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001583

Sonja von Bloh, M.Sc.

2023-10-12

Verifica antincendio secondo DIN EN 1993-1-2

Il calcolo della protezione antincendio può essere eseguito in RF-/STAHL EC3 secondo EN 1993-1-2. La progettazione avviene secondo il metodo di calcolo semplificato a livello di capacità portante. Come misure di protezione antincendio, è possibile scegliere rivestimenti con diverse proprietà fisiche. Sono disponibili la curva temperatura-tempo standard, la curva di incendio esterna e la curva di incendio da idrocarburi per la determinazione della temperatura del gas.

Il calcolo della resistenza al fuoco viene illustrato utilizzando un esempio tratto da [3].

Esempio

L'esempio riguarda una trave secondaria di un solaio intermedio. La flangia superiore può essere considerata come laterale per prevenire la tendenza al svergolamento flessionale. La classe di resistenza al fuoco richiesta è R30. Il sistema statico è rappresentato nella Figura 01.

1 Sistema e carichi

Sezione trasversale
- HEM 280, S235, W_pl,y = 2.966 cm³
Carico
- g_k = 16,25 kN/m (carico permanente)
- q_k = 45,0 kN/m (carico utile categoria G)

Verifica a temperatura normale

L'azione prevalente è il momento a metà campata.

M_{y, Ed} = (γ_{G} \cdot g_{k} γ_{Q} \cdot q_{k}) \cdot \frac{l^{2}}{8}

Momento a metà campata

M_{y, Ed} = (1.35 \cdot 16.25 1.5 \cdot 45.0) \cdot \frac{7 . 50^{2}}{8} = 628.86 kNm

Calcolo del momento a metà campata

Classificazione della sezione trasversale

La classificazione della sezione trasversale è eseguita secondo [4], Tabella 5.2.

ε = \sqrt{\frac{235}{f_{y}}} = \sqrt{\frac{235}{235}} = 1.0

Classificazione della sezione

Flangia

\frac{c}{t} = \frac{110.8}{33} = 3.36 < 9 \cdot ε = 9 \cdot 1.0 = 9

Classificazione delle sezioni trasversali - Flangia

Anima

\frac{c}{t} = \frac{196}{18.5} = 10.59 < 72 \cdot ε = 72 \cdot 1.0 = 72

Classificazione delle sezioni - Web

La sezione trasversale può essere classificata come Classe 1.

Valore di progetto della resistenza al momento

secondo [4] (6.13):

M_{c, y, Rd} = M_{pl, y, Rd} = \frac{W_{pl, y} \cdot f_{y}}{γ_{M 0}} = \frac{2966 \cdot 23.5}{1.0} \cdot 10^{- 2} = 697.01 kNm

valori di progetto della resistenza ai momenti flettenti

Verifica

Verifica secondo [4] (6.12):

\frac{M_{y, Ed}}{M_{c, y, Rd}} = \frac{628.86}{697.01} = 0.90 < 1

progettazione

Determinazione della temperatura dell'acciaio

Aumento della temperatura nell'elemento in acciaio non protetto

secondo [1] (4.25):

{Δθ}_{a, t} = k_{sh} \cdot \frac{\frac{A_{m}}{V}}{c_{a} \cdot ρ_{a}} \cdot {\overset{\cdot}{h}}_{net, d} \cdot Δt

k_sh	Coefficiente di correzione per considerare l'effetto di ombreggiamento
A_m/V	Coefficiente di sezione (rappresenta il rapporto tra la superficie esposta e il volume)
c_a	Capacità calore specifico
ρ_a	Densità dell'acciaio
Δt	Intervallo per il time step
h_net,d	flusso termico netto

Equazione EN 1993-1-2 (4.25)

Fattore di sezione del componente in acciaio non protetto

Il fattore di sezione rappresenta il rapporto tra la superficie non protetta e il volume. Il fattore di sezione è qui pari al perimetro del profilo in acciaio meno la larghezza della flangia superiore, che è ombreggiata dal solaio, rispetto all'area della sezione trasversale.

\frac{A_{m}}{V} = \frac{U - b}{A} = \frac{1.69 - 0.288}{0.02402} = 58.368 1 / m

Coefficiente di sezione del componente di acciaio non protetto

Fattore di sezione per la cassa che circonda il profilo

{(\frac{A_{m}}{V})}_{b} = \frac{2 \cdot h \cdot b}{A} = \frac{2 \cdot 0.310 \cdot 0.288}{0.02402} = 37.802 1 / m

Coefficiente di sezione per il riquadro che include la sezione

Fattore di correzione per tenere conto dell'effetto di ombreggiatura per il profilo a I

secondo [1] (4.26a):

k_{sh} = 0.9 \cdot \frac{{(\frac{A_{m}}{V})}_{b}}{\frac{A_{m}}{V}} = 0.9 \cdot \frac{37.802}{58.368} = 0.583

Coefficiente di correzione per considerare l'effetto di ombreggiatura per la sezione a I.

