Hafif çelik imalatı, teknolojisi, projeleri

Çelik konstrüksiyon (taşıyıcı ve tali elemanlar) yapı sistemlerinde, sıkça kullanılan ve bilinen iki tip ana eleman vardır. Bunlardan biri ağır çelik (sıcakta form kazanmış), diğeri de daha az aşina olduğumuz hafif çelik (soğukta form kazanmış) elemanlardır.

Soğukta şekillendirilmiş konstrüksiyon elemanları, şerit şeklinde levha, profil, düz levhalar vb. gibi elemanlardan oluşmaktadır. Bu elemanlar yerine göre ana taşıyıcı konstrüksiyon elemanı olarak, bazı durumlarda da ikincil (tali) eleman olarak kullanılır. Genel anlamda hafif çelik elemanların et kalınlıkları 0,350 mm ile 6,50 mm aralığındadır. Soğukta şekil verilmiş (hafif çelik) konstrüksiyon elemanları yapı teknolojileri dışında aynı zamanda otomobil sanayisinde, demir yollarında, kara yolu yapım işlerinde, nakil hattı iletim kulelerinde, köprü yapılarında ikincil (tali) eleman olarak ta kullanılmaktadır. Şekil verilmesi, nakliyesinde ki ve montajında ki kolaylık, özellikle son yıllarda inşaat yapılarında tercih edilmesine neden olmuştur.

Hafif çelik profil elemanların bina yapım işlerinde kullanımı ilk olarak 1850’li yıllarda Amerika Birleşik Devletleri ve İngiltere de başlamış olup, bu yıllardan sonra kullanımı beklenenin aksine duraksamaya uğramıştır. Soğukta şekil verilmiş profillerin, yapı inşaatı alanında kullanımı 1940’ların başlarında tekrar yaygın hale gelmiş ve çeşitli deney ve testlerle de hesap ve tasarım metotları oluşturulmaya başlanmıştır. 1946 yılında Amerika da ince cidarlı soğukta form verilmiş konstrüksiyon elemanlarına ait teknik bir şartname çalışılmıştır. Bu şartname, Amerikan demir ve çelik enstitüsünün (AISI) yayınladığı “Specification fort the Design of Cold-Formed Steel Structure Members” (Soğukta şekil verilmiş çelik konstrüksiyon elemanının şartname ve dizaynı) şartnamedir. Bu şartname ilk yıllarında Cornell Üniversitesi tarafından desteklenmiş ve araştırmalarıyla George Winter bu şartnameye katkıda bulunmuştur.

Soğukta şekil verilmiş hafif çelik yapı elemanlarının bazı avantajları sağlaması da inşaat yapım işlerinde kullanılmasına olanak sağlar.

Soğukta şekil verilmiş ince cidarlı hafif çelik profillerin bir arada bağlantı detayları çözüldükten sonra panel haline getirilmesi, istenilen fonksiyonellikte yapı alanları elde etmemize de olanak sağlar. Ağır çelik yapı sistemi ve betonarme yapı sistemine göre taşıyıcı eleman sayısı fazla ve daha sıktır. Taşıyıcı elemanlara etkiyen yük mertebeleri betonarme veya ağır çelik yapıya etkiyen yüklerden çok daha azdır. Bu sayede, hafif çelik yapı sistemde, betonarme ve ağır çelik ile dizayn edilen yapı sistemlerinden daha narin ve hafif profil elde etmemize olanak sağlanmış olur. Profiller bağlantılarında kullanılan elemanlar diğer ağır çelik yapı sisteminde kullanılan elemanlardan daha küçük ebatlıdır. Aynı zaman da bağlantı detaylarını sahada uygulamak ağır çelik sistem ile tasarlanmış bir yapıdan çok daha kolaydır.

 Hafif çelik yapı sisteminin inşaat işlerinde sağladığı bazı kolaylıklar şunlardır,1) Sıcakta şekillenmiş yapı elemanlarına göre soğukta şekil verilmiş yapı elemanları daha az yük taşırlar ve küçük açıklıklar için kullanıldığında daha hafif yapı tasarlanmasına neden olurlar. Değişik form alabilme kabiliyetlerinden dolayı, daha hafif profiller ile yapı elemanı oluşturmamıza olanak sağlarlar. 2) Hafif çelik yapı elemanlarının, yapının kurulduğu sahaya nakledilmesi daha kolaydır. Elemanları kompakt paketler halinde sahaya sevk etme olanağı yüksektir.3) Yapı montajı esnasında sonradan açılacak olan elektrik kablolaması ve tesisat boruları için gerekli boşluklar önceden açılabilir. Sahada tekrar boşluk açılmasına gerek kalmaz.4) Hafif çelik profiller, bir çok profil bağlantılarıyla bir panel şekline dönüşebilir ve bu sayede kendi doğrultularında gelen yüklere karşı kesme diyaframı gibi çalışabilir. Kesme diyaframı şeklinde çalışan panel elemanları yatay yüklere karşı direnç oluştururken aynı zamanda kaplama elemanları içinde bağlantı yüzeyleri oluştururlar. 

Hafif çelik yapı elemanlarını ahşap ve beton elemanlarla kıyasladığımızda aşağıda bahsedeceğimiz özellikler soğukta şekil verilmiş yapı elemanlarının tarafına avantaj olarak yansımaktadır,

1) Hafiflik,

2) Yüksek mukavemet ve sertlikte olması,

3) Prefabrikasyon ve seri üretim kolaylığı sağlaması,

4) Hızlı ve kolay kurulması,

5) Hava muhalefeti nedeniyle gecikmeleri önemli ölçüde ortadan kaldırması,

6) Daha doğru detaylandırılması (Proje detay tasarım kolaylığı),

7) Şekil vermek için yüksek ısıya gerek duyulmaması,

8) Kalıp gerektirmeden imalat yapılması,

9) Standart kaliteli yapı elemanları kullanılması,

10) Nakliye ve kullanma ekonomisi sağlaması,

11) Geri dönüşümlü malzeme olması.

Soğukta şekillendirilmiş ince cidarlı hafif çelik yapısal elemanlar iki ana tipte sınıflandırılabilir;

a) Taşıyıcı eleman olarak kullanılan soğukta şekillendirilmiş hafif çelik profiller. 

b) Tali eleman olarak kullanılan soğukta şekillendirilmiş hafif çelik profiller.

Hafif çelik yapı sistemlerinde ki profillerin sık kullanılması taşıyıcı konstrüksiyonun montajının bitiminde aynı zamanda kaplama için sabitlenecek yüzeyin oluşmasıdır. Taslak deprem yönetmeliğinde kaplama olarak kullanılacak panel elemanların da yatay stabiliteye katkısı olduğu söylenmiş ve yatay yüklere karşı ne kadar direnç sağladığı anlatılmıştır.

Yapı elemanının boyu, imalat hızı ve yapı elemanına form verilirken deformasyonun kontrol edilebilir olduğu düşünüldüğünde sürekli hattan geçirilerek şekillendirme özellikle ana taşıyıcı elemanlarda uygulanan yöntemlerin başında gelir. Bu konuda standart en kesit hesapları ve profillerin karakteristik özelliklerinin önceden belirlenmesi, hattın oluşturulmasında önemli bir rol oynamaktadır. Standart ve sürekli aynı imalatın da uygulanabilmesi, işi yapan teknik ekibin deneyiminin artmasına ve yapılan imalat hatalarının azalmasına neden olacaktır.