Yöntemler ve yönetmelikler - Yangın dayanımı kontrolleri

Yangın dayanımı sınır durumları

Yangın dayanımı sınır durumu, öncelikle yapı türüne bağlıdır. Taşıyıcı veya taşıyıcı olmayan bir eleman olup olmadığı ya da duvar, kolon veya kapı olup olmadığı önemlidir. Yönetmelikler bir dizi sınır durumu tanımlamaktadır. En yaygın kullanılan dört tür R, E, I, W'dir.

(a) R = Taşıma gücü ve stabilite, (b) E = Bütünlük, (c) I = Yalıtım işlevi, (d) W = Yangın duvarları

Sınır durumu „R" (taşıma gücü ve stabilite)

'R' sınır durumu, tüm taşıyıcı yapılar için geçerlidir (yangın bölmesi içindekiler dahil). Özellikle binanın stabilitesini sağlayanlar. Bunlar, yangın sırasında bile taşıyıcı işlevlerini sürdürmelidir. 'R' sınır durumu için yapının kiriş veya plak türü olması önemli değildir. R sınır durumu; duvarlar, kolonlar, kirişler, çatı kafes sistemleri, aşıklar ve aynı zamanda rijitleştiriciler vb. için sağlanmalıdır.

Sınır durumu „E" (bütünlük)

'E' sınır durumu, tüm yangın ayırma yapılarının yüzeyleri için geçerlidir. Yangın sırasında, yangın bölmesi yapısında alev geçişine veya sıcak gazların başka bir bölmeye sızmasına izin verecek çatlaklar oluşmamalıdır. Yangın bütünlüğü; yangın bölmelerini ayıran yangın duvarları ve döşemeler, diğer yangın bölücüler veya tavan kaplamaları (arkasında tesisat kanalları vb. bulunabilir) ve uygun olduğu durumlarda yangın kapıları (örn. kapılar) tarafından sağlanmalıdır.

Sınır durumu „I" (Yalıtım işlevi)

'I' sınır durumu, yangından uzak taraftaki mekânın aşırı ısınmasını önlemek amacıyla tasarlanmış yüzey yangın ayırma yapıları için geçerlidir. Isıtılmayan taraftaki veya bu tarafa bitişik malzeme tutuşmamalıdır. Yalıtım kapasitesi, özellikle yangın bölmeleri arasındaki yangın duvarları ve döşemeler gibi sağlam yerleştirilmiş düzlemsel yapılar tarafından sağlanmalıdır. Bu, ağırlıklı olarak yapının her iki tarafında yangın çıkabilecek ve ısıtılmayan taraftaki kişilerin tehlike altında olabileceği iç elemanlara karşılık gelir. Korumalı kaçış yollarına açılan yangın durdurucular da 'I' Sınır Durumuna uymak zorundadır.

Sınır durumu "W" (ısı radyasyonunun sınırlandırılması)

Isı radyasyonu kısıtlamaları, yüzey yangın ayırma yapıları için geçerlidir; "I"ya benzer olmakla birlikte daha az katı gereksinimler içerir. 'W' sınır durumu sıcaklık artışını önleyemez; yalnızca yapının yangından uzak tarafından yayılan ısı akısını belirli ölçüde sınırlandırır. Ancak bu radyant ısı akısı, yangının yayılmasına veya bu tür bir yapının yakınında kaçmakta olan kişilerin tehlikeye girmesine yol açmamalıdır. Bu nedenle 15 kW/m2 ile sınırlandırılmıştır.

Yangın dayanım süresi

Yangın dayanım süresi, yapının yangının etkilerine karşı koyması veya gerekli sınır durumunu (ya da birden fazla sınır durumunu) sağlaması gereken süre olarak tanımlanır. Yangın dayanım süresi dakika cinsinden belirlenir. Temel sınıflandırma süreleri 15, 30, 45, 60, 90, 120 ve 180 dakika olarak belirlenmiştir.

Yangın dayanımı sırasındaki yük

Eurocode'a göre, yangın sırasındaki aşırı yükü basitleştirilmiş olarak  GKT yük kombinasyonunun %70'i olarak kabul edebilirsiniz.

Yangın dayanımı yöntemleri

Tasarım yöntemleri, hesaplama yaklaşımına, doğruluğuna ve karmaşıklığına göre farklılık gösterir. Kritik bir elemanı analiz ederken, en muhafazakâr yöntem olan Tablo yöntemi kullanılabilir.

