STRUTTURE DI ACCIAIO E COMPOSTE ACCIAIO- CALCESTRUZZO: EC3-1-2 e EC4-1-2

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1 STRUTTURE DI ACCIAIO E COMPOSTE ACCIAIO- CALCESTRUZZO: EC3-1-2 e EC4-1-2 Prof. Ing. Emidio Nigro Dipartimento di Ingegneria Strutturale Università di Napoli Federico II

2 EFFETTI DELL INCENDIO SUGLI ELEMENTI STRUTTURALI h net, d = hnet, r + hnet, c Riscaldamento dei materiali costruttivi Riduzione di resistenza e rigidezza del singolo materiale costruttivo, in funzione della temperatura raggiunta Acciaio Calcestruzzo RIDUZIONE DI RESISTENZA DELL ELEMENTO STRUTTURALE Prof. Ing.. E. Nigro

3 PROVE SPERIMENTALI SU ELEMENTI SINGOLI Consentono di verificare l applicabilità dei metodi di calcolo a freddo al calcolo delle membrature in caso di incendio, a patto di tener conto della riduzione di resistenza dei materiali e di alcuni correttivi.

4 PROVA SPERIMENTALE DI INCENDIO SU EDIFICIO CARDINGTON (UK) Edificio in scala reale di 8 piani, altezza 35 m, pianta rettangolare di circa 1000 m 2 per piano. Struttura portante metallica con solai e travi composte acciaio-calcestruzzo. Vari tipi di incendi: localizzati ed in grandi compartimenti.

5 PROVA INCENDIO SU EDIFICIO IN CARDINGTON (UK) Colonne di acciaio con solette e travi composte acciaio-calcestruzzo

6 PROVA INCENDIO SU EDIFICIO IN CARDINGTON (UK) Protezioni totali o parziali degli elementi strutturali e dei nodi

7 PROVA INCENDIO SU EDIFICIO IN CARDINGTON (UK) Slab deflection after test Date: 23th January Solette composte acciaio-calcestruzzo: grandi spostamenti e sviluppo dell effetto membrana

8 PROVA INCENDIO SU EDIFICIO IN CARDINGTON (UK) Instabilità locale della flangia della colonna Instabilità locale della flangia della trave (assenza di protezione) Schiacciamento delle colonne di acciaio in corrispondenza del nodo (non protetto)

9 PROVA INCENDIO SU EDIFICIO IN CARDINGTON (UK) D2 E2 N D1 E1 Instabilità locale delle travi Effetto dei rivestimenti protettivi

10 PROVA INCENDIO SU EDIFICIO IN CARDINGTON (UK) Crisi a taglio delle travi D2 E2 N D1 E1

11 PROVA INCENDIO SU EDIFICIO IN CARDINGTON (UK) Temperatura nelle connessioni interne (trave-trave) Fin plate Beam low er flange (mid-span) D2 E Temperature, C fin-plate (4th bolt-row ) fin plate (1st bolt row ) 4th bolt-row 3rd bolt-row 1st bolt-row 800 Beam w eb 600 D1 N E Time, min

12 PROVA INCENDIO SU EDIFICIO IN CARDINGTON (UK) Temperatura nelle connessioni di bordo (trave-colonna) Header plate D2 E Temperature, C Beam low er flange (mid-span) Plate (4th bolt-row ) plate (1st bolt-row ) 4th bolt-row 1st bolt-row 2nd bolt-row 800 N 600 D1 E Time, min Thermocouples (TC) TC + HSG in Bolt HT Strain Gauges (HSG)

13 PROVA INCENDIO SU EDIFICIO IN CARDINGTON (UK) Osservazioni derivanti dall esame della sperimentazione Sperimentazione su singoli elementi: i metodi di calcolo a freddo possono essere sostanzialmente estesi al calcolo delle strutture in caso di incendio, salvo tener conto della ovvia riduzione di resistenza degli elementi strutturali Importanza della sperimentazione su strutture complesse: le condizioni vincolari e le sollecitazioni variano durante l incendio; l iperstaticità strutturale consente di avere grandi deformazioni, senza tuttavia collasso strutturale. Effetto membrana nelle solette. Collaborazione travi-impalcato. Vulnerabilità colonne senza protezione. Connessioni trave-trave e trave-colonna.

