Soğuk Şekillendirilmiş Çelik Profil Tasarımı

Birincil Mevzuat: TS EN 1993-1-3:2006+AC:2009 İkincil Mevzuat: TS EN 1993-1-5:2009 | TS EN 10346:2015 | TBDY 2018 | ÇYY 2016

Özet

Soğuk şekillendirilmiş çelik profiller (cold-formed steel, CFS), oda sıcaklığında sac veya şerit çeliğin rulo şekillendirme (haddeleme) ya da pres bükme gibi yöntemlerle şekillendirilmesiyle üretilen ince cidarlı yapı elemanlarıdır. İnce cidarları nedeniyle lokal burkulma (local buckling), distorsiyonel burkulma (distortional buckling) ve genel burkulma (global buckling) modlarının her biri tasarımda kontrol edilir. TS EN 1993-1-3:2006+AC:2009, lokal burkulmayı efektif genişlik yöntemiyle (effective width method, EWM), kenar takviyelerinin distorsiyonel burkulmasını takviyenin azaltılmış kalınlığıyla hesaba katar. Türkiye'de soğuk şekillendirilmiş çelik profiller hafif çelik binalarda, çatı aşıklarında, duvar dikme sistemlerinde ve sanayi yapılarında kullanılır. Deprem etkisindeki hafif çelik binaların tasarımı TBDY 2018 Bölüm 10'a göre yapılır; bu bölüm, Çelik Yapıların Tasarım, Hesap ve Yapım Esaslarına Dair Yönetmelik'teki (ÇYY 2016) GKT ve YDKT yöntemlerinden yalnız birinin kullanılmasına izin verir.

1. Tanım ve Temel İlke

1.1 Sıcak Haddelenmiş Profil ile Farklar

Soğuk şekillendirilmiş çelik profiller, sıcak haddelenmiş profillerden üretim süreci, geometrik özellikler ve hesap standartları bakımından temel farklılıklar taşır:

Saha Notu: Hafif çelik profiller genellikle sürekli sıcak daldırma galvanizli sacdan üretilir; TBDY 2018 Madde 10.2.3.1 soğuk şekillendirilmiş eleman malzemesini TS EN 10025, TS EN 10346 ve TS EN ISO 1461 ile tanımlanmış yassı mamul olarak tarif eder. Yaygın kaplama Z275'tir: 275 g/m² çinko, her yüzeyde yaklaşık 20 µm. Kıyı ve endüstriyel ortamlarda daha kalın kaplama ya da ek koruma, sahanın korozivitesine göre değerlendirilmelidir.

Dikkat: TS EN 1993-1-3'te hesap kalınlığı $t$, çelik çekirdek kalınlığıdır (gerekirse tolerans düşülür; Madde 3.2.4); nominal kalınlık kullanılmaz. Örneğin Z275 kaplamada çinko her yüzeyde yaklaşık 20 µm olduğundan nominal 2,00 mm sac için $t_{core}\approx 2,00-2\times 0,02=1,96\text{ mm}$.

1.2 Tipik Kesit Tipleri

Türkiye hafif çelik piyasasında en yaygın kullanılan soğuk şekillendirilmiş profil tipleri:

• C profili (lipped channel): Perde, zemin ve çatı sistemlerinde yaygın; en çok kullanılan tip
• Z profili: Çatı aşığı, döşeme kirişi; çakışma bağlantısına olanak tanır
• Sigma (Σ) profili: Gövdedeki nervürler nedeniyle yüksek lokal burkulma rijitliği
• Omega (Ω) profili: Zemin kirişi, düşük profil gerektiren uygulamalar
• Rack profili: Depolama sistemleri ve sanayi rafları
• Dudaksız U profili (plain channel): Bağlantı sacı (track) ve kolon başlığı olarak kullanılır

Saha Notu: Türkiye'de Hekim Profil, Arkitech, Promotech Çelik Profil ve Sekom başlıca CFS üreticileridir. Standart ürün boyutları (örn. C100/50/2.0, C200/65/2.0) üretici kataloglarından doğrulanmalı; projede kullanılacak profil serisinin CE işareti (TSE uygunluk belgesi) kontrol edilmelidir.

2. Enkesit Sınıflandırması ve Efektif Genişlik

2.1 Plak Narinliği

Soğuk şekillendirilmiş profillerde her düz plak elemanı (gövde, flanş, dudak) için plak narinliği ${\bar{\lambda }}_p$ hesaplanır:

$${\bar{\lambda }}_p=\frac{b/t}{28,4\epsilon \sqrt{k_{\sigma }}}$$

Plak burkulma katsayıları (TS EN 1993-1-5 Tablo 4.1 iç elemanlar, Tablo 4.2 dış elemanlar):

• İki kenarı tutulmuş basınçtaki plak (stiffened element): $k_{\sigma }=4,0$
• Bir kenarı serbest basınç elemanı (unstiffened element): $k_{\sigma }=0,43$
• İki kenarı tutulmuş eleman, saf eğilme ($\psi =-1$): $k_{\sigma }=23,9$

Geçerlilik sınırları (TS EN 1993-1-3:2006 Madde 5.2):

$$\frac{b}{t}\le 60\text{ (flans¸)},\frac{h}{t}\le 500\text{ (go¨vde)},\frac{c}{t}\le 50\text{ (dudak)}$$

Ayrıca dudak boyutları için: $0,2\le c/b\le 0,6$

Dikkat: TS EN 1993-1-3 Madde 5.2(1) gereği bu geometrik sınırlar sağlanmadan efektif genişlik yöntemi uygulanamaz. Sınır dışı kalan profiller için deney veya ileri sayısal yöntem (GSA, FEM) gerekir.

Saha Notu: Profillerin $b/t$, $c/t$ ve $h/t$ oranları ile $0,20\le c/b\le 0,60$ koşulu, deprem etkisindeki hafif çelik binalarda TBDY 2018 Tablo 10.2 ve Madde 10.2.4.2 ile de aranır. Hesapta kullanılan çekirdek kalınlığı sacın kalınlık toleransına bağlı olduğundan, sahada ölçülen et kalınlığı malzeme belgesiyle karşılaştırılmalıdır; sürekli sıcak daldırma kaplamalı sac ve şeritlerin boyut ve biçim toleransları TS EN 10143'te verilir.

