KOMPOZİT DÖŞEMELERDE KAYNAKSIZ ÇÖZÜM

Çelik, 150 yılı aşkın bir süre önce inşaat sektöründe ilk olarak kullanılmaya başlanmasından itibaren modern yapıların inşasına olanak sağlamıştır. Tipik bir çelik yapıda, yapısal bileşenler olan kolonlar ve kirişlerde kullanılan çelik profiller ile kolonlar arası açıklığı mümkün olduğunca arttırabilmek amaçlanmaktadır. Ancak, çelik yapılarda da temel ve döşemelerin imalatında betonarme kullanılmaktadır. Döşemeler için beton dökülmeden önce ana kirişler arasına monte edilen tali kirişler üzerine trapez sac yerleştirilir, trapez sac üzerine kesme bağlantı elemanı montajı yapılır ve sonrasında donatıların da yerleştirilmesinin ardından beton dökülerek döşeme imalatı tamamlanmış olur. Trapez sac, kompozit döşeme imalatında beton dökülebilmesi adına kalıcı bir kalıp olarak kullanılmaktadır. Kesme bağlantı elemanları, sonradan dökülen beton ile altında yer alan çelik kirişlerin birlikte çalışmasını sağlamaktadır ve bu sayede kompozit döşeme imalatı yapılabilmektedir.

Şekil 1: Ana ve Tali Kirişler

Şekil 2: Bir Tali Kiriş Üzerinde Kompozit Döşeme Bileşenleri

Bu malzemelerin bir araya gelmesiyle imal edilen kompozit döşeme sayesinde, döşeme kalınlığında ve hareketli yükler altında gerçekleşen sehimlerde artışlar yaşanmadan, kolonlar arası uzun açıklıklar geçilebilmektedir. Kompozit döşemelerin diğer bir avantajı ise, imalatının geleneksel betonarme döşeme imalatına kıyasla daha hızlı olmasıdır. Böylece, projelerin daha kısa sürelerde tamamlanması mümkün olabilmektedir.

Şekil 3: Kompozit Döşeme İmalatı

Kompozit döşeme sisteminin amaçlandığı gibi çalışmasını sağlamak için döşemenin gelen yükleri üzerinde yer aldığı kirişlere aktarması gerekmekte olup, bu şekilde bir kompozit sistem kesme bağlantı elemanları kullanılarak elde edilmektedir. Kesme bağlantı elemanları kaynak veya çivileme ile tali çelik kirişin üst flanşının üzerine sabitlenmektedir ve böylece trapez sac, beton ile kiriş arasında kalmaktadır. Kullanılan kesme bağlantı elemanının çeşidinden bağımsız olarak, ana amaç kompozit sistemde yeterli düzeyde kesme dayanımı sağlamaktır. Kompozit sistemin kesme dayanımı için kompozitlik derecesi dikkate alınmaktadır. Kompozitlik derecesi, sistemin “bir bütün” halinde çalışma seviyesini ifade etmektedir.

Kompozit döşeme, yukarıda da belirtildiği gibi beton ile çelik kirişin birleşmesiyle oluşur ve bu birleşim kesme bağlantı elemanları aracılığıyla sağlanır. Kesme bağlantı elemanları kullanılmadığı takdirde, sonradan dökülmüş olan beton, çelik kiriş ile yeterli bağlantı düzeyini sağlayamamış olacağından dolayı yük altında farklı deformasyonlar oluşacak ve beton döşeme çelik kirişin üzerinden kayacaktır. Kompozitlik derecesi “hiç”, “kısmi” ve “tam” olarak değişebilmektedir. Hiç kompozitlik bulunmayan durumda beton ve çelik yukarıda ifade edildiği şekilde birbirinden bağımsız olarak hareket edecektir ve bu durum betonun çelik üzerinde kayması ile sonuçlanacaktır. Tam kompozitlik bulunduğu durumda ise, önceki durumun tam tersi olarak, beton ile çelik plastik tasarım sınırına kadar sonsuz bir rijitlikle tamamen tek bir eleman gibi davranmaktadır. Ancak öte yandan, betonun çelik üzerinde kaymasını engellemeye yetecek şekilde bir bütünselliğin ve rijitliğin bulunması kompozit döşeme tasarımı ve imalatı için yeterli olmaktadır. Bu sebeple de kısmi kompozitlik derecesi terimi ortaya çıkmıştır. Diğer bir deyişle, betonun çelik üzerinde kaymasını engelleyecek ve belli bir düzeyde birlikte çalışmasını sağlayabilecek düzeyde kesme bağlantı elemanı bulunması yeterli olmaktadır.