14 EUROCODICI LA VERIFICA DI RESISTENZA AL FUOCO Nel dominio del tempo: t fi, d t fi, richiesto (tempo di resistenza al fuoco di progetto tempo di resistenza al fuoco richiesto) Nel dominio delle resistenze: Θ R fi, d, t E fi, d, t (resistenza in condizioni di incendio al tempo t Nel dominio delle temperature: (temperatura dell elemento al tempo t γ M d, t Θ cr, d, fi = 1.0 sollecitazione in condizioni di incendio al tempo t) temperatura critica dell elemento)

15 COMBINAZIONI DI CARICO IN CASO DI INCENDIO L incendio è considerato una azione eccezionale per una struttura e si considera concomitante alla combinazione di carico quasi permanente delle azioni di altra natura: F = γ G + γ P ( t) + ψ Q + ψ Q + A ( t) fi, d GA K p K 2,1 K,1 i 2, i K, i d con γ GA = 1.0, ψ 2,i dipendente dalla destinazione d uso dell edificio. Oppure, le combinazioni di progetto per la verifica al fuoco F fi,d possono essere ottenute riducendo le azioni di progetto allo stato limite ultimo a temperatura ordinaria F d attraverso la formula: F fi, d = η fi F d η fi GA G + ψ + 1,1 Q ξ ψ 1,1 ξ = ξ ξ Per gli usuali valori di ξ risulta: η fi = ( ) 0.7) = γ γ γ, con ξ = Qk, 1 G k

16 VALUTAZIONE DELLA RESISTENZA AL FUOCO Valutazione analitica della resistenza al fuoco: Verifica tabellare o grafica Metodi di calcolo semplificati Calcolo analitico (metodi di calcolo avanzati ). R fi,d,t E fi,d,t

17 DISTRIBUZIONE DELLE TEMPERATURE NELLE SEZIONI Prof. Ing.. E. Nigro

18 DISTRIBUZIONE DELLE TEMPERATURE NELLE SEZIONI TRAVE RISCALDATA SU TUTTI I LATI COLONNA RISCALDATA SU TUTTI I LATI COLONNA RISCALDATA SOLO DA UN LATO

19 ANALISI TERMO-MECCANICHE MECCANICHE DELLE SEZIONI METODO M-χ (Calcolo del diagramma momento-curvatura e dei domini N-M) Prof. Ing.. E. Nigro

20 LEGAMI COSTITUTIVI ALLE ALTE TEMPERATURE ACCIAIO CALCESTRUZZO

21 MOMENTO-CURVATURA REALE REALE E MOMENTO CURVATURA FITTIZIO FITTIZIO IN CASO DI INCENDIO t=30 min Momento (kn*m) Soletta 130mmx1500mm IPE240 (S235) h M-χ fittizio M-χ reale t=60 min 40 t=90 min ,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,10 c f < c r curvatura*h

22 MEMBRATURE DI ACCIAIO (CON PROTEZIONI) Pannelli prefabbricati Le vernici intumescenti La protezione mediante schermi Colonne rivestite Blocchi tra le ali delle colonne

23 EUROCODICE 3 Parte 1-21 STRUTTURE DI ACCIAIO METODI DI CALCOLO SEMPLIFICATI Classificazione delle sezioni (parti compresse) in base alla duttilità rotazionale ed alla capacità di sviluppare le resistenze plastiche: Classe 1 Classe 2 Classe 3 Classe 4 Capacità di formazione di una cerniera plastica con elevata duttilità rotazionale Capacità di formazione di una cerniera plastica con limitata duttilità rotazionale dovuta all instabilità locale Incapacità di formazione di una cerniera plastica a causa dell instabilità locale L instabilità locale sopraggiunge prima dello snervamento

