Yapısal Çelik Elemanların Yangından Koruma Sistemleri

14.10.2021

Yapısal Çelik Elemanların Yangından Koruma Sistemleri Türk Dil Kurumu yangın sözcüğünü “zarara yol açan büyük ateş” olarak tanımlamaktadır [1]. Oksijen, ısı kaynağı ve yakıt bileşenlerinin bir araya gelmesi ile kimyasal bir tepkime olan yangın oluşmaktadır. Bu kimyasal tepkime ortamda ısı, alev, gaz ve duman oluşumuna neden olmaktadır ve yapılarda konveksiyonel, ısı iletimi ve sıçrama yoluyla yayılmaktadır. Yapıların yangından korunması ile ilgili 3 temel önlem alınmaktadır. Bunlar; 1. Algılama sistemleri (Duman algılama alarmları, otomatik kapılar vb.), 2. Aktif yangın söndürme sistemleri (Sprinkler, portatif yangın söndürücüler vb.), 3. Yapısal yangın koruma sistemleri (Yangın durdurucular, çelik koruma boyaları vb.). Yukarıda belirtilen sistemler birbirini tamamlayıcı olup birbirleriyle entegre olarak çalışmalıdır. Algılama sistemleri, yangın sistemleri yangında esnasında yapı kullanıcılarını çeşitli elektriksel tesisatlar yardımıyla haberdar ederek can güvenliğine hizmet etmektedir. Aktif yangın söndürme sistemleri ise yangın esnasında çeşitli mekanik tesisatlar yardımıyla yangını söndürmeyi hedeflemektedir. Son olarak, yapısal yangın koruma sistemleri ise yangın esnasında yapının ayakta kalmasını ve alev, zehirli duman ve ısının yapı içerisinde ilerlemesini engellemektedir. Yangın güvenliğinde, geçmişte çıkan yangınların istatistikleri bizlere her zaman yol gösterici olmuştur. Özellikle yayınlanan yangın raporları o yangının detaylı olarak incelenmesine ve yaşanan olaydan ders çıkarılmasına imkan sağlamaktadır. Dünya’da birçok yönetmelik ve standart yaşanan büyük yangınlar sonrası eklemeler yapılarak geliştirilmiştir. Türkiye’de yangın istatistiğinin tutulması ve belirli aralıklarla paylaşılması sektörün gelişmesine katkı sağlayacaktır. Dünya’daki genel istatistiklere bakacak olursak, yılda ortalama 3.8 milyon yangın gerçekleşiyor ve bu yangınlarda ortalama 45 bin kişi ölüyor [2]. Yangın ölümlerinin 3/4’ü dumandan kaynaklanıyorken [3], ölümlerin %57’si yangın kaynağındaki kompartımanda değil farklı bir kompartımanda gerçekleşiyor [4]. Bu istatistikler, alevin, dumanın ve ısının yapı içerisinde ilerlemesinin ölümcül sonuçlara neden olduğunu göstermektedir. Yapısal elemanların yangın dayanımlarının sağlanması ile bu ölümcül sonuçlar azaltılabilmektedir. Bu çalışmada ise, Türkiye’de kullanımı artan yapısal çeliklerin yangından korunması amacıyla kullanılan yangın koruma boyalarının tasarım ve uygulama esasları incelenmiştir.

