Progettazione di strutture in acciaio e composte acciaio-calcestruzzo in caso di incendio

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1 I Biblioteca Tecnica Hoepli Progettazione di strutture in acciaio e composte acciaio-calcestruzzo in caso di incendio,- l're111ealene Acciai '~

2 Università IUAV di Venezia S.B.D. A 2746 BIBLIOTECA CENTRALE

3 ~f 1-i-4' EMIDIO NIGRO SANDRO PUSTORINO GIUSEPPE CEFARELLI PAOLA PRINCI PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO E COMPOSTE ACCIAIO-CALCESTRUZZO IN CASO DI INCENDIO secondo gli Eurocodici e le Norme Tecniche per le costruzioni EDITORE ULRICO HOEPLI MILANO UNIVERSITA' IUAV DI VENEZIA BIBL~OTECA CENTRAL& ~s~os INV...,..,,,....,.....,

4 Indice Presentazione Prefazione Premessa 1 Sicurezza strutturale in caso di incendio e metodi di calcolo Definizione della sicurezza strutturale in caso di incendio Inquadramento normativo: le procedure per la valutazione della sicurezza in caso di incendio Approcci per la progettazione strutturale: prescrittivo e prestazionale (o ingegneristico) Approccio prescrittivo Approccio prestazionale o ingegneristico Criteri generali di progettazione nell'ambito del quadro normativo nazionale... I La verifica di resistenza al fuoco delle strutture Criteri generali Valutazione della probabilità di collasso in caso di incendio Calibrazione dei coefficienti parziali per il metodo semi probabilistico agli Stati limite Verifiche nel dominio del tempo, della resistenza e della temperatura La progettazione delle strutture di acciaio in condizioni di incendio Contenuti del volume Comportamento al fuoco delle strutture di acciaio e composte acciaio-calcestruzzo Premessa Caratteristiche dei materiali in funzione della temperatura Proprietà meccaniche Proprietà termiche Densità dei materiali Comportamento dei solai in condizioni di incendio Solette composte acciaio-calcestruzzo Sperimentazione numerica su solette composte

5 INDICE 2.4 Comportamento delle travi in condizioni di incendio Travi di acciaio Travi composte acciaio-calcestruzzo Sperimentazione numerica su travi composte Effetto dei vincoli in condizioni di incendio Comportamento di colonne in condizioni di incendio Colonne in acciaio Colonne composte Confronti prestazionali tra colonne di diversa tipologia Effetto della non uniforme distribuzione di temperatura Comportamento in condizioni di incendio di colonne vincolate Analisi di una sottostruttura Connessioni trave-colonna Sperimentazione su interi edifici e sottostrutture Azioni sulle strutture in condizioni di incendio I Premessa Azioni meccaniche Condizioni e combinazioni di carico Azioni indirette Azioni termiche L'incendio: descrizione del fenomeno fisico La modellazione dell'incendio Fattori che influenzano lo sviluppo dell'incendio Il carico di incendio Il carico di incendio di progetto La curva di rilascio termico Modelli applicativi di curve di incendio Curve di incendio nominali Metodo del tempo equivalente Metodo per la determinazione delle classi di resistenza al fuoco del DM 9 marzo Modelli di incendio parametrici Incendi localizzati Modelli a zone Modelli di campo o CFD Incendi su elementi esterni Analisi tetmica Premessa Meccanismi di trasmissione del calore Flusso termico sugli elementi strutturali Transitorio termico negli elementi strutturali Modelli di calcolo semplificato per strutture di acciaio Elementi interni non protetti

6 INDICE Elementi interni rivestiti con un sistema di protezione dal fuoco Qualificazione dei sistemi protettivi di strutture di acciaio Modelli di calcolo semplificato per elementi composti acciaio-calcestruzzo Solette composte Travi composte Colonne composte Strutture esterne Esempio Modellazione meccanica - Aspetti generali l Premessa Progetto di strutture soggette ad incendio Analisi strutturale in condizioni di incendio l Analisi strutturale globale Analisi di sottostrutture Analisi di singoli elementi Criteri di scelta delle condizioni al contorno in una sottostruttura Metodi per la verifica di sicurezza delle strutture Dati tabellati Modelli di calcolo semplificato Modelli di calcolo avanzato Relazione tra tipo di analisi e metodi di verifica disponibili Procedure per la valutazione della resistenza al fuoco secondo la normativa nazionale e i modelli di calcolo disponibili Considerazioni sulle verifiche nel dominio del tempo, della resistenza e della temperatura Procedure generali e semplificate per la valutazione della resistenza di strutture soggette ad incendio l Metodo del momento-curvatura Un approccio semplificato per il calcolo della resistenza di elementi strutturali soggetti ad incendio: il metodo plastico Cenni ai codici di calcolo agli elementi finiti per l'analisi termo-meccanica delle strutture Il metodo degli elementi finiti Requisiti prestazionali di un programma di calcolo Analisi meccanica - Strutture in acciaio Premessa... ~ Dati tabellati Metodi di verifica degli elementi in caso di incendio Classificazione delle sezioni Elementi tesi Resistenza a compressione di colonne con sezione di classe 1, 2 o

