Demir ve Çelik Yapı Malzemenin Gelişimi

Demir ve çelik malzemenin gelişimi bu metallerin üretim metotlarıyla başlamıştır. Bilim ve teknoloji ilerledikçe bu metallerden yapılmış strüktürel sistemler, bu sistemlerde kullanılan taşıyıcı elemanlar, bunların şekillendirme, birleştirme, korozyona karşı koruma yöntemleri gelişmiştir. 
 

Çelik üretiminin ilk sürecinde üç önemli adım atılmıştır. İlk olarak pik demir üretilmiştir. Yüksek oranlarda karbon içeren bu demir eritilip karıştırıldığında içerisindeki karbon dışarıya çıkıp yanmıştır. Böylelikle ortaya içerisindeki karbon yüzdesi %0.1 olan dövme demir çıkmıştır. Daha sonraları elde edilen bu dövme demir eritilip içerisine karbon ilave edilmeye başlanmış ve çelik elde edilmiştir. Elde edilen çelikte karbon miktarı % 1.7'den azdır. Bu sürecin tamamlanması için büyük oranda sıvı yakıt gerekmektedir. Böylelikle çelik çok değerli bir maden haline gelmiş, yapılarda mümkün olduğunca dikkatli bir şekilde kullanılmıştır. Örneğin, taşıyıcı sistemlerde kesme kuvvetinin çok yüksek olduğu yerlerde kullanılmıştır.

Fransız ordusu, pik demir içeren namlulu toplarda çok ağır mermilerin güvenli bir şekilde ateşlenemediğinin farkına varmıştır. Bunun üzerine Bessemer çalışmalarını metal üretimi üzerine yoğunlaştırmıştır. 1856 yılında buluşlarını İngiliz yüksek bilim merkezine sunmuştur. Demir ve çelik üretiminde az yakıt harcayarak, ekonomik bir yol bulunması, çalışmalarının ana konusunu oluşturmuştur. Daha sonraki yıllarda bu buluşuna patent almıştır. Bessemer, icat ettiği konvertörü çelik üretimindeki en ekonomik yol olarak tanımlamaktadır. Bessemer'in icat ettiği konvertör, büyük bir konteynerin iki mafsalın üzerine yerleştirilmesiyle yapılmıştır. Bu konvertör hafif eğimli hale getirilebilmektedir. Böylelikle içerisine erimiş demir konulabilmektedir Daha sonra dik bir biçime getirilip, demir üzerindeki duman tabakası konteynerin üzerinden dışarı çıkmaktadır. Bessemer bu aşamayı, demirin içerisindeki cürufların dışarıya, demir eriyiğinin üzerinden atılması olarak kabul etmiştir. Bu sayede demir eriyiği içerisinde karışımın ihtiyacı kadar karbon bulunmaktadır. Fazla maddeler konvertör eğildiği zaman dışarıya atılmaktadır. 

Birçok İngiliz demir üreticisi, Bessemer yöntemini kullanmak için lisans elde etmeye çalışmıştır. Bessemer'in tekniğinde doğru oranda karbon metalin içerisinde kaldığında, demir eriyiğindeki patlamalar belli bir noktadan sonra sona ermektedir. Bessemer gerekli ölçüdeki karbonu, üretim sürecinin sonunda karışıma ilave etmektedir. Sonradan karışıma ilave edilen bu karbon, üretilen demirin kalitesini belli bir seviyeye getirmeye yetmemiştir. Bessemer'in kendi yaptığı deneylerde ürettiği demir çok az oranda fosfor içermektedir. Fakat lisans sahipli diğer üreticilerin demir eriyiklerinin içerisinde çok fazla fosfor bulunmaktadır. Ayrıca üretim süreci aşamasında demir çok fazla oranda oksijen içermektedir.

Önerilen Makale: Çelik malzemeler ve uygulamaları hakkında detaylı bilgi almak için karbon çeliği fiyatları sayfamızı ziyaret etmenizi tavsiye ederiz.