2. Çelik Yüzeylerin Korunması ve Yangın Dayanımı

Projelerde yapısal çelik kullanımının artması ile birlikte bu elemanların yangın esnasında yapısal olarak dayanım göstermesi, çökmemesi ve belirli bir süre boyunca yangından korunması önem teşkil etmektedir. Yapılarda, çelik elemanların yüzeyleri korozyondan korunma, kimyasal etkileşimden korunma, dekoratif ve yangından korunma amaçlarıyla boyanmaktadır veya kaplanmaktadır. Sistemlerin spesifikasyonu yapılırken bu amaçlar dikkate alınmalıdır. Yapısal çeliğin yangından korunmasında kullanılan üç temel yol vardır. Bunlar; • Çimento Kaplama Sistemleri: Uygulanması nispeten kolaydır, ancak özellikle dükkanlar, ofisler veya stadyumlar gibi ticari binalarda estetik olarak hoş değildir. • Levhalı Kaplama Sistemleri: Yangından korunma gerektiren kiriş veya kolonları kaplamak için kullanılır. Bu yöntemin avantajları, estetik olarak hoş olabilmesi, ancak yerinde yapılması gerektiği ve zor şekillerin etrafında çalışmak için gereken karmaşık doğramalarla oldukça zaman alıcı olabilmesidir. • Şişen (intümesan) Boya Sistemleri: Hem sahada hem de saha dışında kurulabilme avantajına sahiptir, nispeten kolay uygulanır ve daha az zaman alır ve renkli bir son kat alabilir. Ayrıca, birçok insanın çekici bulduğu orijinal çelik işçiliğini açıkta bırakır ve hizmetler için gerektiğinde ek alan sağlar. Bu sistemler arasında son yıllarda intümesan boya kaplamaları ön plana çıkmaktadır. Yapısal çelik yangın koruma boyası olarak adlandırılan boyalar, intümesan özelliktedir. İntümesan kavramı ise ısı ve aleve maruz kaldığında şişen, hacmini arttıran anlamına gelmektedir. İntümesan kaplama boyalarının diğer sistemlere göre temel avantajları ise, hızlı uygulama, hafif ve tozsuz malzeme, iç ve dış ortam için dekoratif bir görünüme sahip olması, kokusuz ve düşük VOC değerine sahip olması, karmaşık çelik geometrilerinde uygulama avantajı ve ince uygulama kalınlığı ile yerden tasarruf sağlamasıdır. [caption id="attachment_129384" align="aligncenter" width="398"]

Şekil 1. Çimento esaslı kaplama sistemi uygulama örneği[/caption] [caption id="attachment_129385" align="aligncenter" width="415"]

Şekil 2. Levhalı kaplama sistemi uygulama örneği[/caption] [caption id="attachment_129386" align="aligncenter" width="388"] boya

Şekil 3. Şişen (İntümesan) boya kaplama sistemi uygulama örneği[/caption]

3. Yönetmelikler, Standartlar ve Tasarım Esasları

Ülkemizde, 2007 yılında resmi gazetede yayımlanan ve 2015 yılında güncellenen “Binaların Yangından Korunması Hakkında Yönetmelik” yangın önlemleri ile ilgili uyulması gereken kuralları ve tasarım esaslarını içermektedir [5]. Yönetmeliğin 5. maddesindeki “Projeler, kanuni düzenlemeler yanında, yangına karşı güvenlik bakımından bu yönetmelikte öngörülen şartlara uygun değil ise yapı ruhsatı verilmez” ibaresiyle yönetmeliğin zorunluluğu vurgulanmaktadır. Türkiye Binaların Yangından Korunması Hakkında Yönetmelik yapısal yangın koruma sistemleri özelinde incelendiğinde, İkinci Kısım–Binalara İlişkin Genel Yangın Güvenliği Hükümleri İkinci Bölüm–Taşıyıcı Sistem Stabilitesi karşımıza çıkmaktadır. Bu bölümdeki 23. madde (4) fıkrada “Çevreye yangın yayma tehlikesi olmayan ve yangın sırasında içindeki yanıcı maddeler çelik elemanlarında 5400C üzerinde bir sıcaklık artışına sebep olmayacak bütün çelik yapılar, yangına karşı dayanıklı kabul edilir. Alanı 5000 m2’den az olan tek katlı yapılar hariç olmak üzere, diğer çelik yapılarda, çeliğin sıcaktan uygun şekilde yalıtılması gerekir. Yalıtım, yangına dayanıklı püskürtme sıva ile sıvama, yangına dayanıklı boya ile boyama, yangına dayanıklı malzemeler ile çevreyi sarma, kutuya alma ve kütlesel yalıtım şeklinde yapılabilir.” [5] ibaresi ile yapısal yangın korunumunun yöntemlerini belirtmektedir. Yapısal yangın korunum sistemlerinin test standartları uluslararası normlara dayanmaktadır ve global olarak 3 temel test standardı kullanılmaktadır.

