Hafif Çelik Taşıyıcı Sistemler ve Perde Duvar Teknolojileri

Giriş

Günümüz inşaat sektöründe, hızlı montaj, yüksek dayanım, düşük bakım maliyeti ve çevre dostu çözümler ön plana çıkıyor. Bu bağlamda hafif çelik taşıyıcı sistemler, hem konut hem de ticari yapı projelerinde giderek daha fazla tercih ediliyor. Özellikle perde duvar teknolojileri ile entegre edildiğinde, bu sistemler hem statik güvenlik hem de estetik açıdan yüksek performans sağlıyor.

Hafif çelik yapılar, galvaniz kaplı ince kesitli çelik profiller kullanılarak üretilir ve geleneksel betonarme veya yığma sistemlere kıyasla çok daha hafif bir yapısal çerçeve sunar. Bu hafiflik, temel yüklerini azaltır ve zemin iyileştirme maliyetlerini düşürür. Ayrıca modüler üretim ve hızlı montaj avantajı sayesinde, proje teslim süreleri ciddi anlamda kısalır.

Hafif Çelik Yapıların Temel Özellikleri

Hafif çelik sistemlerde kullanılan profiller genellikle C, U ve Z kesitli galvanizli çelik elemanlardır.

• Malzeme standartları: TS EN 10346 standardına uygun, minimum Z275 galvaniz kaplama (275 g/m²) kullanılır. Bu kaplama, çeliğin korozyona karşı uzun ömürlü olmasını sağlar.
• Çelik sınıfı: S350GD+Z veya eşdeğeri, yüksek akma dayanımlı ince kesit çelik.
• Kesit kalınlıkları: Taşıyıcı elemanlarda genellikle 1,5 mm – 2,5 mm arası, bölme duvar ve kaplama altı taşıyıcılarında ise 0,8 mm – 1,2 mm kalınlık tercih edilir.

Avantajlar

1. Hafiflik: Bir hafif çelik yapının metrekare başına taşıyıcı ağırlığı, betonarmeye göre %60’a kadar daha düşüktür.
2. Yüksek dayanım: İnce kesitli olmasına rağmen, soğuk şekillendirme ile yüksek mukavemet kazandırılmıştır.
3. Depreme dayanıklılık: Hafif kütle ve sünek malzeme yapısı sayesinde deprem yüklerini azaltır, enerji yutma kapasitesi yüksektir.
4. Yangın güvenliği: Taşıyıcı sistemin yangına dayanımı, kullanılan kaplama ve yalıtım malzemeleri ile artırılır (örn. çift kat alçı levha ile 90 dakikaya kadar).
5. Hızlı inşaat: Prefabrikasyon sayesinde atölyede üretilip sahada kısa sürede monte edilir.

Hafif Çelik Yapıların Statik Tasarım Prensipleri

Hafif çelik yapılarda yük aktarımı, çerçeve sistemler ve perde duvarlar aracılığıyla gerçekleşir.

• Düşey yükler (kendi ağırlığı, hareketli yükler, kar yükü) kolon ve duvarlar üzerinden temele iletilir.
• Yatay yükler (rüzgar, deprem) ise çapraz elemanlar, rijit kaplamalar ve perde duvar sistemleri ile karşılanır.

Tasarım sürecinde TS 648, TS EN 1993 (Eurocode 3) ve Türkiye Deprem Yönetmeliği 2018 (TDY 2018) esas alınır. Özellikle deprem bölgelerinde hafif çelik yapılar, düşük ağırlık ve yüksek süneklikleri ile önemli avantaj sunar.

Perde Duvar Sistemleri ile Entegrasyon

Hafif çelik yapılarda perde duvar, yapının yatay yükler karşısında rijitliğini artırmak amacıyla kullanılır.

Genellikle:

• OSB + Alçıpan kaplama ile rijit hale getirilmiş çerçevelerden,
• Ya da doğrudan çelik levha ile kaplanan modüllerden oluşur.

