APPROCCIO PRESTAZIONALE APPROCCIO PRESTAZIONALE E PROGETTAZIONE STRUTTURALE E PROGETTAZIONE STRUTTURALE
IN CONDIZIONI DI INCENDIO:IN CONDIZIONI DI INCENDIO:I PARCHEGGI MULTIPIANOI PARCHEGGI MULTIPIANO
FUORI TERRAFUORI TERRA
ing. Sandro Pustorino([email protected])
Coordinatore della
CONTENUTI
► Sicurezza strutturale in condizioni di incendio
Il requisito ai sensi della Direttiva Prodotti da Costruzione [89/CEE/106]
► Evoluzione dei metodi di calcolo per la progettazione strutturale
Approccio prescrittivo e approccio prestazionale
► Applicazione al caso degli edifici multipiano fuori terra
adibiti a parcheggio di autovetture
“Approccio prestazionale e progettazione strutturale in condizioni di incendio: i parcheggi multipiano fuori terra”
S. Pustorino - Forum di Prevenzione Incendi 2008 – Roma, 18/06/08
Commissione della Comunità EuropeaDIRETTIVA SUI PRODOTTI DA COSTRUZIONE (89/CEE/106)
SICUREZZA IN CASO DI INCENDIO“Le costruzioni devono essere progettate e costruite in modo tale che, nel caso di sviluppo di un incendio:
• la capacità portante delle strutture sia garantita per un determinato periodo di tempo
• la produzione e la propagazione di fiamme e di fumi all’interno dellecostruzioni sia limitata
• la propagazione dell’incendio alle costruzioni vicine sia limitata
• gli occupanti possano abbandonare la costruzione o essere messi in salvo
• sia presa in considerazione la sicurezza delle squadre di soccorso
“Approccio prestazionale e progettazione strutturale in condizioni di incendio: i parcheggi multipiano fuori terra”
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Commissione della Comunità EuropeaDOCUMENTO INTERPRETATIVO “Sicurezza in caso di Incendio”
Procedureper soddisfare il requisiti essenziale,
Sicurezza in caso di Incendio
• prove sperimentali condotte secondo regolamenti armonizzati o linee guida fornite da EOTA (European Organization for Technical Approval)ETA Guidelines (ETAGs)
• metodi di calcolo e progettuali di tipo armonizzato
EUROCODICI
• una combinazione di prove sperimentali e metodi di calcolo armonizzati
“Approccio prestazionale e progettazione strutturale in condizioni di incendio: i parcheggi multipiano fuori terra”
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CapacitCapacitàà portante di una struttura esposta ad incendio: lportante di una struttura esposta ad incendio: l’’AZIONE TERMICAAZIONE TERMICA
L’Incendio: curve temperatura-tempo reali e curva standard
“Approccio prestazionale e progettazione strutturale in condizioni di incendio: i parcheggi multipiano fuori terra”
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Il caso di incendio: Il progetto della sicurezza nellIl caso di incendio: Il progetto della sicurezza nell’’approccio prestazionale approccio prestazionale
EN 1991-1-2 “Azioni sulle strutture esposte all’incendio”
2 – VERIFICA SPERIMENTALE (1998-2001)Laboratori europei per test di incendi in scala reale:
CTICM, (Francia)
TNO, (Olanda),
DSTV, (Germania)
VTT, (Finlandia)
BRE (Gran Bretagna)
Gruppo di Ricerca Comitato ConsultivoProfilARBED Research (Lux)Univ. di Bochum (Germania) Brandschutzsachverständiger
CTICM, (Francia) Ministère de l'Intérieur, Direction de la Sécurité CivileTNO, (Olanda) Ministerie van Binnenlandse Zaken
Università ETH (Svizzera)
Università di Liegi (Belgio) Bureau de Controle SECO
BCSA (Gran Bretagna) Department of the EnvironmentLabein (Spagna) Dirección General de la Vivienda, la Arqu. y el Urb.