Curva tempo-temperatura nominale

secondo [2] (3.4):

θ_{g} = 20 345 \cdot \log_{10} (8 \cdot t 1)

curva temperatura-tempo standard

Calore specifico

Per 20 °C ≤ θ_a < 600 °C secondo [1] (3.2a):

c_{a} = 425 7.73 \cdot 10^{- 1} \cdot θ_{a} - 1.69 \cdot 10^{- 3} \cdot θ_{a}^{2} 2.22 \cdot 10^{- 6} \cdot θ_{a}^{3}

Capacità termica specifica secondo EN 1993-1-2 (3.2a)

Per 600 °C ≤ θ_a < 735 °C secondo [1] (3.2b):

c_{a} = 666 \frac{13002}{738 - θ_{a}}

Capacità termica specifica secondo EN 1993-1-2 (3.2b)

Per 735 °C ≤ θ_a < 900 °C secondo [1] (3.2c):

c_{a} = 545 \frac{17820}{θ_{a} - 731}

Capacità termica specifica secondo EN 1993-1-2 (3.2c)

Per 900 °C ≤ θ_a ≤ 1.200 °C secondo [1] (3.2d):

c_{a} = 650

Capacità termica specifica secondo EN 1993-1-2 (3.2d)

L'incremento di tempo Δt per il procedimento a passi temporali è scelto a 5 s. La densità del'acciaio è secondo [1], Sezione 3.2.2(1) ρ_a = 7.850 kg/m³.

Flusso di calore netto

[2] (3.1)

{\overset{\cdot}{h}}_{net} = {\overset{\cdot}{h}}_{net, c} {\overset{\cdot}{h}}_{net, r}

Flusso termico netto secondo EN 1991-1-2 (3.1)

[2] (3.2)

{\overset{\cdot}{h}}_{net, c} = α_{c} \cdot (θ_{g} - θ_{a})

α_c	Coefficienti di scambio termico convettivo per la curva temperatura-tempo standard α_c = 25 W/m²K secondo [2], 3.2.1 (2)

Flusso termico netto secondo EN 1991-1-2 (3.2)

[2] (3.3)

{\overset{\cdot}{h}}_{net, r} = Φ \cdot ε_{m} \cdot ε_{f} \cdot σ \cdot [{(θ_{g} 273)}^{4} - {(θ_{a} 273)}^{4}]

ε_m	Emissività della superficie del componente strutturale ε_m = 0.7 secondo [1], 4.2.5.1(3)
ε_f	Emissività di una fiamma ε_f = 1.0 sec. a [1], 4.2.5.1(3)
σ	Costante di Stephan-Boltzmann σ = 5.67 ⋅ 10^-8 W/m² K^{4 sec.} a [2], 3.1(6)
Φ	Coefficiente di configurazione Φ = 1.0 sec. a [2], 3.1(7)

Flusso termico netto secondo EN 1991-1-2 (3.3)

Per la temperatura dell'acciaio θ_a e la temperatura dei gas dell'incendio θ_g si assume come temperatura iniziale la temperatura ambiente di 20 °C. Il riscaldamento dell'acciaio Δθ_a può essere calcolato passo dopo passo per ogni intervallo di tempo Δt. La temperatura dell'acciaio per il passo temporale successivo risulta dalla somma della temperatura dell'acciaio del passo precedente e del riscaldamento Δθ_a. Nella Figura 02 è illustrato in modo parziale lo sviluppo della temperatura dell'acciaio.

2 Sviluppo della temperatura dell'acciaio

La temperatura dell'acciaio prevalente al tempo t = 30 min è quindi θ_a = 591 °C.

Verifica in caso di incendio

Azione prevalente

Per il calcolo dell'incendio deve essere preso in considerazione lo scenario di progettazione eccezionale. L'azione prevalente è il momento a metà campata.

M_{fi, y, Ed} = (γ_{g} \cdot g_{k} \cdot ψ_{1, 1} \cdot q_{k}) \cdot \frac{l^{2}}{8} = (1.0 \cdot 16.25 \cdot 0.5 \cdot 45.0) \cdot \frac{7 . 50^{2}}{8} = 272.46 kNm

Momento a metà campata

Classificazione della sezione trasversale

La classificazione della sezione trasversale può essere eseguita come a temperatura normale, ma con un valore ridotto per ε secondo [1], equazione (4.2).

ε = 0.85 \cdot \sqrt{\frac{235}{f_{y}}} = 0.85 \cdot \sqrt{\frac{235}{235}} = 0.85

Valore ε per la classificazione della sezione

Flangia:

$\frac{c}{t} = \frac{110.8}{33} = 3.36 < 9 \cdot ε = 9 \cdot 0.85 = 7.65$

Classificazione delle sezioni trasversali - Flangia
Anima:

$\frac{c}{t} = \frac{196}{18.5} = 10.59 < 72 \cdot ε = 72 \cdot 0.85 = 61.2$

Classificazione delle sezioni - Web

La sezione trasversale può essere classificata come Classe 1.

