Bi r yapı mal ze mesi ni doğr u yer de ve doğru şekil de kull anabil mek i çi n, o mal ze meni n karakt eristi k özelli kl eri çok i yi bili nmeli dir. Taşı yı cı sist e m mal ze mesi ni n seçi mi i se sanıl dı ğı gi bi sadece bir uygul a ma kriteri ol mayı p, yapı nı n büt ününü il gilendiren bir “te mel kriter”dir.
Çeli k mal ze me, özelli kl eri ni n benzerli ği nedeni yl e, genelli kle ahşapl a karşılaştırıl makl a birli kt e, her t aşı yı cı siste m mal ze mesi ni n kendi doğası ndan gel en bir mi mari ifadesi vardır. Günü müzde kull anıl an üç t e mel st aşı yıcı si st e m mal ze mesi ni n yarattı ğı etki yi birer cüml eyl e özetle mek gerekirse:
Ahşap, organi k bir mal zeme ol uşu nedeni yl e daha sı cak ve i nsani ol arak al gılanır. Bet on- bet onar me, kalı ba dökül erek şekillendirilebil mesi nedeni yl e pl asti k ve
kütl esel bir et ki yaratır.
Çeli k i se i nce hafif el ema nl ardan ol uş ması nedeni yl e di na mi k hareket et kisi bırakan bir mal ze medir.
Bu strükt ür mal ze mel erinden daha yaygı n kull anı ma sahi p ol an ve aynı za manl ar da ort aya çı kan “bet onarme ve çeli k arası nda bir kı yasl a maya gi dil di ği nde, bet onar meni n hi ç zorl anma dan mi mari ni n her örneği nde yer al dı ğı nı, ancak çeli ği n belirli yapı ti pl eri ni n sınırları i çi nde kal dı ğı nı gör mekt eyi z” [ Cor nuej ols, 1990]. Çeli ği n bugünkü t eknoloji yl e daha uyu ml u ve gel eceği daha parl ak bir mal ze me ol ması na rağ men kull anımı nı n sı nırlı ol uşunu, özelli kl e mi marl arı n ve t opl umun bu moder n mal ze meye bakışı ndaki çeki ngenli kle açı kl a mak mü mkündür. Bu çeki ngenli ği n nedenl eri, mi marl arı n t aşı yı cı sist e m mal ze mesi seçi minde s ahi p ol dukl arı alışkanlı kl ara bağlılı kl arı nda ve çeli k t aşı yı cı siste mli yapıları n det ay tasarı mları nda yet eri nce eğiti mli ve t ecrübeli olma yı şl arı nda yat makt adır. Başarılı çeli k mi marisi ör nekl erini n ort aya çı kması; “t asarı m et ütleri ni n en başı ndan iti bar en
mi mari ve t ekni k araştırmal arı n büt ünl eş mesi, başka bir deyi şl e, yet enekli mi marl a mühendi si n müke mmel bir iletişi miyl e mü mkün olabilir” [ Cor nuej ols, 1990].
Bu bağl a mda, mi marı n çeli k mi marisi nden ne anladı ğı da öne mli dir. Çeliği n est eti k açı dan sunduğu i mkanları n keşfi yol unda kat edil ecek yol un il k adı mı ol arak tasarı mda anaht ar bir rol üstlenen mi mar, mal ze mel eri n ol anakl arı nı anl adı ğı ve tasarı mda karşılaşılabilecek ol ası pr obl e mleri önceden t ah mi n edebil diği oranda, tasarı m gücünü yapı ya kalite ol arak yansıtabilecektir. Bu bakı mdan çeli ğin mi mari içi n öne m t aşı yan ve onu di ğer mal ze mel erden ayırt eden karakt eristi k özelli kl eri ni ort aya koy makt a fayda var dır.