24 METODI DI CALCOLO SEMPLIFICATI Classificazione delle Sezioni A Freddo 235 ε = f y ε A Caldo 235 = 0, 85 f y

25 METODI DI CALCOLO SEMPLIFICATI Curve di Riduzione di Resistenza dell Acciaio TENSIONE DI SNERVAMENTO MODULO ELASTICO

26 METODI DI CALCOLO SEMPLIFICATI ELEMENTI TESI Distribuzione uniforme di temperatura N = k N ( γ / γ ) fi, θ, Rd y, θ Rd M,0 M, fi f y ky, θ coefficiente di riduzione della tensione di snervamento dell acciaio alla temperatura θ N Rd resistenza a freddo N Rd = A a f y γ M,0 coefficiente parziale di sicurezza a freddo γ M, fi = 1.0 (coefficiente di sicurezza a caldo ) Distribuzione non uniforme di temperatura n N = A k f / γ fi, t, Rd i y, θ, i y M, fi i= 1 ky, θ, i coefficiente di riduzione della tensione di snervamento dell acciaio alla temperatura θ dell elementino i. f y tensione di snervamento dell acciaio A i i f y, i= k y,,i* f y N fi, t, Rd γ M, fi coefficiente parziale di sicurezza a caldo f y

27 METODI DI CALCOLO SEMPLIFICATI ELEMENTI COMPRESSI Elementi di classe 1, 2 o 3 in compressione (Distribuzione uniforme di temperatura) N = χ A k f γ b, fi, θ, Rd fi y, θ y M, fi χ χ fi coefficiente di riduzione per instabilità flessionale in condizioni di incendio ky, θ coefficiente di riduzione della tensione di snervamento dell acciaio alla temperatura θ γ M, fi coefficiente parziale di sicurezza a caldo dell acciaio fi = ϕ θ + 1 ϕ 2 θ λ 2 θ 2 [ 1+ α λ λ ] 1 ϕ θ = θ + 2 θ α = 0, f y Rapporto di snellezza in caso di incendio: λ = N / N = λ k / k θ pl, θ cr, θ y, θ E, θ

28 METODI DI CALCOLO SEMPLIFICATI ELEMENTI INFLESSI Elementi di classe 1 o 2 Distribuzione uniforme di temperatura M = k M ( γ / γ ) fi, θ, Rd y, θ Rd M,0 M, fi ky, θ coefficiente di riduzione della tensione di snervamento dell acciaio alla temperatura θ M Rd è il momento plastico resistente a freddo γ M,0 coefficiente parziale di sicurezza a freddo γ M, fi coefficiente parziale di sicurezza a caldo asse neutro f y f y M Rd = W pl f y Distribuzione non uniforme di temperatura n M = A z k f / γ fi, t, Rd i i y, θ, i y M, fi i= 1 ky, θ, i coefficiente di riduzione della tensione di snervamento dell acciaio alla temperatura θ dell elementino i. z i distanza baricentro area A i dall asse neutro plastico f y tensione di snervamento dell acciaio asse neutro i f y, i=ky,,i*f y M fi, t, Rd

29 METODI DI CALCOLO SEMPLIFICATI ELEMENTI INFLESSI Distribuzione uniforme di temperatura M = k M ( γ / γ ) fi, θ, Rd y, θ Rd M,0 M, fi K y,θ coefficiente di riduzione della tensione di snervamento dell acciaio alla temperatura θ M Rd è il momento al limite elastico a freddo γ M,0 coefficiente parziale di sicurezza a freddo γ M, fi coefficiente parziale di sicurezza a caldo Elementi di classe 3 f y Distribuzione non uniforme di temperatura f y M = k M ( γ / γ ) / k k K y, i fi, t, Rd y, θ,max Rd M,0 M, fi 1 2,θ coefficiente di riduzione della tensione di snervamento dell acciaio alla massima temperatura nella sezione. f y tensione di snervamento dell acciaio k 1 coefficiente di adattamento alla non uniforme distribuzione di temperatura nella sezione k 2 coefficiente di adattamento alla non uniforme distribuzione di temperatura lungo l elemento M Rd = W el f y