2.2 Azaltma Faktörü ve Efektif Genişlik

${\bar{\lambda }}_p>0,673$ için lokal burkulma azaltma faktörü:

$$\rho =\frac{1-0,22/{\bar{\lambda }}_p}{{\bar{\lambda }}_p}\le 1,0$$

Efektif genişlik:

$$b_{eff}=\rho \cdot b$$

Referans: TS EN 1993-1-5:2009 Madde 4.4(2); TS EN 1993-1-3:2006 Madde 5.5.2.

2.3 Kenar Takviyesi (Edge Stiffener) — Distorsiyonel Burkulma

Dudaklı (lipped) profillerde flansın burulmalı dönmesini engelleyen dudak (lip), bir kenar takviyesi gibi davranır. TS EN 1993-1-3 Bölüm 5.5'te kenar takviyesi, bitişik düzlem elemanların rijitliğine bağlı sürekli yaylı mesnetle desteklenen bir basınç elemanı gibi ele alınır ve distorsiyonel burkulma şu adımlarla kontrol edilir:

Adım 1 — İlk efektif kesit ve takviye alanı: Takviyenin tam mesnet sağladığı ($K=\infty$) ve ${\sigma }_{com,Ed}=f_{yb}/{\gamma }_{M0}$ olduğu kabul edilerek $b_{e2}$ ve $c_{eff}$ bulunur; tek kıvrımlı dudakta $c_{eff}=\rho b_{p,c}$ ve $b_{p,c}/b_p\le 0,35$ için $k_{\sigma }=0,5$ alınır:

$$A_s=t\left(b_{e2}+c_{eff}\right)$$

Adım 2 — Birim uzunluk başına yay rijitliği $K_1$:

$$K_1=\frac{E{t}^3}{4(1-{\nu }^2)}\cdot \frac{1}{b_1^2{h}_w+b_1^3+0,5b_1{b}_2{h}_w{k}_f}$$

Burada $b_1$ ve $b_2$, gövde–başlık birleşiminden 1. ve 2. başlıktaki takviye efektif alanının ağırlık merkezine uzaklık, $h_w$ gövde yüksekliğidir; eğilmede (2. başlık çekmede) $k_f=0$, simetrik kesitte eksenel basınçta $k_f=1$ alınır.

Adım 3 — Takviyenin elastik kritik gerilmesi ve distorsiyonel narinlik:

$${\sigma }_{cr,s}=\frac{2\sqrt{K_{1}E{I}_s}}{A_s},{\bar{\lambda }}_d=\sqrt{\frac{f_{yb}}{{\sigma }_{cr,s}}}$$

$I_s$, takviye efektif alanının kendi ağırlık merkezinden geçen ve başlığa paralel eksene göre atalet momentidir.

Adım 4 — Azaltma faktörü ${\chi }_d$:

$${\chi }_d=\{\begin{array}{ll}1,0& {\bar{\lambda }}_d\le 0,65\\ 1,47-0,723{\bar{\lambda }}_d& 0,65<{\bar{\lambda }}_d\le 1,38\\ 0,66/{\bar{\lambda }}_d& {\bar{\lambda }}_d>1,38\end{array}$$

Referans: TS EN 1993-1-3 Bölüm 5.5 (kenar veya ara takviyeli düzlem elemanlar).

Dikkat: ${\chi }_d<1$ ise takviyenin azaltılmış alanı $A_{s,red}={\chi }_d{A}_s(f_{yb}/{\gamma }_{M0})/{\sigma }_{com,Ed}\le A_s$ alınır ve efektif kesitte takviye elemanları $t_{red}=t{A}_{s,red}/A_s$ azaltılmış kalınlığıyla gösterilir. İstenirse Adım 1, azaltılmış basınç gerilmesiyle (${\chi }_d{f}_{yb}/{\gamma }_{M0}$) yinelenerek sonuç iyileştirilebilir.

3. Çekme Dayanımı

Çekme elemanlarında lokal burkulma oluşmadığından brüt (tam) enkesit özellikleri kullanılır. Enkesit çekme dayanımı:

$$N_{t,Rd}=\frac{A_g\cdot f_{ya}}{{\gamma }_{M0}}$$

Burada $f_{ya}$ soğuk şekillendirme nedeniyle artmış ortalama akma dayanımıdır (bkz. Bölüm 7); artış hesaba katılmayacaksa $f_{ya}$ yerine $f_{yb}$ alınır.

Net enkesit (delik veya vida kayıpları bulunan):

$$N_{net,Rd}=\frac{A_{net}\cdot f_u}{{\gamma }_{M2}}$$

${\gamma }_{M2}$, bağlayıcı deliklerindeki net kesit dayanımı için kullanılan kısmi güvenlik katsayısıdır. Enkesit çekme dayanımı net enkesit dayanımını aşamaz ($N_{t,Rd}\le N_{net,Rd}$).

Referans: TS EN 1993-1-3 Bölüm 6.1 (enkesit dayanımları).

Dikkat: Soğuk şekillendirilmiş profillerde vida ve bulon delikleri sık açılır. Aynı enkesitteki $n$ adet delik için net alan yaklaşık $A_{net}=A_g-n\cdot d_0\cdot t$ ($d_0$: delik çapı) alınır ve $N_{Ed}\le N_{net,Rd}$ kontrol edilir.

Saha Notu: Vida deliği levha kenarına çok yakın açılırsa ince sac yük doğrultusunda uçtan kesilerek yırtılabilir (end shear); net kesitte de yırtılma görülebilir. Bu nedenle kenar mesafeleri ve vida aralıkları TS EN 1993-1-3 Bölüm 8.3'teki geometri koşullarını (Tablo 6) sağlamalıdır.