2. 1. Çeli ği n Taşı yı cı Si ste m Mal ze mesi Ol arak Karakt eri sti k Özelli kl eri
Taşı yı cı siste mler i çi n kull anılan çeli k mal ze me, “yapı çeli ği ” veya “yapısal çeli k” ol arak i si mlendirilir. Yapı sal çeli k, er gitil miş demi r cevheri ne % 0. 2 - 1 oranı nda kar bonun ve di ğer bazı kat kı mal ze mel eri ni n katılması yl a ol uşan, dayanı m/ yoğunl uk oranı yüksek, kol ay i şl enebilen bir bil eşi ktir. Yapısal çeli ği, mal ze me kalitesi ne göre nor mal yapı çeli ği ve yüksek dayanı mlı yapı çeliği ol arak i ki ye ayırabiliriz. Nor mal yapı çeli ği ak ma sı nırı 2400 kg/ c m2
ol an ve „ St 37‟ ol arak anıl an çeli kl er dir. Yüksek dayanı mlı çeli kl er ak ma sı nırı 3000 kg/ c m2
ve daha yukarı ol an çeli kl er dir ve „ St 50‟ (3000 kg/ c m2) ile „ St 52‟ (3600 kg/ c m2) bu kalit ededir.
Çeli ği n mal ze me özellikl eri ni fi zi ksel, ki myasal ve mekani k özelli kl er başlı kl arı altı nda i ncel e mek mümkündür. Fi zi ksel ve ki myasal özelli kl er belli dir ve mal ze meni n t asarı mda kull anılı p kull anıl mayacağı nı belirler. Ancak mekani k özelli kl er, ki myasal bileşi mine ve üreti m şekli ne bağlı ol arak mal ze meni n kull anıl ması istenen a maç doğr ult usunda belirlenebilir.
2. 1. 1. Çeli ği n Fi zi ksel Özelli kl eri
Taşı yı cı siste m mal ze mesi ol arak kull anılan çeli k t ürleri, genelli kl e aynı fi zi ksel özelli kl ere sahi ptir. Bu özelli kl er tabl o 2. 1‟ de gösteril miştir.
Tabl o 2. 1: Çeli ği n fizi ksel özelli kl eri Fi zi ksel Özelli kl er
Yoğunl uk =7. 85 gr/ c m3
Isıl genl eş me katsayısı (k) = 12 x 10- 6/C
El astisite modül ü E = 2. 1 x106 kg/ c m2
Çeli k, t aşı dı ğı yükün, yoğunl uğuna oranı na göre en avant ajlı t aşı yıcı sist e m mal ze mesi dir. Bu özelliği nedeni yl e t aşı yı cı el ema nl arı n kesitleri daha küçükt ür ve daha az yer kapl arl ar.
Çeli ği n ı sısal genl eş meyl e şekil deği ştir me oranı, ahşap mal ze meye oranl a daha yüksek ol makl a birli kt e, bet onl a yakı n düzeydedir. Ancak, ne m et kisi yl e şekil deği ştir meye bakıl dı ğı nda ahşap ve bet onun yüksek def or masyonuna karşılı k çeli kt e bu değer sıfırdır. Bu değerler Tabl o 2. 2‟de veril miştir.
Tabl o 2. 2: Bazı yapı malze mel eri ni n genl eş me ve şekil değiştir me özelli kl eri [ Addl eson, 1991]
Bu üç mal ze me, el astisite modüll eri açısı ndan karşılaştırıl dı kl arı nda çeliği n bet ona oranl a yakl aşı k 7- 8 kat daha sünek bir mal ze me ol duğu gör ül mekt edir. Bu özelli ği çeli ği n depre m ve r üzgar gi bi peri yodi k yükl er altı nda şekil deği ştirebil me kapasitesi ni n yüksek ol uşu nedeni yl e en dayanı klı mal ze me ol duğunu göst er mekt edir.