Bessemer'in üretim yönteminde bu iki kimyasal sorun, ürünün verimsiz olmasına yol açmaktaydı. 1856 yılında Robert Forester Mushet yeni bir yöntemi tanıtıp, bu buluşuna patent almıştır. Karbon, demir ve manganezin karışımını demir eriyiğinin içine karıştırmak suretiyle manganez demir içerisindeki oksijeni dışarıya vermektedir. Bunun sonucunda demir eriyiğinin karbon oranı artmaktadır. 

Tek problem fosfor'un demir içerisinde yer almasıdır. Bazı İngiliz demir üreticileri çok az bir oranda fosfor içeren demirleri üretebilmektedir. İsveç demiri en saf demir olarak bilinmektedir. Fransa, Almanya, Belçika ve Amerika'da üretilen birçok demir fosfor içermektedir. Bessemer'in ürettiği demirlerin içerisinde fosfor olmamasının tek nedeni, demirin eritildiği konvertörlerin iç kısımlarının kimyasal bileşenleri asit olmayan malzemelerle kaplanmış olmasıdır. 1879 yılında Sydney'de 29 yaşındaki kimyager Percy Gildrist base alkali bir materyal bulmuştur. Bu malzeme ile konventörlerin iç kısımları kaplanmıştır. Böylelikle demir eriyiğinin içerisindeki fosfor dışarıya daha kolay atılmıştır. Bu tarihten yirmi yıl sonra Percy Gilchrist'in de buluşu sayesinde güvenli bir çelik elde edilmiştir. Bessemer'in yöntemiyle, demirin içeriğinde %0.1 'den az oranda fosfor bulunmaktadır. Konventörün içerisi baz esaslı bir madde ile kaplanırsa %1.5 veya daha fazla fosfor içermektedir. 

Bessemer hava kullanarak uyguladığı yönteme 1855 yılında İngiltere'den, 1856 yılında Amerika'dan patent almıştır. 1856 yılında William Kelly, Scientifıc American dergisine deneylerini anlatan bir makale göndermiştir. 1857 yılında patent komisyonu Kelly'nin buluşlarının, Bessemer'in buluşlarından daha gelişmiş olduğuna karar vermişlerdir. Amerika'nın patent komisyonu Bessemer'e verdiği patentin bir benzerini Kelly'e de vermiştir. Kelly 35 yaşındayken erkek kardeşi Kentucky Eddyville'de bir demir fırını satın almıştır. Devam eden yıllarda William Kelly hava alabilen demir fırınları üzerine deneyler yapmaya başlamıştır. Kelly, demirin eriyik haline geldikten sonra, metalin ısıtılmaya devam edilmesinin gereksiz olduğunu, bunun yerine havadaki oksijenin ve demirdeki karbonun birleşmesiyle bu ısının devam edeceğini öne sürmüştür. Oksijenle karbonun birleşmesiyle demirin bünyesindeki karbonun dışarı çıktığını deneylerle ispatlamıştır. 

Bu projenin ilk denemeleri başarılı olmuştur. Demir iyi bir şekilde rafine edilmiş ve içeriğindeki bütün karbondan arındırılmıştır. Bu yöntem bütün demirhanelerde kullanılmaya başlanmıştır. Bu yöntemle demirin eriyik haline geldikten sonra fırın 5 veya 10 dakika kadar daha ısıtılmıştır. Eğer bu işlem eski yöntemle yapılacak olursa bir saatten fazla bir zaman gerekmektedir. Bu yöntem paradan ve yakıttan önemli bir ölçüde tasarruf sağlanmıştır. 

Amerika'da 1964 yılına kadar Bessemer'in çelik üretim yöntemi kullanılmıştır. 1970'li yıllarda ise Amerikalı üreticilerden Pneumatic Çelik Birliği Kelly'nin yöntemi için ruhsat almıştır. Bessemer'in de mekanik yöntemi için ruhsat almıştır. 1880 ve 1890'larda Bessemer yöntemi ile üretim dörde katlanmıştır. 1861 yılında William Siemens, açık ağızlı fırınların gelişimine en son örnek olan fırınların patentini almıştır.

