Giderek daha gelişmiş yöntemlerle, artık yangın durumu gibi olağan dışı koşullar altında önerilen bir tasarımı doğrulamanın çok daha fazla yolu bulunmaktadır. Eskiden hatalı ve aşırı muhafazakâr sonuçlar üreten basitleştirilmiş veya tablo yöntemlerine artık gerek kalmamıştır. Bir tasarımı, detayları dahil olmak üzere, gelişmiş analize tabi tutmak artık mümkündür. IDEA StatiCa Connection, yangın hesabı dahil standartlar için yangına dayanıklılık hesabı sunmaktadır (EN/AISC). 

Üstelik bu o kadar da karmaşık değil. Konuya biraz açıklık getirelim.

Yangın tasarımına nasıl yaklaşılır

Yangın tasarımından söz ederken kullanabileceğimiz birkaç yöntem bulunmaktadır:

• Tablo Yöntemi
• Basitleştirilmiş Tasarım (normal sıcaklıkta tekil elemanların doğrulanması)
• Gelişmiş Tasarım (birleşimler için yangına dayanıklılığın sayısal hesabı dahil doğrulama)

Şimdiye kadar basitleştirilmiş yöntemler kullanılmıştır; ya Tablo Yöntemi ya da analitik veya sayısal yaklaşımla Basitleştirilmiş Tasarım, ancak yalnızca standart sıcaklıklara maruz kalan tekil taşıyıcı elemanlar için. Çelik birleşimlerin yangına dayanıklılık hesabı hiç kullanılmamıştır. Basitleştirilmiş Tasarım, birleşimlerin daha fazla malzeme içerdiği ve diğer elemanlara kıyasla daha yavaş ısındığı temel kabulüyle uygulanmıştır. Bu durum hem güvenlik açıklarına hem de ekonomik verimsizliklere yol açmıştır.

Bununla nasıl başa çıkabiliriz? Kolay bir çözüm var – doğru bir kontrol yapmak. Yüksek sıcaklıklarda Gelişmiş Tasarım bu zayıflıkları giderebilir. Bu, özellikle havalimanları, stadyumlar, hastaneler gibi daha büyük önem taşıyan binalar için zorunludur. Üstelik, yalnızca taşıyıcı elemanlar için değil, birleşimler için de yüksek sıcaklıkta sayısal hesap yapma imkânına sahibiz!

IDEA StatiCa'da kullanılan hesap ilkesine ve genel olarak çelik birleşimlerin tasarım prosedürüne bir göz atalım.

Hesabın özü 

Yangına dayanıklılık hesabı, yangın sınıfı (yangın derecelendirmesi olarak da bilinir) ve yangın eğrisi esas alınarak yapılır.

İlk girdi proje şartnamesinden bilinmektedir. Yangın sınıfı, genellikle itfaiye tarafından onaylanan yangın belgelerinin bir parçası olan bir çıktıdır. Yapının çökmeden önce herkesin binayı güvenli şekilde terk edebilmesi için ne kadar süre dayanması gerektiğini gösterir. Süre 15 ila 240 dakika arasında değişebilir (R15 ile R240) ve bina işlevi ile büyüklüğü, kat sayısı, çıkışların konumu ve daha pek çok parametre tarafından etkilenir. Pratikte bu, terk edilmesi daha zor ancak dört saate kadar dayanması gereken bir bina tasarlayabileceğiniz ya da yeterince hızlı tahliye edilebiliyorsa yapının 15 dakika sonra çökebileceği anlamına gelir. Ancak unutmayın, bu karar size, yani yapı mühendisine değil, bina ve itfaiye departmanına aittir.

Bir sonraki parametre olarak, yanma sürecini gösteren bir yangın eğrisi seçmeniz gerekmektedir. Başka bir deyişle, zamanla havanın ısınmasını. Gerçekte eğri, yanacak bir şey kalmadığında düşmeye başlardı. Ancak tasarım amaçları doğrultusunda, testlere dayalı ve muhafazakâr sonuçlar verecek şekilde büyütülmüş yapay bir eğri oluşturulmuştur. IDEA StatiCa'da Eurocode'a (ISO 834/standart yangın) veya AISC'e (ASTM E119) göre çeşitli eğriler arasından seçim yapabilirsiniz; ayrıca petrol platformları, gemiler veya endüstriyel tesisler için kullanılan hidrokarbon gibi daha hızlı yangın yayılımı için özel eğriler de mevcuttur.

