Soğuk Şekillendirilmiş Çelik Yapı Elemanları

Çelik yapılarda kullanılan iki tür çelik eleman vardır. Bunlardan ilki ülkemizde daha çok bilinen, sıcak şekillendirilmiş tek parçalı elemanlar ile bileşik veya yapma kesitli elemanlardır. İkincisi ise birincisine göre nispeten daha az bilinen fakat TBDY (2018)’de bazı tasarım esasları tanımlanan; ince çelik levhaların oda sıcaklığında art arda yerleştirilen merdane çiftlerinden geçirilerek veya presle bükülerek şekillendirilmesiyle elde edilen ince cidarlı çelik taşıyıcı elemanlardır. 
 

Bir yapı malzemesinden en doğru şekilde yararlanabilmek için, kullanılan malzemenin karakteristik, kimyasal ve fiziksel özelliklerinin bilinmesi gerekmektedir. Demir cevherinden elde edilen, mekanik olarak işlenebilen, dövme, presleme veya haddeleme yöntemleri ile şekil verilebilen alaşımlara çelik denir. Bünyesinde karbon, fosfor, manganez, kükürt, azot, bakır gibi elementleri de belirli oranlarda bulunduran çelik, diğer yapı malzemelerine kıyasla daha homojen ve izotrop yapıya sahiptir. İçeriğindeki karbon miktarının artmasıyla, dayanımı artsa da çelik sertleşir ve daha gevrek bir malzemeye dönüşür. Günümüzde, üretim yöntemi ve farklı oranlarda birleştirilen elementlerin etkisiyle değişik yapı çelikleri üretilebilmektedir.

Önerilen Makale: Çelik malzemeler ve uygulamaları hakkında detaylı bilgi almak için otomat çeliği fiyatları sayfamızı ziyaret etmenizi tavsiye ederiz.

Öz ağırlığının taşıdığı yüke oranının oldukça küçük olması, yapı çeliğinin yüksek dayanımlı bir malzeme olduğunun kanıtıdır. Genel olarak, soğuk şekillendirilmiş çelik elemanların dayanım/ağırlık oranlarının, sıcak şekillendirilmiş hadde profillerin dayanım/ağırlık oranlarından daha yüksek olması, soğuk şekillendirilmiş elemanlar için bir avantaj olup, kullanıldıkları yapının toplam ağırlığının azalmasında etkili olmaktadır. Çeliğin yüksek elastisite modülüne sahip olması, stabilite kayıplarına, dinamik yüklere ve titreşimlere karşı daha dirençli bir davranış göstermesini sağlar. Buna karşın çelik, ısı, ses ve elektriği iyi iletme özelliğine sahip bir malzemedir. Çeliğin yangına karşı dayanıksız bir malzeme olması nedeniyle, çelik yapı tasarımında mutlaka yangına ve korozyona karşı gerekli önlemlerin alınması sağlanmalıdır.
 

Sürekli Şekillendirme

Sürekli şekil verme yönteminde, ince çelik levhalar oda sıcaklığında sıralı merdane çiftlerinin arasından geçirilerek şekil verilir. Bu yöntem genel olarak, tek parçalı çelik yapı elemanları ile döşeme ve çatı kaplaması ile duvar panellerinin üretiminde kullanılır. Bu yöntemin en önemli üstünlükleri, malzemenin korozyona karşı dayanımını artırmak amacıyla profile uygulanan boya veya galvaniz kaplamaya zarar vermeden şekillendirme yapılabilmesi ve üretim hızının yüksek olmasıdır. 

Presle Bükme

Bu yöntemde elemana şekil verilirken, elemanın her köşesi ani bir pres darbesiyle bükülerek oluşturulur. Bu yöntem, basit enkesitli elemanlar için ekonomik bir yöntemdir. Diğer profillere kıyasla daha az işlem gerektiren Z, U ve L enkesitli profiller bu yöntemle üretilebilmektedir. Ancak, presle bükme yönteminin kısa boylu elemanlar için daha uygun olması nedeniyle, istenilen profilin boy ve genişliği de imalat yönteminde belirleyici olabilmektedir. Şekil Bu yöntemde, üretilmesi planlanan kesitin şeklini sağlayacak şekilde imal edilen sabit bir alt kalıp ve hareketli bir pres kullanılarak profilin büküm işlemi gerçekleştirilmektedir.
 

Soğuk şekillendirilmiş çelik yapı elemanları, soğuk şekillendirilmiş profiller ve soğuk şekillendirilmiş yassı elemanlar olarak iki gruba ayrılabilir.
 

Günümüzde, soğuk şekillendirme yöntemlerindeki teknolojik gelişmeler sayesinde, istenilen enkesit ve boyutlara sahip çelik profiller üretilebilmektedir. Böylece, soğuk şekillendirilmiş profiller, az katlı hafif çelik binalarda ana taşıyıcı eleman, çok katlı yapılar ile sanayi tipi yapılarda ise yardımcı eleman olarak kullanılabilmektedir.

U, C, Z, T, L, Σ (sigma) ve Ω (omega) enkesitli profiller, hem dünya da hem de ülkemizde hafif çelik sektöründe yaygın olarak kullanılan profiller arasında yer almaktadır.

