Çelik Yapıların Yangına Karşı Dayanım Tasarımı
Çelik yapının yangına veya yüksek sıcaklığa maruz kalması, malzeme özelliklerinin değişmesine neden olan aşırı bir durumdur, dolayısıyla genel davranışın değişmesi beklenir. Çeliğin 550°C yüksek sıcaklıktaki mukavemeti, sıcak haddelenmiş yapısal çelik, oda sıcaklığındaki yük kapasitesinin %60’ını koruyacak ve çökmeden önce dayanacaktır.
Ancak araştırmalar, yapısal çelik elemanın sınır sıcaklığının 550°C’de sabit olmadığını, ancak iki faktöre, sıcaklık profiline ve yüke göre değiştiğini göstermiştir.
Yangına ve yüksek sıcaklık olaylarına maruz kaldığında malzeme performansının değerlendirilmesine yönelik birçok araştırma çalışması yapılmıştır. Bu nedenle yapıların tasarımı, insan yerleşimiyle ilgili güvenlik konularını korurken aynı zamanda yapının tahribatını azaltacak veya önleyecek önlemleri de içermelidir. Yüksek sıcaklık olaylarına (yangın) maruz kalan yapılar genellikle yapı bütünlüğünü ve performansını değerlendirmek için incelenir. Yangının yapılar ve bileşenleri üzerindeki etkisini en aza indirmek veya kontrol etmek için çeşitli aktif ve pasif yangından korunma yaklaşımları benimsenebilir; ancak malzeme özelliklerinin değişmesi ve yapı sertliğinin kaybı, sonraki eylemlerin önerilmesi için yapının performansının kapsamlı bir şekilde değerlendirilmesini gerektirir. Bu yazıda, Eurocode 3’e göre çelik yapıların yangına dayanıklı tasarımı için tasarım önerileri ve kod gereklilikleri tartışılmaktadır.
I.GİRİŞ
Yangın, yaralanma, ölüm ve mal kaybına neden olan ve ardından olumsuz çevresel sonuçlara neden olan yıkıcı bir olaydır.
Bu nedenle yapıların tasarımı, insan yerleşimiyle ilgili güvenlik sorunlarını korurken yapının tahribatını azaltacak veya önleyecek önlemleri de içermelidir.
Çelik elemanların yüksek sıcaklıklara karşı direnci nispeten düşüktür ve bu nedenle genel yapının bozulmasına neden olur. Beklenen davranış yangının ciddiyetine, malzeme özelliklerine ve sağlanan koruma derecesine bağlıdır.
II. YANGINA DAYANIKLILIK
Yangına dayanıklılık, yangın durumunda herhangi bir binanın yeterli güvenlik seviyesinin sağlanmasında önemli bir rol oynar. Avrupa standartlarına göre, bu yangın güvenliği işlevselliği ayrıca bir yapı elemanının sağlayabileceği farklı güvenlik hedefleri temelinde üç kritere ayrılmıştır. Yukarıdaki yangına dayanıklılık kriterlerinin tanımı şunlardır:
- Kriter “R” – gerekli yangına maruz kalma süresi boyunca yük taşıma fonksiyonunun sürdürüldüğü durumlarda karşılandığı varsayılan yük taşıma kapasitesi
- Kriter “E” – bütünlük ayırma işlevi
- Kriter “I” – maruz kalmayan yüzeyin tamamındaki ortalama sıcaklık artışının belirli bir seviyeyle sınırlı olduğu durumlarda karşılandığı varsayılan ısı yalıtımı ayırma işlevi. Standart yangın durumunda, bu kriterin aşağıdaki durumlarda karşılandığı varsayılabilir: maruz kalmayan yüzeyin tamamındaki ortalama sıcaklık artışı 140 K ile sınırlıdır ve bu yüzeyin herhangi bir noktasındaki maksimum sıcaklık artışı 180 K’yi aşmaz.