2. 1. 2. Çeli ği n Ki myasal Özelli kl eri
Ki myasal özelli kl eri ne gör e çeli k t ürl eri ne dört gur upt a t opl a mak mü mkündür. Bunl ar; kar bon çeli ği, özel al aşı mlı çeli kl er, yüksek dayanı mlı çeli kl er ve pasl an maz çeli kl erdir [ Ber kti n, 1994] (S: 54).
Çeli k, de mir cevheri ne % 0. 1 il e % 1 oranı nda kar bon katıl ması yl a üretilir. Çeli ği n bünyesi ndeki kar bon mi kt arı arttı kça, çeli k daha kırıl ganl aşır. Kol ayca i şlenebil mesi içi n çeli kt eki kar bon mi kt arı % 1. 7‟ yi aş mamalı dır. Ayrı ca, de mir cevheri ni n bünyesi nde bul unan ve çeli ği n yüksek sı caklı kt a kırıl ması na neden ol an fosf or ( P) ve kükürt ( S) gi bi el e mentleri n oranı % 0. 1‟i aş mayacak şekil de bünyeden uzakl aştırıl malı dır .
Çeli ği n yüksek sı caklı kta daha kol ay i şl enebilmesi ve kar bon çeli ğini n sahi p ol madı ğı bazı özelli kl eri çeli ğe kazandı arbil mek içi n kr om ( Cr), magnezyu m ( Mg), ni kel ( Ni), volfra m ( W), vanadi yu m ( V) gi bi madenl eri n katıl ması yl a özel ti p al aşı m çeli kl er üretil mekt edir. Bu el e mentl eri n sağl adı ğı özelli kl er şöyl e özetlenebilir:
Vanadyu m: Dayanı mı ve sertli ği artırır
Ma gnezyu m, moli bden ve kr o m: Su veril er ek sertl eş mesi güç ol an büyük kesitleri daha ünifor m sertleştirebil mek içi n karışıma katılırlar.
Al ü mi nyu m, bakır, kr om ve çi nko: Kor ozyon direnci ni artır maya yardı mcı ol urlar; gal vani zl e me işlemi ol arak da bili nir.
Ni kel: Yakl aşı k % 36 oranı nda ni kel i çeren çeli k t ürl eri ısıl hareketi daha düşük düzeyde t ut mak içi n üretilebilirler.
Düşük al aşı mlı çeli kl er bünyel eri nde 10 t ane farklı el e ment barı ndırabilirler ve bunl ar kar bon çeli ği ne oranl a % 40 daha yüksek dayanı ma sahi p ol up, kor ozyona karşı da daha dirençli dirler. Yüksek dayanı mları nedeni yl e ağırlı ğı azalt mak i çi n daha küçük kesitlerde kullanılabilirler.
Bu ti p çeli kl eri n kor ozyona karşı direnci daha fazl a pasl anmayı önl eyi ci kor uyucu oksit t abakası yl a sağl anır. Ancak, bu ti p çeli keri n deni z suyuyl a direkt te mast an kor un ması gerekli dir.
Pasl anmaz çali k, oksit ol uşt ur maya yet ecek mi kt arda (%11. 5) kr o m ilavesi yl e üretilir. Pasl anmaz çeli kl eri n ı sı ilet kenlikl eri düşükt ür ancak, sı caklı k
deği şi mleri nde genl eş mesi nor mal çeli kl ere oranl a daha yüksektir. Pasl an maz çeli ği n dayanı mı nı artırma k ve i şl enebilirli ği ni kol ayl aştır mak i çi n al aşıma başka el e mentl er de katılabil mekt edir.
2. 1. 3. Çeli ği n Mekani k Özelli kl eri
Şekil 2. 1‟de göst erilen geril me-şekil deği ştir me di agra mı, mal ze meni n mekani k özelli kl eri yl e il gili öne mli bil giler ver mekt edir.
Şekil 2. 1: Çeli ği n geril me-şekil değiştir me di agramı [ Bl anc ve di ğ., 1992] Bur ada yapı sal çeli k i çi n öne mli ol an i ki kavra m, ak ma dayanı mı ve kop ma dayanı mı dır.