7 INDICE Resistenza a flessione e taglio di travi con sezione di classe 1, 2 o Verifica a pressoflessione Elementi di classe Il metodo semplificato della temperatura critica applicato a elementi di acciaio Collegamenti Uno strumento applicativo: il nomogramma Esempi di applicazione Analisi meccanica - Strutture composte acciaio-calcestruzzo Metodi di verifica per strutture composte Metodo tabellare Modelli di calcolo semplificati Solai composti acciaio-calcestruzzo l Verifica nei confronti dell'integrità e dell'isolamento termico Verifica di resistenza di solai composti Travi composte acciaio-calcestruzzo l Progetto/verifica con il metodo tabellare Modelli di calcolo semplificati Colonne composte acciaio-calcestruzzo Dati tabellari Modelli di calcolo semplificati Connessioni Dettagli costruttivi Applicazione di modelli di calcolo avanzati Premessa Schemi strutturali semplici Schemi strutturali complessi: telai composti acciaio-calcestruzzo Analisi strutturale globale con curva di incendio standard ISO Confronto tra l'analisi di sottostrutture e l'analisi strutturale globale Confronto tra l'analisi strutturale per singoli elementi e l'analisi strutturale globale Analisi strutturale globale con curve di incendio naturali Osservazioni conclusive Bibliografia ; 447

8 Il volume tratta i diversi aspetti della progettazione delle strutture di acciaio e composte acciaio-calcestruzzo in caso di incendio alla luce del nuovo quadro normativo nazionale e internazionale. Con l'entrata in vigore delle nuove Norme tecniche, le parti fuoco degli Eurocodicl sono Il riferimento normativo principale per la progettazione strutturale in caso di incendio. Più che per altri settori dell'ingegneria civile, questo fatto rappresenta una svolta importante per la progettazione di questo tipo di strutture in caso di incendio. Sono infatti ora disponibili modelli di calcolo che consentono di condurre la valutazione della sicurezza anche mediante il nuovo approccio ingegneristico, oltre che con il precedente approccio prescrittivo. Per questo motivo il volume riporta la sintesi delle ricerche teoriche e sperimentali più significative per la comprensione del comportamento di queste strutture soggette a incendio. Vengono quindi illustrate le metodologie di calcolo di semplice applicabilità per la valutazione della sicurezza strutturale in condizioni di incendio. Infine sono fornite le basi delle metodologie di calcolo avanzate nell'ambito dell'ingegneria della sicurezza in caso di Incendio. L'opera si rivolge agli ingegneri strutturistiche intendono completare le proprie capacità di progettazione delle strutture di acciaio e composte acciaio-calcestruzzo soggette a incendio e può essere utilmente adottata nei corsi di Sicurezza in caso di incendio attivi presso varie Università e Politecnici. Indice. Sicurezza strutturale in caso di incendio e metodi di calcolo - Comportamento al fuoco delle strutture di acciaio e composte acciaio-calcestruzzo - Azioni sulle strutture ln condizioni di incendio - Analfsl termica -Aspetti generali della modellazione meccanica -Analisi meccanica delle strutture in acciaio e composte acciaio-calcestruzzo - Applicazione di modelli di calcolo avanzati - Bibliografia. Emidio Nigro, professore associato di Tecnica delle Costruzioni presso la Facoltà di Ingegneria dell'università di Napoli ufederico Il". Nationaf Technical Contact (NTC) italiano per l'eurocodice 4 Parte Fuoco (EN ). Nel settore della sicurezza strutturale in caso di incendio ha fatto parte del Gruppo di Lavoro Misto dell'uni sulla "Resistenza all'incendio delle strutture" ed è membro della Commissione Tecnica per la Sicurezza deffe Costruzioni di Acciaio in caso di Incendio e del Working Group 1 (Fire Resistance) del COST Action C26. Sandro Pustorino, ingegnere, opera nel settore dell,a sicurezza strutturale in caso di incendio sia nell'ambito della ricerca che della progettazione. E stato membro e responsabile del gruppo dt lavoro italiano in vari progetti dì ricerca europei. È membro e coordinatore della Commissione Tecnica per la Sicurezza et.elle Costruzioni di Acciaio in caso di Incendio ed é membro del Comitato ECCS TC3 "Fire Safety". E responsabile di corsi di progettazione di Strutture di acciaio e composte acciaio-calcestruzzo soggette all'incendio presso l'università degli Studi di Trento. Giuseppe Cefarelli, ingegnere. dottorando di ricerca in Ingegneria dei Materiali e delle Strutture presso l'università di Napoli "Federico li", svolge attività di ricerca teorica e sperimentale sul comportamento e la progettazione di strutture soggette ad incendio. Collabora con la Commissione tecnica per la sicurezza delle costruzioni di acciaio in caso di incendio. Paola Princi. ingegr.iere. è responsabile del settore Ingegneria Strutturale In caso di incendio per le attività di ricerca di Structura Engineering S.r.l. Collabora con la Commissione tecnica per la sicurezza delle costruzioni dì acciaio in caso di incendio. Un ISBN ,00 Ulrico Hoepll Editore S.p.A.. via Hoepli, Miiano hoepli@hoepli.it