Structura Engineering (Italia)
1 - CRITERI DI CALCOLO (1994-1998)
Service d’Incendie des Sapeurs Professionnels
Ministero dell'Interno - CSE Capannelle
“Approccio prestazionale e progettazione strutturale in condizioni di incendio: i parcheggi multipiano fuori terra”
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Il caso di incendio: Il progetto della sicurezza nellIl caso di incendio: Il progetto della sicurezza nell’’approccio prestazionale approccio prestazionale
Schema generale per l’analisi della sicurezza strutturale in caso di incendio
CARICHI STATICI
Peso ProprioPermanentiAccidentali
VentoNeve
CARATTERISTICHEDELL’INCENDIO
Carico di IncendioCondizioni di Ventilazione
Geometria del CompartimentoCaratteristiche Termiche Pareti
MISURE ATTIVE ANALISI PROBABILISTICA
Protezione Attiva
Rischio di Attivazione di Incendio
OBIETTIVI DELLASICUREZZA
Tempo di Evacuazione
Sicurezza dei Soccorsi
Conseguenze di un Collasso Strutturale
Combinazione dei Carichi In Caso di Incendio
≥
Analisi Globale della Struttura
t tnat
fi,d fi,rich
Curva di IncendioNaturale
Curva di IncendioNaturale di Progetto
“Approccio prestazionale e progettazione strutturale in condizioni di incendio: i parcheggi multipiano fuori terra”
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Il quadro normativo nazionale: il D.M.Int. 9 marzo 2007Il quadro normativo nazionale: il D.M.Int. 9 marzo 2007
Criteri di progettazione
► La capacità del sistema strutturale in caso di incendio si determina sulla base della capacità portante propria degli elementi strutturali singoli, di porzioni distruttura o dell’intero sistema costruttivo, comprese le condizioni di carico e divincolo.
► Le deformazioni ed espansioni imposte o impedite dovute ai cambiamenti ditemperatura per effetto dell’esposizione al fuoco producono sollecitazioni indiretteche normalmente devono essere tenuti in considerazione.
► Le sollecitazioni indirette possono essere trascurate quando è riconoscibile apriori che esse sono trascurabili o favorevoli ovvero quando i requisiti di sicurezza all’incendio sono valutati in riferimento alla curva nominale d’incendio e alle classidi resistenza al fuoco.
“Approccio prestazionale e progettazione strutturale in condizioni di incendio: i parcheggi multipiano fuori terra”
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Gli Eurocodici: analisi strutturale in condizioni di incendioGli Eurocodici: analisi strutturale in condizioni di incendio
La combinazione dei carichi [EN 1990]La combinazione dei carichi [EN 1990]
( ) ∑∑>≥
⋅+⋅+++1
,,21
1,1,21,1,i
ikij
kdjk QQoppureAPG ψψψ
jkG , carichi permanenti agenti sulla struttura
P
dAeventuali azioni di precompressione
azione termica indiretta dovuta all’incendio
ikQ , carichi variabili agenti sulla struttura
coefficiente di combinazione per i valori frequenti delle azioni variabili;1ψ
2ψ coefficiente di combinazione per i valori quasi permanenti delle azioni variabili.
La scelta del valore frequente o quasi permanente per l’azione variabile principale è stabilita nell’annesso nazionale.
“Approccio prestazionale e progettazione strutturale in condizioni di incendio: i parcheggi multipiano fuori terra”
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Gli Eurocodici: analisi strutturale in condizioni di incendioGli Eurocodici: analisi strutturale in condizioni di incendio
La combinazione dei carichi: il contributo ALa combinazione dei carichi: il contributo Add
azioni indirette dell’incendioforze e momenti interni causati dalle espansioni termiche
Ad
Eurocodici: EN 1991-1-2 [4.1 (4)]
“Approccio prestazionale e progettazione strutturale in condizioni di incendio: i parcheggi multipiano fuori terra”
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Analisi strutturale in condizioni di incendio: approccio prestazAnalisi strutturale in condizioni di incendio: approccio prestazionale e strutture di acciaioionale e strutture di acciaio