Perde duvarların tasarımında şu faktörler dikkate alınır:

1. Yüksek rijitlik: Yatay deplasmanları sınırlamak.
2. Bağlantı detayları: Vidalı veya perçinli bağlantı ile çerçeveye sabitleme.
3. Sünek davranış: Deprem anında enerji yutma kapasitesi.
4. Konumlandırma: Simetrik yerleşim ile burulma etkilerini azaltma.

Bağlantı ve Montaj Detayları

• Bağlantı elemanları: Korozyona dayanıklı, karbon çeliği veya paslanmaz çelik vidalar (örn. DIN 7504).
• Toleranslar: Düşey ve yatay montaj toleransı genellikle ±3 mm olarak kabul edilir.
• Montaj sırası:
  1. Ana taşıyıcı kolon ve kirişlerin kurulumu
  2. Çapraz elemanların yerleştirilmesi
  3. Perde duvar çerçevelerinin montajı
  4. Yalıtım ve kaplama işlemleri

Yalıtım ve Enerji Verimliliği

Hafif çelik yapılarda enerji verimliliği, doğru malzeme seçimi ve detaylı montaj teknikleri ile sağlanır. Taşıyıcı profillerin ince kesitli olması, ısı köprüsü oluşma riskini artırabilir. Bu nedenle, yalıtım çözümleri bu yapı sisteminde kritik bir öneme sahiptir.

Isı Yalıtımı

Hafif çelik konstrüksiyon yapılarında uygulanan çok katmanlı yalıtım sistemi, yapının enerji performansını betonarme yapılara göre çok daha üstün hale getirir. Kullanılan başlıca ısı yalıtım malzemeleri şunlardır:

• Mineral Yün (Taş Yünü / Cam Yünü): Yüksek yangın dayanımı ve düşük ısı iletkenliği (λ ≈ 0,035-0,040 W/mK) ile öne çıkan bu malzemeler, hem ısı hem de ses yalıtımı için idealdir.
• EPS / XPS Levhalar: Hafif, su emme oranı düşük ve kolay uygulanabilen bu levhalar, ısı yalıtımında etkin çözümler sunar. Ancak yangın güvenliği açısından ek önlemler gerektirebilir.
• PIR / PUR Paneller: En yüksek ısı yalıtım performansına sahip olan bu paneller, düşük kalınlıkta bile yüksek R-değeri (ısı direncini gösteren değer) sunarak sınırlı alanlarda bile etkin bir yalıtım sağlar.

Isı yalıtımı, genellikle perde duvar çerçevesinin içine ve dış cephe kaplamasının arkasına çift katman olarak yerleştirilir. Böylece hem TS 825 Isı Yalıtım Standardı hem de Binalarda Enerji Performansı Yönetmeliği gereklilikleri eksiksiz karşılanır.

Ses Yalıtımı

Hafif çelik yapılar, düşük kütleleri nedeniyle ses iletimi açısından ek önlemler gerektirir. Bu sorunu çözmek için aşağıdaki teknikler uygulanır:

• Çift Cidarlı Bölme Duvarlar: İç duvarlarda çift kat alçı levha ve arasına yerleştirilen mineral yün dolgusu ile 50-60 dB ses yalıtım değeri elde edilebilir.
• Titreşim Kesici Bantlar: Profil ve kaplama arasına yerleştirilen özel bantlar, yapı elemanları arasındaki titreşim ve darbe seslerinin iletimini önemli ölçüde azaltır.

Yangın Güvenliği ve Dayanım

Yangın güvenliği, hafif çelik yapıların tasarım ve uygulama aşamasında en kritik konulardan biridir. Çeliğin doğası gereği yanıcı olmamasına rağmen, yüksek sıcaklıklara maruz kaldığında mukavemetini kaybetme eğilimi gösterir. Özellikle ince kesitli hafif çelik profiller, bu ısıya daha hızlı tepki vererek taşıma kapasitelerini yitirebilirler. Bu nedenle, yapısal bütünlüğü korumak ve can güvenliğini sağlamak için pasif yangın koruma önlemleri hayati önem taşır.