30 METODI DI CALCOLO SEMPLIFICATI ELEMENTI INFLESSI Instabilità flesso-torsionale per elementi di classe 1 o 2 La resistenza per instabilità flesso-torsionale, per travi di classe 1 o 2 non vincolate lateralmente, può essere ricavata con la relazione seguente: M = χ W k f / γ b, fi, t, Rd Lt, fi pl, y y, θ, com y M, fi dove χ Lt, fi è un fattore di riduzione per instabilità laterale in condizioni di incendio; ky, θ, com è il fattore di riduzione della tensione di snervamento dell acciaio valutato per la massima temperatura raggiunta al tempo t nella flangia compressa.

31 METODI DI CALCOLO SEMPLIFICATI ELEMENTI INFLESSI (VERIFICA A TAGLIO) Resistenza a Taglio per elementi di classe 1 o 2 La resistenza a taglio per le sezioni di classe 1 o 2 si può determinare dalla relazione: Vfi, t, Rd = ky, θ, web VRd γm,0 / γm, fi dove V è la resistenza a taglio a freddo (si considera solo il contributo dell anima); Rd V Rd = h θ è la temperatura dell anima della sezione; w t w f yd 3 web ky, θ, web è il fattore di riduzione della temperatura dell anima alla temperatura web θ.

32 METODI DI CALCOLO SEMPLIFICATI FLESSIONE COMPOSTA Elementi di classe 1 e 2 Per elementi soggetti a presso-flessione si utilizzano criteri di verifica simili a quelli validi nel caso di temperatura ambiente, ma introducendo le caratteristiche meccaniche a caldo: χ min, fi N fi,ed A K y, θ γ f y M, fi k + W y pl,y M k y, fi,ed y, θ f γ y M, fi k + W z pl,z M k z, fi,ed y, θ f γ y M, fi 1 χ min, fi N fi,ed A K y, θ γ f y M, fi + χ LT, fi k LT W M pl,y y, fi,ed k y, θ γ f y M, fi k + W z pl,z M k z, fi,ed y, θ f γ y M, fi 1

33 θ a,cr METODI DI CALCOLO SEMPLIFICATI METODO DELLA TEMPERATURA CRITICA Per un dato livello di carico, la temperatura critica è la temperatura per la quale si verifica il collasso di un elemento strutturale con uniforme distribuzione di temperatura 1 = 3919, ln 1 + 3, 833 0, 9674 µ Il metodo è valido per verificare la perdita della capacità portante di elementi (tesi, inflessi e compressi) non sensibili a fenomeni di instabilità. Livello di carico µ 0 = E R fi,d fi,d, 0

34 EVOLUZIONE DELLA TEMPERATURA NEGLI ELEMENTI (incendio interno) Elementi non protetti Distribuzione uniforme di temperatura A / V m θa,t = Ksh hnet t c ρ K sh coefficiente che tiene conto delle shadow effect A m / V fattore di sezione per una sezione di acciaio non protetta A m superficie esposta dell elemento per unità di lunghezza V volume dell elemento per unità di lunghezza c a calore specifico dell acciaio h net flusso di calore netto t intervallo di tempo ρ a densità a a