(1) nu maralı böl gede elasti k li mit ol an A nokt ası na kadar şekil deği ştirme ni n () ol dukça düşük ve geril meyl e doğr u orantılı ol arak arttı ğı gör ül mekt edir. Geril meni n şekil deği ştir meye oranı ( /) el astisite modül ünü ver mekt edir ve bu değer sabittir. A nokt ası na kadar gerçekl eşen şekil deği ştir me el asti ktir; yani kuvvet ort adan kal ktı ğı nda deneyde kullanılan çeli k başl angı çt aki boyuna döner.
Geril me, el asti k li miti n üst üne çı kacak şekil de artırılırsa, mal ze meni n davranı şı nda deği şi kli k gör ül meye başlanır. A nokt ası ndan sonraki kı sı mda, el asti k geril meye ek ol arak pl asti k ( kalı cı) def or masyon ol uş maya başl ar. D nokt ası na karşılı k gel en nokt adan iti baren, gerilme de artış ol ma ması na rağ men pl asti k def or masyonda artış gör ül ür. Bu nokt a çeli ği n “akma dayanı mı”nı ifade eder.
Yük artışı nı n deva m et mesi yl e birli kt e pl asti k defor masyon da art arak deva m eder. Eğer yükl e me düzenli olarak kal dırılı p t ekrar konursa, ak ma sı nırı nı n geril me artışı ol madan daha yukarı ya çekilebil di ği gör ül müşt ür [ Hart ve di ğerleri, 1985] (S. 399). E nokt ası na ul aşıl dı ğı nda, geril me azal maya başl ar ; F nokt ası ndaki kop ma geril mesi, E nokt ası ndaki çekme geril mesi nden daha düşük ol makt adır.
F nokt ası nda öl çül en şekil değiştir me oranı genelde büyük or anl arda ol makt a ve % 20‟ yi geçebil mekt edir. Bu değer, “uza ma” ol arak adl andırıl makt adır ve çeli k i çi n öne mli dir. Yüksek uza ma değeri ne sahi p çeli k daha güvenli dir. Kop ma nokt ası nda kesitteki azal ma ve t opl a m uza ma düktilitenin öl çüsüdür. Ak ma ve çek me geril mel eri yüksel di kçe, düktilite azalır. Düktil özelli kt eki çeli k he men kop maz, yüksek def or masyon oranı yl a ol ası strükt ürel hatayı önceden t espit et meye yar dı mcı ol abilir.
2. 2. Çeli ği n Taşı yı cı Siste m Mal ze mesi Olarak Kull anı m Ol anakl arı
Taşı yı cı sist e m mal zemel eri arası nda t erci h yapılırken, bazı karakt eristi k özelli kl eri yl e çeli k ön pl ana çı kmakt adır.
Çeli kl e i nşası i mkansı z gör ünen özel yapı t ürleri ni üret mek mü mkündür. Bu özel yapıl ar arası nda geniş açı klı klı yapılar, gökdel enl er ve i kli m şartları ndan bağı msı z i nşaat gerektiren yapıl ar önde gelir. Çeli kl e 84 m.li k kol onsuz açı klı ğı geç mek, 443 m. yüksekli kt e bir gökdelen i nşa et mek mü mkün ol abil miştir. Ayrı ca, yapım s üresi ni di ğer strükt ürlere oranl a 1/ 3‟üne düşür mek mü mkündür.
Çeli k öl ümsüz bir mal zeme dir. Gerekti ği nde sökül üp el e manl arı başka bir yapı nı n i nşası nda kull anılabilir ya da hur da ol arak değerlendirilebilir. Mal ze me, gerekli bazı önl e mleri n alı nması yl a, yapı nı n f onsi yonel ö mr ü boyunca il k günkü özelli kl eri ni kor ur.
Ze mi n şartları nı n el verişsi z ol duğu ya da depre m riski altı nda bul unan al anl arda, çeli k en güvenli taşı yı cı siste m mal ze mesi dir.
