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001988

Dipl.-Ing. Marco Nikoleizig

2025-10-28

Verifica in caso d'incendio per strutture in acciaio: temperatura critica dei componenti

Per il rivestimento delle superfici in acciaio possono essere applicati sistemi di protezione antincendio reattivi. Per determinare lo spessore necessario del rivestimento, è necessaria la conoscenza della temperatura critica del componente.

Calcolo in caso di incendio

Il calcolo in caso di incendio è regolato dalla norma DIN EN 1993 Parte 1-2. Nel capitolo 4.2 vengono presentati "Metodi di calcolo semplici", che costituiscono la base per il calcolo in RSTAB 9 e RFEM 6. A livello di componente, le azioni vengono confrontate con le capacità di carico. Le azioni termiche derivanti dall'aumento della temperatura vengono determinate sulla base di curve di temperatura (curve standard di incendio). Le azioni vengono determinate sotto fattori di sicurezza parziali ridotti nella situazione di calcolo eccezionale. Le resistenze vengono valutate tenendo conto di una riduzione delle proprietà del materiale a causa della temperatura elevata.

Temperatura critica del componente Θ_a,cr

Oltre ai procedimenti descritti sopra, in EN 1993-1-2, capitolo 4.2.4, è descritto il metodo di verifica a livello di temperatura basato sulla temperatura critica del componente. Questo diventa interessante quando devono essere applicati sistemi di protezione antincendio reattivi sull'acciaio e devono essere determinati gli spessori degli strati. La temperatura critica del componente rappresenta la massima temperatura che può essere raggiunta affinché la trave o l'insieme di travi testato resista ancora alle sollecitazioni. È determinante la temperatura critica del componente più bassa per ogni componente. L'equazione per determinare Θ_a,cr è:

θ_{a, c r} = 39.19 \ln [\frac{1}{0.9674 {μ_{0}}^{3.833}} - 1] + 482

KB 1988 | Temperatura critica del componente secondo DIN EN 1993-1-2, Capitolo 4.2.4, Equazione (4.22)

Il parametro per determinare la temperatura critica del componente è il grado di utilizzo μ₀, che rappresenta il rapporto tra le azioni sotto carico d'incendio E_fi,d e le resistenze all'inizio (t = 0) dell'incendio R_fi,d,0. La temperatura critica del componente è quindi indipendente dal calcolo in caso di incendio, in cui le resistenze vengono determinate in funzione della durata dell'incendio o delle curve di temperatura ecc.

μ_{0} = \frac{E_{f i, d}}{R_{f i, d, 0}}

KB 1988 | Grado di utilizzo μ₀, DIN EN 1993-1-2, Capito 4.2.4, Equazione (4.23)

Il grafico della funzione di Θ_a,cr ha il seguente andamento:

Il grafico della funzione della temperatura critica del componente si presenta come segue:

KB 1988 | Grafico della temperatura critica del componente Θa,cr

I gradi di utilizzo μ₀ possono essere determinati attraverso metodi di verifica elastici o plastici.

Limiti di applicazione, Condizioni al contorno

Per il calcolo della temperatura critica del componente in RFEM 6, si applicano le seguenti restrizioni:

non applicabile se i criteri di deformazione sono determinanti,
non applicabile se devono essere considerati gli impatti della stabilità,
non possono essere considerati gradi di utilizzo μ₀ < 0,013.
Sono presenti componenti con classe di sezione 1, 2 o 3 o componenti soggetti a trazione.
Il componente è riscaldato uniformemente su tutta la sezione.

Esempio di calcolo

L'esempio di una trave su una campata mostra il calcolo della temperatura critica del componente per la verifica delle tensioni di taglio e normali:

Materiale	Acciaio S235
Lunghezza campata	L = 2 m
Carico permanente	g = 3 kN/m
Carico variabile	p = 5 kN/m
Situazione di calcolo	EN 1990; ULS - Eccezionale - ψ_2,1
Fattori di sicurezza parziali	ψ_2,1 = 0,3
Formato verifica	elastica/elastica
Sezione	HEA 140 - DIN 1025-3
Momento statico massimo	S_y,max = 86,77 cm³ (determinato con RSECTION 1)
Momento d'inerzia	I_y = 1033,34 cm⁴ (determinato con RSECTION 1)
Momento resistente	W_y = 155,4 cm³
Spessore dell'anima	t_w = 0,55 cm