Soğuk Şekillendirilmiş Yassı Elemanlar

Soğuk şekillendirilmiş yassı elemanlar; genelde çatı, döşeme ve duvar kaplaması olarak kullanılırlar. Bu tür elemanlar tek başlarına kullanılabilecekleri gibi, betonla birlikte kompozit olarak da kullanılabilmektedir. Soğuk şekillendirilmiş yassı elemanların çatı ve duvar kaplaması olarak kullanılmaları durumunda temel görevleri, üzerlerine etkiyen kar, rüzgar ve benzeri yükleri ana taşıyıcı elemanlara güvenle aktarmaktır.
 

Soğuk şekillendirilmiş çelik yapı elemanlarının sahip olduğu üstünlükler şöyle sıralanabilir:

• Yüklerin ve açıklığın nispeten az olduğu durumlarda soğuk şekil verme yöntemiyle sıcak şekil verme yöntemine kıyasla daha hafif elemanlar üretilebilmektedir. Üretim maliyetlerinin de düşük olması nedeniyle, soğuk şekillendirilmiş profillerle inşa edilen az katlı yapıların tasarımcılara ekonomik bir seçenek sunduğu kabul edilir.

• Soğuk şekil verme yöntemiyle, sıcak şekil verme yöntemiyle imalatı mümkün ya da ekonomik olmayan alışılmışın dışında kesit geometrilerine sahip profiller üretilebilmektedir.

• Soğuk şekillendirilmiş profiller çoğu zaman üst üste istiflenebildiğinden, paketleme ve nakliyede büyük kolaylık sağlamaktadır.

• Gelişen teknolojiyle birlikte soğuk şekillendirilmiş profillere, üretim aşamasında, istenilen şekil ve boyutlarda delikler açılabilmekte; bu da imalatta büyük kolaylık sağlamaktadır.

• Sıcak şekillendirilmiş hadde profillere kıyasla dayanım/ağırlık oranları daha yüksek olduğundan, burkulma durumları göz önünde bulundurularak boyutlandırıldıklarında, yapının toplam ağırlığını azaltmaktadırlar.

• Soğuk şekillendirilmiş panellerin döşeme, çatı veya duvar imalatında kullanılmaları durumunda, elemanların kalıpsız inşasını sağlarlar. Ayrıca, tesisatın yerleştirilmesinde panel geometrisindeki boşluklar rahatça kullanılabilir.

• Soğuk şekillendirilmiş paneller, doğru tasarlandıklarında, sadece yüzeylerine dik gelen yükleri değil, kendi düzlemlerindeki yükleri de diğer taşıyıcı elemanlara güvenle aktarabilirler.

• Geri dönüştürülebilir malzemeden üretilmeleri sayesinde, soğuk şekillendirilmiş elemanlar sürdürülebilir, çevreci ve yeşil bina olanağı sağlamaktadır.

• Soğuk şekillendirilmiş çelik yapı elemanlarının yapısal ahşap elemanlara kıyasla en belirgin üstünlükleri, hava koşullarından daha az etkilenmeleri, dayanım ve rijitliklerinin daha yüksek olması, hızlı ve çoklu imalat olanağı ile kurtlanma sorunlarının olmamasıdır.

Yukarıda sıralanan üstünlük özelliklerinin yanı sıra, soğuk şekillendirilmiş çelik profillerin tasarımda mutlaka göz önünde bulundurulması gereken bazı zayıf yönleri de mevcuttur. Bu zayıflıklar şöyle sıralanabilir:

• Açıklıkların ve/veya yüklerin büyük olduğu durumlarda ekonomik sonuçlar elde edilememektedir. Bu nedenle, yönetmelikler soğuk şekillendirilmiş profillerle inşa edilen yapılarda kat adedini sınırlandırmaktadır. Soğuk şekillendirilmiş profiller, yüksek yapılarda çoğu zaman yalnızca sıcak şekillendirilmiş ana taşıyıcı çelik elemanlara yardımcı eleman olarak kullanılabilmektedirler. 

• Soğuk şekil verme işleminde profile art arda uygulanan işlem sayısı sınırlıdır. Profile uygulanan şekil verme işleminin fazla tekrarı, malzemede büyük zorlamaların meydana gelmesine neden olur. Bu durumda, profilde çatlama ve kırılmalar gözlenebilmektedir. 

• Soğuk şekillendirilmiş profillerin kalınlıkları sıcak şekillendirilmiş hadde profillere kıyasla çok daha küçük olduğundan yerel burkulmaya ve yangına karşı dirençleri çok düşüktür. Ayrıca, depolama ve taşıma esnasında daha hassas davranılması, montajlarının daha dikkatli yapılması gerekmektedir. 

• Çoğu soğuk şekillendirilmiş profil açık enkesite sahip olduğundan, bu tür profillerin burulmaya karşı dirençleri çok düşüktür. Bu nedenle, burulma içeren burkulma sınır durumları soğuk şekillendirilmiş profillerin davranışını belirleyen bir sınır durum olabilmektedir. 

• Soğuk şekillendirilmiş profillerin köşelerindeki et kalınlığı hadde profillerine kıyasla daha küçük olduğundan, tekil yüklere karşı dirençleri daha azdır. 

• Her ne kadar şekillendirme işlemi, yüksek sıcaklıklarda yapılmıyor olsa da soğuk şekillendirilmiş profillerde de artık gerilmeler oluşmaktadır ve bu gerilmelerin profillerin burkulma davranışlarına etkisi mutlaka tasarıma dahil edilmelidir. Ancak, soğuk şekillendirilmiş profillerde oluşan artık gerilmelerin gerek oluşma nedenleri gerekse kesit üzerindeki dağılımlarının sıcak şekillendirilmiş profillere kıyasla çok daha farklı olduğu unutulmamalıdır.