Şekil 4: Kompozitliğin Etkisi

Kesme Bağlantı Elemanı Çeşitleri ve Avantajları

Kaynaklı Bağlantı (Stud)

Kesme bağlantı elemanlarının kaynaklı ve kaynaksız olarak 2 çeşidi bulunmaktadır. Tarihsel olarak ilk ortaya çıkan çözüm, kaynaklı olarak imal edilen stud çözümüdür. Stud’lar 2 şekilde kaynatılabilmektedir. Trapez sac tali kirişlerin üzerine yerleştirildikten sonra trapez sacın tali kiriş üzerine oturan kısımlarına veya sahada/saha dışında direkt olarak tali kirişin üzerine trapez sac olmadan kaynatılabilmektedir. Direkt olarak tali kirişin üzerine kaynatıldığı durumda, trapez sacın stud’lara denk gelecek kısımlarında stud’ın geçmesine izin verecek genişlikte delikler açılması gerekmektedir. Kaynaklı çözüm olan stud’ın başarısı, sünek bir davranış sergileyebilmesinden ve kesme kuvvetlerine karşı olan dayanımından kaynaklanmaktadır.

Stud bağlantısının kalitesi, kaynak kalitesine bağlıdır ve kaynağın da kaliteli olabilmesi için aşağıdaki gereksinimlerin karşılanması gerekmektedir:

• Tecrübeli ve sertifikalı kaynakçı
• Stud kaynak işlemi için trifaze 380 V elektrik gerektiğinden dolayı, trifaze 380 V ihtiyacı karşılayabilecek jeneratör ve çok sayıda elektrik kablosu
• Kaynak kalitesi, malzemenin yüzey koşullarına da bağlı olduğundan dolayı öncelikle çelik kirişlerin üzerinde boya olmamalıdır. Eğer ki boya varsa, kaynak aşamasında bu boya yanmaktadır. Bu sebeple öncelikle mevcut boya kazınmalı, ardından kaynak işlemi yapılmalı ve sonrasında da mevcut boya kazınmış olduğundan dolayı, paslanmaya karşı önlem almak adına malzeme tekrar boyanmalıdır.
• Kaynak işlemi yağışlı hava koşullarında yapılamamakta olup, boyanın yanı sıra, kaynak yapılacak yüzey aynı zamanda kuru olmalıdır ve yüzeyde bununla birlikte pas, nem ve herhangi bir engel bulunmamalıdır.
• Kaynak için kalite kontrol yapılırken gözle incelemenin yanında, mutlaka çekiçle vurularak da kontrol edilmesi gerekmektedir.

Şekil 5: Stud Uygulaması

Bu yöntem onlarca yıldır kullanılmasına rağmen, kaynak işleminin bazı zorlukları bulunmaktadır ve bu durum da genellikle mühendislerin gerekli bağlantı sayısını fazla belirlemesine ve dolayısıyla da korumacı bir tasarıma sebebiyet vermektedir. Yukarıda belirtilen noktalarla ilgili olarak, kaynak konusunda göz önünde bulundurulması gereken ve sahada uygulama esnasında karşılaşılabilecek bazı sınırlamalar ve potansiyel problemler bulunmaktadır:

• Tecrübeli ve sertifikalı kaynakçı sebebiyle oluşacak daha yüksek maliyetler
• Kaynak için yeterli gücü üretebilmek adına jeneratör ve ilgili ekipman ihtiyaçlarının oluşturacağı ilave maliyetler ile birlikte, jeneratörü katlar arasında taşımak için kullanılacak vinç maliyeti ve bunlardan dolayı oluşacak ilave nakliye maliyetleri
• Bir jeneratör, herhangi bir zamanda yalnızca bir kaynakçının çalışması için güç üretebilmektedir.
• Kablolar nedeniyle sahada oluşabilecek işçinin ayağının takılması gibi kaza riskleri
• Kaynak kalitesi için yukarıda bahsedildiği üzere, kaynak uygulanacak yüzeyin durumu
• Kaynak yapılabilmesi için hava koşullarının elverişli olması
• Kapalı alanlarda kaynak ekipmanına erişilememesi
• Kaynak işlemine izin verilmeyen alanlar
• Kaynağın kalite kontrol sürecinin zaman alması

 
Hilti’nin Kaynaksız Çözümü: X-HVB Kesme Kaması

Yukarıda belirtilen kısıtlamaların ve olası problemlerin üstesinden gelmek için kaynaksız çözüm sunan bir kesme bağlantı elemanı çeşidi daha bulunmaktadır ve bu da Hilti’nin kaynaksız çözüm olarak sunduğu X-HVB kesme kamasıdır. X-HVB kesme kaması bağlantısı barutla ateşlenen bir tabanca ile uygulanmakta olup, bir kesme kamasının trapez sac ve altında yer alan tali kirişe 2 adet çivi ile sabitlenmesiyle oluşturulur. Bu sebeple, önceki kısımlarda kaynaklı uygulama için açıklanmış olan kısıtlama ve riskleri içermemektedir.