4. Basınç Dayanımı

4.1 Lokal Burkulma ile Efektif Alan

Efektif enkesit alanı ile lokal burkulma dayanımı:

$$N_{c,Rd}=\frac{A_{eff}\cdot f_{yb}}{{\gamma }_{M0}}$$

4.2 Global Burkulma Dayanımı

Global burkulma ile eksenel basınç dayanımı:

$$N_{b,Rd}=\frac{\chi \cdot A_{eff}\cdot f_{yb}}{{\gamma }_{M1}}$$

$\chi$ azaltma katsayısı TS EN 1993-1-1 Madde 6.3.1'deki burkulma eğrileriyle bulunur; narinlik $\bar{\lambda }=\sqrt{A_{eff}{f}_{yb}/N_{cr}}$ ile hesaplanır, $N_{cr}$ ise brüt kesit özellikleriyle bulunur. $\bar{\lambda }\le 0,2$ ya da $N_{Ed}/N_{cr}\le 0,04$ ise burkulma etkisi ihmal edilip yalnız kesit kontrolü yapılabilir.

Dikkat: C profili yalnız bir eksene göre simetrik olduğundan kayma merkezi ağırlık merkeziyle çakışmaz; eksenel yük ağırlık merkezinden etkise bile eğilmeli-burulmalı burkulma dayanımı eğilmeli burkulma dayanımından küçük olabilir. Bu mod TS EN 1993-1-3 Bölüm 6.2 (burkulma dayanımı) kapsamında ayrıca kontrol edilir.

Saha Notu: Türkiye'deki hafif çelik binalarda dikmeler (stud) tipik olarak H = 2,70–3,00 m boyunda C profil kullanır. Mesnetsiz iki uç durumu için efektif boy $L_{cr}=H$. Yanal destek plakalar veya çaprazlar mevcutsa $L_{cr}$ azaltılabilir.

5. Eğilme Dayanımı

5.1 Lokal Burkulma ile Efektif Moment Direnci

Basınç bölgesindeki lokal burkulma etkisini içeren efektif enkesit modülü ile:

$$M_{c,Rd}=\frac{W_{eff}\cdot f_{yb}}{{\gamma }_{M0}}$$

Burada $W_{eff}$, sıkıştırma bölgesindeki efektif enkesitin tarafsız eksenden uzaklığı $e_{eff}$ kullanılarak hesaplanır:

$$W_{eff}=I_{eff}/e_{eff,c}$$

Önemli: Efektif enkesitin ağırlık merkezi brüt enkesitinkine göre kayabilir ($\Delta e$) ve bu kayma hesaba katılmalıdır. Eğilmede $W_{eff}$ doğrudan kaymış tarafsız eksene göre hesaplanır; simetrik olmayan efektif kesitli basınç elemanlarında ise kayma, ek moment $\Delta M_{Ed}=N_{Ed}\cdot \Delta e$ doğurur ve basınç–eğilme etkileşiminde dikkate alınır.

5.2 Yanal Burulmalı Burkulma Dayanımı

$$M_{b,Rd}={\chi }_{LT}\cdot \frac{W_{eff}\cdot f_{yb}}{{\gamma }_{M1}}$$

${\chi }_{LT}$, TS EN 1993-1-1 Madde 6.3.2.2'deki genel yöntemle ve yanal burkulma eğrisi b (${\alpha }_{LT}=0,34$) kullanılarak bulunur; ${\bar{\lambda }}_{LT}\le 0,4$ ya da $M_{Ed}/M_{cr}\le 0,16$ ise YBB etkisi ihmal edilebilir.

Dikkat: Z profillerin simetri ekseni eksik olduğundan, tek taraflı yüklemede tork oluşur. Bu profillerde çatı aşığı tasarımında yanal-burulmalı burkulma kritik mod olabilir.

6. Kesme Dayanımı

Gövde kesme burkulması (web shear buckling) için:

$$V_{bw,Rd}=\frac{{\chi }_w\cdot f_{yw}\cdot h_w\cdot t}{\sqrt{3}\cdot {\gamma }_{M1}}$$

Gövde narinliği:

$${\bar{\lambda }}_w=\frac{0,346\cdot h_w}{t}\cdot \sqrt{\frac{f_{yw}}{E}}$$

($\eta =1,20$ S235–S460 için)

Saha Notu: Mesnet ve tekil yük noktalarında soğuk şekillendirilmiş profillerde çoğu zaman berkitme levhası kullanılamadığı, gövdeler narin olduğu ve yük gövdeye köşe yarıçapı üzerinden dışmerkez aktarıldığı için gövde ezilmesi (web crippling) kritik olabilir. TS EN 1993-1-3 bu durum için yerel enine kuvvetlere karşı ayrı dayanım bağıntıları verir; mesnet bölgesinde kesme ile birlikte kontrol edilmelidir.

7. Akma Gerilmesi Artışı — Strain Hardening

Soğuk şekillendirme sırasında pekleşme nedeniyle köşe bölgelerinde (rulo şekillendirmede başlıklarda da) akma gerilmesi artar. Ortalama akma gerilmesi:

$$f_{ya}=f_{yb}+\frac{\kappa \cdot n\cdot t^2\cdot (f_u-f_{yb})}{A_g}\le \frac{f_u+f_{yb}}{2}$$

Kullanım koşulları (TS EN 1993-1-3):

• Üst sınır: $f_{ya}\le (f_u+f_{yb})/2$
• Artış yalnız tam efektif kesitlerde ($A_{eff}=A_g$) kullanılır: eksenel çekme elemanının kesit dayanımı ve tam efektif kesitli elemanların burkulma dayanımı
• Efektif kesit ($A_{eff}$, $W_{eff}$) hesabında akma dayanımı $f_{yb}$ alınır

Dikkat: Lokal burkulmanın etkili olduğu ($A_{eff}<A_g$) kesitlerde $f_{ya}$ kullanılmaz; kapalı yapma kesitlerde $f_{ya}$ kullanılırsa burkulma eğrisi b yerine c alınır. Isıl işlem veya kaynak etkisindeki bölgelerde soğuk şekillendirme artışı korunmayabileceğinden bu bölgelerde $f_{yb}$ ile hesap yapılması uygun olur.