Thomas Tredgold adındaki bir bilim adamı Practical Essay on the Strength of Cast Iron adında makale ve araştırma kitabı yazmıştır. Tredgold'un demir kirişlerle ilgili olarak verdiği en çarpıcı öneri, kiriş kesitlerinin T şeklinde olması gerektiğidir. Tregold'un en büyük hatası demir malzemenin çekmeye ve basınca aynı şekilde direnci olduğunu varsaymasıdır. Gerçekte demir malzeme çekmeye beş kat daha fazla dayanabilen bir malzemedir. Tregold'un demir T kirişlerinin alt kısımları biraz daha kalındır. Aynı dönemde Eaton Hodgkinson adında bir İngiliz matematikçi, kirişlerin strüktürel davranışları üzerine çalışmalar yapmıştır. Bu çalışmalardan elde edilen sonuçlar üzerine, ideal bir kirişin üst kısmı, alt kısmına oranla dar ve gelen basınç kuvvetlerine direnç gösteren bölümüdür. Alt kısımda kalan ise daha geniş ve çekme kuvvetlerine karşı direnç gösteren bölümdür. Bu iki kısım düşey bir parça ile birbirlerine bağlamışlardır. Üretim aşamasında bu iki parçanın boyutları birbirlerinden farklı olduğu için donma süreleri aynı değildir. Dolayısıyla bu fark, malzemenin içyapısında çekme kuvvetlerinin oluşmasına yol açmıştır ve istenilen verimin elde edilmesini engellemiştir. Teorik kiriş şeklinin, üretim yöntemleriyle uyumunun sağlanabilmesi için, iki farklı demirin kullanılması düşünülmüştür. Pik demir basınç kuvvetine, ham demir ise çekme kuvvetine karşı kullanılmıştır. 

19 yy.'daki dövme demirin basınç dayanılan pik demirden biraz daha fazladır. Fakat çekmeye karşı dayanımı pik demirden üç kat daha fazladır. Pik demir, kolonlar için uygun bir materyaldir. Basınca karşı dayanımı yüksek olduğu için kalın yıkma fil ayakları yerine, ince hazır demir kolonlar kullanılmıştır. Diğer taraftan pik demirinin çekmeye karşı dayanımının az olmasından dolayı, kirişlerde kullanılması avantajlı olmamıştır.
 
Fırınlardan alınan ham demir merdaneleme, çekiçleme, su verme işlemlerinden sonra daha mukavemetli demir çubuk ve plaka elemanlar haline gelmektedir.1830-1850'li yıllarda, dövme demir ile pik demir bir arada kullanılmaya çalışılmıştır. 

1847'll yıllarda demiryolu köprülerinde, pik demirinden parçalar kullanılmıştır. Bu parçaların boyları çok uzun olmadığı için, mühendisler bu parçaların uçlarına dövme demirlerle birleştirmişlerdir. Oluşturulan bu parçalara eğim verilerek, köprülerin altında kullanmışlardır. Fakat bu yöntemden verim alınmamış ve başarısız olmuştur. Çatı makaslarında, basınç ve çekme kuvvetlerine karşı bu iki ayrı özelliğe sahip demir elemanla kompozit bir strüktür elde edilmiş ve verimli bir şekilde kullanılmıştır.

Demirin işlenmesinde kullanılan, dönen merdanelerdeki gelişmelerin sayesinde çeşitli kesitlerde demir parçalar üretilmiştir. Ancak üretilen demir parçaların boyutları sınırlı olmuştur. O yıllarda üretilebilen en uzun hazır demir kiriş 1.8 m boyundadır. Dolayısıyla, vidalama ve birleştirme tekniği tersaneler tarafından geliştirilmiştir. Bu kirişler plaka, açılı parçalar ve 'Z' çubuklar olarak yapılmış, işin maliyeti çok yüksek olmuştur. Dövme demirle yapılan kirişler de ancak 20 cm'den daha kalın yapılabilmiştir.
 