Şekil 6: X-HVB Kesme Kaması Uygulaması

Hilti X-HVB kesme kaması yukarıda belirtildiği üzere, barutlu tabanca yardımıyla iki bağlantı noktasından trapez saca ve kirişe monte edilen, L şekilli ve kaynak gerektirmeyen bir çivili kesme bağlantı elemanıdır. Otuz yılı aşkın bir süredir mevcut olan X-HVB kesme kaması, kaynaklı stud bağlantısına pratik bir alternatif sunmakta olup, galvanizli ve boyalı kirişler üzerinde ekstra bir işleme ihtiyaç duyulmadan olduğu gibi kullanılabilmekte, sabitleneceği malzeme üzerindeki nem ve pas gibi durumlar ile saha veya hava koşullarından etkilenmeden basit ve aynı zamanda hesaplı bir kurulum imkanı sağlamaktadır. Özetle, yukarıda bahsedilen ve kaynakla ilgili olan, uygulama aşamasında karşılaşılabilecek sınırlamaların ve problemlerin hiçbiri X-HVB kesme kaması için geçerli değildir. X-HVB kesme kamasının öne çıkan özellikleri ve avantajları aşağıdaki şekilde sıralanabilir:

• İşçiliği kolaydır, taşerona ihtiyaç duyulmamaktadır.
• Her türlü hava koşulunda rahatlıkla uygulanabilmektedir.
• Uygulama tabancası (DX 76) haricinde başka bir ekipman veya enerji gerektirmemektedir.
• Kaynak ihtiyacı bulunmamaktadır.
• Kontolü gözle yapılabilmektedir.
• Boyalı yüzeylere uygulanmasında bir sakınca bulunmamakta olup, ek bir işlem gerektirmemektedir.
• Uygulama hızı yüksektir ve bununla birlikte işçilik ve ekipman maliyetleri stud’a kıyasla çok daha düşüktür.

X-HVB kesme kaması, 40 mm ile 140 mm aralığında farklı yüksekliklerde mevcut olup, bu sayede çok farklı beton ve döşeme kalınlıklarında uygulanabilir olmaktadır. İlave olarak, bu bağlantı elemanları hem düz, hem de trapez saclarda çalışabilmekte olup, montajı için harici bir elektrik güç kaynağına ihtiyaç bulunmamaktadır. Kesme kamalarını sabitlemek için yalnızca Hilti DX-76 barutlu çivi çakma tabancasının, bu tabancada kullanılacak barutların ve çivilerin bulunması yeterlidir.

Şekil 7: DX 76 Uygulama Tabancası ve Ekipmanları

Kurulum ve kurulum sonrası kontrol işlemleri, basit bir eğitim ve sistem kiti içerisinden çıkan kontrol kartı ile birlikte mevcut çalışanlar tarafından güvenilir ve emniyetli bir şekilde gerçekleştirilebilir. Çiviler, dışarıda kalan kısımları 8,20 mm ile 9,80 mm aralığında yer aldığı takdirde montajları doğru bir şekilde yapılmış demektir ve bunun kontrolü de kit içerisinden çıkan kontrol kartı sayesinde gerçekleştirilmektedir. Bu işlem basit bir “evet” veya “hayır” kontrolüdür ve ilave olarak herhangi bir ayrı görsel veya işitsel kontrole ihtiyaç bulunmamaktadır. Bu sayede kontrol işlemleri hızlı olarak tamamlanabilmektedir.

Şekil 8: X-HVB Kesme Kaması Montaj Kontrolü

Özet olarak, Hilti’nin geliştirmiş olduğu X-HVB çivili kesme kaması sistemi, kaynağa kıyasla pratik bir alternatif olarak öne çıkmaktadır ve daha hızlı kurulum ile kontrol imkanları sağlamasıyla birlikte şantiyede verimi arttırmaktadır. İlave olarak, montaj için ayrı bir enerji kaynağına, bir taşerona veya tecrübeli ve sertifikalı bir çalışana ihtiyaç duyulmaması ve her türlü hava koşulu ile her koşuldaki yüzeylerde uygulanabilmesi gibi imkanları sayesinde de maliyet ve zaman tasarrufu gibi avantajlar yaratmaktadır. Bu sebeplerden dolayı, Hilti X-HVB kesme kaması, kompozit döşemeler için ön plana çıkan güvenilir ve aynı zamanda pratik bir çözüm sunmaktadır.