8. Bağlantı Tasarımı

8.1 Vida Bağlantıları

Soğuk şekillendirilmiş profillerde yaygın bağlantı araçları, deliğini kendisi açıp dişini oluşturan matkap uçlu vidalardır (self-drilling screws). Mekanik bağlayıcılı birleşimler TS EN 1993-1-3 Bölüm 8.3'te ele alınır; kesme etkisindeki vidalı birleşimde sacın ezilmesi, net kesitte yırtılma ve uçtan kesilme, çekmede ise sacın vida başının altından sıyrılması (pull-through) gibi göçme biçimleri ayrı ayrı kontrol edilir:

Kesme altında tasarım dayanımı:

$$F_{v,Rd}=\min \left(F_{b,Rd,1},F_{b,Rd,2},F_{n,Rd}\right)$$

Vidanın yatağı eziyet dayanımı (bearing resistance), düşük $t$ için:

$$F_{b,Rd}=\frac{2,1\cdot f_u\cdot d\cdot t}{{\gamma }_{M2}}$$

Vida çekme dayanımı (pull-through):

$$F_{t,Rd}=\frac{0,8\cdot f_u\cdot d_w\cdot t}{{\gamma }_{M2}}$$

Burada:

• $d$: Vida çapı (mm)
• $d_w$: Vida başı çapı (mm)
• $t$: İnce sacın çekirdek kalınlığı (mm)
• ${\gamma }_{M2}=1,25$

Saha Notu: TBDY 2018 Madde 10.3.4.4'e göre deprem etkisindeki kaplamalı panel sistemlerde vida aralığı kenar dikmelerde en çok 200 mm, iç dikmelerde en çok 300 mm olmalı; panel kenarı boyunca vida kenar mesafesi en az 10 mm olmalıdır. Rüzgâr emmesi altında cephe kaplama vidalarında sacın vida başının altından sıyrılması (pull-through) en sık görülen çekme göçmesidir; bu nedenle vidaların çekme dayanımı da kontrol edilmelidir.

Dikkat: TBDY 2018 Madde 10.3.4.1'e göre vidalı birleşimin karakteristik kayma dayanımı sac kalınlıkları oranına bağlıdır ($t_1$: vida başıyla temas eden sac, $t_2$: temas etmeyen sac): $t_2/t_1\le 1$ ise $P_{ns}=\min (P_{ns1},P_{ns2},P_{ns3})$ (vida yan yatması dahil), $t_2/t_1\ge 2,5$ ise $P_{ns}=\min (P_{ns2},P_{ns3})$ alınır; arada doğrusal enterpolasyon yapılır.

8.2 Galvaniz Kaplama ve Korozyon Sınıfı

Kıyı ve endüstriyel ortamlarda atmosferin korozivitesi sahaya göre değerlendirilmeli; bu ortamlarda Z275'ten kalın kaplama (ör. Z350 ve üzeri) veya ek koruma seçilebilir.

Dikkat: TBDY 2018 Madde 10.2.3.2'ye göre soğuk şekillendirilmiş eleman malzemesinin akma gerilmesi en az 235 MPa, kopma dayanımının akma gerilmesine oranı en az 1,08 olmalıdır; kopma uzaması en az %10 olan normal sünek malzemeler yalnız aşık, cephe kuşağı ve taşıyıcı olmayan dikmelerde kullanılabilir, en az %16 olan malzemeler yüksek sünek sayılır. Mekanik özellikleri bu koşullara göre belgelenmemiş şekillendirme kaliteleri (ör. DX51D, DX52D) ana taşıyıcı elemanlarda kullanılmamalıdır.

9. Yangın Tasarımı

Soğuk şekillendirilmiş çelik elemanların yangın altındaki davranışı TS EN 1993-1-2:2009 uyarınca incelenir. Aşağıdaki kritik çelik sıcaklığı ${\theta }_{a,cr}$ bağıntısı, yangında taşıma gücü efektif akma dayanımıyla doğru orantılı olan elemanlar (çekme elemanları ve yanal burulmalı burkulmanın söz konusu olmadığı kirişler) içindir; burkulmanın etkili olduğu elemanlarda kritik sıcaklık yinelemeli olarak bulunur:

$${\theta }_{a,cr}=39,19\cdot \ln \left[\frac{1}{0,9674\cdot {\mu }_0^{3,833}}-1\right]+482$$

Burada ${\mu }_0=E_{fi,d}/R_{fi,d,0}$ kullanım oranıdır ($R_{fi,d,0}$: yangın durumundaki dayanımın $t=0$ anındaki, yani 20 °C'deki değeri). Soğuk şekillendirilmiş profiller çoğunlukla 4. sınıf kesit olduğundan, ayrıntılı doğrulama yapılmadığında kesit sıcaklığı 350 °C'yi aşmadıkça yangın dayanımının korunduğu kabul edilebilir; bu değer ulusal ekle değiştirilebilir.

Saha Notu: Hafif çelik binalarda yapı elemanlarının yangına dayanım süreleri deprem yönetmeliğiyle değil, Binaların Yangından Korunması Hakkında Yönetmelik (BYKHY) Ek-3/B (yapı elemanları) ve Ek-3/C (bina kullanım sınıfları) tablolarıyla belirlenir. Yük taşıyan hafif çelik elemanlarda bir kat özel yangına dayanıklı alçı levhayla genellikle 30 dakika, iki katla 60 dakika yangın dayanımı elde edilebildiği bildirilmektedir; hedeflenen REI sınıfı için levha tipi ve kat sayısı sistemin yangın deney raporlarıyla doğrulanmalıdır.

10. Deprem Tasarımı ve TBDY 2018

TBDY 2018 hafif çelik malzemeden yapılan binaları kapsamına alır (Madde 1.1.2); soğuk şekillendirilmiş profillerden oluşan hafif çelik binaların taşıyıcı sistem elemanlarının boyutlandırılması ve birleşimleri, ilgili standart ve yönetmeliklerle birlikte öncelikle Bölüm 10'daki kurallara göre yapılır (Madde 10.1.1).