19.yy'da hazır demir cephe elemanları ABD'de çok yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Fakat Avrupa'daki birçok tasarımcı bunu reddetmektedir. Buna rağmen Londra'nın yukarı kısımlarında birçok hazır cephe inşa edildiği gözlenmiştir. Hazır cephe elemanları kullanılarak geniş cam cephe elde edebilme mağazaların vitrinlerinin oluşturulmasında önemli bir etken olmuştur. Aynı zamanda bina cepheleri, pik demir malzeme ile daha ekonomik şekilde oluşturulabilmek taş malzeme ile yapılacak işçilikten çok daha ucuz ve kolay bir şekilde eski sistemler taklit edilebilmektedir. Bu nedenler pik demirinin, malzeme olarak kullanımındaki en önemli etken olarak görülmektedir. Ayrıca demir malzemenin boyanabilme özelliği bina cephesine değişik bir görünüm kazandırmaktadır. 

19 yy.'da pik demir ile dövme demirin birbirlerini tamamladığı görülmüştür. Pik demir malzeme, ucuz ve temini kolay olmuştur. Kum ve benzeri malzemelerle yapılmış olan kalıplar sayesinde, istenilen süslemeler yapılabilmiştir. Hatta süslemelerde aşırıya kaçıldığında bile ucuz strüktürel elemanlar imal edilebilmiştir. 
 

Demir, rutubete ve hava koşullarına karşı zayıftır. Üzerlerinde hemen pas tabakası oluşmaktadır. İnce demir plakalar ise hava koşullarından daha çabuk hasar görebilmektedir. Kalay, demir malzemeyi pasa karşı korumak için uygulanmış ilk kaplamadır. İlk olarak 16.yy'da Almanlar tarafından uygulanmıştır. 18.yy'ın ortalarında kalay kaplama için uygun incelikte demir levhalar üretilmiştir. Daha sonraları Fransız bilim adamları çinko kaplamayı keşfetmişlerdir. Demirin, iyi kaplandığında, korozyona karşı dayanıklı bir malzeme olduğu anlaşılmıştır.1837 yılında Sorel adındaki bir bilim adamı, ince demir levhalar üzerine çinko kaplamıştır. Bu işlem, bazı elektroliz ve galvanik etkileşimden sonra gerçekleşmiştir. Böylelikle günümüzde kullanılan galvanize sac üretimine geçilmiştir. 

Prefabrike demir taşıyıcı sisteme sahip yapıların inşasında, çatı kaplama malzemesi olarak geleneksel malzemelerin kullanımı vazgeçilemez bir çözüm olarak kabul edilmiştir. Fakat bükülmüş galvanize sacın bulunmasıyla, demir strüktürlerde klasik malzeme kullanımına gerek kalmamaktadır. Bu kaplama, New York ve birçok şehirdeki binaların çatılarında kaplama malzemesi olarak kullanılmaktadır.
 

17 yy.'da ince, en kesitlere sahip metal parçalar üretilmeye başlamıştır. Yumuşak metal düzlem parçalar (kurşun, kalay gibi), dönen silindirlerden geçerek şekillendirilmiştir. Aynı dönemlerde İtalyan bir mucit kurşun çubukları şekillendirilmiş çelik silindirlerin arasından geçirerek 'H' şeklinde profiller elde etmiştir. 1783 yılında Henry Cort, yivli silindirleri icat etmiştir. Bunların arasından dövme demiri geçirerek işlemeye başlamıştır. Cort'un silindirleri ham demirden yapılmış olan çubuk demirleri çekiç ile dövülme yöntemin göre 15 kat daha hızlı üretmektedir. 19 yy.'da buhar makinaları güç olarak kullanılmaya başlanmıştır. Dolayısıyla demir malzemenin şekillendirilmesi ve kesilmesi kolaylaşmıştır. Dövme demirin, ilk çelik silindirlerin arasında şekillendirilerek kullanılması, demir yolları raylarının üretim ihtiyacının ortaya çıkmasıyla başlamıştır. 1820 yılında, dövme demir millerin aralarından geçirilerek yuvarlak başlı 'T' şeklinde raylar üretilmiştir. 