35 EVOLUZIONE DELLA TEMPERATURA NEGLI ELEMENTI Elementi protetti Distribuzione uniforme di temperatura θ λ A / V ( θ θ p p g, t a, t φ /10 a, t = t ( e 1) d p ca ρa (1 + φ / 3) A p / V fattore di sezione per una sezione di acciaio protetta A p superficie del materiale protettivo per unità di lunghezza V volume dell elemento per unità di lunghezza c a calore specifico dell acciaio in funzione della temperatura c p calore specifico del materiale protettivo indipendente della temperatura d p spessore del materiale protettivo θ,t a temperatura dell acciaio al tempo t θ g,t temperatura del gas dell ambiente al tempo t θ,t g incremento temperatura dell ambiente al tempo t λ p conducibilità termica del materiale protettivo t intervallo di tempo ρ a densità dell acciaio ρ p densità del materiale protettivo ) θ g, t φ = c c p a ρ ρ p a d p A p / V

36 Nomogramma Resistenza al fuoco progettisti : valutazione preliminare della resistenza al fuoco di strutture di acciaio operatori di controllo (VVF) progetti soggetti al controllo dell autorità competente EN

37 IL NOMOGRAMMA Metodo grafico per il dimensionamento delle strutture di acciaio Fattore di sezione modificato in funzione dello shadow effect Fattore per la distribuzione non uniforme sulla sezione trasversale k = k k 1 2 Fattore di sezione modificato in funzione del rivestimeno Fattore per la distribuzione non uniforme lungo l elemento µ = 0 E R fi, d fi, d,0

38 TELAIO MONOPIANO

39 TELAIO MONOPIANO

40 TELAIO MONOPIANO

41 TELAIO MONOPIANO

42 TELAIO MONOPIANO

43 TELAIO MONOPIANO EVOLUZIONE MOMENTI t = 0 t = 468 s t = 1584 s

44 TELAIO MONOPIANO

45 TELAIO MONOPIANO

46 EUROCODICE 4 Parte 1-21 STRUTTURE COMPOSTE ACCIAIO-CALCESTRUZZO CALCESTRUZZO SOLETTE COMPOSTE Soletta composta rivestita con materiale protettivo Soletta composta rinforzata con armature aggiuntive

47 TRAVI COMPOSTE ACCIAIO-CALCESTRUZZO CALCESTRUZZO Trave composta rivestita con materiale protettivo Trave composta parzialmente rivestita di calcestruzzo Slim Floor

48 COLONNE COMPOSTE ACCIAIO-CALCESTRUZZO CALCESTRUZZO Colonna FILLED PARTIALLY ENCASED FULLY ENCASED

49 FATTORI DI RIDUZIONE DELLA RESISTENZA CALCESTRUZZO ACCIAIO Fattori di riduzione della resistenza e della rigidezza per il calcestruzzo normale(nc) e alleggerito(lc) Fattori di riduzione della resistenza e della rigidezza per l acciaio strutturale.

50 TRAVI COMPOSTE ACCIAIO-CALCESTRUZZO CALCESTRUZZO ANALISI MECCANICA Metodo della temperatura critica - Trave semplicemente appoggiata - sezione formata a caldo - sezione di acciaio: h 500 mm - soletta di cls: h c 120 mm Trave composta rivestita di Metodo materiale del protettivo momento resistente - Cls ed acciaio con comportamento rigido-plastico - conservazione delle sezioni piane - assenza di scorrimenti relativi tra le parti - cls teso non reagente Θ d, t Θ cr, d R fi, d, t E fi, d, t Temperatura dell acciaio uniforme Trave composta parzialmente rivestita di calcestruzzo Metodo plastico

51 ANALISI TERMICA

52 MOMENTO-CURVATURA REALE REALE E MOMENTO CURVATURA FITTIZIO FITTIZIO IN CASO DI INCENDIO t=30 min Momento (kn*m) Soletta 130mmx1500mm IPE240 (S235) h M-χ fittizio M-χ reale t=60 min 40 t=90 min ,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,10 c f < c r curvatura*h

53 METODI SEMPLIFICATI PER TRAVI COMPOSTE METODO PLASTICO Calcolo dell asse neutro (equilibrio alla traslazione): Calcolo del momento resistente (equilibrio alla Rotazione): M T (yf - yt ) h u - F fi,rd + = + T y F y T

