Amerikan Standartlarına Göre Yıldırım Risk Hesabı

Transkript

1 Amerikan Standartlarına Göre Yıldırım Risk Hesabı Yıldırımdan Korunma sistemlerinin en etkili şekilde tesis edilebilmesi ve tesis edilen sistemlerin güvenliğinde kuşku duyulmaması için çeşitli Risk hesapları mevcuttur. En son Haziran 2006 da IEC EN yürürlüğe giren ve ülkemizde de TS EN adı ile kullanıma sunulan standartta da ilgili risk hesabı için sayfalar dolusu işlem yapılmıştır. Avrupa normlarında hazırlanan bu hesaplamaların pratik uygulamalarda kullanılması epeyce zaman almaktadır. Tabii ki yapılan bu hesaplamalar büyük bilimsel çalışmalar sonucu ortaya çıkmıştır ama Dünya genelinde benzer hesaplamalar biraz daha basite indirgenerek uygulamaya konulmuştur. Bu pratik uygulamaları yıllardan beri ülkesinde uygulayan ülkelerden biri de ABD dir. 80 li yıllarda kullanılan Risk hesabı 2008 de revize edilerek günümüzdeki şeklini almıştır. ABD de 80 li yıllarda kullanılan risk hesabı ve 2008 de revize edilmiş hali aşağıda özetlenmiştir. Her iki hesapta da yıldırıma maruz kalan binanın ya da bölgenin meterolojik durumu, fiziki özellikler, yapısal özellikleri ön planda tutulmuştur. Daha önce IEC EN de geçen ve NFC Fransız standardında da kullanılan risk hesabında, IEC EN ve 2008 de revize edilen NFPA 780 standardı risk hesabı için aynı faktörleri hesaba kattığı söylenebilir. Zaten dikkatlice incelendiğinde, Avrupa Birliğinin IEC EN den önce kullandığı IEC EN deki risk hesabının NFPA 780 deki hesap ile hemen hemen aynı olduğu görülecektir. Eski Amerikan Standardına Göre Risk Hesabı; Amerika Birleşik Devletleri nde Standardın Kabul Ettiği Sınıflandırma, ABD de yapı ve tesisleri karşı karşıya bulundukları yıldırım riski ( R ), yapı veya tesisle ilgili 6 özelliğe bağlı olarak hesaplanmaktadır. Bu özellikler ; Yapının kullanım amacı (A) Yapıda kullanılan malzeme (B) Yapının bulunduğu yerin topoğrafik özelliği(c) Yerleşme yerindeki diğer yapılar (D) Yapının içinde bulunanlar ( E) İle ilgilidir. Aşağıda verilen tablolardan A,B,C,D,E sayıları seçilir. Yıldırımlı gün haritasından yerin izokronik değerleri hesaplanır ve tablo 6 dan Yıldırımın Frekansı (F) bulunur. Yapı veya tesisin yıldırım riski ( R) : R= (A+B+C+D+E)/F formülünden hesaplanır. Hesaplanan ( R) ye göre yıldırım riski Tablo 7 deki sınıflandırmadan okunur. ABD DE YILDIRIM RİSKİNİ HESAPLAMADA YARARLANILAN TABLOLAR Tablo 1 : Yapının Kullanım Amacına Göre (A) Değerleri ; (A) 465 m 2 den küçük aile konutu m2 den büyük tek aile konutu 2 İçinde oturulur,büro veya fabrika binası (15 m den az yükseklikte) m2 den az yer kaplayan alan m2 den fazla yer kaplayan alan 5

