Yazı: İlker Ergün, Makina ve Kaynak Mühendisi
Çatı kelimesi ansiklopedik anlamda, “Yapıların üstünü akıntılı bir tarzda örtecek malzemeyi taşımak üzere yapılan iskelet.” ve “Binayı güneş ışınları, yağmur, kar, rüzgâr vb. dış etkilerden korumak üzere, betonarme, ahşap, çelik vb. malzemelerle konstrüksiyonu oluşturulan, su ve gerektiğinde ısı yalıtımı sağlayan, kil, çimento, metal, bitüm, polimer, ahşap, cam doğal taş, seramik vb. malzemelerle, bu işlere uygun el aletleriyle oluşturulan bir örtü.” olarak tanımlanmaktadır.
İlk yapılan barınaklar, sınırlı imkân ve bilgilerle yapıldığı için çatı uygulamalarının basit olduğu görülmektedir. Bu basit uygulamalar, sadece geçici olarak çevre şartlarından koruma sağlayacak kadar malzeme ile yapılmıştır. Dolayısıyla şartların ağırlaşması durumunda gerekli korumayı sağlayamadığı bilinmektedir.
Yapının kurulduğu bölge ve iklim şartları nedeniyle korumayı sağlayacak diğer çatı modelleri zamanla ve insanların yaşadığı deneyimler sonucunda gelişmeye başlamıştır. Bu nedenle, günümüzde yağışın çok olduğu bölgelerde daha dik çatılar, yağışın az olduğu bölgelerde ise düz çatılar kullanıldığı görülmektedir.
Yapının kullanım amacı, bulunduğu coğrafi konum, imar kanununun gereklilikleri gibi nedenler çatı sistemi tasarımında etkilidir. Çatı modellerini etkileyen ilkeleri aşağıdaki şekilde sıralayabiliriz:
• İklim koşulları.
• Taşıyıcılık özellikleri.
• Yapının boyutları ve tasarımı.
• Kullanılacak çatı örtüsü malzemesi.
• Yapının çevre ile uyumu.
• Yasal zorunluluklar.
• Maliyet.
Uygulamada Kullanılan Çatı Tipleri
Sıcak ve kuru iklimlerde, ağır yağışların pek görülmemesi ve çatı yüzeyinden olabildiğince yararlanma isteği nedeniyle düz çatılar daha yaygındır. Yoğun yağışların görüldüğü bölgelerde ise çatı eğimi dikleşir ve düz çatı kullanımı azalır. Eğimli çatılarda kiremit, bitümlü levhalar, metal kaplamalar gibi malzemeler çatı kaplama malzemesi olarak kullanılır. Eğimlerine göre çatıları aşağıdaki gibi gruplara ayırabiliriz:
• Az eğimli (düz) çatılar.
• Orta derece eğimli çatılar.
• Dik çatılar.
• Değişken eğimli çatılar (tonoz, kubbe vb. çatılar).
Teknik anlamda ilk yapılan bina ve çatılara bakıldığında genelde kullanılan malzemenin ahşap olduğu görülmektedir. Ahşabın kolay temin edilmesi ve daha hafif olması dikkate alındığında bu durumun normal olduğu düşünülmektedir. Zamanla diğer üretim tekniklerinin gelişmesi, ulaşım imkânlarının artması sonucunda metal bağlantı parçalarının kullanımıyla betonarme çatılar da yaygınlaşmaya başlamıştır.
Günümüzde kullanılan çatı tiplerini kullanılan malzemelere göre grupladığımıza, ahşap, çelik, betonarme veya birden fazla malzeme kullanılarak (kompozit) yapılan çatıların karşımıza çıktığını görmekteyiz.
• Ahşap taşıyıcılı çatılar:
- Ahşap oturtma çatılar.
- Ahşap asma çatılar.
- Ahşap kafes sistem çatılar,
- Laminasyonlu (tutkallı lamine tabakalı) ahşap kirişli çatılar.
- Kutu kesitli kirişli çatılar.