54 TRAVI COMPOSTE NON PROTETTE: CRITERIO R Trave composta SENZA ricoprimento di cls Temperatura Temperatura gas Temperatura acciaio Acciaio Incremento di temperatura nell intervallo t: 1 Am θa. t = hnet. c ρ V a a d t h net, d = h net, c + h net, r

55 TRAVI COMPOSTE PROTETTE: CRITERIO R Trave composta SENZA ricoprimento di cls Temperatura gas Temperatura acciaio d p Acciaio Protettivo φ = c c p a ρ ρ p a d p A V p Incremento di temperatura nell intervallo t: θ λ / d A 1 φ / 10 ( θ g.t θ a.t ) t ( e ) θ g. t p p p a.t = 1 caρa V 1+ φ / 3

56 TRAVI COMPOSTE: CRITERIO R Resistenza a taglio dei connettori Trave composta La soletta e la trave metallica si comportano come un unico elemento Connettori Resistenza a taglio = min Sufficiente rigidezza e resistenza P P fi,rd fi,rd = PRd ku, θ = ku, θ P k = Rd k c, θ = c, θ πd γ 2 M, fi, v 0,29αd γ M, fi, v 2 f u f ck E cm

57 TRAVE COMPOSTA PARZIALMENTE RIVESTITA - ANALISI TERMICA -

58 TRAVI COMPOSTE: CRITERIO R Distribuzioni di temperatura in travi composte Trave composta semplice con profilo IPE240 Trave composta con profilo IPE240 parzialmente rivestito 20,6 20,4 28,5 29,6 20, ,6 40,8 37,1 95,6 102,7 40,8 25,21 53,64 102, minuti 30 minuti minuti 30 minuti

59 EFFICACIA DEL SISTEMA COMPOSTO IN PRESENZA DI INCENDIO CONFRONTO TRA DIVERSE TIPOLOGIE Confronto di resistenza 250 momento resistente (kn*m) trave non composta trave composta semplice trave composta parz. rivestita tempo (min)

60 EFFICACIA DEL SISTEMA COMPOSTO IN PRESENZA DI INCENDIO Confronto del rapporto di carico 1,200 rapporto di carico 1,000 0,800 0,600 0,50 0,400 0,200 0, tempo (min) trave non composta trave composta semplice trave composta parz. rivestita rapporto di carico = M Rd, fi, t M Rd γ M γ M, fi = 1.0, fi 1.0

61 TRAVI COMPOSTE: CRITERIO R Efficacia dell armatura aggiuntiva 100% momento resistente (kn*m) livello 1 livello 3 senza armatura 100% livello 3 livello ,200 tempo (min) 1,000 Percentuale di armatura rispetto all area della flangia inferiore rapporto di carico 0,800 0,600 0,400 0,200 0, livello 1 livello 3 senza armatura tempo (min)

62 TRAVI COMPOSTE: CRITERIO R Travi composte CON calcestruzzo compreso tra le flange Momento resistente positivo Effetto della temperatura riduzione dimensioni delle parti della sezione riduzione delle caratteristiche meccaniche dei materiali

63 TRAVI COMPOSTE: CRITERIO R Travi composte CON calcestruzzo compreso tra le flange Momento resistente positivo Definizione della sezione resistente Calcolo del momento resistente positivo (-) - (+) +

64 TRAVI COMPOSTE: CRITERIO R Travi composte CON calcestruzzo compreso tra le flange Momento resistente negativo Effetto della temperatura riduzione dimensioni delle parti della sezione riduzione delle caratteristiche meccaniche dei materiali

65 TRAVI COMPOSTE: CRITERIO R Travi composte CON calcestruzzo compreso tra le flange Momento resistente negativo Definizione della sezione ridotta Calcolo del momento resistente negativo