1 Definizione dell’Incendio→ Costruzione. Geometria dei locali→ Attività. Carichi di incendio→ Caratteristiche dell’incendio
Modellodi Incendio Azione Termica
2 Def. della trasmissione del calore→ Posizione e geometria degli elementi→ Proprietà termiche dei materiali→ Coefficienti di trasmissione del calore
Modellotrasmissione del calore
Temperatura della struttura
3 Analisi strutturale→ Schematizzazione strutturale→ Analisi dei carichi→ Proprietà meccaniche
Modellodi calcolo strutturale
Capacitàportante
FASE 1
FASE 2
FASE 3
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Analisi strutturale in condizioni di incendio: approccio prestazAnalisi strutturale in condizioni di incendio: approccio prestazionale e strutture di acciaioionale e strutture di acciaio
Azione Termica
Temperatura della struttura
Capacitàportante
FASE 1
FASE 2
FASE 3
FASE 1FASE 1
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Analisi strutturale in condizioni di incendio: approccio prestazAnalisi strutturale in condizioni di incendio: approccio prestazionale e strutture di acciaioionale e strutture di acciaio
Azione Termica
Temperatura della struttura
Capacitàportante
FASE 1
FASE 2
FASE 3
FASE 2FASE 2
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Analisi strutturale in condizioni di incendio: approccio prestazAnalisi strutturale in condizioni di incendio: approccio prestazionale e strutture di acciaioionale e strutture di acciaio
Azione Termica
Temperatura della struttura
Capacitàportante
FASE 1
FASE 2
FASE 3 FASE 3FASE 3
XY
Z
5.0 E+00 m
Diamond 2004 for SAFIR
FILE: static3d_2_dynNODES: 125BEAMS: 61TRUSSES: 0SHELLS: 0SOILS: 0
BEAMS PLOTDISPLACEMENT PLOT ( x 1)
TIME: 2 sec
IPE500.temIPE450.temIPE500c.temIPE450c.tem
XY
Z
5.0 E+00 m
Diamond 2004 for SAFIR
FILE: static3d_2_dynNODES: 125BEAMS: 61TRUSSES: 0SHELLS: 0SOILS: 0
BEAMS PLOTDISPLACEMENT PLOT ( x 1)
TIME: 1200 sec
IPE500.temIPE450.temIPE500c.temIPE450c.tem
XY
Z
5.0 E+00 m
Diamond 2004 for SAFIR
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BEAMS PLOTDISPLACEMENT PLOT ( x 1)
TIME: 1240 sec
IPE500.temIPE450.temIPE500c.temIPE450c.tem
XY
Z
5.0 E+00 m
Diamond 2004 for SAFIR
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BEAMS PLOTDISPLACEMENT PLOT ( x 1)
TIME: 1247 sec
IPE500.temIPE450.temIPE500c.temIPE450c.tem
XY
Z
5.0 E+00 m
Diamond 2004 for SAFIR
FILE: static3d_2_dynNODES: 125BEAMS: 61TRUSSES: 0SHELLS: 0SOILS: 0
BEAMS PLOTDISPLACEMENT PLOT ( x 1)
TIME: 1248 sec
IPE500.temIPE450.temIPE500c.temIPE450c.tem
XY
Z
5.0 E+00 m
Diamond 2004 for SAFIR
FILE: static3d_2_dynNODES: 125BEAMS: 61TRUSSES: 0SHELLS: 0SOILS: 0
BEAMS PLOTDISPLACEMENT PLOT ( x 1)
TIME: 1248.25 sec
IPE500.temIPE450.temIPE500c.temIPE450c.tem
XY
Z
5.0 E+00 m
Diamond 2004 for SAFIR
FILE: static3d_2_dynNODES: 125BEAMS: 61TRUSSES: 0SHELLS: 0SOILS: 0
BEAMS PLOTDISPLACEMENT PLOT ( x 1)
TIME: 1248.391 sec
IPE500.temIPE450.temIPE500c.temIPE450c.tem
A B
“Approccio prestazionale e progettazione strutturale in condizioni di incendio: i parcheggi multipiano fuori terra”
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Il caso dei parcheggi multipiano: la sicurezza strutturale in caIl caso dei parcheggi multipiano: la sicurezza strutturale in caso di incendioso di incendio
“Approccio prestazionale e progettazione strutturale in condizioni di incendio: i parcheggi multipiano fuori terra”
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Il caso dei parcheggi multipiano: la sicurezza strutturale in caIl caso dei parcheggi multipiano: la sicurezza strutturale in caso di incendioso di incendio
Una realizzazione in Lussemburgo
“Approccio prestazionale e progettazione strutturale in condizioni di incendio: i parcheggi multipiano fuori terra”
