corso resistenza al fuoco delle strutture - ordine degli ingegneri della provincia di pordenone
DESCRIPTION
Lezioni del corso sulla Resistenza al Fuoco delle Strutture tenuto come attivita' per 12 crediti formativi professionali (CFP) presso l'Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone, 30-31 maggio 2012.TRANSCRIPT
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RESISTENZA AL FUOCO
DELLE STRUTTURE
Franco Bontempi
Ordinario di Tecnica delle Costruzioni
Facolta’ di Ingegneria Civile e Industriale
Universita’ degli Studi di Roma La Sapienza
Via Eudossiana 18 – 00184 Roma
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INDICE
1. Natura e caratteristiche dell’incendio
• Definizione
• Carattere estensivo
• Carattere intensivo
• Carattere accidentale
2. Sicurezza in caso di incendio• Prevenzione / Protezione
• Rischio
• Progettazione prestazionale / prescrittiva
3. Resistenza meccanica in caso di incendio
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INCENDIO
Natura del fenomeno
1
8
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Definizione (1)
• L’incendio è una combustione che si sviluppa in
modo incontrollato nel tempo e nello spazio.
• La combustione è una reazione chimica tra un
corpo combustibile e un corpo comburente.
• I combustibili sono numerosi: legno, carbone,
carta, petrolio, gas combustibile, ecc.
• Il comburente che interviene in un incendio è
l’aria o, più precisamente, l’ossigeno presente
nell’aria (21% in volume).
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Condizioni (1)
• Per avvenire un incendio è necessario che siano presenti tre elementi fondamentali (triangolo del fuoco):
1. il combustibile: i materiali infiammabili sono classificati in base alla loro reazione al fuoco in classi (0 = incombustibile);
2. il comburente: ruolo svolto usualmente dall'ossigeno;
3. la temperatura (o calore, questa la terza C): è necessaria la presenza di un'adeguata temperatura affinché avvenga l'innesco.
• Combustibile e comburente devono essere presenti in proporzioni adeguate definite dal campo di infiammabilità.
• Se non sono presenti uno o più dei tre elementi della combustione, questa non può avvenire e - se l'incendio è già in atto - si determina l'estinzione del fuoco.
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Condizioni (2)
innesco
(hazard)
materiali
(vulnerability)11
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Sviluppo di un evento negativo
innesco
(hazard)
materiali
(vulnerability)
12
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Vulnerabilita’
• Il termine vulnerabile deriva dalla parola latina vulnus che significa: ferita o lesione che essa può essere fisica, psicologica e per estensione anche di un diritto.
• Vulnerabile è tutto ciò che è esposto alla possibilità di essere ferito, violato, leso, colpito, percosso, offeso, tagliato, danneggiato.
• In questo modo vulnus sembra rinviare tanto all’azione del ferire (la causa, il colpo inferto da chi ha il potere e la possibilità di offendere), quanto allo stato del soggetto che subisce (l’effetto, la violazione del corpo, dell’anima, degli affetti, ecc.).
• Un primo punto fermo derivante dall’etimologia della parola è legato all’aspetto di possibilità e non di stato: vulnerabile è chi potrebbe, potenzialmente, essere ferito. 13
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Reazione al fuoco (1)
http://www.vigilfuoco.it/aspx/page.aspx?IdPage=425314
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Reazione al fuoco (2)
• Dal D.M. Interno del 26/06/84, Classificazione di reazione al fuoco ed omologazione dei materiali ai fini della prevenzione incendi, la reazione al fuoco e’:
• Il grado di partecipazione di un materiale combustibile al fuoco al quale e’ sottoposto;
• in relazione a cio’, i materiali sono assegnati alle classi 0, 1, 2, 3, … con l’aumentare della loro partecipazione alla combustione;
• quelli di classe 0 sono non combustibili.
15
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Reazione al fuoco (3)
0
16
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Strategie
di progetto / adeguamento• Le fasi iniziali della progettazione sono
quelle determinanti per conseguire ua
sensibile riduzione dei costi di
realizzazione dell’opera:
a) adozione di materiali da costruzione
incombustibili;
b) rimozione di materiali da costruzione
combustibili.