Bu öne çı kan özelli kl eri yl e çeli k, strükt ür malze mesi ol arak dünyada özelli kl e endüstrileş miş ül kel erde ol dukça geni ş kull anı m ol anakl arı na sahi ptir. Çeli ği n i nşaat sekt öründeki payı İ ngiltere‟de %54, İskandi nav ül kel eri nde %40‟ı n üzeri nde ve
bet onar meyi yoğun ol arak kull anan Fr ansa ve Al manya‟ da dahi % 30‟l arı n üzeri ndedir.
Dünyadaki bu t abl oya rağ men, ül ke mi zde kull anı mı 130 yıl eski ye dayanan bir mal ze me ol ması na karşı n, çeli ği n t aşı yı cı siste m mal ze mesi ol arak i nşaat sekt örümüzdeki payı %5‟i bul ma makt adır. Bu payı n büyük bir kı s mı i se, endüstri yapıl arı ve geni ş açı klı klı yapıları n genelli kl e uzay kafes sist e mle geçilen çatıları na aittir. Sosyal yapıl arı n ve konutl arı n payı ol dukça düşük i ken, çeli k strükt ürl ü bir yüksek yapı ise henüz i nşa edil me mi ştir. Çeli ği n sağl adı ğı büyük ol anakl ara rağ men ül ke mi zde kull anı mdaki payı nı n bu denli düşük ol ması na çeşitli gerekçel er öne sürül mekt edir. Bu gerekçel erden başlıcal arı, çelik yapı mali yeti ni n yüksek ol uşu ve yet erli ti p ve kalitede yapı sal el e manl arı sağl ama güçl ükl eri dir. Bu gerekçel eri n haklılı ğı il eri ki böl üml erde t artışılacaktır. Ancak, çeli ği n strükt ür mal ze mesi ol arak seçi m kriterleri ni obj ektif ol arak değerl endirebil mek i çi n, önceli kl e avant aj ve dezavant ajları nı sıral a makt a yarar vardır.
2. 2. 1. Yapı sal Çeli ği n Avant ajl arı
Yapı sal çeli ği n avant ajları nı üç gr uba ayırarak i ncel e mek mü mkündür. Bunl ar mal ze meni n doğası ndan gel en avant ajları, uygul ama açı sı ndan avant ajları ve mi mari avant ajları dır.
2. 2. 1. 1. Mal ze meni n Doğası ndan Gel en Avant ajl ar
Mal ze meni n doğası ndan gel en avant ajl ar, mal ze meni n daha önce açı kl anan fi zi ksel, ki myasal, mekani k özelli kl eri nden, yani mal ze meni n doğası ndan kaynakl anan avant ajlardır.
Sağl a mlı k: Çeli k, yük t aşı ma oranı/ yoğunl uk oranı gözönüne alı ndı ğında, en avant ajlı strükt ür mal ze mesi dir. Bu özelli ği nedeni yl e et kili kesitlerle ve az mal ze meyl e geni ş açı klı kları geç mek mü mkündür. Bi r biri ne yakı n düzeyde çek me ve bası nç mukave meti ne sahi p bir mal ze me ol ması nı n yanı nda, bur ul ma ve eğil me mo mentl eri ne karşı da mukavi mdir. Mal ze meni n dayanı mı nda za mana bağlı azal ma gör ül mez .
