İnşaat mühendisliği alanında çelik yapılar, verimli mekanik özellikleri ve esnek modelleme yetenekleri sayesinde modern binalar için önemli bir tercih haline gelmiştir. Çelik yapıların temel yapısal formlarına ve seçim mantığına hakim olmak, bu profesyonel alana girmenin anahtarıdır. Hızlı bir bilgi sistemi oluşturmanıza yardımcı olmak için beş tipik yapıyı inceleyelim: hafif çelik portal çerçeve, çelik çerçeve, çelik ızgara, kablo-membran ve boru kafes.

1. Hafif Çelik Portal Çerçeve Yapısı - Küçük ve Orta Ölçekli Binalar İçin Uygun Maliyetli Bir Seçim

Çekirdek Yapısı ve Mekanik Özellikler
Hafif çelik portal çerçeve, bir portal çerçeve (H kesitli çelik kiriş-kolon rijit birleşimleri), kiriş sistemi (C/Z kesitli çelik) ve çelik yapı destek sisteminden oluşur ve düzlemsel kuvvet taşıyan bir çelik yapı sistemi oluşturur. Temel avantajı değişken kesitli tasarımında yatmaktadır: Kirişlerin ve çelik yapı kolonlarının kesitleri, malzemelerin verimli kullanımını sağlamak için iç kuvvet değişikliklerine göre optimize edilmiştir; çelik yapıların çatı ve duvarları, hafif profilli çelik saclardan (sadece 0,1-0,3 kN/m² öz ağırlığa sahip) yararlanarak temel yükünü beton yapılara kıyasla %40-%60 oranında azaltır.

Tipik Uygulama Senaryoları
Endüstriyel binalar için uygundur (çelik yapılar hafif atölyeler, depolama ve lojistik) ve 20-30 metre tek açıklıklı ve 10 metre saçak yüksekliğine sahip ticari tesisler (sergi salonları, garajlar). Tipik projeler arasında, JD Logistics'in küçük ve orta ölçekli işletmelerin çelik konstrüksiyonlu depoları ve üretim atölyeleri yer almaktadır; inşaat süresi yalnızca 4-8 haftadır ve beton yapılara göre %20-30 daha düşük maliyetlidir.

Seçim İçin Üç Temel Faktör
Açıklık kontrolü: Açıklığın 30 metreyi geçmesi durumunda, kiriş ve kolon kesitlerinde aşırı artış olmaması için kafes tipi rijit çerçeveler veya orta açıklıklı destekler kullanılmalıdır.
Yük adaptasyonu: ≤20 ton vinç yükleri için, katı gövdeli rijit çerçeveler tercih edilir; aşırı ağır yükler için çelik çerçeve sistemlerine geçilir.
Derz tasarımı: Rijit kiriş-kolon birleşimlerinde eğilme momenti iletim kapasitesinin kontrol edilmesi gerekir; menteşeli birleşimler yalnızca vinçlerin olmadığı veya hafif yüklerin olduğu senaryolar için uygundur. 

2. Çelik Çerçeve Yapı - Çok Katlı Binalar İçin Bir Mekan Sihirbazı

Yapısal Özellikler ve Sistem Avantajları
Çelik kolonlardan (çelik yapılar H kesitli çelik/dairesel çelik borular) ve çelik kirişlerden (çelik yapılar H kesitli çelik/kompozit kirişler) rijit birleşimler (çelik yapılar tamamen kaynaklı/cıvata kaynaklı hibrit bağlantılar) aracılığıyla oluşan, 9 metreden fazla büyük kolon aralıklarına (örneğin, ofis binalarında yaygın olarak kullanılan 8,4 metrelik çelik yapılar kolon ızgaraları) ulaşabilen bir mekansal kuvvet taşıyıcı sistemdir. Menteşeli birleşimler ve destek sistemleriyle işbirliği yaparak, farklı sismik güçlendirme gereksinimlerine (8 dereceye kadar güçlendirme) esnek bir şekilde uyum sağlayabilir.

