Çelik yapı tasarımında yangın güvenliğinin düşünülmesi can ve mal kayıplarını önleyecektir. Uygun koruma yönteminin ve yangın korunumunun tasarıma girdi olabilmesi için korunum yöntemlerinin bilinmesi ve değerlendirilmesi önemlidir. İncelenen koruma yöntemlerinin aktif ve pasif tüm yangın güvenliği planlamalarıyla birlikte düşünülmesi ve tasarıma uygun koruma yönteminin seçilmesi yangın güvenliği açısından önemlidir.

2. Çelik Taşıyıcı Elemanların Yangından Korunması

Günümüzde yapıların taşıyıcı sistemlerinin hafif sistemler olma gerekliliği, çelik taşıyıcı sistemleri yapılarda tercih edilen sistemler haline getirmiştir.

Yangının, malzemeler üzerindeki etkisine göre çelik, yangın başlangıcından yaklaşık 10 dakika sonra ilk mukavemetinin yüzde 20'sine, 20 dakika sonra da yüzde 10'una inmiş, alüminyum ise ilk 5 dakikada ilk mukavemetinin yüzde 10'una düşmüştür[l].

2002 yılında yürürlüğe giren yangın yönetmeliğimiz^] ve yeni yangın güvenliği gelişmeleri ile taşıyıcı sistem korunumunun önemini her geçen gün ülkemizde de artmaktadır. Deformasyona uğrayan çelik yapımların yeniden kullanılma olanağı yoktur. Bu nedenle bu tür yapımların yalıtkan gereçlerle kaplanarak yangın direnimli hale getirilmesi zorunludur[3].

Yangına karşı çelik sistemlerin zayıflığı nedeniyle kaçış sürelerinin kısalması koruma yöntemlerinin önemini bir kat daha artırır. Bu amaçla değişik koruma yöntemleri uygulanmaktadır. Bunlardan başlıcaları korumada sistem kuruluşu ve korumada malzeme kullanımı olarak iki başlık altında aşağıda sıra ile ele alınmaktadır.

2.1 Korumada Sistem Kuruluşları

2.1.1 Isının Dağılımıyla Koruma

Çelik yapı elemanlarının yalıtım ürünleri kullanılmadan yangına karşı korunması isteniyorsa su dolanımı ile ısının dağıtılması ideal bir çözümdür. Taşıyıcı sistem elemanları boru ya da kutu en kesitli içi boş profillerden seçilir ve bu profillerin içerisinden su dolaştırılmasıyla yangında oluşan ısı enerjisinin su tarafından emilerek çeliğe olan etkisi azaltılır. Yangına maruz kalan taşıyıcı eleman içerisindeki su ısınarak aldığı enerjinin etkisiyle hareket eder ve yerini depodan gelen soğuk suya bırakır. Suyun sıcaklığı kaynama noktasına ulaşsa bile elemanın sıcaklığı 100 ile 200 °C değerlerini geçmez. Su dolanımı ile soğutma, yapının dış cephesindeki yangın tehlikesi yüksek olan bölgesindeki bazı kolonlar için veya dış cephedeki tüm kiriş ve kolonları içine alan bir sistem kurularak uygulanabilir.

Yapının dış cephesindeki sadece kolonlar için su dolaşımı sistemi uygulanacaksa suyun doğal dolaşımı kullanılarak koruma sağlanabilir. Her kolonun üzerinde kendine ait yeterli büyüklükte su deposu bulunur. Sistemde kolonların içerisinde devamlı su bulunur ve yangında su ısınınca yoğunluğu azaldığı için üstteki depoya yükselir. Isınan suyun yerini depodan gelen soğuk su doldurur ve böylece kolona etkiyen ısı düşer. Suyun ısınmasıyla ortaya çıkan buhar depoya yükselerek burudaki buhar supabından dışarıya atılır. Su devamlı dolaşım sisteminde bulunduğu için donmaya karşı içine potasyum karbonat ve oluşabilecek korozyona karşı potasyum nitrat ilave edilebilir.