2 İçinde oturulur büro veya fabrika binası (yüksekliği m) 4 İçinde oturulur büro veya fabrika binası (yüksekliği m) 5 İçinde oturulur büro veya fabrika binası (yüksekliği 46 m den yüksek) 8 Belediyeye ait servis,su, kanalizasyon binaları,itfaiye,polis binaları 7 Hangarlar 7 Güç jeneratör istasyonları,merkezi telefon santralleri 8 Su ve soğutma kuleleri 8 Kütüphaneler,müzeler, tarihi yapılar 8 Çiftlik binaları 9 Golf sığınakları ve diğer eğlence yerleri 9 Okullar,tiyatrolar gibi halka ait yerler 9 Vapur bacası,kilise,çan kulesi,kontrol kulesi,minare,fener kulesi gibi ince yapılar 10 Hastaneler,hemşire evleri,yaşlı ve sakatların yattıkları yurtlar,imalat,dokunma 10 veya tehlikeli maddeleri saklama binaları Tablo 3 : Yapıda Kullanılmış Malzemeye Göre (B) Değerleri ; Yapısal İskelet Damın Çeşidi (B) Ağaç 5 Metal olmayan (ağaç dışı) Metal-Süreksiz 4 Metal-Elektriksel olarak devamlı 1 Ağaç 5 Ağaç Metal-Süreksiz 4 Metal-Elektriksel olarak devamlı 2 Ağaç 5 Betonarme Metal-Süreksiz 4 Metal-Elektriksel olarak devamlı 1 Ağaç 4 Çelik Yapılı Metal-Süreksiz 3 Metal-Elektriksel olarak devamlı 1 Not: Karışık dam, asfalt,arduvaz,katran, kiremiti kapsar. Tablo 3 : Yapının Topoğrafik Özelliklerine göre ( C ) Değerleri; Yerleşme (C) Düzlük arazide 1 Tepelik bölgede 2 Tepenin en üstü 3 Dağın en üstü 3 Tablo 4 : Yerleşme Bölgesindeki Diğer Yapılara Göre ( D ) Değerleri; Yerleşme Bölgesindeki Yapı Özellikleri (D) Yüksek binalı alandaki yapılar Küçük yapılar (929 m2 den az yer kaplayan) 1 Büyük yapılar (929 m2 den fazla yer kaplayan) 2 Alçak binalı alandaki yapılar Küçük yapılar (929 m2 den az yer kaplayan) 4

3 Büyük yapılar (929 m2 den fazla yer kaplayan 5 Bitişik bina ya da alandan 15,2 m den az yüksek olan yapılar 7 Bitişik bina ya da alandan 15,2 m den fazla yüksek olan yapılar 10 Tablo 5 : Yapının İçinde Bulunanlara Göre ( E ) Değerleri; Yanmaz malzemeler (E) Sıradan eşya ya da techizat 1 Sığırlar ve çiftlik hayvanları 2 Küçük insan toplulukları (50 kişiden az) 3 Yanıcı malzemeler 4 Büyük insan toplulukları (50 den fazla) 5 Yüksek değerli malzeme ve techizat 6 Önemli servisler,polis, itfaiye vb. 7 Yanabilir sıvılar veya gazlar (gaz, hidrojen v.s.) 8 Kritik yönetici techizat 9 Tarihsel içerikliler 10 Patlayıcılar ve patlayıcı karışımları 10 Tablo 5 : İzokronik Eğriye Göre Yıldırım Frekansı ( F) Değerleri; İzokronik düzey (F) ve üstü 9 Not: İzokronik haritaları mevcuttur.) Tablo 7 : Yıldırım Düşme Riski ( R ) Değerleri; R Değeri Risk 0-2 Hafif 2-3 Hafiften ortaya doğru 3-4 Orta 4-7 Ortadan şiddetliye doğru 7 nin üstü Şiddetli Yeni Amerikan Standardına Göre; 1. adım; Yıldırım Darbe Yoğunluğunun Belirlenmesi; İzokronik haritalardan yıldırım darbesine maruz kalacak bölgenin 1 km2 sine 1 yılda düşecek yıldırım darbe sayısı saptanır. 2. adım : Etkili Eşdeğer Alanın Hesaplanması Bu değer yapıların fiziki özelliklerine bağlıdır. Eğer yapı Şekil 1 deki gibi dikdörtgen ise ; Etkili Eş Değer Alan Ae=LW+6H(L+W)+Π9H 2 dir.

4 Şekil 1 Eğer yapı Şekil 2 deki gibi yüksek bir noktası tüm parçalarını kapsıyor ise ; Etkili Eş Değer Alan Ae= Π9H 2 dir. Şekil2. Eğer yapı Şekil 3 deki gibi karışık yapıdaki binaları kapsıyorsa toplam binaların kapladığı toplam alan Ae değeri olarak alınır. 3. Adım : Çevresel Katsayı C1 in Belirlenmesi; C1 FAKTÖRÜ Bağıl Çevresel Durum Yapı, aynı veya daha yüksek ağaç ya da yapılar içinde ise ya da kendisinden uzun yapı ile arasında 3H mesafe varsa 0.25 Yapı, yüksekliği daha az olan yapılar ile çevrili ise ve aralarındaki uzaklık 3H ise 0.5 Yapı etrafından izole ve tek başına ise ve kendisine en yakın yapı yüksekliğinin 3 katı (3H) ise, 1 Yapı, bulunduğu bölgede en yüksekte ise, 2 4.Adım : Yapısal Katsayı C2 in Belirlenmesi; C2 FAKTÖRÜ - Yapısal Katsayılar Çatı / Yapı Metal Tuğla, Beton Tutuşabilir Metal Kiremit