Uygulanabilir Bina Türleri
Çok katlı ticari binalar: Açık ofis ihtiyacını karşılamak için serbestçe bölünebilen düzlemlere sahip, 5-15 katlı çelik konstrüksiyon ofis binaları (SOHO serisi gibi).
Endüstriyel yapılar: Çelik yapılar 50 ton ve üzeri yük taşıyabilen vinçlerin taşınabildiği ağır atölyeler (mekanik işleme atölyeleri gibi).
Deprem Yapıları: Yüksek sünekliği sayesinde deprem riski taşıyan bölgelerde (örneğin Japonya'nın Sichuan kentinde) ilk tercihtir.

Seçim İçin Temel Parametreler
Yükseklik-genişlik oranı sınırı: 1:5'i aştığında, çekirdek borular/destek kirişleri katlar arası kayma oranını ≤1/250 olacak şekilde ayarlanmalıdır.
Ortak form: Deprem bölgelerinde güçlü ortak zayıf eleman tasarımına öncelik verilir ve ortak bölge sertleştirici plakalar ile enerji dağılım kapasitesi artırılır.
Kompozit döşeme levhaları: Profilli çelik sac kompozit döşeme levhaları (80-150 mm kalınlığında) çelik kirişlerin yüksekliğini azaltabilir ve döşeme yüksekliğinin kullanımını iyileştirebilir.

3. Çelik Izgara Yapısı - Geniş Açıklıklı Binalar İçin Mekansal Kuvvet Taşıyan Bir Model

Geometrik Kompozisyon ve Mekanik Avantajlar
Çelik boru elemanlarından (φ48-φ325) küresel birleşimler (çelik yapılar kaynaklı içi boş küreler/cıvatalı küreler) aracılığıyla düzenli bir ızgara düzeninde (çelik yapılar kare piramit, üçgen piramit vb.) bir araya getirilerek, uzaysal bir çelik yapı kuvvet taşıyıcı sistemi oluşturulur ve dengeli çift yönlü eğilme sertliği elde edilir. Düz ızgaraların kalınlığı açıklığın yaklaşık 1/10-1/15'i, kavisli ızgaraların (kubbeler gibi) ise açıklığın 1/6-1/8'i kadardır ve genel çelik yapı tüketimi yalnızca 30-50 kg/m2'dir.

Landmark Uygulama Senaryoları
Spor yapıları: Çelik yapılar Spor salonları (Kuş Yuvası'nın dış bakım yapısı gibi), çelik yapılar Yüzme havuzları, 80-150 metre gibi çok büyük açıklıkları kaplar.
Ulaşım merkezleri: Çelik konstrüksiyonlar Havaalanı terminalleri (Pekin Daxing Uluslararası Havaalanı'ndaki koridorun çatısı), kolonsuz şeffaf alan elde edilmesi.
Endüstriyel atölyeler: Çelik yapılar Uçak imalat atölyeleri (300 metreden fazla açıklık gerektiren), askılı vinç sistemleriyle birleştirilmiştir.

Seçim İçin Teknik Noktalar
Düzlem uyarlaması: Dikdörtgen düzlemler için kare piramit ızgaralar, dairesel düzlemler için üç yönlü ızgaralar veya kubbe yapıları seçilir.
Derz seçimi: ≤60 metre açıklıklar için cıvatalı küresel bağlantılar kullanılır (fabrikada önceden üretilmiş, montajı kolaydır); çok büyük açıklıklar için kaynaklı küresel bağlantılar kullanılır (daha yüksek taşıma kapasitesine sahip).
Çatı yükü: Cam perde duvarlı çatılar için kar kayma yükü; çelik yapı metal çatılar için rüzgar emme (-1,5 kPa'ya kadar yerel negatif basınç) dikkate alınmalıdır.