Su dolaşımı kullanılarak uygulanan diğer bir sistem de bütün kolon ve kirişleri dolanarak birbirleri arasında bağlantı kuran bir dolaşım sistemidir. Bu sistemin diğerine göre daha karmaşık yapısı vardır. Böyle bir sistemde bir tane ana su deposu ve dağıtımı sağlayan pompaya gereksinim duyulur. Dolaşım sistemindeki birleşimlerde ve diğer kısımlarda su sızdırmazlığının sağlanması zordur. Bu yüzden şebekeye suyun verilmesi otomatik bir yangın alarmı sistemine bağlı olarak gerçekleştirilir. Yüksek yapılarda bu tür bir sistem uygulanırsa suyun hidrostatik basıncı düşünülerek, sistem birkaç bölüme ayrılabilir. Bu sistem için de diğerinde olduğu gibi korozyona ve donmaya karşı katkılar kullanılmalıdır^].

2.1.2. Kolonların Dışarı Alınmasıyla Koruma

Yapının tasarımında çelik elemanların yangına karşı korunmasında alınan önlemlerden bir diğeri kolonların yapının içerisinde değil de dış kısımda tasarlanmasıdır. Böylece kolonlar yangından uzak kalarak daha az etkilenebilirler.

Kolonların yapının cephesindeki boşluklardan uzak kalması gerekir. Bu nedenle cephe boşluklarının karşısında konumlanan kolonlara bir siper tasarlanabilir [7].

2.2 Korumada Malzeme

2.2.1 Kütlesel Koruma

Çelik yapılarda, taşıyıcı yapı elemanlarının beton, tuğla vb. malzemelerle çerçevelenmesi veya doldurulması sonucunda kütlesel koruma sağlanabilir. Beton uygulandığı elemanın üzerinde ısısal dağıtım yaparak, taşıyıcı elemanın kritik sıcaklığa ulaşmasını engeller ve diğer dış tesirlere karşı koruma sağlanır[5].

Yapıda kullanılacak çelik yapı elemanlarının kesit şekillerine göre beton, elemanın içine veya dışına uygulanabilir. Çelik kolonlarda I profillerinin kullanılması ile profil tamamen betona gömülebilir veya çevresi sanlabilir.

Çelik profil dikdörtgen veya daire kesitli ise kolonların içi veya dışı beton ile doldurarak koruma sağlanabilir. Yapılarda betondan dolayı fazladan yük oluşması istenmiyorsa hafif betonlar tercih edilebilir[5].

2.2,2.Levhalarla Koruma

Çelik yapı elemanlarının yangın direnimi artırmada kullanılan yöntemlerden bir diğeri levhalar ile elemanın çevresinin sarılmasıdır. Uygulama temiz bitmiş yüzeyler sağlayabilme ve kuru metotlarla gerçekleştirilebilme gibi avantajlara sahiptir. Yapı elemanlarından istenilen yangın direnim düzeyine göre levhalar bir veya daha fazla tabaka olarak uygulanabilirler. Levha malzemelerinin özellik ve uygulamadaki yöntemlerine göre çeşitli tipleri vardır. Korumada kullanılan levhalar alçı, vermikülit, kalsiyum silikat ve mineral lif gibi inorganik malzemelerden üretilebilirler.

Çelik yapı elemanlarının üzerine çevreyi sarma işlemi yapıştırma, vidalama ve kaynaklı pimlere veya klipslere sabitleme ile gerçekleştirilebilir. Levhaların yerleştirilmesinde derzlerin şaşırtılmasına ve ayrıca derzlerin alçı gibi malzemelerle doldurulmasına dikkat edilmelidir. Yapı elemanlarının korunmasında 680 mm arasında kalınlıklara sahip levhaların kullanılmasıyla 0.54 saat arasında yangın direnimi sağlanabilir [8].