- Kontrplak veya OSB dolgulu I kesitli kirişli çatılar.
- Masif ahşap dolgulu I kesitli kirişli çatılar.
• Çelik taşıyıcılı çatılar:
- Çelik profil makaslı çatılar.
- Çelik düzlem kafes kirişli çatılar.
- Çelik uzay kafes kirişli çatılar.
- Çelik uzay kafes (uzaysal) sistemler.
• Ahşap - çelik birleşik (kompozit) taşıyıcılı çatılar.
• Betonarme taşıyıcılı çatılar.
• Gerdirilmiş örtü taşıyıcılı çatılar.
Çatıları ayrıca kullanıldıkları yapının üstünü örtme ve fonksiyonelliği açısından da farklı gruplara ayırabiliriz.
• Doğrusal eğimli çatılar.
• Teras (düz dam) çatılar (geleneksel teras çatı sistemi, ters teras çatı sistemi).
• Tek eğimli çatılar.
• Beşik çatılar.
• Kırma çatılar.
• Haç biçimli çatılar.
• Şed (testere dişi) çatılar.
• Katlanmış plak çatılar.
• Sivri (topuz) çatılar.
• Mansard çatılar.
• Kelebek çatılar.
• Eğrisel eğimli çatılar.
• Tonoz çatılar.
• Kubbe çatılar.
Çelik Çatı Bileşenleri
Çelik çatılar, birçok yapı elemanının kaynak, bulon (cıvata) ya da perçin gibi birleştirme yöntemleri kullanılarak bir araya getirilmesi ile imal edilir. Çelik çatı bileşenlerini aşağıdaki gibi sıralayabiliriz.
Makaslar: Yükü taşıyan ve çatıya ana formunu veren elemanlardır.
Aşıklar: Makaslar ile çatı kaplama malzemesi arasına yerleştirilen ve bu yüzeylerin ağırlığını makaslara aktaran elemanlardır.
Mertekler: Mahyadan başlayıp damlalığa kadar uzanan ve aşıklar üzerine konulan sabitleme veya gerdirme elemanlarıdır.
Rüzgâr bağlantıları: Çatı makasının stabilitesini sağlayan ve yanal yüklere karşı dayanım sağlayan dik veya çapraz bağlantı parçaları.
Çelik Çatılara Duyulan İhtiyaç
Endüstri Devrimi sonrası çelik üretimi yaygınlaşırken, demir yolu ağlarının gelişmesiyle üretilen çelik malzemelerin nakliyesi de kolaylaşmaya başlamıştır. Ayrıca yapılardan beklenen performans ve ömrün artması ile birlikte çatı makaslarının daha yüksek performans göstermesi istenmiştir. Özellikle imalat ve depolama amaçlı binaların hem yüksek hem de geniş alanlı olması beklentisi sonucunda çatı makaslarının da büyük açıklıkları geçmesine ihtiyaç duyulmuştur. Her ne kadar ahşap ve betonarme çatı sistemleriyle belli uzunlukta çatı makasları yapılabilse de daha geniş açıklıklar için çelik malzemeden mamul çatıların gerekliliği ortaya çıkmıştır.
Tarihte bilinen ilk çelikten imal edilmiş makas tipi yapı demir yolu köprülerinin imalatında kullanılmıştır. Akabinde yapılarda daha uzun ömür beklentileri, geniş açıklıklar yüklerin dengeli dağılımı ihtiyaçları nedeniyle çelik çatı kullanımı yaygınlaşmaya başlamıştır.
Çelikten imal edilen çatılar, betonarme çatılara göre daha kısa sürede kurulabilmektedir. Betonarme yapılardaki kalıp geçici destekler ve taşıyıcılara ihtiyaç duyulmadan çelik çatı montajı yapılabilmektedir. Günümüzde ön üretimli olarak atölyelerde üretilen çatı makas bileşenleri, şantiye sahasında birleştirilmekte ve vinçler aracılığıyla yerine kolaylıkla monte edilebilmektedir.