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I parcheggi multipiano fuori terra: I parcheggi multipiano fuori terra: la sicurezza strutturale in caso di incendiola sicurezza strutturale in caso di incendio
APPROCCIO PRESTAZIONALE
► Def. degli scenari di incendio più pericolosi
► 1 - Azione termica sulle strutture portanti
→ ricerca dei massimi effetti sulla struttura
► 2 - Risposta termica della struttura
→ analisi termica di acciaio e cemento armato
► 3 - Risposta meccanica della struttura
→ solai in sistema misto acciaio-cls→ nessun crollo per tutta la durata dell’incendio
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Il caso dei parcheggi multipiano: la sicurezza strutturale in caIl caso dei parcheggi multipiano: la sicurezza strutturale in caso di incendioso di incendio
■ Classificazione delle auto
Tipo Categoria 1 Categoria 2 Categoria 3 Categoria 4 Categoria 5
Peugeot 106 306 406 605 806
Renault Tingo-Clio Megane Laguna Safrane Espace
Citroen Saxo ZX Xantia XM Evasion
Ford Fiesta Escort Mondeo Scorpio Galaxy
Opel Corsa Astra Vectra Omega Frontera
Fiat Punto Bravo Tempra Croma Ulysse
Wolkswagen Polo Golf Passat - Sharan
Potenziale calorifico 6000 MJ 7500 MJ 9500 MJ 12000 MJ
Modelli in circolazione tra il 1995 e il 1998
Classificazione sulla base del potenziale termico
“Approccio prestazionale e progettazione strutturale in condizioni di incendio: i parcheggi multipiano fuori terra”
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I parcheggi multipiano e la sicurezza strutturale in caso di incI parcheggi multipiano e la sicurezza strutturale in caso di incendio: la verifica sperimentaleendio: la verifica sperimentale
■ Le prove sperimentali per la definizione della curva RHR
“Approccio prestazionale e progettazione strutturale in condizioni di incendio: i parcheggi multipiano fuori terra”
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I parcheggi multipiano e la sicurezza strutturale in caso di incI parcheggi multipiano e la sicurezza strutturale in caso di incendio: la verifica sperimentaleendio: la verifica sperimentale
■ Curva RHR di auto, per categorie ed epoca
0
2
4
6
8
10
0 15 30 45 60Temps (min)
Déb
it ca
lorif
ique
(MW
)
Classe 1ancien
Classe 1récent
Classe 3ancien
Classe 3récent
■ Curva RHR di progetto di un auto di classe 3
inviluppo delle registrazioni
I parcheggi multipiano e la sicurezza strutturale in caso di incI parcheggi multipiano e la sicurezza strutturale in caso di incendio: la verifica sperimentaleendio: la verifica sperimentale
“Approccio prestazionale e progettazione strutturale in condizioni di incendio: i parcheggi multipiano fuori terra”
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I parcheggi multipiano e la sicurezza strutturale in caso di incI parcheggi multipiano e la sicurezza strutturale in caso di incendio: la verifica sperimentaleendio: la verifica sperimentale
■ Curva RHR di progetto di tre auto di classe 3
► Intervallo di tempo tra la combustione di due auto: 12 min
“Approccio prestazionale e progettazione strutturale in condizioni di incendio: i parcheggi multipiano fuori terra”
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I parcheggi multipiano: la sicurezza strutturale in caso di inceI parcheggi multipiano: la sicurezza strutturale in caso di incendiondioI parcheggi apertiI parcheggi aperti
■ I parcheggi ventilati
► Definizione di parcheggio aperto (minimi requisiti di ventilazione naturale)Parcheggi con aperture sulle facciate in cui sono verificate le seguenti condizioni:- ad ogni livello le aperture sono poste almeno su due facciate opposte;- la superficie di apertura sia almeno 50% della superficie delle pareti su cui si trovano;- la distanza tra facciate opposte aperte sia inferiore a 75 m;- la superficie di apertura ad ogni livello > 5% della superficie in pianta del livello.