(TS) EN 13381-8:2013: Yapı elemanlarının yangına dayınımına katkısının tayini için deney yöntemi - Bölüm 8: Çelik elemanlara uygulanmış reaktif koruma,
BS 476 Part 20/21: Yapı malzemeleri ve yapıları üzerinde yangın testleri. Yapının taşıyıcı elemanlarının yangına dayanıklılığını belirleme yöntemleri,
ANSI/UL 263: Yapı inşaat malzemelerinin yangın güvenliği testleri standardı.

Genel olarak bakacak olursak, EN (European Norms) Avrupa Birliği ülkelerinde, BS (British Standards) Birleşik Krallık ülkelerinde ve ANSI/UL (American National Standards Institute / Underwriters Laboratories) Amerika kıtasındaki ülkelerde yapısal çelik elamanların yangın dayanım testlerini yapmak üzere kullanılmaktadır. Ayrıca ülkemizde, Türk Standartları Enstitüsü (TSE) EN 13381-8 standardını TS EN 13381-8 olarak kabul edilerek yayınlanmıştır. Test standartlarının koşulları, işleyişleri ve aşamaları birbirine göre farklılık gösterse de her 3 standart da uluslararası geçerliliğe sahip ve bağımsız kuruluşlar tarafından yapılan testlerdir. Aşağıdaki tabloda test standartlarının içeriğinin genel bir karşılaştırma tablosunu bulabilirsiniz.

Yukarıda bahsedilen test standartlarına göre yapılan yangın dayanım testlerinin sonuçları performans tabloları olarak bağımsız test rapor onaylarında yer alır. Tasarım aşamasında, bu performans tablolarını değerlendirerek yapısal çelik elemanın gerekli yangın dayanımını sağlayabilmesi için uygulanması gereken minimum boya kalınlıkları belirlenir.

Performans tabloları aşağıdaki bilgileri içermektedir;

• Yangın dayanım süresi (60 dakika, 120 dakika vb.), • Çelik eleman tipi (Kolon, Kiriş, I şekilli, Dikdörtgen kesit vb.), • Çelik kesit faktörü; Hp/A= Isınan çevre uzunluğu / Kesit Alanı formülü ile hesaplanır, • Kritik tasarım sıcaklığı; çeliğin dayanımını kaybettiği kritik sıcaklıktır, tasarımcı tarafından belirlenir ya da standartlardaki değerler alınabilir, • Gerekli boya kuru film kalınlığı; tablonun çıktısı olarak uygulanacak ürünün yapısal çeliğe en az ne kadarlık bir kalınlıkta uygulanması gerektiğini belirtir. [caption id="attachment_129388" align="aligncenter" width="734"]

Tablo 2. Performans tablosu örneği[/caption] Sonuç olarak, yapısal yangın koruma sistemleri, yangın esnasında yapının ayakta kalmasını ve alev, zehirli duman ve ısının yapı içerisinde ilerlemesini engellemektedir. Çelik yapıların kullanımının global olarak artması ile de yapısal çelik elemanlarının yangın dayanımı mühendislik çözümü gerektiren bir problem olarak karşımıza çıkmaktadır. Şişen kaplama boyaları ise bu uygulama için kullanılan çimento kaplama ve levhalı kaplamaya göre avantajları olan bir çözüm sunmaktadır. Ulusal yangından korunma yönetmeliğimiz ve uluslararası test standartları ve onayları dikkate alınarak tasarım aşamasında yapısal çeliğin yangın dayanımı dikkate alınmalıdır. Bu çalışmada, yapısal çelik elemanların yangın dayanımı konusunda genel bir değerlendirme yapılmakla birlikte, ilerleyen çalışmalarda bu uygulamaların sahadaki kontrolü, uygulama aşamasında karşılaşılan problemler ve çözüm önerileri detaylıca incelenmelidir.