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Progettazione in caso di incendio delle strutture di acciaio di capannoni industriali
11/04/2017

Modellazione termo-meccanica di scenari di incendio

Emidio Nigro, Anna Ferraro - Università degli Studi di Napoli Federico II, Di.St. - Dipartimento di Strutture per l’Ingegneria e l’Architettura
Sandro Pustorino, Paola Princi - StructuraEngineering srl
Franco Bontempi, Chiara Crosti - Università degli Studi di Roma Sapienza, Dipartimento di Ingegneria Strutturale e Geotecnica
Luca Ponticelli, Claudio Mastrogiuseppe - Corpo Nazionale dei Vigili del Fuoco

Nel presente lavoro si analizza la sicurezza strutturale in caso d’incendio degli edifici industriali monopiano in acciaio alla luce delle nuove “Norme Tecniche di prevenzione incendi” [2], che si ispirano a norme e linee guida internazionali di carattere prestazionale, come le Inglesi ed Americane BS e NFPA. L’attività è stata svolta in due fasi: la prima (fase I) ha riguardato lo studio di un benchmark europeo sugli incendi in Capannoni di acciaio con destinazione d’uso attività di tipo industriale [7], la seconda fase (fase II) è dedicata all’applicazione dell’approccio ingegneristico ai sensi delle nuove Norme Tecniche di Prevenzione Incendio (D.M.Int. 03/08/2015) a questo tipo di edifici. La fase II è stata divisa in due parti per considerare due diverse destinazioni d’uso tra le possibili attività industriali che possono essere inserite in capannoni di acciaio.
L’approccio prestazionale o ingegneristico, a differenza di quello prescrittivo, si basa su un’analisi dettagliata del comportamento strutturale sotto incendio mediante modelli di calcolo avanzato sia per gli aspetti termo-fluidodinamici che per l’analisi termo-meccanica delle strutture.
Mediante l’approccio ingegneristico è, quindi, possibile valutare in modo completo la sicurezza in caso d’incendio di una costruzione, definendo in modo opportuno: il rischio d’innesco dell’incendio in funzione della destinazione d’uso (tipologia di carico d’incendio e quantità e tipo di utenti) e della presenza, tipo ed efficacia di misure di protezione attiva (come sistemi di rilevazione, di allarme e di estinzione); i possibili scenari d’incendio di progetto da considerare per le verifiche; i modelli di incendio per definire le curve di incendio nei vari scenari, determinando, con modelli di complessità differente a seconda dei casi, lo sviluppo dell’incendio stesso, con il conseguente moto dei fumi caldi, in funzione delle caratteristiche geometriche e delle condizioni di ventilazione del compartimento, della tipologia e quantità di carico d’incendio di progetto; i modelli di calcolo per l’analisi termo-meccanica delle strutture soggette ad incendio.
L’approccio ingegneristico per la verifica delle strutture in caso d’incendio consta di due fasi principali: la prima che ha come obiettivo la definizione degli scenari d’incendio, la seconda che riguarda le verifiche di sicurezza sia in termini di salvaguardia delle vite umane che in termini di resistenza strutturale per i vari scenari di incendio prima definiti.
Nel presente lavoro si analizzano tutte le fasi logiche dell’approccio ingegneristico (Figura 1) per la verifica strutturale in caso d’incendio di un capannone di acciaio con destinazione d’uso officina meccanica secondo le indicazioni delle nuove Norme Tecniche di Prevenzione Incendio (D.M.Int. 03/08/2015), denominate anche nuovo Codice di Prevenzione Incendi. L’applicazione dell’approccio ingegneristico è poi confrontata con i risultati ottenuti con il metodo prescrittivo applicato al medesimo caso studio sempre ai sensi del nuovo decreto.
 
Figura 1. Layout generale dell’analisi della sicurezza in caso d’incendio di una costruzione.
 
Per quanto concerne la destinazione d’uso scelta per il capannone in oggetto, si evidenzia che in questo report si è stabilito di analizzare la resistenza al fuoco di un capannone industriale utilizzato per un‘attività produttiva che presenta una probabilità d’innesco d’incendio più elevata rispetto al deposito di legna, destinazione d’uso usata nella prima parte della fase II [9] e caratterizzata da un più elevato valore del carico d’incendio specifico. La nuova destinazione d’uso è stata determinata, come meglio chiarito nel seguito, eseguendo, sulla base di dati statistici disponibili, una ricerca tra le diverse tipologie di attività possibili in strutture di tipo industriale ed individuando quale attività presenta una maggiore probabilità che si verifichi un incendio.
Per la definizione delle curve d’incendio naturali, a valle della definizione degli scenari si è fatto riferimento ai metodi proposti nell’Eurocodice 1 parte 1-2 (EN 1991-1-2 [3]). In particolare sono stati applicati i modelli a zone per gli scenari d’incendio di tipo generalizzato (post-flashover) e i modelli d’incendio localizzato (pre-flashover). A tal fine sono stati utilizzati codici di calcolo di utilizzo corrente nella comunità tecnico-scientifica, quali Ozone1, usato dal gruppo di StruEng, e CFast2, usato dal gruppo di UniNA, entrambi scaricabili gratuitamente dal web.
Le verifiche strutturali sono state condotte su schemi tridimensionali con l’ausilio del programma di calcolo agli elementi finiti SAFIR3[12], usato dal gruppo di StruEng, sviluppato presso l’Università di Liegi (Belgio), che consente analisi non lineari meccaniche ed in grandi spostamenti. La validazione numerica dei risultati ottenuti è stata eseguita, utilizzando il codice di calcolo agli elementi finiti “general purpose” ABAQUS/standard4([13], [14]),usato dal gruppo di UniNA.
 
ALL’INTERNO DELL’ARTICOLO:
INDICE
1. PREMESSA
2. CARATTERISTICHE ARCHITETTONICHE E GEOMETRICHE DELLA COSTRUZIONE
3. DEFINIZIONE DEL LIVELLO DI PRESTAZIONE
4. DEFINIZIONE DEL CARICO DI INCENDIO SPECIFICO
5. SCENARI DI INCENDIO DI PROGETTO
6. ANALISI TERMO-MECCANICHE
7. VALIDAZIONE NUMERICA DEL MODELLO DI CALCOLO
8. VERIFICA DEI COLLEGAMENTI
9. VERIFICA DELLA SALVAGUARDIA DELLA VITA
10. CONFRONTO CON APPROCCIO PRESCRITTIVO
11. CONCLUSIONI

 

 

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