► Dall’analisi statistica e sperimentale:I possibili casi di incendio sono incendi di tipo localizzato
“Approccio prestazionale e progettazione strutturale in condizioni di incendio: i parcheggi multipiano fuori terra”
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CapacitCapacitàà portante di una struttura esposta ad incendio: lportante di una struttura esposta ad incendio: l’’AZIONE TERMICAAZIONE TERMICA
Applicazione dei modelli a zona ad incendi di tipo Applicazione dei modelli a zona ad incendi di tipo prepre--flashoverflashover
θ
Y = Height of the free zone
Two zone model
floor
20°Cθ
θ (Smoke layer)
x
z
= Air Temperature at ceiling level given by formulae for
localised fires
θg
Qmp
H
ZS
ZP
0
Strato inf.
Strato sup.
mOUT,U
mOUT,LmOUT,L
mIN,L
QC
QR
mU , TU, VU, EU, ρU
mL , TL, VL, EL, ρL
p
Z
Modello a due zoneModello a due zoneCombinazione di modello a 2 zoneCombinazione di modello a 2 zone
ed incendi localizzatied incendi localizzati
“Approccio prestazionale e progettazione strutturale in condizioni di incendio: i parcheggi multipiano fuori terra”
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I parcheggi multipiano e la sicurezza strutturale in caso di incI parcheggi multipiano e la sicurezza strutturale in caso di incendio: la verifica sperimentaleendio: la verifica sperimentale
■ I test in scala reale: calibrazione dei modelli di calcolo
3.0m32m15 m
5m 16m
“Approccio prestazionale e progettazione strutturale in condizioni di incendio: i parcheggi multipiano fuori terra”
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I parcheggi multipiano e la sicurezza strutturale in caso di incI parcheggi multipiano e la sicurezza strutturale in caso di incendio: la verifica sperimentaleendio: la verifica sperimentale
0 min
Test 1
I parcheggi multipiano e la sicurezza strutturale in caso di incI parcheggi multipiano e la sicurezza strutturale in caso di incendio: la verifica sperimentaleendio: la verifica sperimentale
10 min
I parcheggi multipiano e la sicurezza strutturale in caso di incI parcheggi multipiano e la sicurezza strutturale in caso di incendio: la verifica sperimentaleendio: la verifica sperimentale
33 min
I parcheggi multipiano e la sicurezza strutturale in caso di incI parcheggi multipiano e la sicurezza strutturale in caso di incendio: la verifica sperimentaleendio: la verifica sperimentale
36 min
I parcheggi multipiano e la sicurezza strutturale in caso di incI parcheggi multipiano e la sicurezza strutturale in caso di incendio: la verifica sperimentaleendio: la verifica sperimentale
46 min
I parcheggi multipiano e la sicurezza strutturale in caso di incI parcheggi multipiano e la sicurezza strutturale in caso di incendio: la verifica sperimentaleendio: la verifica sperimentale
62 min
I parcheggi multipiano e la sicurezza strutturale in caso di incI parcheggi multipiano e la sicurezza strutturale in caso di incendio: la verifica sperimentaleendio: la verifica sperimentale
■ I test in scala reale: calibrazione dei modelli di calcolo
0
200
400
600
800
1000
1200
0 30 60 90 120 150 180 210Time (min)
Fire
tem
pera
ture
(°C
)
Test 1
Test 2
I parcheggi multipiano e la sicurezza strutturale in caso di incI parcheggi multipiano e la sicurezza strutturale in caso di incendio: la verifica sperimentaleendio: la verifica sperimentale
■ I test in scala reale: calibrazione dei modelli di calcolo
0
200
400
600
800
0 30 60 90 120 150 180 210
Time (min)
Stee
l tem
pera
ture
(°C
)
Beam1 -Test 1Beam2 - Test 1Beam1 - Test 2Beam2 - Test 2
I parcheggi multipiano e la sicurezza strutturale in caso di incI parcheggi multipiano e la sicurezza strutturale in caso di incendio: la verifica sperimentaleendio: la verifica sperimentale
■ Validazione del modello per il calcolo strutturale
20 min20 min32 min
60 min
I parcheggi multipiano e la sicurezza strutturale in caso di incI parcheggi multipiano e la sicurezza strutturale in caso di incendio: endio: il progetto secondo lil progetto secondo l’’approccio prestazionaleapproccio prestazionale
■ Il modello per il calcolo strutturale
“Approccio prestazionale e progettazione strutturale in condizioni di incendio: i parcheggi multipiano fuori terra”
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I parcheggi multipiano e la sicurezza strutturale in caso di incI parcheggi multipiano e la sicurezza strutturale in caso di incendio: endio: il progetto secondo lil progetto secondo l’’approccio prestazionaleapproccio prestazionale