Yangın Dayanımını Artırma Yöntemleri

Hafif çelik yapılarda yangın güvenliği, tek bir malzemeye değil, çok katmanlı ve bütünleşik bir sistem yaklaşımına dayanır.

Yangına Dayanıklı Alçı Levha Kaplama: Bu sistemin temel koruma elemanlarından biridir. Alçı levhaların yapısında bulunan hidrate kalsiyum sülfat, yüksek sıcaklıklarda su buharı salarak bir soğutma etkisi yaratır ve çelik profillerin sıcaklığının kritik seviyeye ulaşmasını geciktirir. Genellikle 12,5 mm kalınlığında iki veya üç katmanlı yangına dayanıklı alçı levha kaplama uygulanır. İki kat kaplama, tipik olarak 90 dakikaya kadar bir yangın dayanımı süresi sağlarken, katman sayısının artırılması bu süreyi uzatır. Bu, itfaiye ekiplerinin müdahalesi ve bina sakinlerinin güvenli bir şekilde tahliyesi için hayati bir zaman kazandırır.

Mineral Yün Dolgusu: Duvar ve tavan boşluklarına yerleştirilen mineral yün (taş yünü veya cam yünü), sadece ısı yalıtımı sağlamakla kalmaz, aynı zamanda mükemmel bir yangın bariyeri görevi görür. Mineral yün, yanmaz bir malzeme olduğu için alevlerin yayılmasını engeller ve çelik profilleri yangının zararlı etkilerinden korur.

Yangına Dayanıklı Boyalar (Intumescent Boyalar): Bu özel boyalar, yangınla karşılaştığında kimyasal bir reaksiyonla şişerek, orijinal kalınlığının katlarca üzerine çıkan kalın, yalıtkan bir kömür tabakası oluşturur. Bu tabaka, ısı transferini geciktirir ve çelik profillerin mukavemetini kaybetmesini önler. Bu yöntem, özellikle mimari olarak çeliğin görünürde kalmasının istendiği tasarımlarda tercih edilir.

Standartlar ve Tasarım Yaklaşımı

Hafif çelik profillerin ince kesitli olması nedeniyle, yangın anında hızlı ısınma riski göz ardı edilmemelidir. Bu risk, yapısal tasarım aşamasında uluslararası standartlar ve yönetmelikler kapsamında değerlendirilir. TS EN 1993-1-2 (Eurocode 3 – Yangın Durumu için Çelik Yapıların Tasarımı) standardı, bu hesaplamalar için temel teşkil eder. Bu standart, çeliğin kritik sıcaklık (mukavemetinin kritik seviyenin altına düştüğü sıcaklık) değerlerinin hesaplanmasını ve pasif yangın koruma önlemleriyle bu sıcaklığa ulaşma süresinin, istenen yangın dayanım sınıfına (örneğin R30, R60, R90) uygun olmasını zorunlu kılar. Bu sayede, hafif çelik yapılar, en az betonarme yapılar kadar güvenli bir yangın performansı sunar.

Bakım ve Dayanıklılık

Hafif çelik yapılar, doğru detaylandırıldığında uzun ömürlüdür.

• Galvaniz kaplama: Çelik profillerin ömrünü 50 yılın üzerine çıkarabilir.
• Korozyon önlemleri: Vida ve bağlantı elemanlarında paslanmaz veya galvanizli malzeme kullanmak gerekir.
• Drenaj detayları: Çatı ve cephelerde su birikmesini önleyecek eğim ve tahliye sistemleri şarttır.