66 TRAVI COMPOSTE VERIFICA TABELLARE O GRAFICA

67 SOLETTE COMPOSTE ACCIAIO-CALCESTRUZZO CALCESTRUZZO CRITERI DI PROGETTO IN CASO DI INCENDIO EUROCODICE 4 Parte (EN ) Criterio di integrità e tenuta E Criterio di isolamento I Criterio di stabilità o capacità portante R

68 SOLAI COMPOSTI NON PROTETTI: CRITERIO R CRITERIO DI STABILITA Metodi semplificati Verifica nel dominio delle resistenze IPOTESI DI BASE M fi, t, R d M fi, d, t Il calcolo della capacità portante della soletta è basato sul metodo plastico (similmente al calcolo a freddo ). Pertanto è necessaria una certa capacità rotazionale della sezione. La distribuzione delle temperature nella soletta può essere stabilita con regole convenzionali, dedotte da sperimentazioni in condizioni di incendio, piuttosto che sul calcolo specifico del campo termico.

69 RESISTENZA AL FUOCO DI UNA SOLETTA COMPOSTA Considerazioni In caso d incendio la resistenza minima di una soletta composta è di 30 minuti (suggerito da EN ). Per avere resistenze maggiori bisogna adottare alcuni provvedimenti, come l inserimento di armatura addizionali di rinforzo oppure uno strato isolante o una controsoffittatura all intradosso della soletta. Affinché la resistenza superi i 60 minuti si può aggiungere armatura di rinforzo all interno della nervatura di calcestruzzo.

70 RESISTENZA AL FUOCO DI UNA SOLETTA COMPOSTA CONFRONTO TRA DIVERSE TIPOLOGIE L armatura si pone su diversi livelli; Si considerano due diverse percentuali meccaniche d armatura: d rapporto di carico 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 E D C z (mm) diagramma del rapporto di carico (t=60min) con i valori dell'eurocodice B A w=1 w=0.65 w=0 A ω = s Il rapporto di carico è stato valutato rispetto al momento resistente a freddo in assenza di armatura. A A B C D E l ω = 1 φ12 ω = 0.65 φ10 f f sk yk

71 RESISTENZA AL FUOCO DI UNA SOLETTA COMPOSTA Prove edificio di Cardington Effetto membrana Slab deflection after test Date: 23th January Solette composte acciaio-calcestruzzo: grandi spostamenti e sviluppo dell effetto membrana.

72 PROVA INCENDIO SU IMPALCATO COMPOSTO (CTICM)

73 PROVA INCENDIO SU IMPALCATO COMPOSTO (CTICM)

74 SISTEMA SLIM FLOOR Impalcato con travi in spessore di solaio

75 SISTEMA SLIM FLOOR Impalcato con travi in spessore di solaio 60 min

76 SISTEMA SLIM FLOOR

77 COLONNE COMPOSTE ACCIAIO-CALCESTRUZZO CALCESTRUZZO I metodi semplificati forniti dall EC4 sono per: - Sezione di acciaio con parziale ricoprimento di cls; - Sezione di acciaio tubolare (circolare o quadrata) riempita di cls Validità EC4 solo per telai controventati Colonna FILLED PARTIALLY ENCASED FULLY ENCASED N Resistenza assiale in caso di incendio = χ ( λ) N fi, Rd, z z fi, pl. Rd Instabilità intorno all asse z con inerzia minore Curva di instabilità (c)

78 COLONNE COMPOSTE: CRITERIO R Definizione della lunghezza libera di inflessione 0,7 L 0,5 L λ = N N fi, pl, R fi, cr lθ = β l N fi, cr = π 2 ( EI) l 2 θ fi, eff