■ Definizione degli scenari di incendio
“Approccio prestazionale e progettazione strutturale in condizioni di incendio: i parcheggi multipiano fuori terra”
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I parcheggi multipiano e la sicurezza strutturale in caso di incI parcheggi multipiano e la sicurezza strutturale in caso di incendio: endio: il progetto secondo lil progetto secondo l’’approccio prestazionaleapproccio prestazionale
■ Definizione della curva RHR
“Approccio prestazionale e progettazione strutturale in condizioni di incendio: i parcheggi multipiano fuori terra”
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I parcheggi multipiano e la sicurezza strutturale in caso di incI parcheggi multipiano e la sicurezza strutturale in caso di incendio: endio: il progetto secondo lil progetto secondo l’’approccio prestazionaleapproccio prestazionale
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
-800 200 1200 2200 3200 4200 5200 6200 7200
tempo [sec]
tem
pera
tura
[°C
]
T6T1T2T3T4T5lontanoT7
■ Modelli per il caso di incendio localizzato
Temperature ottenute da modello di incendio localizzato
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I parcheggi multipiano e la sicurezza strutturale in caso di incI parcheggi multipiano e la sicurezza strutturale in caso di incendio: endio: il progetto secondo lil progetto secondo l’’approccio prestazionaleapproccio prestazionale
■ L’analisi strutturale: la risposta termica
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I parcheggi multipiano e la sicurezza strutturale in caso di incI parcheggi multipiano e la sicurezza strutturale in caso di incendio: endio: il progetto secondo lil progetto secondo l’’approccio prestazionaleapproccio prestazionale
■ L’analisi strutturale: la risposta meccanica
Modello di calcolo strutturale (Safir)(modello 2D, verifica con modello 3D)
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I parcheggi multipiano e la sicurezza strutturale in caso di incI parcheggi multipiano e la sicurezza strutturale in caso di incendio: endio: il progetto secondo lil progetto secondo l’’approccio prestazionaleapproccio prestazionale
■ L’analisi strutturale: la risposta meccanica
Modello di calcolo strutturale (Safir) – Scenario 1Struttura in acciaio non protetto dimensionata a freddo: crisi dopo 1445 sec
“Approccio prestazionale e progettazione strutturale in condizioni di incendio: i parcheggi multipiano fuori terra”
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I parcheggi multipiano e la sicurezza strutturale in caso di incI parcheggi multipiano e la sicurezza strutturale in caso di incendio: endio: il progetto secondo lil progetto secondo l’’approccio prestazionaleapproccio prestazionale
■ L’analisi strutturale: la risposta meccanica
Modello di calcolo strutturale (Safir) – Scenario 1bStruttura in acciaio non protetto dimensionata a freddo: crisi dopo 1426 sec
“Approccio prestazionale e progettazione strutturale in condizioni di incendio: i parcheggi multipiano fuori terra”
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I parcheggi multipiano e la sicurezza strutturale in caso di incI parcheggi multipiano e la sicurezza strutturale in caso di incendio: endio: il progetto secondo lil progetto secondo l’’approccio prestazionaleapproccio prestazionale
■ L’analisi strutturale: la risposta meccanica
Modello di calcolo strutturale (Safir) – Scenario 1bStruttura in acciaio non protetto progettata in condizioni di incendio:
stabilità verificata per tutta la durata dell’incendio
“Approccio prestazionale e progettazione strutturale in condizioni di incendio: i parcheggi multipiano fuori terra”
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Nomogramma:Metodo grafico di valutazione della resistenza al fuocodi strutture di acciaio (basato su EN 1993-1-2, Luglio 2005)
Uso:- pre-dimensionamento- controllo
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““NomogrammaNomogramma”” –– Resistenza al fuocoResistenza al fuoco
““NOMOGRAMMANOMOGRAMMA””Metodo grafico di valutazione della resistenza al fuoco di Metodo grafico di valutazione della resistenza al fuoco di
strutture in acciaiostrutture in acciaio
http://www.promozioneacciaio.it/fuoco_home.php
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FINEFINE
Grazie per la vostra attenzioneGrazie per la vostra attenzione
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