Yangın eğrisinin türüne ve diğer malzeme parametreleri ile boyutlara bağlı olarak, yazılım tekil elemanların (levhaların) sıcaklığını yangın sınıfına göre belirli bir zamanda artımlı yöntem kullanarak hesaplar. Cıvata ve kaynak sıcaklığı, daha sıcak olan bağlantılı levhaya göre alınır. Levhanın otomatik hesabı geçerli standartlara göre yapılır ve yangın koruması kullanılıp kullanılmadığı belirtilebilir. Aynı zamanda, tekil elemanların sıcaklığının manuel olarak girilmesi imkânı da korunmaktadır.

Bileşenlerin sıcaklığına göre malzeme bozunması ve dolayısıyla malzeme özelliklerini azaltan katsayı belirlenir. Levha, cıvata ve kaynak kod kontrolleri, klasik gerilme ve şekil değiştirme analiziyle aynıdır; ancak azaltılmış değerler kullanılır.

Elde ettiklerinize bakın

Birleşimin farklı koşullar altında nasıl davrandığı ve teorinin nasıl uygulandığı hakkında fikir edinmek için IDEA StatiCa Connection'daki yangına dayanıklılık analizi sonuçlarının aşağıdaki kısa gösterimine göz atın.

Önce, birleşimin geçip geçmediğini görmek için gerilme ve şekil değiştirme analizi ile kontrol edeceğim. 

Ardından bir kopya oluşturup yangına dayanıklılık analizini ayarlıyorum. Ayarlarda en düşük yangın sınıfı olan R15'i ve Eurocode'a göre standart yangın eğrisini seçiyorum. Kasıtlı olarak yangın koruması olmayan bir birleşim kuruyorum.

Görüntülenen sonuçlarda, tekil bileşenlerin yangın koruması olmaksızın 15 dakika içinde nasıl ısınacağını ve bunun malzeme özelliklerini ve dolayısıyla test edilen birleşimin taşıma kapasitesini nasıl etkileyeceğini görebiliriz. Yalnızca 15 dakika içinde bazı bileşenlerde 700 °C'nin üzerinde sıcaklığa ulaşıldığı görülmektedir. 

Yangın koruması eklenerek, özellikle bu kadar kısa bir süre için, hemen tamamen farklı değerlere ulaşılır. Levhalar ısınmaya vakit bulamaz ve malzeme bozunması sorun olmaktan çıkar.

Sınıf R90'a yükseltildiğinde ve dolayısıyla yapının yangına dayanması gereken süre uzatıldığında, yeniden yaklaşık 700 °C sıcaklıklara ulaşılır. Ancak yangın koruması ile ilk durumda tahliye için yeterli süre bulunmaktadır.

Sayısal model yardımıyla, farklı durumların bu basit karşılaştırmasını birkaç dakika içinde yapabildik. Ayrıca sonuçlardan tasarımın en zayıf noktasının hangi bileşen olduğunu kolayca okumak da mümkündür.

Son olarak

Yukarıda görüldüğü gibi, yangın etkilerine yönelik tasarım yapmak bu kadar zorlu olmak zorunda değildir. IDEA StatiCa, kullanım açısından güvenli ve aynı zamanda ekonomik bir yapı tasarlamanıza yardımcı olacaktır. Güncelliğini yitirmiş muhafazakâr yöntemlere başvurmaya ya da hesaplamalardan tamamen kaçınmaya gerek yoktur.

IDEA StatiCa Connection'daki yangına dayanıklılığa ek olarak, IDEA StatiCa Member'da tüm taşıyıcı elemanların doğrulanması için de bir çözüm sunuyoruz.

Daha fazla teori için Yangın Tasarımı bilgi tabanı makalesini okuyun veya CTU'dan Profesör Wald tarafından yapılan doğrulama vakalarını inceleyin.