korozyondan korunmalıdır. Dış ortamda bakır katkılı çelik kendini korozyondan koruyabilir. Kaplama ve çeşitli maksada hizmet eden boyalar da kullanılabilir. Bunlara ek olarak yangına karşı yapılan sıvalar da korozyona karşı koruma sağlamaktadır. Beton muhafaza içine alınırsa korozyona karşı korunmuş olur.

Çelik konstrüksiyon yapıların atölyelerde imal edilmesi ve işlenmesi, montaj aşamasında hava koşullarından betonarme kadar etkilenmemesi de yapım süresini kısaltmaktadır. İstenirse takviye yapılabilir ve değiştirme olanağına sahiptir. Elemanların, yerinden söküldüklerinde az bir kayıp yaşanarak yeniden kullanım imkânları vardır. Restorasyon yapımı da oldukça kolaydır.

Çelik en çok kullanılan ve geri dönüşümü tam olarak sağlanan bir malzemedir. Estetik açıdan çelik konstrüksiyon oldukça kullanışlıdır. Kolon sayısı ve kiriş boyutları betonarme bir yapıya oranla daha düşüktür, bu yüzden çelik konstrüksiyon geniş açıklıklı yapılarda kullanılabilir.

Çelik konstrüksiyon yapıların yangında yıkılmaya karşı mukavemetleri azdır. Yüksek ısı derecelerinde çelik mukavemetini kaybeder (600 °C’de σy≈0). Kapalı hacimlerde çıkan yangınlarda, ısının 500 °C’nin üstüne çıkması halinde çelik bu ısıdan korunmak zorundadır. Mesela, çok katlı yapılarda çelik konstrüksiyon kolon ve kirişler beton muhafaza içine alınmalıdır (pas payı 4 cm). Asit, baz ve tuza karşı mukavemeti çok azdır.

Tipik Çelik Konstrüksiyon Sistemler ve Kullanılan Kesitler

• Hafif kafes ve destek sistemleri: Sırt sırta birleştirilmiş köşebentler ve T profilleri,
• Geniş kafes sistemleri: Dairesel boş kesitler, dikdörtgen kesitler, birleşik kesitler ve geleneksel kolonları,
• Çerçeve sistemleri: Geleneksel kolonlar, fabrika üretimi donatılı UC kesitleri,
• Köprüler: Kutu kesitli kolonları,
• Güç istasyonları: Sıkılaştırılmış kutu kesitli kolonları içermektedir

Çelik yapılar ile ilgili yönetmelik ve standartlar açısından 2016 yılından itibaren Türkiye’de köklü değişiklikler yaşanmıştır. Daha önceden yürürlükte olan “TS648 Çelik Yapıların Hesap ve Yapım Kuralları” yürürlükten kaldırılmış, 2016 yılı itibariyle “Çelik Yapıların Tasarım, Hesap ve Yapımına Dair Esaslar (ÇYTHYDE)” yayınlanmıştır. Ayrıca 2007 yılında yürürlüğe giren Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği (TBDY2018), 2018 yılında yeni deprem yönetmeliği yayınlanmasının ardından 2019 yılı itibariyle tamamen yürürlükten kaldırılmıştır.

Çelik Konstrüksiyon Yapıların Tarihi

Çelik yapılar tarihsel açıdan incelendiğinde ilk yüksek çelik kostrüksiyon yapının 1883 yılında montajı tamamlanan Chicago’daki Home Insurance Building olduğu görülmektedir.

Çelik yapıların gelişimi incelendiğinde bu yapıların ilerleyen zamanlarda Amerika’nın New York şehrinde gelişim gösterdikleri söylenebilir. Öyle ki; çelik yapıların Amerika’da ön plana çıkmasıyla ve gelişmesiyle beraber yüksek çelik yapılarla ilgili olarak 1921 yılında AISC (American Institude of Steel Construction) kurulmuş ve ilk AISC yönetmeliği 1923 yılında yayınlanmıştır. Çıkan bu yönetmelik yapılan bilimsel çalışmalar ve deneyler sonucunda zaman içerisinde birçok kez revize edilmiştir. 1994 yılındaki Northridge depremiyle çelik konstrüksiyon yapıların daha güvenilir olması amaçlanarak sünek tasarım ön plana çıkmış, çelik yapıların gelişimi hızlanmıştır. Ayrıca; çelik yapıların hafif olmalarının yanı sıra yüksek dayanıma sahip olmaları, ya da fabrikalarda hazırlanarak araziye çıkarılmaları sebebiyle olumsuz hava şartlarından etkilenme olasılıklarının düşük olması, çelik çerçeveli bir yapının betonarme çerçeveli bir yapıya oranla daha kısa zamanda ve daha az maliyetle tamir edilebilmesi, restorasyon ya da taşınma işlemlerinin değiştirme, montaj ve takviye olanakları sayesinde son derece kolay yapılabilmesi ve %100 geri dönüşülebilir malzemeden oluşması gibi avantajlarından dolayı günümüzde çeliğe olan ilginin arttığı söylenebilmektedir.

Çelik Konstrüksiyon ile İlgili Tüm Konular

Çelik konstrüksiyon ile ilgili ayrı sayfalar halinde detaylı olarak hazırlanmış içeriklere sayfanın devamındaki bağlantılardan ulaşabilirsiniz.

Çelik konstrüksiyon yapılar, hesap yöntemleri, çelik yapı tasarımı, malzeme özellikleri ve detayları ile ilgili bilgiler