An Investigation of Design Parameters Influencing Post-Fire Irreparable Structural Damage Limit

Abstract

Son yıllarda, yangın durumunda oluşan deformasyonların sınırlandırılması, sonraki dönemde oluşabilecek onarılamaz hasarları önlemek amacıyla inşaat sektörü için zorunlu bir hale gelmiştir. Bu amaç doğrultusunda, bu çalışma, yangın etkisi altında betonarme yapısal sistemlerin kullanılabilirlik durumunu etkileyen kritik faktörleri detaylı bir şekilde incelemektedir. Araştırma, betonarme kirişlerin sehimlerinin, yangına maruz kalan kolonların yük taşıma kapasiteleri ve birleşik termal ve mekanik yükleme altındaki kolon öteleme oranlarının doğrusal olmayan sonlu eleman modellemeleri temelinde gerçekleştirilmiştir. Yapısal sistemler ve malzemelerin kullanılabilirlik sınırları önemli ölçüde göz önünde bulundurulmuştur. Yangın olayını simüle etmek için, kompartman alanı, havalandırma açıklıkları ve termal atalet gibi değişken özelliklere sahip parametrik bir yangın eğrisi kullanılmıştır. Hesaplama sürecini daha uygun hale getirmek amacıyla parametrik eğriler üretebilen bir yazılım çalışmaya dahil edilmiştir. Mekanik davranış, betonarme (RC) kirişin maksimum taşıma kapasitesi altında incelenmiştir. Mevcut yönetmeliklerde belirtilen kullanılabilirlik sınır durumu için verilen sehim sınırları ve öteleme oranları, sayısal bulgularla karşılaştırılmış; havalandırma koşullarının sehim davranışı üzerindeki etkisi buna bağlı olarak tartışılmıştır. Çalışma, yangından zarar görmüş RC elemanları ile belirli bir yangın senaryosu arasında bir ilişki kurulmasının mümkün olabileceğini ve bunun, tasarımda performans tabanlı yapısal yangın güvenliğinin ilerlemesine katkıda bulunabileceğini ortaya koymaktadır. Simülasyonların, yapısal yangın güvenliğinin sağlanmasında önemli bir bileşen olan mimarlara, binaların ilk tasarım aşamasında açıklıkların sayısını ve boyutlarını optimize etme, malzeme seçimi yapma ve kapalı alanların boyutlandırılması konusunda rehberlik etme potansiyeli bulunmaktadır.

In recent decades, limiting deformations in the event of fire has become a mandatory requirement for the construction industry in an effort to prevent irreparable damage afterward. To serve this purpose, this study thoroughly investigates critical factors affecting the serviceability of reinforced concrete (RC) structural systems under fire exposure. The investigation is based on nonlinear finite element modeling of RC beam deflections, load-bearing capacities of fire-exposed columns, and column drift ratios under combined thermal and mechanical loading. The serviceability limits of the structural systems and materials were accounted for significantly. To simulate a fire event, a parametric fire curve with varying characteristics such as floor area, ventilation openings, and thermal inertia is used. To make the calculation process more eligible, software that produces parametric curves was introduced into the study. The mechanical behavior is examined under the maximum bearing capacity of the RC beam. The deflection limits and drift ratios given in the current guidelines for serviceability limit state are compared with the numerical findings, and the impact of ventilation conditions on deflection behavior has been discussed accordingly. The study reveals that it may be possible to establish a relationship between the fire-damaged RC members and the given fire scenario, which may contribute to the advancement of performance-based structural fire safety in design. The simulations have the potential to assist architects, who are a key component in ensuring structural fire safety, in optimizing the number and dimensions of openings, material choices, and dimensioning closed spaces during the initial design phase.