TBDY 2018 kapsamındaki temel gereklilikler:

• TBDY 2018 Bölüm 10 (Hafif Çelik Bina Taşıyıcı Sistemleri): Yatay yük taşıyıcı sistem, kaplamalı panel sistem veya çaprazlı panel sistem olarak oluşturulur; sistem hadde çelik elemanlar içeriyorsa Bölüm 9 kuralları uygulanır (Madde 10.1.2). Kesit koşulları Tablo 10.2'de verilir; dikmelerin etkin alanı ve burulmalı-eğilmeli burkulma dayanımı için TS EN 1993-1-3'e başvurulur.
• Süneklik sınıfı: Deprem etkilerinin tamamı vidalı, bulonlu OSB veya kontrplak duvar panelleriyle karşılanan hafif çelik binalar süneklik düzeyi yüksek; çaprazlı panellerle veya alçı levhalı kaplamalı panellerle karşılananlar süneklik düzeyi sınırlı sistem olarak alınır (TBDY 2018 Madde 10.2.1.1–10.2.1.2).
• Tasarım spektrumu: Sahaya özgü $S_{DS}$ ve $S_{D1}$ değerleri, TBDY 2018 Madde 2.3 kapsamında Türkiye Deprem Tehlike Haritaları'nın (tdth.afad.gov.tr) harita spektral ivme katsayılarından hesaplanır. Hafif çelik binalarda Eşdeğer Deprem Yükü Yöntemi kullanılır ve elastik tasarım spektral ivmesi $T=0,2$ s alınarak bulunur (Madde 10.2.6.1).

Dikkat: TBDY 2018 Tablo 4.1'e göre deprem etkilerinin tamamının vidalı, bulonlu sac, OSB veya kontrplak duvar panelleriyle karşılandığı süneklik düzeyi yüksek hafif çelik binalarda $R=4$, $D=2$; alçı levhalı kaplamalı veya çaprazlı panellerle karşılandığı süneklik düzeyi sınırlı sistemlerde $R=3$, $D=2$ alınır. Her iki sistem de yalnız BYS = 8 binalarda kullanılabilir (Tablo 3.3'e göre DTS = 1, 1a, 2, 2a için $H_N\le 7$ m; DTS = 3, 3a, 4, 4a için $H_N\le 10,5$ m). Alçı levhalı kaplamalı panel sistemlerin deprem talebini tek başına karşılamasına izin verilmez (Madde 10.2.7.2).

11. Parametre Tablosu

12. Örnek Problemler

Problem 1 — Kolay

Veri:

• Profil: C200/74/8/1,96 (h=200 mm, b₁=74 mm, b₂=66 mm, c=20 mm, t=1,96 mm, r=4 mm)
• Çelik: S280GD+Z ($f_{yb}=280{\text{ N/mm}}^2$)
• Yük: Saf eğilme (simetrik)

İstenen: Üst flanşın efektif genişliğini ve $\rho$ faktörünü hesapla.

Çözüm:

Adım 1: $\epsilon =\sqrt{235/280}=0,916$

Adım 2: Düz flanş genişliği: $b_p=74-2\times (4+1,96)=62,1\text{ mm}$

Adım 3: Plak narinliği (iki kenar tutulmuş, $k_{\sigma }=4,0$):

$${\bar{\lambda }}_p=\frac{62,1/1,96}{28,4\times 0,916\times \sqrt{4,0}}=\frac{31,7}{52,0}=0,609$$

Adım 4: ${\bar{\lambda }}_p=0,609<0,673$ olduğundan:

$$\rho =1,0\Rightarrow b_{eff}=1,0\times 62,1=62,1\text{ mm}$$

Sonuç: Üst flanş tamamen efektiftir; lokal burkulma azaltması yoktur ($\rho =1,0$).

Kontrol: $b/t=62,1/1,96=31,7\le 60$ → uygun (TS EN 1993-1-3:2006 Madde 5.2).

Problem 2 — Orta

Veri:

• Profil: C102/120/26/2,0 (H=102 mm, b=120 mm, c=26 mm, t=2,0 mm, r=2,0 mm)
• Çelik: S355 ($f_{yb}=355{\text{ N/mm}}^2$)
• Yük: Eksenel normal kuvvet (basınç), $N_{Ed}=100\text{ kN}$

İstenen: Lokal burkulma kontrolü ve enkesit basınç dayanımını hesapla.

Çözüm:

Adım 1: $\epsilon =\sqrt{235/355}=0,814$

Adım 2: Gövde düz yüksekliği: $h_w=102-2\times 4=94\text{ mm}$

Adım 3: Gövde plak narinliği ($k_{\sigma }=4,0$):

$${\bar{\lambda }}_{p,w}=\frac{94/2,0}{28,4\times 0,814\times 2,0}=\frac{47}{46,2}=1,017$$

Adım 4: ${\bar{\lambda }}_p=1,017>0,673$ → azaltma:

$${\rho }_w=\frac{1-0,22/1,017}{1,017}=\frac{0,784}{1,017}=0,771$$ $$b_{eff,w}=0,771\times 94=72,5\text{ mm}$$

Adım 5: Flanş ($b=120\text{ mm}$) narinliği:

$${\bar{\lambda }}_{p,f}=\frac{112/2,0}{28,4\times 0,814\times 2,0}=\frac{56}{46,2}=1,212$$ $${\rho }_f=\frac{1-0,22/1,212}{1,212}=0,675$$ $$b_{eff,f}=0,675\times 112=75,6\text{ mm}$$

Adım 6: Efektif alan (köşe alanları ihmal; önce yalnız lokal burkulma):

$$A_{eff}\approx 2\times 75,6\times 2+72,5\times 2+2\times 22\times 2=302,4+145+88=535{\text{ mm}}^2$$

Adım 7: Enkesit basınç dayanımı (yalnız lokal burkulma):

$$N_{c,Rd}=\frac{A_{eff}\cdot f_{yb}}{{\gamma }_{M0}}=\frac{535\times 355}{1,0\times 10^3}=189,9\text{ kN}$$

Adım 8: Distorsiyonel burkulma (dudak = kenar takviyesi; eksenel basınçta simetrik kesit, $k_f=1$). Dudak için $b_{p,c}/b_p=22/112=0,20\le 0,35$ → $k_{\sigma }=0,5$, ${\bar{\lambda }}_p=0,673<0,748$ → $c_{eff}=22\text{ mm}$; $b_{e2}=75,6/2=37,8\text{ mm}$:

$$A_s=2,0\times (37,8+22)=119,6{\text{ mm}}^2,b_1=100,0\text{ mm},I_s=5.166{\text{ mm}}^4$$ $$K_1=\frac{210.000\times 2,0^3}{4\times 0,91}\cdot \frac{1}{100^2\times 94+100^3+0,5\times 100^2\times 94}=0,191{\text{ N/mm}}^2$$ $${\sigma }_{cr,s}=\frac{2\sqrt{0,191\times 210.000\times 5.166}}{119,6}=241{\text{ N/mm}}^2,{\bar{\lambda }}_d=\sqrt{355/241}=1,214,{\chi }_d=1,47-0,723\times 1,214=0,592$$