The Trenton' şirketinin sahibi olan Peter Cooper 'T' şeklindeki raylar 1854 yılında üretmiştir. Bu raylar 17.78 cm yüksekliğindedir. Bunlar zamanın mil ile şekillendirilmiş raylar arasında en güzel olan örnekler değildir. Bu raylar Amerika'da yapı sektöründe 'P şeklindeki raylar olarak kullanılmıştır. Strüktürel acılar, kanallar ve 'P kirişleri ilk olarak iki büyük yivli mil tarafından şekillendirilmiştir.

Yivli demirlerin arasından geçen ilk demir parçaları kabaca şekillenmektedir. Daha sonraki millerin aralarından geçerken git gide şekilleri düzelmektedir. Üretimin sonunda miller istenilen ölçütlere ulaşmaktadır. Demir malzeme şekillendirme aşamasında ısısını kaybeder. Küçük kesitleri olan demir malzeme daha hızlı ve çabuk bir şekilde şekillendirme sürecinden geçmelidir. Bunun sonucunda küçük kesitli demir elemanların şekillendirilmelerinde hatalar oluşmaktadır. 1859 yılında İngiltere, üç tane dönen mil için patent vermiştir. Bu üç mil, plakaların şekillenebilmesi için dik bir şekilde yerleştirilmiştir. Bu miller ileri ve geri çalışarak şekillendirme işlemini daha iyi bir biçimde yapabilmektedir. Bu sistem şekillenecek olan metal plakaların dirençlerini azaltmadan ileri ve geri giderek metal plakaları biçimlendirmektedir. Yeniden ısıtma işlemi yapılarak da metal şekillendirilebilmektedir. Ancak bu şekillendirme yöntemi metalin direncini azaltmakta ve üretim maliyetini de arttırmaktadır.
 
Bessemer'in ürettiği çeliğin strüktürel kesitlerinin millerle şekillendirilmesi, elektrik motorlarının bulunmasıyla mekanik bir şekle gelmiştir. Dövme demir ve çelik malzemenin şekillendirilmesi gelişmiştir. Üreticiler, imal ettikleri çelik malzemenin şekillerini ve fiyatlarını belirleyen bilgileri yayımlamaya başlamışlardır. 1850'lerin başlarında çeliğin mimari kullanımı önemli bir hale geldiğinde, dünyadaki pik demirin yarısı İngiltere'de üretilmiştir. Fransa henüz endüstriyel gelişmesini tamamlayamamıştır. I865'den sonra Bessemer'in yöntemi ve yivli millerle şekillendirme metodu Amerika'da gelişmiştir. Ayrıca 1907'den sonra pik demirin üretimi Amerika'da hızlıca gelişmiş 26 milyon tona ulaşmıştır.

Demir malzeme, yapı sektöründe ilk kullanılmaya başlandığı yıllarda büyük bir ilgi görmemiştir. Fakat demir malzemenin yapı alanındaki gerekliliği anlaşılmıştır. Demir ve çelik kullanılarak yapılan yapıların hepsi mükemmel değildir. 1840'11 yıllarda demir malzemeyle üretilen strüktürel şekillerin karakterleriyle ilgili büyük anlaşmazlıklar ortaya çıkmıştır.