Güvenilirli k: Çeli k el ema nl ar, üreti mini n her aşa ması nda kontrol altı ndadır. Ho moj en ve i zotrop bir mal ze me ol ması nedeni yl e st andar di ze edilebilir ve özelli kl eri t a m ol arak t anı mlanabilir. Çeli k mal ze meye, üreti minde i st enen mekani k davranışı el de et meye dönük özelli kl er kazandırılabilir. Ayrı ca, mal ze meni n sünekli k özelli ği nedeni yl e deprem ve r üzgar gi bi di na mi k yükl er mal ze me t arafından belli mi kt arda yut ul abil di ği nden; yapı ayakt a kal arak taşı yı cılı k fonksi yonunu sürdür ür. Hafifli k: Yüksek yük t aşı ma kapasitesi nedeni yle çeli k mal ze meni n aynı yükü yükü t aşı mak i çi n gerekli t aşı yı cı el e manl arı n kesitleri, di ğer strükt ür mal ze mel eri ne göre ol dukça küçük boyutl arda ol makt adır. Bu özelli k yapı nı n, ör neği n bet onar me bir yapı ya oranl a % 50‟ye kadar daha hafif ol ması nı, dol ayısı yl a t e mel boyutl arı nı n ve mali yetleri ni n küçülmesi ni, depre m böl gel erinde ve ze mi n koşulları iyi ol mayan böl gel erde ise yapı yı hafiflet erek ol ası hasarları n azaltıl ması nı sağl ar.
Şekil Verilebil me: Çel i k strükt ürel el e manl ar t a ma men prefabri ke ol arak fabri kada üretil di ği nden, ür eti m esnası nda i st enen boyut ve şekillerde el e manl ar üret mek, bunl ara i st enen şekli ver mek mü mkün ol abil mekt edir. Bunun dı şı nda, gerekirse el e manl arı şanti yede del mek, kes mek, boşl uk aç mak, eğ mek ve kaynak yap mak da mü mkündür.
Hava Koşull arı ndan Et kilenme me: Mal ze me i kli msel koşull arı n ol u ms uz et kileri nden zarar gör mez, kapl anmış el e manl ar bakı m gerektir medi ği gi bi açı kt a bırakıl mış el e manl ar peri yodi k bakı m ve t e mizlikt en geçiril di kl eri t akdirde, yapı nı n fonksi yonel ömr ü boyunca özelli kl eri ni korur.
İkli m şartları ndan et kilen me mesi ni n bir başaka faydası ise i nşaat sürecini n hava koşulları ndan bağı msı z yür ü mesi ne ol anak sunup, i nşaat süreci ni kısalt ması dır. Ayrı ca, srt ükt ürel el e manl arı n depol anması nda, hava şartları nedeni yle özel bir önl e m alı nması nı gerektir mez.
Tekrar Kull anılabil me: Çeli k el e manl ar bir defadan fazl a kull anılabilirler. Kull anı m ö mr ü bit miş mal ze meyi hur da ol arak değerel endiri p % 66 oranında geri kazanarak yeni el e manl ar üreti p bunl arı yapı da kull anmak mü mkündür. Ayrı ca, deği şi kli k gerekti ği nde bir el e manı başkası yl a değiştir mek de ol ası dır.
Yangı n Karşısı nda Davranışı: Çeli ği n strükt ür mal ze mesi ol arak kull anılırken bel ki de en di kkatli değerl endiril mesi gereken özelli ği yangı n karşısı ndaki davranışı dır. Çeli k, t ut uş mayan bir mal ze me ol ması na rağ men bir yangı n hali nde 400- 600 C „li k bir sı caklı ğı n ol uş ması dur u munda t aşı yı cılı k özelli ği ni n büyük bi r kı s mı nı yitirir. Ancak çeli k el e manl arı yangı ndan kor umaya dönük önl e mleri al mak, di ğer strükt ürel mal ze mel erle karşılaştırıl dı ğı nda daha kol aydır. Yapı nı n bir yangı n dur umunda ayakt a kalması i st enen sürel er, yapı nı n f onksi yonuna bağlı ol arak, st andartlarda belirlenmiş ve alı nması gereken önl e ml er t arif edil miştir. Al ı nacak önl e mleri n nit eli ği ne karar verilirken, yapı nı n yangı n riski ve spri nkl er sist e mi gi bi aktif önl e mleri n bul unup bul un ma ması gi bi et menl er gözönüne alı ndı ğında, bazen