Valore di progetto della resistenza al momento

Nel determinare il valore di progetto della resistenza al momento, il limite di snervamento deve essere ridotto a causa dell'elevata temperatura. Con una temperatura dell'acciaio θ_a = 591 °C, il fattore di riduzione per il limite di snervamento è interpolato da [1], Tabella 3.1 pari a:

k_{y, θ} = 0.47 \frac{(0.78 - 0.47) \cdot (591 - 600)}{(500 - 600)} = 0.498

Coefficiente di riduzione per la tensione di snervamento

Per la trave non protetta con una soletta in calcestruzzo su un lato e esposizione al fuoco sui tre lati rimanenti, il fattore di adattamento κ₁ è secondo [1], 4.2.3.3(7) pari a: κ₁ = 0,7

La temperatura è distribuita uniformemente lungo la lunghezza. Il fattore di adattamento κ₂ è secondo [1], 4.2.3.3(8) pari a: κ₂ = 1,0

Il valore di progetto della resistenza al momento con distribuzione uniforme della temperatura è secondo [1], 4.2.3.3 (4.8) pari a:

M_{fi, y, θ, Rd} = k_{y, θ} \cdot \frac{γ_{M 0}}{γ_{M, fi}} \cdot M_{y, Rd} = 0.498 \cdot \frac{1.0}{1.0} \cdot 697.01 = 347.30 kNm

Momento resistente di progetto con distribuzione uniforme della temperatura

Il valore di progetto della resistenza al momento con distribuzione non uniforme della temperatura è secondo [1], 4.2.3.3 (4.10) pari a:

M_{fi, y, t, Rd} = \frac{M_{fi, y, θ, Rd}}{κ_{1} \cdot κ_{2}}; M_{fi, y, θ, Rd} \leq M_{y, Rd}

M_{fi, y, t, Rd} = \frac{347.30}{0.7 \cdot 1.0} = 496.15 kNm

Momento resistente di progetto con distribuzione della temperatura non uniforme

Verifica

Verifica secondo [1] (4.1):

\frac{M_{fi, y, Ed}}{M_{fi, y, t, Rd}} = \frac{272.46}{496.15} = 0.55 < 1.0

Verifica EN 1993-1-2 (4.1)

RF-/STAHL EC3

L'esempio è calcolato in RF-/STAHL EC3. I file di modello associati per RFEM e RSTAB sono disponibili nella sezione download alla fine dell'articolo.

Dati di base

La trave 1 viene verificata. Per la progettazione a temperatura normale, nella scheda "Resistenza" vengono selezionate le combinazioni di carico per la situazione di progettazione permanente/temporanea secondo l'equazione 6.10 e per la progettazione antincendio vengono selezionate nella scheda "Protezione antincendio" le combinazioni di carico per la situazione di progettazione eccezionale secondo l'equazione 6.11c (Figura 03).

3 Finestra 1.1 Dati generali

Lunghezze efficaci - Aste

Il svergolamento flessionale è prevenuto, quindi nella maschera "1.5 Lunghezze efficaci - Aste" la casella di controllo corrispondente è disattivata (Figura 04).

4 Finestra 1.5 Lunghezze libere d'inflessione - Aste

Dettagli

La durata necessaria della protezione antincendio, la curva della temperatura e i coefficienti per la determinazione del flusso di calore netto sono impostati nella scheda "Protezione antincendio" del dialogo "Dettagli" (Figura 05).

5 Finestra di dialogo Dettagli, scheda Resistenza al fuoco: Impostazioni progetto antincendio

Protezione antincendio - Aste

I parametri della protezione antincendio come l'esposizione al fuoco e le misure di protezione antincendio devono essere definiti nella maschera "1.10 Protezione antincendio - Aste" (Figura 06). La trave non protetta è esposta al fuoco su tre lati.

6 Finestra 1.10 Resistenza al fuoco - Aste

Risultati

I risultati vengono mostrati dopo il calcolo (Figura 07). Vengono anche restituiti i valori intermedi rilevanti per la progettazione antincendio, come la temperatura dell'acciaio, ecc., nella tabella "Valori intermedi".

7 Risultati

Autore

La signora von Bloh fornisce supporto tecnico per i nostri clienti ed è responsabile dello sviluppo del programma SHAPE‑THIN e delle strutture in acciaio e alluminio.

Link

Software di calcolo strutturale per strutture di acciaio

Bibliografia

DIN. (1993). Eurocodice 3: Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten − Teil 1-2: Allgemeine Regeln - Tragwerksbemessung für den Brandfall. Beuth Verlag GmbH, Berlin, 2010.
Comitato europeo di normalizzazione (2002). Eurocode 1: Einwirkungen auf Tragwerke - Teil 1-2: Allgemeine Einwirkungen - Brandeinwirkungen auf Tragwerke. Beuth Verlag GmbH, Berlin, 2002.
Mensinger, M., & Stadler, M. Brandschutznachweise - Workshop Eurocode 3 - Rechenbeispiele. München: Technische Universität München, Lehrstuhl für Metallbau, 2008
DIN. (1993). Eurocodice 3: Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten − Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau. Beuth Verlag GmbH, Berlin, 2010

Download

File del modello RFEM

388 KB

File di modello RSTAB

340 KB

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