2.2.3. Genleşen Boyalarla Koruma

Çelik yapı elemanlarının üzerine yangında oluşan yüksek sıcaklığın etkisiyle genleşerek koruma sağlayan boyalar sürülmesiyle direnimleri artırılabilir. Uygulandıkları yüzeylerin biçimlerini dışa yansıtırlar ve genellikle görünür elemanların üzerinde koruma sağlamak için kullanılırlar. Dekoratif amaçlı olarak renk verilebilir ve her türlü detayda uygulanabilir. Elemana boya püskürtülerek veya fırça ve rulolarla sürülerek koruma sağlanabilir.Bu boyaların bileşenleri:

? Ayrıştığında fosforik asit gibi bir mineral asit üreten katalizör (amonyum polifosfat).

? Mineral asitle bileşik yaparak kömürleşmiş karbona dönen bir karbonhidrat (nişasta).

? Önceden hesaplanan tepkimenin belirli bir sınır sıcaklığa (250350 ' C arasında) varmasıyla yumuşayıp dağılan bağlayıcı veya reçineden oluşur.

? Bağlayıcının ergimesiyle alevlenmeyen gazlar salarak hava keseciklerinin oluşumuna aracı olan maddeden oluşur. Bu gazlar karbondioksit, amonyak ve su buharıdır. Bunların çıkışıyla bağlayıcı şişer ve normal kalınlığının yaklaşık elli katı kalınlığa genişleyerek kömürleşen yalıtım tabakasına dönüşür[4].

Bu boyaların uygulamada sahip olduğu kalınlığa göre iki çeşidi vardır:

? İnce tabaka oluşturan boyalar Boyalar genellikle solvent veya su bazlıdır. 0.25 ile 1.0 mm. arası kalınlıkta kaplanırsa 30 dakikalık, daha yüksek yangın direnimi isteniyorsa ve 5.0 6.0 mm kalınlıklarında uygulanırsa 120 dakikalık direnim elde edilir. İnce tabaka oluşturan boyalar normal boyama teknikleriyle kolaylıkla uygulanabilir ve istenen estetik beklentileri sağlarlar. Bu boyalar en çok kullanılan boya çeşididirler.

? Kalın tabaka oluşturan boyalar Boyalar genellikle epoksi bazlıdır. 2.0 4.0 mm. arasında uygulanmasıyla 30 dakikalık yangın direnimi elde edilir. Eğer 120 dakika gibi daha yüksek yangın direnimi bekleniyorsa elemanın üzerinde, 1520 mm. arasında kalınlıklarda kullanılır[10]. Çelik yapı elemanın üzerine ayrı özelliklere sahip üç kat boya sürülür. İlk olarak astar boya uygulanır, bunun üzerine yangında korumayı sağlayan özel boya sürülür ve son kat olarak su geçirimsiz boya tabakasıyla kaplanır. Koruma sağlayan boya dış etmenlerden kolay etkilenir. Bu nedenle düzenli olarak kontrol ve bakımları yapılmalıdır [9].

2.2.4. Püskürtme Sıvalarla Koruma

Resim 4. Çelik taşıyıcı kirişe koruma katmanının püskürtme sıva ile uygulanması [9] Çelik taşıyıcı sistem elemanlarının çıplak yüzeylerine, tabancalarla, makineden gelen basınçlı sıvanın püskürtülme işlemi diğer çevreyi sarma yöntemlerinden biridir. Bu yöntem kolon, kiriş ve kafes kirişlerin her çeşit profil kesitlerinde ve karmaşık birleşim detaylarında uygulama kolaylığına sahiptir[4].

Koruma katmanı olarak uygulanan püskürtme sıvanın vermikülit, cüruf ve mineral liflerden oluşan üç çeşidi vardır. Bu malzemelerin bağlayıcılarla (çimento ve alçı v.b.) karıştırılması ile elde edilen sıvanın yüksek yoğunluklu (450 750 kg/m3 arasında) ve düşük yoğunluklu (250 350 kg/m3 arasında) püskürtülen çeşitleri bulunur. Yapı elemanına koruma katmanının lOmm 60mm arasında uygulanmasıyla 2 ile 4 saat arasında yangın direnim düzeyi elde edilebilir. Bu yöntemin avantajı yapı elemanlarının üzerinde bağlantı parçalarına gerek duymadan uygulama kolaylığına sahip olmasıdır [9]. Püskürtme yapılırken koruma uygulanan elemanın dışında diğer yapı eleman ve bileşenlerine de bulaşarak etrafı kirletebilirler. Bundan dolayı korumanın yapı üretilirken hangi aşamada uygulanacağı önceden dikkat edilerek planlanmalıdır. Püskürtülerek koruma yapıldıktan sonra yapı elemanı yüzeyinde estetik açıdan uygun olmayan pürüzlü ve kirli bir yüzey oluşur. Bunu engellemek amacıyla genellikle estetik açıdan mahsuru olmayan veya gözle görülmeyen kirişlerde, asma tavan altındaki döşemelerde, bodrum katlarda ve atölye gibi yapılarda uygulanması tercih edilir. Islak uygulama olarak da adlandırılan bu yöntem kaplama yapılırken, uygulama sırasında ve sonrasında kuruma evresinde kaplamanın donmaması için önlemler alınmalıdır [4].