III. ÇELİK YAPININ YANGINA DAYANIKLILIK DEĞERLENDİRMESİ
Çeşitli çelik elemanların yangına dayanıklılığı Eurocode 3’ün yangın kısmı yardımıyla değerlendirilebilir ancak aşağıdaki özellikler hakkında iyi bilgiye sahip olmak gerekir:
- Yüksek sıcaklıklarda çeliğin malzeme özellikleri
- Tasarım yaklaşımları ve araçları
- Çelik yapıların yangına dayanıklılık değerlendirmesi için kısmi faktörler
A. Yüksek Sıcaklıklarda Çeliğin Malzeme Özellikleri
Çelik yapısal yangın tasarımının, biri ısıtmayla ilgili, diğeri çelik yapıların yük taşıma kapasitesiyle ilgili olmak üzere iki farklı özelliği ele alması gerekir. Sonuç olarak iki tür malzeme özelliği gereklidir:
- Sıcaklığın bir fonksiyonu olarak çeliğin termal özellikleri
- Çeliğin yüksek sıcaklıklarda mekanik özellikleri
Çeliğin Isıl Özellikleri
Çeliğin termal özellikleri, Şekil 1’de gösterildiği gibi değişen sıcaklıklarla değişir. Termal özelliklerin yalnızca beton yapı elemanının termal tepkisine ilişkin tahminler geliştirmek için yararlı olduğu düşünülmelidir.
Çeliğin termal özellikleri sıcaklığın bir fonksiyonu olarak aşağıda verilen faktörleri içerir:
- Isıl iletkenlik
- Özgül ısı
- Yoğunluk
Çeliğin yüksek sıcaklıklarda mekanik özellikleri
Yapısal çelik, 300°C’nin üzerindeki sıcaklıklarda mukavemetini ve sertliğini kaybetmeye başlar ve sonunda yaklaşık 1500°C’de erir. 450°C’nin üzerindeki sıcaklıklarda çeliğin mekanik özellikleri, sürünmeden büyük ölçüde etkilenir; yani, hem gerilim hem de sıcaklık geçmişleri çeliği etkiler. deformasyonlar.
Çeliğin kombine ısıtılması ve deformasyonunda, bu sıcaklık aralığındaki toplam gerinim üç bileşene ayrılabilir:
- Termal gerilim
- Ani strese bağlı gerginlik
- Zamana bağlı sürünme gerilimi
Çelik özellikleri sıcaklıkla değişir. Neredeyse üniform sıcaklıktaki bir eleman için kritik çelik sıcaklığı, yük taşıma kapasitesinin uygulanan yüklerin etkisine eşit olduğu sıcaklık olarak tanımlanır.
Daha sonra başarısızlık meydana gelecektir.
- Eleman analizi
- Yapı bölümlerinin analizi
- Global yapısal analiz
Kullanılan Yapısal Analiz Programları
Çelik Yapıların Yangına Karşı dayanım tasarımları için kullanılabilen çeşitli yazılımlar mevcuttur. Bu yazılımlar arasında CYPE 3D ve CypeCAD yazılımları oldukça detaylı ve koda dayalı hesaplamalar yapmaktadır.
SONUÇ
- Yangına dayanıklılık yöntemi, çelik yapının yangına dayanıklı tasarımı için çeşitli parametreler dikkate alınarak basit tasarım temeli sağlayan Eurocode 3 bölüm 1 ve 2’ye dayanan yeni ve basitleştirilmiş bir yaklaşımdır.
- Bir yapısal elemanın ısınması, elemanın tipine (örneğin saf çelik veya kompozit çelik/beton) ve yangından korunmanın niteliğine ve miktarına bağlıdır.
Çelik Yapıların Yangına Karşı Dayanım Tasarımı Hakkında Daha Fazla Bilgi
Çelik yapıların yangına karşı dayanım tasarımı hesaplama yöntemleri ve yazılımlar hakkında daha fazla bilgi almak için Ahmet Erdem Duran ile irtibata geçebilirsiniz.
TEL: 0 532 376 05 30
