Mimari olarak görünür yapısal çelik elemanlarda pasif yangın koruma yöntemlerinin karşılaştırılması
Comparison of passive fire protection methods for architecturally exposed steel structures
Yazar: ESRA KARACA
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ HALET ALMILA BÜYÜKTAŞKIN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Mimarlık Ana Bilim Dalı / Çevre Kontrolü ve Yapı Teknoloji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Mimarlık = Architecture ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Sanayi devrimi ile birlikte gerçekleşen teknolojik gelişmeler ve hızlı üretim imkanları sayesinde çelik malzeme, mimari yapılarda kullanılmaya başlanmıştır. Yüksek çekme ve basınç mukavemetine sahip olması, yapım süresinin kısa olması, geri dönüştürülebilirlik özelliği, tasarımda esneklik ve şeffaflık gibi avantajlarından ötürü ise günümüzde inşa edilen yapıların taşıyıcı sistemleri için vazgeçilmez bir malzeme haline gelmiştir. Çelik, birçok yönden avantajlı bir malzeme olmasına karşın bazı dezavantajları da bulunmaktadır. Yapısal çelik elemanlar, yanıcı özelliğe sahip olmamasına rağmen yüksek sıcaklıklar altında elemanlarda ısıl şekil değişimleri oluşmakta ve yapının yük taşıma kapasitesinde hızlı bir düşüş gözlenmektedir. Bu olumsuz özelliği, çeliğin mimari olarak görünür şekilde kullanıldığı yapılarda çok daha büyük bir sorun meydana getirmektedir. Bu yüzden, yapı içerisinde bulunan kullanıcıların ortamdan tahliye edilmesi ve yangının kontrol altına alınabilmesi için süre kazanmak amacıyla mimari olarak görünür çelik taşıyıcı elemanların yangın güvenliğinin sağlanması büyük önem teşkil etmektedir. Tez çalışması yedi bölümden oluşmaktadır. Birinci bölüm olan giriş bölümünde tez çalışmasının amacı, kapsamı ve çalışma sürecinde izlenen yöntem hakkında bilgi verilmiştir. İkinci bölümde, mimari olarak görünür yapısal çelik elemanlar ele alınmıştır. Mimari olarak görünür yapısal çelik elemanların yapılarda kullanımının farklı yüzyıllar ve mimarlık akımlarının etkisi altında gerçekleşen tarihsel gelişimine değinilmiştir. Bu türdeki çelik elemanların belirli kriterlere göre sınıflandırılması hakkında bilgi verilmiştir. Buna paralel olarak, çelik taşıyıcı elemanların mimaride kullanımının avantaj ve dezavantajlarına yer verilmiştir. Bu elemanların en büyük dezavantajlarından biri olan yangın dayanımı özellikleri, tez kapsamında ele alınarak tezin ilerleyen bölümlerinde detaylı olarak irdelenmiştir.Üçüncü bölümde, yangın ile ilişkili genel kavramlar ve çelik taşıyıcı elemanların yangına karşı dayanımı ile ilgili tanımlar ele alınmıştır. Yangına karşı korumasız çelik elemanların yangın esnasındaki davranışlarının anlaşır hale getirilmesi amacıyla malzemenin yüksek sıcaklıklar altında gösterdiği kimyasal, ısıl ve mekanik davranışları irdelenmiştir.Dördüncü bölümde, yangına karşı korumada mimari olarak görünür çelik taşıyıcı elemanlar için uygulanan pasif koruma yöntemleri irdelenmiştir. Yapısal çelik elemanlar için tarihsel süreç boyunca kullanılan bu yöntemlerden yalnızca çeliğin yapıda görünür olarak algılanabilmesine elverişli olan yöntemler detaylı olarak ele alınmıştır. Bu yöntemlerin yangına karşı korumada gösterdikleri temel işleyiş mekanizmaları, uygulama yöntemleri ve kullanım alanları hakkındaki bilgilere detaylı olarak yer verilmiştir. Beşinci bölümde, mimari olarak görünür yapısal çelik elemanlarda yangına karşı korumada kullanılan pasif koruma yöntemlerinin karşılaştırılabilmesi için birtakım performans kriterleri belirlenmiştir. Koruma yöntemlerinin toplam uygulama maliyetleri açısından kıyaslanabilmesi için, üç katlı çelik taşıyıcılı bir yapı örneği üzerinden analiz ve hesaplamalar yapılmıştır. Altıncı bölümde ise, yapılan analizler sonucunda elde edilen bulgulardan yola çıkılarak pasif koruma yöntemleri hakkında değerlendirmeler yapılmıştır.Tezin yedinci ve bölümünde, çalışma kapsamında yapılan analiz ve karşılaştırmalara ilişkin değerlendirmeler ele alınarak sonuç ve önerilere yer verilmiştir. 

Anahtar kelimeler: Yapısal Çelik, Yangın, Pasif Yangın Koruma Yöntemleri

Abstract:
With the help of the technological developments and rapid production opportunities that took place with the industrial revolution, steel material has started to be used in architectural structures. By reason of its advantages such as high tensile and compressive strength, short construction period, recyclability, flexibility and transparency in design, steel has become an indispensable material for the load-bearing systems of the buildings constructed today. Even though steel is an advantageous material in many ways, it also has some disadvantages. Despite the fact that structural steel does not have flammable properties, thermal deformations occur in the elements under high temperatures and a rapid decrease is observed in the load bearing capacity of the structure. This negative characteristic bring about a much bigger problem in buildings where steel used as architecturally exposed. Therefore, it is of great importance to ensure the fire safety of architecturally exposed steel structures in order to gain time to evacuate the users inside the building and to control the fire. The thesis consists of seven parts. In the first part, which is the introduction, information is given about the purpose, scope of the thesis and the method followed in the study process. In the second part, architecturally exposed steel structures are reviewed. The historical development of the use of architecturally exposed steel structures in buildings under the influence of different centuries and architectural movements has been mentioned. Information was given about the classification of this type of steel elements according to certain criteria. In parallel with this, the advantages and disadvantages of the use of structural steel elements in architecture are given. Fire resistance properties, which is one of the biggest disadvantages of these elements, are discussed within the scope of the thesis and discussed in detail in the following sections of the thesis. In the third part, general concepts related to fire and the fire resistance of structural steel are discussed. In order to understand the behavior of unprotected steel elements during fire, the chemical, thermal and mechanical behavior of the material under high temperatures has been examined. In the fourth chapter, passive protection methods applied for architecturally exposed steel structures in fire protection are discussed. Therefore, among these methods used throughout the historical process for structural steel elements, only the methods that are suitable for architecturally exposed steel structures are discussed in detail. Information on the basic working mechanisms, application methods and usage areas of these methods in protection against fire are given in detail. In the fifth part, some performance criteria have been determined in order to compare the passive protection methods used for fire protection in architecturally visible structural steel elements. In order to compare the protection methods in terms of total application costs, analysis and calculations were made on a three-storey steel carrier structure example. In the sixth chapter, evaluations were made about passive protection methods based on the findings obtained as a result of the analyzes made. In the seventh and last part of the thesis, the evaluations regarding the analysis and comparisons made within the scope of the study are discussed and the results and suggestions are given.

Keywords: Structural Steel, Fire, Passive Fire Protection Systems.