Birleşim Metotlarının Gelişimi 

19.yy'ın öncelerinde ham demir ve çelik kullanılarak günümüzdeki gibi karışık formlar tasarlanamamıştır. Kolay üretilebilen profiller, şekiller, açılar ve T biçimleri ilk yivli millerin üretebildiği profillerdir. Bunlar çubuk ve şerit formlardan biraz daha komplikedir. 1830'1u yıllarda 'T' profillerin bir araya getirilerek 'U' şeklindeki bulonlarla tutturulması veya düşey plakalarla yatay plakaların, şerit şeklindeki demirlerle bağlanması moda haline gelmiştir. Fakat bütün bu gelişmelere rağmen metal malzemenin direncinden tam manasıyla yararlanılmamaktadır. 'T' şeklindeki profilleri, iki tane açı profili birbirlerine bulonlayarak elde etmek, çekiç kullanarak çelik plakaları T şekline getirmekten çok daha etkili bir yöntemdir. Bu tarz kombinasyonlar genel olarak sıcak bulonlama tekniği ile yapılmaktadır. Soğuk bulonlama ise uzun zamandan beri bilinmektedir. Fakat sıcak bulonlama gemi inşa endüstrisiyle birlikte tanınmıştır. Köprü ve binaların yapımlarında güçlü birleşim noktalarına sahip olabilmeleri için bu teknik kullanılmıştır. Bu bulonlar soğutulduğunda, metal bulonda bir sıkılaşma olmaktadır. Böylelikle metal plakalar, birbirlerine daha sıkı bir şekilde birleşmektedir. Birleşme noktalarında hiç bir sürtünme kuvveti ve moment oluşmamaktadır. Daha sıkı birleşimler pik demir elemanların birleşimlerinde kullanılmaktadır. Bulonların sıkıştırma kapasiteleri uygulandıkları demir plakaların özelliklerine göre değişmektedir. Kolonlar ve kirişler basit şekillerin bir araya getirilmesiyle oluşturulmaktadır. 1849 yılında Fransa'da yapılmış olan sergide 48.26 cm yüksekliğinde ve 17.78 cm genişliğindeki bulonlanmış bir kiriş gösterilmiştir. 20 yıl sonra bu tipteki kolonlar, hükümetin koyduğu mühendislik standartları haline gelmiştir. 1869 yılına kadar Fransa'da bu tip bir strüktürel elemanların üretimi yapılmamıştır. Ayrıca hiç kimse bu tipteki strüktürel elemanların avantajlarını önceden tahmin edememiştir.

Demir üretiminde diğer ülkelere nazaran çok daha ileride olan İngiltere kendi demir yolu ağlarını geliştirmede çok aktif bir yapıya sahip olmuş ve bulonlama yöntemin geçişte çok hızlı davranmıştır. Demiryolu köprülerinin ve binaların strüktürel sistemlerinde makasları, kemerleri ve kirişleri baskın elemanlar olarak kullanmıştır. Pik demir elemanların bulonlanmasıyla kirişler elde edilmiştir. Bu kirişlere gergi çubuklarının ve pik demir elemanların bulonlanmasıyla, makas, kemer gibi strüktürel elemanlar oluşturulmuştur. Fakat bu birleşimler 1847 yılında çöken Dee köprüsünün yıkılmasından sonra popülerliğini yitirmiştir. Devam eden yıllarda bulonlama sisteminin, dövme demirden yapılmış tüp boru şeklindeki köprüde nasıl kullanıldığı tanıtılmıştır. Kutu kirişler, plakalar ve açılar birbirlerine içi boş bir dikdörtgen metal parça ile birleştirilmiştir. Bu parçalar, köprüyü yanal etkilere karşı dirençli bir hale getirmiştir. Metallere verilen değişik şekiller tübüler formların bir araya gelmesiyle oluşmaktadır. Fakat bu formlar nadiren kullanılmaktadır. Diğer taraftan 'I' şeklindeki kirişler, dört tane açının ve bir tane düzlem plakanın bir araya gelmesiyle oluşur. T şeklindeki kiriş, binada en sıklıkla kullanılan strüktürel elemandır. Çünkü kolay bir şekilde uygulanır ve korozyona karşı her tarafı boyanabilmektedir.

İlk demir kolonlar pik demir malzemeden imal edilmiştir. Maliyeden diğer kolonlara nazaran ucuza gelmektedir. Bu kolonların, yüksek ısıya ve paslanmaya, çelik ve demir kolonlara nazaran çok daha dayanıklı olduğu söylenmektedir. Bununla beraber, bu kolonların dökümü sırasında malzemenin içerisinde boşluklar kalmaktadır. Bu boşluklar bütün bir kolonun direncini kaybetmesine yol açmaktadır. 

Üreticiler bu kolonlardaki gelişmelerin ışığında, bu elemanların yapıların taşıyıcı sistemlerinde daha güvenli bir şekilde kullanıma olanak sağladığını belirtmişlerdir. Fakat yüksek yapılarda, rüzgar kuvvetine karşı rijit bulon birleşimlerine sahip olan dövme demir, çelik gibi daha ağır ve pahalı kolonlara ihtiyaç duyulmaktadır. Dövme demir ve çelik kolonlar, pik demir rijit bulon birleşimlere sahip kolonlardan çok daha fazla tercih edilmektedir. 1890'lardan sonra pik demir kolonlar önemli yapılarda kullanılmamıştır. 