Efektif alan (dudak ve $b_{e2}$ azaltılmış kalınlıkla, $t_{red}={\chi }_{d}t$):

$$A_{eff}=2\times 37,8\times 2+2\times 119,6\times 0,592+72,5\times 2=151,2+141,6+145=438{\text{ mm}}^2$$ $$N_{c,Rd}=\frac{438\times 355}{1,0\times 10^3}=155,5\text{ kN}$$

Sonuç: $N_{Ed}=100\text{ kN}<N_{c,Rd}=155,5\text{ kN}$ → UYGUN

Kullanım oranı: $100/155,5=0,643$ (%64,3). Distorsiyonel burkulma, yalnız lokal burkulmaya göre bulunan dayanımı (189,9 kN) yaklaşık %18 azaltır; dudaklı profillerde bu kontrol atlanmamalıdır.

Kontrol: $b/t=60\le 60$; $h/t=51\le 500$; $c/t=13\le 50$ → uygun (TS EN 1993-1-3:2006 Madde 5.2).

Problem 3 — Zor

Veri:

• Profil: C200/65/20/2.0 (h=200 mm, b=65 mm, c=20 mm, t=2,0 mm, r=2,0 mm)
• Çelik: S350GD+Z ($f_{yb}=350{\text{ N/mm}}^2$, $f_u=420{\text{ N/mm}}^2$)
• Açıklık: $L=4,0\text{ m}$, basit mesnetli, yanal destek yok
• Tasarım eğilme momenti: $M_{Ed}=8,5\text{ kN}\cdot \text{m}$

İstenen: Tam yanal burulmalı burkulma kontrolü dahil eğilme kapasitesini hesapla.

Çözüm:

Adım 1: $\epsilon =\sqrt{235/350}=0,819$

Adım 2: Hesap boyutları (orta hat). $r=2\text{ mm}<5t$ ve $r<0,1b_p$ olduğundan köşe yarıçapları ihmal edilir (TBDY 2018 Madde 10.2.4.5):

• Gövde: $h_p=200-2=198\text{ mm}$
• Flanş: $b_p=65-2=63\text{ mm}$
• Dudak: $c_p=20-1=19\text{ mm}$

Adım 3: Basınç flanşı lokal burkulması (iki kenarı tutulmuş, $\psi =1$, $k_{\sigma }=4,0$):

$${\bar{\lambda }}_{p,f}=\frac{63/2}{28,4\times 0,819\times 2}=\frac{31,5}{46,5}=0,677$$ $${\rho }_f=\frac{0,677-0,22}{0,677^2}=0,997\Rightarrow b_{e1}=b_{e2}=0,5\times 0,997\times 63=31,4\text{ mm}$$

Adım 4: Dudak ($c_p/b_p=19/63=0,30\le 0,35$ → $k_{\sigma }=0,5$):

$${\bar{\lambda }}_{p,c}=\frac{19/2}{28,4\times 0,819\times \sqrt{0,5}}=0,578<0,748\Rightarrow c_{eff}=19\text{ mm}$$

Adım 5: Distorsiyonel burkulma (Bölüm 2.3; alt flanş çekmede, $k_f=0$). Takviye alanı $A_s=2\times (31,4+19)=100,8{\text{ mm}}^2$, ağırlık merkezi uzaklığı $b_1=53,2\text{ mm}$, $I_s=3.301{\text{ mm}}^4$:

$$K_1=\frac{210.000\times 2^3}{4\times 0,91}\cdot \frac{1}{53,2^2\times 198+53,2^3}=0,649{\text{ N/mm}}^2$$ $${\sigma }_{cr,s}=\frac{2\sqrt{0,649\times 210.000\times 3.301}}{100,8}=421{\text{ N/mm}}^2,{\bar{\lambda }}_d=\sqrt{350/421}=0,912$$ $${\chi }_d=1,47-0,723\times 0,912=0,811\Rightarrow t_{red}=0,811\times 2=1,62\text{ mm}$$

Adım 6: Gövde (eğilme). Efektif kesitte tarafsız eksen alt flanştan $95,9\text{ mm}$ yukarıdadır; gerilme oranı $\psi \approx -0,94$:

$$k_{\sigma }=7,81-6,29\psi +9,78{\psi }^2=22,3,{\bar{\lambda }}_{p,w}=\frac{198/2}{28,4\times 0,819\times \sqrt{22,3}}=0,90$$ $${\rho }_w=\frac{0,90-0,055\times (3-0,94)}{0,90^2}=0,971$$

Gövdenin basınç bölgesinin yalnız yaklaşık 3 mm'lik kısmı etkisiz kalır (gövde neredeyse tam efektiftir).

Adım 7: Efektif moment direnci:

$$I_{eff}\approx 4,17\times 10^6{\text{ mm}}^4,z_{max}\approx 103,2\text{ mm}$$ $$W_{eff}=I_{eff}/z_{max}=4,17\times 10^6/103,2=40.400{\text{ mm}}^3$$ $$M_{c,Rd}=\frac{W_{eff}\cdot f_{yb}}{{\gamma }_{M0}}=\frac{40.400\times 350}{1,0\times 10^6}=14,1\text{ kN}\cdot \text{m}$$

Kesit kontrolü: $M_{Ed}=8,5<M_{c,Rd}=14,1\text{ kN}\cdot \text{m}$ → kesit dayanımı yeterli.