Ön üretimli, fabrikasyon taşıyıcı elemanlar, düşük fiyata yüksek kalite sağlamakta ve inşaat süresini çok kısaltmaktadır. Çelik, taşıma kapasitesinin ağırlığına oranı en yüksek olan malzemedir. Çeliğin yüksek taşıma kapasitesi sayesinde çelik yapı elemanları, daha küçük kesit ve ölçülerde, daha hafif ve mükemmel kalitelerde üretilmektedir.
Çelik Çatıların Avantajları
Çelik, kolay işlenebildiği için yukarıda belirtilen tüm çatı tiplerinin imalatı için uygun bir malzemedir. Kesme, delme kaynaklı, bulonlu (cıvatalı), perçinli birleştirme yöntemleri gibi pek çok imalat yöntemi çelik çatılarda kullanılabilmektedir. Bu nedenle en küçüğünden en büyüğüne kadar çeşitli şekillerde dizayn edilecek çatıların imalatı için çelik idealdir.
Çelik, dayanıklı ve tekrar kullanılabilen bir malzemedir. Çelik binaların sökümünden çıkan malzeme geri kazanılabilmekte veya alternatif amaçlar ile kullanılabilmektedir. Bu nedenle çelikten imal edilen ürünler çevreci ve sürdürülebilirdir.
Çelik çatılar; ön imalatı atölyede yapıldığından, kurulum için kalıp vb. ihtiyaçları olmadığından, hava şartlarına bağlı kalmaksızın her mevsim kurulum yapılabildiğinden dolayı çok hızlı kurulabilmektedir.
Tüm dünyada uluslararası standartlarla belirlenmiş özelliklerde üretilen ve tamamen endüstriyel bir ürün olan çeliğin kalitesi üretiminin her aşamasında kontrol edilerek belgelenmektedir. İmalatın yapıldığı atölyede malzemeye uygulanan, kesme, delme, kaynak işlemlerinde kullanılan çelik malzemenin fiziksel özelliklerine müdahale edilmemektedir. Bu nedenle bitmiş ürünün kalitesinden çoğunlukla emin olunabilir.
Kullanım ve çevre şartlarına göre yıllar içinde deforme olabilecek çelik çatı parçaları sökülerek yerine yenileri monte edilebilir. Bu nedenle sonraki değişiklikler ve tadilatlar betonarme yapılara göre daha kolay ve ekonomik şekilde gerçekleştirilebilir.
Çeliğin yüksek mukavemeti, esnekliği ve hafifliği depreme dayanıklı en iyi inşaat malzemesi olmasını sağlamaktadır. Çelik, aldığı darbelere karşı koyabilen ve kırılmadan hafif deformasyonlarla gelen darbeyi engelleyen bir malzemedir. Çelik çatılar ayrıca hafiflikleri nedeniyle bina taşıyıcı elemanlarına da daha az yük bindirir.
Çelik çatılar, yine çelik taşıyıcı sistemler (kolon, kiriş, cephe vb.) ile kullanılması durumunda diğer yapı malzemelerinden farklı olarak yıldırıma karşı da koruma sağlamaktadır. Çünkü çelik iskelet, bir kafes yapısı oluşturarak elektrik akımı etkisinden korur. Çelik çatı ve çelik taşıyıcı sistemler elektrik akımının direkt olarak toprağa iletilmesi için bir yol oluşturarak, patlama, yangın ve yaralanma risklerini azaltmaktadır.
Çelik Çatı Uygulamasında Dikkat Edilmesi Gereken Hususlar
Çelik çatı imalatı yapılırken öncelikle çatının hangi tip bina üzerinde konumlandırılacağı bilinmelidir. Bina tipi, bina yapım yöntemi ve ortam şartlarına göre seçilecek çatı tipi ve tasarımı değişebilmektedir. Özellikle çatının kullanılacağı bölgedeki yağış, rüzgâr gibi etkenler çatı tasarımını doğrudan etkilemektedir. Bunun dışında dinamik ve statik yükler, yüklerin yönleri, çatı üzerinde gezinme yapılıp yapılmayacağı, çatı üzerine başka bir ekipman montajı yapılıp yapılmayacağı gibi bilgiler tasarım için oldukça önemlidir.