1862 yılında, 'Phoenix' adındaki kolonlar, Phoenix Iron Company tarafından üretilmeye başlamıştır. Bu kolonlar dört, altı veya sekiz dövme demir parçanın birbirlerine eklenmesiyle oluşmuştur. Daha sonraları Phoenix kolonlara dikey plakalar eklenmeye başlanmıştır. Bu plakalar kolonun boyuna eşittir. Bazen bu plakalar kirişler için de bir destek olmaktadır. 1862 yılında 'Z' tipindeki ham demir kolonlar Almanya'da patent almış ve 1888 yılında Amerika'da tanıtılmıştır. Dört tane 'Z' çubuk bir plakaya bağlanmaktadır. Bunlardan iki tanesi plakanın sonuna bağlanmaktadır. 'Z' kolonların kesitleri 'H' kolonlara benzemektedir. Bunlardan başka kafes kolonlar vardır. Bunlar dik açılı ve 'C' şeklindeki profillerin birleşmelerinden oluşmaktadır. Dikey çubuklar bu profillerin arasındaki boşlukları kapatmaktadır. 1891 yılında Chicago'lu bir mühendis 'Z' şeklindeki kolonların en yaygın kolon şekli olduğunu vurgulamıştır. Fakat 1924 yılında başka bir Chicago'lu mühendis 'H' şeklindeki kolonların 'Z' şeklindeki kolonlardan daha yaygın hale geldiğini belirtmiştir.

Metal kolonlardaki gerilmenin hesabı, taşıyıcıların kompleks şekillerde olmalarından dolayı çok karmaşıktır. Demir ve çelik elemanlar kolonların oluşturulmasında montajın ana parçalandır. Bu kolonların kesitlerinde, kolondaki demir oranının merkezden uzakta olmamasına çalışılmıştır Bunun için kolonların çevresine düşey demir parçalar eklenmiştir. 20.yy öncesinde bu fikir yivli millerin yardımıyla üretilen geniş kenarlı kesitlere sahip 'H' şeklindeki kolonlarda da uygulanmıştır. 'H' şeklindeki kolonlarda metal konsantrasyonu dış kısımlarda artmaktadır.

Ark kaynağının birçok avantajı vardır. Bu kaynak, elektrikli ark lambasından etkilenerek geliştirilmiştir. İnsan gücünden büyük bir tasarruf sağlar. Bulonlama sisteminin yapılarda uygulanırken çıkardığı yüksek ses bu tekniğinin olumsuz bir yönüdür. İş merkezlerinin bulunduğu bölgelerde, caddelerin dar olduğu alanlarda bulonlama işlemi yapılırken çıkan sesler çevreyi rahatsız etmektedir. Bu nedenle bulonlama sistemine, iş adamları dernekleri tarafından birçok dava açılmıştır. Bu dernekler, çelik yapıların montajında kaynaklarca işleminin uygulanmasını istemişlerdir. 1885 yılında ilk defa elektrikli ark ile kaynak kullanılmıştır. Kullanılan teller, karbon çubuklar ile yer değiştirmiştir. Kaynaklamada yüzyılın sonunda asetilen kullanılmaya başlanmasıyla birlikte strüktürel çelik pratik bir hale gelmiştir. Kaynaklamada bazı teknikler Amerika'da gelişmiştir. Doğal gaz getiren boruların kaynaklanmasında kullanılan oxyacetylene tipi kaynak Fransa'da çok yaygın hale gelmiştir. Kaynaklanmış buhar kazanları, bulon kullanılmadan yüksek basınçlara dayanır hale getirilmişlerdir. 1920'den sonra kaynakla montajı yapılmış gemi konstrüksiyonu yaygın hale gelmiştir. Bu teknik Almanya tarafından çok sık bir şekilde kullanılmaya başlanmıştır. 1940'lı yıllardan önce elektrikli ark kaynağı gelişmiş olup günümüzün ihtiyaçlarına cevap verebilmektedir.