79 COLONNE COMPOSTE: CRITERIO COLONNE COMPOSTE: CRITERIO R cr fi R pl fi N N,,, = λ Rd pl fi N,, 0, = 1, fi γ M con + + = m c fi M c c k s fi M sy s j a fi M ay a Rd pl fi f A f A f A N,,,,,,,,,,,,,, γ γ γ θ θ θ θ θ θ + + = m c c c k s s s j a a a eff fi I E I E I E EI ) ( ) ( ) ( ) (,,,,,,,,,, θ θ θ θ θ θ θ θ θ ϕ ϕ ϕ

80 VERIFICA TABELLARE O GRAFICA Livello di carico: η fi,t = E fi,d,t R d E fi, d, t è l effetto delle azioni di progetto in condizioni di incendio, al tempo t. R d è la resistenza di progetto a freddo.

81 RESISTENZA AL FUOCO DI TIPOLOGIE STRUTTURALI DIFFERENTI

82 RESISTENZA AL FUOCO DI TIPOLOGIE STRUTTURALI DIFFERENTI

83 RIDUZIONE DEL DOMINIO DI RESISTENZA DI COLONNE DI ACCIAIO IN CASO DI INCENDIO M u [knm] SEZIONE IN ACCIAIO NON PROTETTA N [kn] u M u [knm] t SEZIONE 90 IN ACCIAIO PROTETTA (s = 1 cm) t N [kn] u

84 RIDUZIONE DEL DOMINIO DI RESISTENZA DI COLONNE COMPOSTE IN CASO DI INCENDIO M u [knm] SEZIONE COMPOSTA "COMPLETELY ENCASED" 120 t N [kn] u M u [knm] SEZIONE 120 COMPOSTA "PARTIALLY ENCASED" t N [kn] u

85 RIDUZIONE DEL DOMINIO DI RESISTENZA DI COLONNE IN C.A. IN CASO DI INCENDIO

86 CURVE DI DEGRADO DELLA RESISTENZA NEL TEMPO DI TIPOLOGIE STRUTTURALI DIFFERENTI

87 OSSERVAZIONI SULL ANALISI COMPARATIVA A parità di capacità portante a freddo il minor degrado di resistenza all incendio viene esibito dalla sezione composta con profilo completamente inglobato nel calcestruzzo, grazie al ricoprimento del profilo metallico da parte del calcestruzzo. Le altre due tipologie di sezione composta mostrano un significativo miglioramento nella resistenza al fuoco rispetto alla sezione di acciaio nudo. Le sezioni di acciaio necessitano spesso di rivestimenti protettivi per raggiungere livelli di resistenza al fuoco adeguati, soprattutto se il livello di progetto η fi è elevato.

88 STRUTTURE DI ACCIAIO E COMPOSTE ACCIAIO-CALCESTRUZZO: EC3-1-2 e EC4-1-2 GRAZIE PER L ATTENZIONE Sito Commissione per la Sicurezza delle Costruzioni in Acciaio in caso d Incendio

89 Analisi globale telaio in struttura composta acciaio-cls cls Telaio con travi rivestite progettato in zona sismica 2 sottoposto allo scenario d incendio 1 ROTTURA DELLA COLONNA t = 57.2 min

90 Analisi globale telaio in struttura composta acciaio-cls cls Telaio con travi rivestite progettato in zona sismica 2 sottoposto allo scenario d incendio 2 ROTTURA DELLA TRAVE t = min

91 Confronto tra analisi globale e analisi semplificata

92 Analisi globale telaio CURVA DI INCENDIO PARAMETRICA Telaio con travi rivestite progettato in zona sismica 2 sottoposto allo scenario d incendio Temperatura [ C] ISO 834 Curva Tempo-temperatura paramentrica TEMPO [min] Temperatura [ C] ISO Curva Paramentrica TEMPO [min]

93 Analisi globale telaio CURVA DI INCENDIO PARAMETRICA TEMPO [min] min MOMENTO [Nm] Dominio M-N corrispondente al tempo in cui il momento sollecitante raggiunge il massimo valore N [kn] M [knm] Sollecitazione sulla sezione di testa della colonna d'estremità