Kompozit bina tasarımlarında (örneğin betonarme bina üzerine çelik çatı uygulaması) bina ile çelik çatı bileşenlerinin ortam şartları ve yükler karşısında farklı davranışlar sergileyebileceği göz önünde bulundurulmalıdır. Çelik malzemenin betona göre hava sıcaklıklarında yaşanacak değişikliklerde daha fazla boy değişimi yapacağı düşünüldüğünde kayar mesnetlerin kullanılması kaçınılmaz olacaktır.
Tasarım sonrasında uygulama aşamasına geçildiğinde ise hem malzeme hem uygulama hem de işçilik alanında gerekli test ve kontrollerin yapılmış, sertifikaların alınmış olması oldukça önemlidir. Çelik parçaların hazırlıklarını yapacak olan ustaların yetkinlikleri kanıtlanmış olmalıdır. Yine bu parçalar üzerinde yapılacak olan kesme, delme bükme vb. işlemler EN 1090-2 standardının 6. maddesinde tanımlandığı şekilde en az yılda bir kez performans testleri yapılarak doğrulanmalıdır.
Çelik çatılar, “Yapı Malzemeleri Yönetmeliği” kapsamına giren yapı malzemesi grubunda olduğu için yönetmelik ve ilgili tebliğler doğrultusunda sadece “EN 1090 Çelik ve Alüminyum Yapı Uygulamaları” sertifikasına sahip üreticiler tarafından yapılmalıdır. Bununla beraber üreticilerin kaynaklı birleşimlerinin kalitesini belgeleyebileceği “ISO 3834 Metalik Malzemelerin Ergitme Kaynağı İçin Kalite Şartları” standardının ilgili bölümüne göre belgelendirilmiş olması da önemlidir.
İmalatı yapan kuruluşun belgelerinin yanında bu imalat sürecinde görev alacak kaynakçıların “ISO 9606-1 Kaynakçıların Yeterlilik Sınavı - Ergitme Kaynağı - Bölüm 1: Çelikler” standardına göre, kaynak operatörlerinin ise “ISO 14732 Kaynak Personeli – Metalik Malzemelerin Tam Mekanize ve Otomatik Ergitme Kaynağı İçin Kaynak Operatörlerinin ve Kaynak Ayarcılarının Yeterlilik Sınavı” standardına göre sertifikasının olması gerekmektedir.
Bu kaynaklı birleşimlerin yapılabilirliğini ispatlamak üzere önceden ISO 15614 veya ISO 15613 standartlarına göre gerekli test ve muayenelerinin yapılarak Kaynak Prosedürlerinin (WPQR Weld Procedure Qualification Record) bulunması önemlidir. Kaynakçı ve kaynak operatörlerine de bu WPQR’lar doğrultusunda hazırlanmış Kaynak Talimatları (WPS – Welding Procedure Specification) verilmiş olması gerekmektedir.
Hem personel hem de sistem olarak gerekli ön çalışmalar yapılmış olsa da çelik çatı imalatında yapılan kaynakların sağlığını teyit etmek üzere çeşitli testler uygulanması yerinde olacaktır. Kaynağı tamamlanmış ürünlere tahribatsız muayene (NDT – Non Destructive Test) yöntemleri uygulanarak bu testlerin sonuçları da kayıt altına alınmalıdır.
İmalat sürecinde yapılacak tüm test ve kontroller çelik çatı bileşenlerinin tasarım ve teknik resimlere uyumlu olacak şekilde üretilmesini sağlayacaktır. Bunun dışında montaj sırasında yapılacak tüm işlemler de (kaynak, cıvata, perçin vb.) yine ilgili standartlara göre uygulanmalı ve kontrol edilmelidir.