Adım 8: Yanal burulmalı burkulma ($L_{LT}=4,0\text{ m}$, yanal destek yok). Örnek kabul: yük kayma merkezinden etkiyor, uçlar çatal mesnet ($k_z=k_w=1$), düzgün yayılı yük için $C_1=1,12$. Brüt kesit: $I_z=4,11\times 10^5{\text{ mm}}^4$, $I_T=965{\text{ mm}}^4$, $I_w=3,30\times 10^9{\text{ mm}}^6$ (kayma merkezi gövde orta hattının 28 mm dışında), $G=E/[2(1+\nu )]=80.770{\text{ N/mm}}^2$:

$$M_{cr}=C_1\frac{{\pi }^{2}E{I}_z}{L_{LT}^2}\sqrt{\frac{I_w}{I_z}+\frac{L_{LT}^{2}G{I}_T}{{\pi }^{2}E{I}_z}}\approx 5,8\text{ kN}\cdot \text{m}$$ $${\bar{\lambda }}_{LT}=\sqrt{\frac{W_{eff}{f}_{yb}}{M_{cr}}}=\sqrt{14,1/5,8}=1,56$$

TS EN 1993-1-3: yanal burkulma eğrisi b, ${\alpha }_{LT}=0,34$:

$${\Phi }_{LT}=0,5[1+0,34(1,56-0,2)+1,56^2]=1,948$$ $${\chi }_{LT}=\frac{1}{1,948+\sqrt{1,948^2-1,56^2}}=\frac{1}{1,948+1,167}=0,321$$ $$M_{b,Rd}={\chi }_{LT}\times M_{c,Rd}=0,321\times 14,1=4,53\text{ kN}\cdot \text{m}$$

Sonuç: $M_{Ed}=8,5\text{ kN}\cdot \text{m}>M_{b,Rd}=4,53\text{ kN}\cdot \text{m}$ → UYGUN DEĞİL

Yanal burulmalı burkulma kritik moddur. Aynı flanş genişliğinde yalnız gövde yüksekliğini artırmak yetmez: C250/65/20/2,0 profilde de 4,0 m desteksiz açıklıkta $M_{b,Rd}\approx 5,8$ kN·m kalır. Açıklık ortasına bir yanal destek (aşık ara bağı) konup $L_{LT}=2,0$ m'ye inildiğinde ($C_1=1,0$ alınarak, güvenli yanda) $M_{cr}\approx 19,5$ kN·m, ${\bar{\lambda }}_{LT}=0,85$, ${\chi }_{LT}=0,69$ ve $M_{b,Rd}\approx 9,8$ kN·m olur; $M_{Ed}=8,5$ kN·m karşılanır. Basınç flanşı kaplama (trapez sac, sandviç panel, OSB) ile yeterince tutulan aşıklar ise yanal burulmalı burkulmaya duyarlı değildir.

Mühendislik dersi: Yanal desteksiz 4,0 m açıklıkta bu C profilin YBB dayanımı, kesit eğilme dayanımının yalnızca yaklaşık %32'sidir (4,53/14,1); çatı aşıklarında ara bağ aralığı ve kaplamanın basınç flanşını tutması tasarımın belirleyici parametreleridir.

13. Sık Yapılan Hatalar

Hafif Çelik Konstrüksiyonda Kaynak Sınırı ve Ürün Doğrulama

Hafif çelik konstrüksiyon değerlendirilirken profil geometrisi kadar, başvurulan teknik belgenin ürünü gerçekten kapsayıp kapsamadığı da önem taşır. TS EN 10025, sıcak haddelenmiş yapısal çelik ürünlerini konu alır; bu nedenle yalnızca bu standarda yapılan atıf, soğuk şekillendirilmiş ince cidarlı bir profilin tasarım kurallarını doğrulamaz [2].

ArcelorMittal Sections and Merchant Bars 2023 kataloğu da kesit seçimi ve ürün karşılaştırması açısından sıcak haddelenmiş profillere ilişkin bir kaynaktır [3]. Katalogdaki kesit verileri, aynı dış ölçülere sahip olsa bile soğuk şekillendirilmiş C, U veya sigma profillere doğrudan aktarılamaz; kullanılacak kesit özellikleri ilgili ürünün üretici teknik belgesinden doğrulanmalıdır [3].

TS 708 ise betonarme yapılarda kullanılan çelik donatıya ilişkin bir standarttır [1]. Hafif çelik konstrüksiyon taşıyıcı profillerinin malzeme sınıfını, kesit özelliklerini veya burkulma dayanımını belirleyen bir profil standardı olarak değerlendirilmemelidir [1].

Kaynak notu: Soğuk şekillendirilmiş profillerin tasarım kuralları TS EN 1993-1-3'te, deprem etkisindeki hafif çelik binalara özgü kurallar TBDY 2018 Bölüm 10'da yer alır; aşağıdaki tablolar ise karma projelerde farklı çelik ürünlerinin hangi belgeyle tanımlanacağını özetler.

Sıcak Haddelenmiş ve Soğuk Şekillendirilmiş Elemanı Ayırma

Bir hafif çelik konstrüksiyon projesinde “çelik profil” ifadesi tek başına yeterli bir ürün tanımı değildir. TS EN 10025 kapsamındaki sıcak haddelenmiş ürünlerle [2], sac veya şeritten oluşturulan ince cidarlı profiller farklı ürün gruplarıdır. ArcelorMittal kataloğu; kesit serileri, geometrik büyüklükler ve sıcak haddelenmiş ürün seçenekleri için başvuru verisi sunar [3].

Bu ayrım, karma taşıyıcı sistemlerde özellikle önemlidir. Hafif çelik duvar veya döşeme elemanına sıcak haddelenmiş bir başlık, kenar kirişi ya da destek profili eşlik ediyorsa her ürün kendi kaynak kapsamı içinde tanımlanmalıdır [2][3]. Betonarme temel donatısı bulunması hâlinde TS 708 yalnızca bu donatı ürünü bakımından dikkate alınır [1].

Teklif ve Uygulama Dosyasında Belge Eşleştirme

Hafif çelik konstrüksiyon teklifleri yalnızca profil yüksekliği ve et kalınlığı üzerinden karşılaştırıldığında, farklı ürün grupları aynı kabul edilebilir. Bunun önüne geçmek için proje, teklif ve sevk belgelerindeki ürün tanımlarının birbiriyle eşleştirilmesi gerekir.