5 Tutuşabilir Adım : Yapısal Bileşenlerin Katsayısı C3 in Belirlenmesi; C3 FAKTÖRÜ - Yapısal Katsayılar Değersiz, yanıcı olmayan Normal değer, yanıcı Değerli, alev alıcı, Çok değerli, yanıcı, bilgisayar ve elektronik eşya içeren Çok değerli, kültürel miras özelliği taşıyan 4 6.Adım : Yapılarda İnsan Durumu (Yapı Doluluğu) Katsayısı C4 ün Belirlenmesi; C4 FAKTÖRÜ - Yapılarda İnsan Durumu (Yapı Doluluğu) Personelsiz bina 0.5 Normal kalabalık 1 Panik rizikolu, tahliye zorluğu 3 7.Adım : Yapılarda İnsan Durumu (Yapı Doluluğu) Katsayısı C5 in Belirlenmesi; C5 FAKTÖRÜ - Yapının Çevredeki Önemi Sürekli kullanımı yok, çevrede değersiz Sürekli kullanımda, çevrede değersiz Çevrede değerli ETKİLİ EŞDEĞER ALAN Ae=LW+6H(L+W)+9πH 2 (Dörtgen Alanlar İçin) KORUMA GEREKLİLİĞİ VE KORUMA SEVİYESİ TAYİNİ TESİS İÇİN BEKLENEN YILDIRIM DARBE SAYISI Nd=Ng.Ae.C TESİS İÇİN TOLERE EDİLEBİLİR YILDIRIM DARBE SAYISI C2.C3.C4.C5 Nc=5, /C Sonuçta; Eğer Nd Nc ise Yıldırımdan korunma sisteminin tesisi isteğe kalmıştır.

6 Eğer Nd>Nc ise Yıldırımdan korunma sisteminin tesis edilmesi gereklidir. Eski ABD Risk Hesabı ile Yeni Risk Hesabının Karşılaştırılması. Örnek: Bir Hastane Binası İçin Risk Hesabı yapalım, hastanemiz bulunduğu yerleşim yerinin en yüksek noktasında bulunsun.bu bina Betonarme olsun ve çatısı da metal olsun.bu hastane binasının bitişinde de başka yüksek yapılı binalar bulunsun.hastane içinde 100 den fazla hasta olduğunu varsayalım.bu hastanede ülkenin en yağmurlu bölgesinde olsun. Bu verilen bilgilere göre eski ABD Risk hesabına göre ( R) yi hesaplayalım. A: 10 (Tablo 1 e göre) B: 4 (Tablo 2 ye göre) C: 5 (Tablo 3 e göre) D: 2 (Tablo 4 e göre) E : 6 (Tablo 5 e göre) F :1 (Tablo 6 ya göre) Bu durumda ; R= (A+B+C+D+E)/F R= ( )/1 R= 27 Bu durumda R değerini Tablo 7 ye göre yorumlarsak, binamız çok ciddi olarak yıldırım düşme riski altınadır.mutlaka koruma yapılmalıdır. NFPA 780 e göre risk hesabı : Hastane : 40x40x30 m olsun. C1: 2 (Adım 3 e göre) C2: 1 (Adım 4 e göre) C3: 2 (Adım 5 e göre) C4: 3 (Adım 6 ya göre) C5:10 (Adım 7 ye göre) Bu durumda ; ETKİLİ EŞDEĞER ALAN L=40 Ae=LW+6H(L+W)+9πH 2 W=40 Ae= H=30

7 (Dörtgen Alanlar İçin) TESİS İÇİN BEKLENEN YILDIRIM DARBE SAYISI Ng=0,04.Td 1.25 Nd=Ng.Ae.C TESİS İÇİN ONAYLI YILDIRIM DARBE SAYISI C=C2.C3.C4.C5 Nc=5, /C Td=70 Ng=8.099 Ae= Nd= C1=2 C1=2 C2=1 C3=2 Nc= C4=3 HESAPLANAN ETKİNLİK E= AKTİF PARATONER KORUMA SEVİYELERİ FARADAY KAFESİ KORUMA SEVİYELERİ E>0,98 SEVİYE1 + EK ÖNLEM I 0,95<E 0,98 SEVİYE1 II 0,80<E 0,95 SEVİYE2 III 0<E 0.80 SEVİYE3 IV Yukarıdaki hesaptan E: 0,999 bulundu. Yukarıda tabloda belirtildiği gibi E değeri 0,98 den büyük çıktığı için bu hesaba göre de Yıldırım Düşme riski çok büyüktür. Özetle bir bina ya da bölge için hesaplanacak Risk değeri tüm standartlarda binanın boyutuna, fiziksel özelliklerine, bölgedeki konumuna ve bölgenin iklimsel durumuna bağlı olduğundan yapılan hesaplamalar yaklaşık sonuç verecektir.