Strutture complesse in acciaio: un esempio pratico di valutazione alla resistenza al fuoco con approccio FSE

Questo articolo richiama all’attenzione dei progettisti antincendio l'importanza di considerare le dilatazioni termiche impedite degli elementi strutturali nello sviluppo delle analisi con curve naturali d'incendio, calcolate con approccio ingegneristico in campo non lineare. 

Come dimostra il caso in esame, trascurarne gli effetti nel calcolo della resistenza al fuoco con approccio ingegneristico (FSE) conduce a sottostimare effetti molto gravosi sulle strutture.

Fire Safety Engineering (FSE): attenzione alle dilatazioni termiche impedite dagli elementi strutturali

La presente pubblicazione è incentrata sull’attenzione che i progettisti di resistenza al fuoco con metodo ingegneristico, ovvero con applicazione della Fire Safety Engineering (FSE), devono porre sullo sviluppo delle analisi in campo non lineari che tengono conto delle dilatazioni termiche impedite degli elementi strutturali.

Si ricorda, infatti, che nel caso di adozione del metodo ingegneristico, ovvero con applicazione della Fire Safety Engineering (FSE), il Codice di Prevenzione Incendi prevede di considerare le deformazioni ed espansioni imposte o impedite dovute ai cambiamenti di temperatura per effetto dell’esposizione al fuoco. Infatti, si producono sollecitazioni indirette, forze e momenti nei singoli elementi strutturali, che devono essere tenuti in considerazione, ad eccezione dei seguenti casi quando si ricorre a curve naturali d’incendio.

Di conseguenza le soluzioni alternative, che prevedono il ricorso al metodo ingegneristico, ovvero con applicazione della Fire Safety Engineering (FSE), devono essere studiate facendo riferimento alla capacità portante di porzioni di struttura o dell’intero sistema strutturale, a differenza delle soluzioni conformi possono essere adottate con riferimento alla capacità portante propria di elementi strutturali singoli.

Nel caso concreto è finalizzata allo studio della resistenza al fuoco degli elementi in acciaio delle coperture delle strutture di tettoie all’aperto di un Centro Commerciale, di cui si riporta una planimetria di riferimento.

I dettagli della copertura presa in esame

L’attività in oggetto è costituita da ampie zone di circolazione degli utenti, protette dagli agenti atmosferici tramite coperture leggere in materiale metallico e manto di copertura in vetro o pannello sandwich a seconda delle zone in cui è collocata, ma totalmente o in gran parte aperte sui lati. 

La sviluppo di tale valutazione è finalizzata alla definizione della reale necessità di trattamenti di protezione passiva su elementi metallici collocati all’esterno, a quota elevata e con sottostanti carichi di incendio davvero limitati vista che la necessità di lasciare le aree libere al transito degli utenti richiede l’assenza di materiale accumulato.

Con riferimento al Codice di Prevenzione Incendi, sono stati definiti i principali scenari d’incendio sulla base di una valutazione del rischio d’incendio. 

A seconda dell’incendio convenzionale di progetto adottato, l’andamento delle temperature negli elementi sarà valutato con una o più curve naturale d’incendio, tenendo conto dell’intera durata dello stesso, compresa la fase di raffreddamento fino al ritorno alla temperatura ambiente, in quanto il Livello di Prestazione definito dal progettista per la resistenza al Fuoco è il III.

Nel caso specifico la capacità portante è stata verificata rispetto all’azione termica della curva naturale di incendio, applicata per l’intervallo di tempo necessario al ritorno alla temperatura ordinaria. Lo sviluppo della verifica analitica avanzata richiede che le deformazioni ed espansioni imposte o impedite dovute ai cambiamenti di temperatura per effetto dell’esposizione al fuoco producono sollecitazioni indirette, forze e momenti, devono essere tenuti perché non è riconoscibile a priori che esse sono trascurabili o favorevoli.

Inoltre le sollecitazioni indirette, dovute agli elementi strutturali adiacenti a quello preso in esame, devono essere considerate quando i requisiti di sicurezza all’incendio sono valutati in riferimento alla curva naturale d’incendio.

Si riporta una delle tettoie oggetto di analisi e la sua collocazione in pianta.

Tale zona costituisce la piazza principale che è coperta da una grande cupola a forma di “unghia” con dimensioni massime pari a 47,5m di larghezza e 65m di lunghezza. La struttura è costituita da una serie di archi a spinta eliminata di luce variabile, connessi tra loro dagli elementi secondari che sostengono direttamente il manto di copertura in vetro. L’intera copertura grava su pilastri metallici in corrispondenza degli estremi di ciascun arco, che non sono oggetto della presente relazione.

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