Periyodik bakımda yapılması gerekenler:

• Bağlantı elemanlarının sıkılık kontrolü
• Dış cephe kaplama ve boya yenilemeleri
• Yalıtım malzemelerinin nem kontrolü

Deprem Performansı

Hafif çelik sistemlerin deprem performansı, düşük kütleleri ve sünek davranışları sayesinde oldukça yüksektir.

TDY 2018’e göre yük azaltma katsayısı (R) yüksek alınabilir. Enerji yutma kapasitesi yüksek olan perde duvarlar, yapının periyodunu uzatarak deprem kuvvetlerini düşürür.

Hafif Çelik Yapılarda Uygulama Örnekleri

1. Konut Projesi – İki Katlı Villa

• Taşıyıcı Sistem: 90 mm galvanizli hafif çelik profiller
• Kaplama: Dış cephede fiber cement, içte çift kat alçı levha
• Yalıtım: 100 mm taş yünü + 50 mm EPS
• Avantaj: 4 ayda tamamlanan hızlı montaj, düşük enerji tüketimi
• Yangın Dayanımı: 90 dakika

2. Modüler Ofis Binası

• Taşıyıcı Sistem: Hafif çelik + cıvatalı bağlantılar
• Taşınabilirlik: Modüller tır ile taşınarak farklı sahalarda kullanılabilir
• Enerji Performansı: A sınıfı, çatıya entegre güneş panelleri
• Deprem Dayanımı: R katsayısı yüksek, düşük kütle sebebiyle daha az yatay yük

3. Prefabrik Okul Binası

• Hızlı İnşa: Hafif çelik sistem üretimi sonrasında , 60 gün  içerisinde tamamlanır.
• İzolasyon: Mineral yün ile hem ses hem ısı yalıtımı
• Bakım Kolaylığı: Değiştirilebilir dış cephe panelleri

Proje Adımları

1. İhtiyaç AnaliziKat sayısı, kullanım amacı, iklim koşulları belirlenir.
2. Tasarım ve Statik HesapTDY 2018 ve TS EN 1993-1-1’e göre yük hesapları yapılır.
3. Profil Kesim ve ÜretimGalvanizli çelik rulolar CNC makinelerde kesilir.
4. MontajCıvata ve vida ile bağlantılar, sahada kaynak yapılmaz.
5. Kaplama ve Yalıtımİç-dış cephe kaplamaları ve yalıtım katmanları eklenir.
6. Mekanik ve Elektrik TesisatıProfiller arası boşluklar tesisat geçişleri için kullanılır.
7. Son Kontrol ve TeslimatTaşıyıcı sistem, yalıtım ve yangın dayanımı testleri yapılır.

Sıkça Sorulan Sorular (SSS)

1. Hafif çelik yapılar ne kadar dayanıklıdır?

Doğru detay ve malzeme ile 50 yılın üzerinde ömürleri vardır. Galvaniz kaplama ve düzenli bakım ömrü uzatır.

2. Depremde güvenli midir?

Düşük kütle ve sünek davranış sayesinde deprem kuvvetleri azalır, yapı güvenli kalır.

3. Yangın riski var mı?

Çelik yüksek sıcaklıkta mukavemet kaybedebilir, ancak yangına dayanıklı kaplama ve mineral yün dolgularla 90-120 dakika yangın dayanımı sağlanabilir.

4. Enerji verimliliği nasıl sağlanır?

Isı köprüleri minimize edilerek, kaliteli yalıtım malzemeleri ve hava sızdırmaz detaylar ile A sınıfı enerji performansı elde edilebilir.

5. Hafif çelik yapılar betonarme ile kıyaslandığında maliyet avantajı sağlar mı?

Kısa vadede malzeme maliyeti benzer olsa da, hızlı inşa, düşük işçilik gideri ve enerji tasarrufu uzun vadede avantaj sağlar.

Referanslar

Taşkıran, E. (2005). Çelik Taşıyıcılı Konut Yapım Teknikleri . Dokuz Eylül Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İzmir.