Kod kontrolü yeterli değilse, İzoterm 500 veya Bölge Yöntemi gibi daha hassas yöntemlere geçme imkânı mevcuttur. Yapının bir bölümünün veya tamamının analizi söz konusu olduğunda, iletim, taşınım veya ışınım gibi sayısal simülasyonlar kullanılabilir. 

Tablo yönteminin temel varsayımları

• Öncelikle tüm değerler silikat agregalar için geçerlidir (yangın etkilerine en duyarlı olanlar)
• Kireçtaşı agrega için gerekli minimum taş boyutu %10 azaltılabilir
• Betonun nemi %3'ten az olmalıdır; aksi takdirde patlayıcı kabuklanma riski vardır
• Beton donatısının kritik sıcaklığı 500 °C'dir
• Öngerilmeli donatı için kritik sıcaklık 400 °C (çubuklar) veya 350 °C'dir (tendonlar ve teller) 
• Donatının yüzeyden eksenel mesafesi 70 mm'den az olmalıdır; aksi takdirde yüzey donatısı dikkate alınmalıdır
• Çok katmanlı donatı durumunda, kenardan ortalama eksenel mesafe hesaplanmalı ve herhangi bir katmanın en küçük eksenel mesafesi en azından R30 kriterini sağlamalıdır
• Tablolardaki değerler arasında doğrusal interpolasyon yapılabilir
• Tablolarda verilen değerler minimum değerlerdir ve Eurocode'a göre tasarım ilkelerine de uyulmalıdır

Kolonlar 

Kolonlar genel olarak A yöntemi veya B yöntemi kullanılarak kod kontrolüne tabi tutulur. Hangi yöntemin kullanılacağına karar vermek tamamen mühendislik tercihine bağlıdır. Kod kontrolü, ağırlıklı olarak normal basınca maruz kalan kolonlar ve rijitleştirilmiş yapılar için geçerlidir.

A Yöntemi

• Maksimum burkulma boyu 3 m'ye ulaşır.
• Burkulma boyu, üst kat için 0,7*L ve her ek kat için 0,5*L'ye eşittir.
• Başlangıç geometrik kusurları, kesit yüksekliğinin %15'inden azdır.
• Maksimum donatı alanı, beton kesit alanının %4'ünden azdır.

B Yöntemi

• Yöntem yalnızca rijitleştirilmiş yapılar için geçerlidir. 
• Kolonun burkulma boyu 3 metreden fazla olabilir.

Kirişler

Kiriş elemanlarının kod kontrolü yalnızca dikdörtgen, T-kesit veya I-kesit enkesitler için mümkündür. Bir sonraki adımda, tek açıklıklı veya sürekli kirişler arasında ayrım yapmak gerekmektedir.

Plaklar

Kiriş elemanlarında olduğu gibi, basit mesnetli plak veya sürekli plak arasında seçim yapılmalıdır. Bir diğer husus ise duvarlar veya kolonlar tarafından oluşturulan mesnetler arasındaki ayrımdır.

a) Tek doğrultulu döşeme, b) İki doğrultulu döşeme, c) Sürekli plak - duvarlar, d) Sürekli plak - kolonlar

Duvarlar

• Yükseklik ile kalınlık oranı 40'tan küçük olmalıdır
• Yangın dayanımı EI – bütünlük ve yalıtım işlevi, taşıyıcı olmayan
• Yangın dayanımı REI – bütünlük ve yalıtım işlevi, taşıyıcı işlev

Özet

Yapıların yangın dayanımının kod kontrolü için Tablo yöntemi çoğunlukla tercih edilir; bu yöntemle mühendis çok hızlı bir şekilde geçer/kalır sonucuna ulaşır. İzoterm 500 veya Bölge Yöntemi gibi daha gelişmiş yöntemler de sıklıkla kullanılmaktadır. Gelişmiş yöntemler, kolon, kiriş, duvar veya döşeme gibi kritik elemanların tablo yönteminde başarısız olması durumunda uygulanır. İletim, taşınım veya ışınım gibi sayısal simülasyon yöntemleri ağırlıklı olarak akademik ortamlarda kullanılmaktadır. IDEA StatiCa RCS, yukarıda bahsedilen Tablo yöntemlerini içermektedir. IDEA StatiCa'daki geliştirme çalışmaları, analizi Tablo yöntemlerinden sayısal yöntemler düzeyine taşımaktadır. Böylece yakın gelecekte IDEA StatiCa Member'da durağan olmayan ısı iletimi analizini kullanabileceksiniz.