V_{fi, z, Ed} = (3 + 0.3 * 5) * 2.0 / 2 = 4.5 kN

M_{fi, y, Ed} = (3 + 0.3 * 5) * 2 . 0^{2} / 8 = 2.25 kNm

Verifico di sezione sforzi tangenziali e normali

Verifica delle tensioni di taglio:

τ_{fi, z, Ed} = \frac{V_{fi, z, Ed} * S_{y}}{I_{y} * t_{w}} = \frac{4.5 kN * 86.77 {cm}^{3}}{1033.34 {cm}^{4} * 0.55 cm} = 0.687 \frac{kN}{{cm}^{2}}

Tensione tangenziale

μ_{0} = \frac{τ_{fi, z, Ed}}{τ_{fi, Rd, 0}} = \frac{0.687 \frac{kN}{{cm}^{2}}}{\frac{23.5 \frac{kN}{{cm}^{2}}}{1.0 * \sqrt{3}}} = 0.0506

0.013 < μ_{0} = 0.0506 < 1.0

Rapporto di progetto

θ_{a, cr} = 39.19 * \ln (\frac{1}{0.9674 * {0.0506}^{3.833}} - 1) + 482 = 931.4 ° C

Temperatura critica del componente strutturale

Verifica delle tensioni normali:

σ_{fi, x, Ed} = \frac{M_{fi, y, Ed}}{W_{fi, Rd, 0}} = \frac{225.0 kNcm}{155.4 {cm}^{3}} = 1.45 \frac{kN}{{cm}^{2}}

Tensione normale

μ_{0} = \frac{σ_{fi, x, Ed}}{σ_{fi, Rd, 0}} = \frac{1.45 \frac{kN}{{cm}^{2}}}{\frac{23.5 \frac{kN}{{cm}^{2}}}{1.0}} = 0.0616

0.013 < μ_{0} = 0.0616 < 1.0

Rapporto di verifica

θ_{a, cr} = 39.19 * \ln (\frac{1}{0.9674 * {0.0616}^{3.833}} - 1) + 482 = 901.9 ° C

Temperatura critica del componente

Determinante è la minima temperatura critica del componente:

\min . θ_{a, cr} = \min . \{931.4; 901.9\} = 901.9 ° C

Temperatura critica minima del componente

Esempio di applicazione in RFEM 6

Per poter effettuare un calcolo in caso di incendio in RFEM 6, alle aste da calcolare deve essere assegnata, oltre alla configurazione di protezione antincendio, anche una configurazione di capacità portante come prerequisito per il calcolo in caso di incendio tramite il componente aggiuntivo di verifica dell'acciaio. Le combinazioni di carico nella situazione di calcolo per il calcolo in caso di incendio vengono determinate sulla base della situazione di calcolo eccezionale ψ_2,1 secondo EN 1990 | 2010-04. Nel modello di esempio allegato, alle aste n. 1 e 2 viene assegnata una configurazione per il calcolo in caso di incendio. Nel dialogo di base sotto i parametri di calcolo, viene selezionato il calcolo della temperatura critica del componente.

KB1988 | RFEM 6 – Impostazione nella configurazione della protezione antincendio per la temperatura dei componenti critica

La determinazione se le verifiche di sezione nel calcolo in caso di incendio vengano effettuate elasticamente o plasticamente viene effettuata nella configurazione di capacità portante: Scheda 'Base|Aste' - Opzioni - Verifica elastica (anche per sezioni delle classi 1 e 2). Se questa opzione viene selezionata, il calcolo avverrà elasticamente, altrimenti, dove possibile, plasticamente.

Impostazione nella configurazione allo SLU per verifica elastica

KB 1988 | RFEM 6 - Regolazione nella configurazione dello stato limite ultimo per la verifica elastica

Dopo che il calcolo della verifica dell'acciaio è stato eseguito con successo, nei dettagli del calcolo, oltre ai risultati per il calcolo in caso di incendio, apparirà anche il calcolo della temperatura critica del componente.

L'immagine mostra i risultati in RFEM 6 - Add-on Verifica acciaio, Dettagli di verifica per la temperatura critica del componente

KB 1988 | RFEM 6 - Calcolo della temperatura critica dell'elemento nei dettagli di verifica per la verifica di resistenza al fuoco

Verifica dei limiti di applicazione in RFEM 6

I limiti di applicazione rispetto alla restrizione alle classi di sezione da 1 a 3, nonché la restrizione al grado di utilizzo minimo μ_0,min = 0,013, vengono verificati automaticamente da RFEM 6. Se tali limiti vengono superati, vengono emesse indicazioni appropriate.