Isıl Genleşme Nedir?
Katı, sıvı ya da gaz, hemen her madde sıcaklığı değiştikçe boyut değiştirir. Isı, maddeyi oluşturan parçacıkların hareketini artırır, parçacıklar daha çok yer kaplar ve cisim büyür; soğuma bunun tersini yapar ve cisim küçülür. Belirli bir sıcaklık değişiminde ne kadar hareket edeceği ise malzemenin kendi özelliğidir.
Cismin üç boyutu olduğu için olay üç biçimde ele alınabilir: boy değişimi, yüzey alanı değişimi ya da hacim değişimi.
Üç Biçim ve Formülleri
Boyca genleşme. Dikme, kayıt, harpuşta ya da panel kenarı gibi boyu belirleyici olan elemanlarda uzunluk değişimi, başlangıç uzunluğu ve sıcaklık farkı ile doğru orantılıdır:
ΔL = α × L × ΔT
Burada ΔL uzunluk değişimi, L başlangıç uzunluğu, ΔT sıcaklık farkı, α ise malzemenin boyca ısıl genleşme katsayısıdır; katsayı milyonda bir bölü derece (×10-6/°C) olarak verilir. Bu sayfadaki hesaplayıcı bu formülü kullanır.
Alansal genleşme. Bir yüzeyde iki yön birden büyüdüğü için, her yönde aynı davranan malzemede alan katsayısı boyca katsayının yaklaşık iki katıdır:
ΔA = 2α × A × ΔT
Hacimsel genleşme. Cisim hacim olarak ele alındığında üç yön birden büyür ve hacim katsayısı boyca katsayının yaklaşık üç katı olur:
ΔV = 3α × V × ΔT
İki ve üç çarpanları, her yönde aynı davranan malzemeler ve makul sıcaklık aralıkları için geçerlidir. Haddelenmiş, ekstrüde, lamine ve lifli malzemeler bu koşulu her zaman sağlamaz; en belirgin örnek ahşaptır: lif yönünde ve life dik yönde çok farklı hareket eder.
Örnek Hesap
3,0 m boyunda, katsayısı 24 ×10-6/°C olan bir alüminyum dikme, 60 °C'lik bir sıcaklık farkına maruz kalırsa:
ΔL = 24 ×10-6 × 3000 mm × 60 = 4,32 mm
Tek kat yüksekliğinde dört milimetreyi biraz aşan bir hareket. Aynı 60 derece, 12 m'lik kesintisiz bir harpuşta sırasında 17 mm'yi geçer; bu yüzden böyle bir sıra uçtan uca sabitlenmez, hareket derzleriyle bölünür.
Cephede Neden Önemli?
Cephe, binanın en geniş sıcaklık aralığına maruz kalan parçasıdır. Ortaya çıkan hareket oransal olarak küçüktür ama onu karşılamak zorunda olan detayların toleranslarına göre büyüktür. Hareket için yer bırakılmazsa yük bir yere gitmek zorundadır: mastik derzler aşırı zorlanır, fitiller yuvasından çıkar, paneller kamburlaşır, bağlantılar kesmeye çalışır, cam metale temas eder ve kenar gerilmeleri başlar.
Hesaba giren uzunluk binanın boyu değil, elemanın onu tutan noktalar arasındaki serbest boyudur. Bu yüzden hareketi değerlendirmeden önce sabit noktanın ve kayar noktaların nerede olduğuna karar verilmiş olması gerekir.
Sıcaklık Farkı Nasıl Seçilir?
Sahada iki ayrı soru sorulur ve ikisi farklı ΔT ister. Bir derzin bina ömrü boyunca karşılaması gereken toplam hareket için, elemanın en düşük ve en yüksek servis sıcaklığı arasındaki farkı kullanın. Eleman monte edildiği andan sonra gerçekleşecek hareket için ise montaj anındaki sıcaklık ile servis sıcaklığı arasındaki farkı kullanın; aynı derzin kışın ve yazın farklı genişlikte bırakılmasının sebebi budur.
Yüzey sıcaklığı hava sıcaklığı değildir. Koyu renkli, güneşi yutan bir metal yüzey yaz güneşinde çevresindeki havadan belirgin biçimde daha yüksek sıcaklığa çıkar; açık renkli ya da yansıtıcı bir yüzey ise havaya çok daha yakın kalır. Proje şartnamesi veya yerel iklim verisi tasarım sıcaklıkları veriyorsa, varsayım yerine o değerler kullanılmalıdır.
Katsayılar Hakkında
Isıl genleşme katsayısı sabit bir sayı değildir. Kendisi de sıcaklığa bağlıdır ve yayınlanan değerler ölçüldükleri sıcaklık için geçerlidir; bu da çoğunlukla oda sıcaklığı, yani 25 °C civarıdır. Bir cephenin gördüğü aralıkta bu bağımlılık ilk değerlendirme için ihmal edilebilecek kadar küçüktür, ama tablo değerini kesin kabul etmemek için bir sebep daha demektir.
Malzeme listesindeki değerler ilgili malzeme grubu için tipik, yayınlanmış büyüklüklerdir ve ön değerlendirme içindir. Alaşıma, kaliteye, bileşime, nem içeriğine ve yöne göre değişirler; doğal taş ve ahşapta bu değişim ciddidir. Tasarımda, geçerli standartta ya da kullanılacak ürünün üretici teknik verisinde yazan değeri kullanın ve "Diğer" seçeneğini seçerek katsayı alanına kendiniz girin.
Sorumluluk reddi; Bu hesaplayıcı, serbest hareket edebilen tek bir eleman için boyca ısıl genleşme formülünü uygular ve bilgi amaçlı basit bir araçtır. Tutulu (kısıtlanmış) genleşmeyi, kamburlaşmayı, katmanlar arası farklı hareketi ya da derz ve bağlantıların hareket kapasitesini değerlendirmez. Resmî kullanım ve uygulama için kullanılamaz; ayrıntılı ve resmî hesaplar için lütfen FMT A.Ş.'ye başvurunuz.