3.Sonuç

Çelik malzemenin yangın etkisine karşı mukavemetinin az olması çelik taşıyıcı sistemlerin korunmasını zorunlu kılmaktadır. Yapıların taşıyıcı sistem konunum yöntemleri yapının fonksiyonuna, yüksekliğine, kaçış olanaklarına ve bina sakinlerinin sayısına göre değişiklik göstermektedir. Korunum yöntemlerinden birisi daha olumlu yada daha olumsuzdur demek mümkün değildir. Bunun en başta gelen nedeni korunum yöntemlerinin yangın güvenliği planlamasının içinde bir öğe olmasıdır. Korunum yöntemi mutlaka yangın güvenliği planlaması içindeki aktif, pasif tüm önlemler ile birlikte ele alınarak seçilmeli ve mimari tasarıma dahil edilmelidir. Mimar ve mühendislerin, ülkemizin kaynaklarını göz önüne alarak korunum yöntemlerini yapılar için ele almaları önemlidir.

Kaynaklar

1. Eriç M., (2002),"Yapı Fiziği ve Malzemesi",Literatür yayınları 2. basım, İstanbul

2. Anonim, (2002) "Binaların Yangından Korunması Hakkında Yönetmelik" 2002 / 4390, 26 Temmuz 2002 24827 sayılı Resmi Gazete

3. Yavuz G., (1979), "Yapılarda Yangın Korunumu Ve Mimari Tasarıma Etkileri", Yayınlanmamış Doçentlik Tezi, İstanbul Devlet Müh. ve Mimarlık Akademisi

4. Çobanoğlu E., (2003), "Çelik İskelet Strüktürlerde Yangın Korunumu", Yıldız Teknik Üniversitesi FBE, Yüksek Lisans Tezi

5. Akman, M..S.,(2000)," Betonarme Yapılarda Yangın Hasarı Ve Yangın Sonunda Taşıyıcılığın Belirlenmesi", TMMOB İnşaat Müh. Odası, İstanbul

6. Kayabunar B., (1998)" Çelik Yapı Elemanlarının Yangına Karşı Mukavemetinin ve Alınacak Önlemlerin Araştırılması", YTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi, İstanbul

7. Anonim, (1991), "Steel and Fire Safety a Global Approach", Eurofer, Belçika

8. Yavuz G. Balanlı A., (1997) "Yapı Öğelerinin Yangın Direnim Değerlerinin Arttırılmasında Alçı Uygulamaları" , II. Ulusal Alçı Kongresi Bildirileri, İstanbul.

9. Smith, R., (2002), "Fire Rated Caldding of Structural Steel", International Fire Protection Magazine, slO.

lO.Anonim, (2001), "Fire Protection Systems For Architectural Steelwork", Teknik Bülten, unitherm, www.unithermonline.com

11.Anonim, (2002), "VVorld Trade Center Building Performance Study" FEMA 403, Washington

12.Routley J.G, (1993), "New York City Bank Building Fire: Compartmentation Vs. Sprinkler" Technical Report Series United States Fire Administration, No:Tr71 D

Ümit T. ARPACIOĞLU

Arş.Gör. M.S.G.S.Ü. Mimarlık Fakültesi Yapı Fiziği ve Malzeme Bilim Dalı