Üç Aşamalı Uygunluk Kontrolü

1. Ürünün donatı, sıcak haddelenmiş profil veya soğuk şekillendirilmiş ince cidarlı profil olduğu açıkça kaydedilir. TS 708 donatıya [1], TS EN 10025 ise sıcak haddelenmiş yapısal çelik ürünlerine yöneliktir [2].
2. Kesit tablosunun gerçek ürün ailesine ait olup olmadığı kontrol edilir. ArcelorMittal Sections and Merchant Bars 2023 verileri, katalogda yer alan sıcak haddelenmiş kesitlerle sınırlı değerlendirilmelidir [3].
3. Soğuk şekillendirilmiş profil için dayanım veya burkulma sonucu isteniyorsa hesap TS EN 1993-1-3'e göre, deprem etkisindeki hafif çelik binalarda ayrıca TBDY 2018 Bölüm 10'a göre yapılır ve kullanılan kesit özellikleri üreticinin ürün belgesiyle eşleştirilir.

Karışık Sistemlerde Kritik Arayüzler

Hafif çelik konstrüksiyon; betonarme temel, sıcak haddelenmiş destek elemanı ve soğuk şekillendirilmiş üstyapı profilini aynı projede bir araya getirebilir. Böyle bir durumda tek bir standardın bütün sistemi kapsadığı varsayılmamalıdır: betonarme donatı ürünü TS 708’in [1], sıcak haddelenmiş yapısal ürün TS EN 10025’in [2], katalog kesitleri ise ilgili ArcelorMittal yayınının sınırları içinde ele alınır [3].

Sık Sorulan Sorular

TS EN 10025 hafif çelik konstrüksiyon hesabı için tek başına yeterli midir?

Hayır. TS EN 10025 sıcak haddelenmiş yapısal çelik ürünlerini ele alır; soğuk şekillendirilmiş ince cidarlı profillerin tasarım kontrollerini tek başına doğrulamaz [2].

TS 708 hafif çelik profillere uygulanabilir mi?

TS 708 çelik donatı standardıdır [1]. Bu nedenle betonarme bölümdeki donatı ürününün kontrolünde kullanılabilir; hafif çelik taşıyıcı profilin kesit veya burkulma hesabına dayanak oluşturmaz [1].

Sıcak haddelenmiş profil kataloğundaki değerler C profile aktarılabilir mi?

ArcelorMittal Sections and Merchant Bars 2023 kataloğundaki veriler, katalogda tanımlanan sıcak haddelenmiş kesitlere aittir [3]. Soğuk şekillendirilmiş bir C profil için aynı değerlerin doğrudan kullanılması bu kaynak tarafından desteklenmez [3].

Hafif çelik teklifleri hangi bilgilerle karşılaştırılmalıdır?

Ürün ailesi, kesit tanımı ve beyan edilen teknik belgenin kapsamı birlikte karşılaştırılmalıdır. Bu kaynak paketinde donatı TS 708 [1], sıcak haddelenmiş ürün TS EN 10025 [2] ve katalog kesitleri ArcelorMittal yayını [3] üzerinden ayrıştırılabilir; soğuk şekillendirilmiş profillerin dayanım ve stabilite hesabı ise TS EN 1993-1-3'e, deprem etkisindeki hafif çelik binalarda ayrıca TBDY 2018 Bölüm 10'a göre yapılır.

Başvuru Belgeleri

hafif çelik konstrüksiyon — Ek Kaynaklar

1. TS 708 — Çelik Donatı Standardı (TS 708) — TSE — Çolakoğlu Metalurji (colakoglu.com.tr)
2. TS EN 10025 — Yapısal Çelik Sıcak Haddelenmiş Ürünler (TS EN 10025) — TSE — Türk Standardları Enstitüsü (tse.org.tr)
3. ArcelorMittal Sections and Merchant Bars 2023 (2023) — ArcelorMittal Europe - Long Products — ArcelorMittal (constructalia.arcelormittal.com)

İlgili Hesaplama Araçları

• Kolon taban plakası
• Çelik gerilme hesabı
• Çelik profil stüdyosu
• Çelik birleşim tasarımı

Kaynaklar

1. TS EN 1993-1-3:2006+AC:2009 — CEN — Avrupa Standardizasyon Komitesi (Eurocode). Avrupa Komisyonu JRC — Eurocodes (eurocodes.jrc.ec.europa.eu)
2. TS EN 1993-1-5:2009 — CEN — Avrupa Standardizasyon Komitesi (Eurocode). Avrupa Komisyonu JRC — Eurocodes (eurocodes.jrc.ec.europa.eu)
3. TS EN 10346:2015 — TSE — Türk Standardları Enstitüsü. Türk Standardları Enstitüsü (tse.org.tr)
4. TS EN 10025-2:2019 — TSE — Türk Standardları Enstitüsü. Türk Standardları Enstitüsü (tse.org.tr)
5. EN 10219:2006.
6. TBDY 2018 — AFAD / T.C. Çevre, Şehircilik ve İklim Değişikliği Bakanlığı. Resmî Gazete — Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği (18.03.2018)
7. ÇYY 2016.

Not: Bu makale eğitim amaçlıdır. Projelerde güncel yönetmelik ve standartlara başvurunuz.

İlgili Hesaplama Araçları

Bu konuyla ilgili ücretsiz mühendislik hesaplama araçlarımızla ön tasarım ve kontrol yapabilirsiniz:

• Çelik Kolon Burkulma Hesaplama
• Çelik Kiriş Sehim Hesaplama
• Çelik Profil Ağırlığı Hesaplama

Önemli Mühendislik Uyarısı: Bu içerik yalnızca bilgilendirme amaçlıdır; nihai tasarım, hesap ve uygulama kararları, güncel yönetmelikler ile proje koşulları çerçevesinde yetkili bir inşaat mühendisinin denetiminde alınmalıdır. Sayısal örnekler ve formüller genel mühendislik pratiğini yansıtır; her projenin kendine özgü zemin, yük ve çevre koşulları proje müellifince ayrıca değerlendirilmelidir.

yapidan (2026). Soğuk Şekillendirilmiş Çelik Profil Tasarımı. Yapıdan — İnşaat Mühendisliği Bilgi Portalı. https://yapidan.com/kategoriler/ce/soguk-sekillendirilmis-celik-profil-tasarimi