• Le correzioni sono costose…18
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19
INCENDIO
• Incendio = combustione autoalimentata ed
incontrollata di materiali combustibili.
• Carattere estensivo (diffusione nello spazio):
1. wildfire
2. urbanfire
3. all’esterno di un edificio
4. all’interno di un interno
• Carattere intensivo (andamento nel tempo).
• Natura accidentale.1919
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20
CARATTERE ESTENSIVO
Diffusione nello spazio
2020
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21
1. WILDFIRE
2121
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222222
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233/22/2011 2323
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24
2. URBANFIRE
2424
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The Great Fire of Chicago, Oct. 7-10, 1871
2525
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262626
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27
3. ALL’ESTERNO
DI UN EDIFICIO
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283/22/2011 28PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
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29
4. ALL’INTERNO
DI UN EDIFICIO
2929
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30
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31
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323232
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333333
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343434
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3535
Interazioni
35
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36
CARATTERE INTENSIVO
Andamento temporale
3636
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37
ISO 13387: Design Fire
3737
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38
Potenza Termica nel tempo
3838
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39
Temperatura nel tempo
(curva naturale d’incendio)
3939
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FLASHOVER
passiva
Create fire compartments
Prevent damage in the elements
Prevent loss of functionality in the building
attiva
Detection measures(smoke, heat, flame detectors)
Suppression measures (sprinklers, fire extinguisher, standpipes, firemen)
Smoke and heat evacuation system
prevenzione protezione robustezza
Limit ignitionsources
Limit hazardous human behavior
Emergency procedure and evacuation
Prevent the propagation of collapse, once local damages occurred (e.g. redundancy)
Strategie
time
T
40
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41
activeprotection
passiveprotection
no failures
doesn’t trigger
Y
N
Y
N spreads
extinguishes
damages
Y
N
robustness
no collapse
collapse
Y
N
triggers
prevention
1 42 3
Strategia antincendio: combinazione di misure di prevenzione,
protezione e gestionali per la riduzione del rischio di incendio.
41
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http://www.vigilfuoco.it/aspx/page.aspx?IdPage=4075 42
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43
![Page 44: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/44.jpg)
Prevenzione Incendi
Funzione preminente di interesse pubblico diretta a conseguire, secondo criteri uniformi sul territorio italiano,
gli obiettivi di sicurezza della vita umana, di incolumita’ delle persone e di tutela dei beni e dell'ambiente
attraverso la promozione, lo studio la predisposizione e la sperimentazione di norme, misure, provvedimenti, accorgimenti e modi di azione
intesi ad evitare l'insorgenza di un incendio degli eventi ad esso comunque connessi o a limitarne le conseguenze. 44
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45
CARATTERE ACCIDENTALE
Evento
4545
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46
Situazioni HPLC
High Probability Low Consequences4646
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47
LPHC events
47Low Probability High Consequences 47
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48
HPLCHigh Probability
Low
Consequences
LPHCLow Probability
High
Consequences
release of energy SMALL LARGE
numbers of breakdown SMALL LARGE
people involved FEW MANY
nonlinearity WEAK STRONG
interactions WEAK STRONG
uncertainty WEAK STRONG
decomposability HIGH LOW
course predictability HIGH LOW
HPLC – LPHC EVENTS
4848
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49
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50
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Approcci di analisi
HPLCEventi Frequenti con
Conseguenze Limitate
LPHCEventi Rari con
Conseguenze Elevate
Complessità:Aspetti non lineari e
Meccanismi di interazioni
Impostazionedel problema:
Deterministico
Stocastico
ANALISIQUALITATIVA
DETERMINISTICA
ANALISIQUANTITATIVA
PROBABILISTICA
ANALISIPRAGMATICACON SCENARI
51
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Scenari
(D.M. 14 settembre 2005)Il Progettista, a seguito della classificazione e della caratterizzazione delle azioni,
deve individuare le possibili situazioni contingenti in cui le azioni possono
cimentare l’opera stessa. A tal fine, è definito:
lo scenario: un insieme organizzato e realistico di situazioni in cui l’opera
potrà trovarsi durante la vita utile di progetto;
lo scenario di carico: un insieme organizzato e realistico di azioni che
cimentano la struttura;
lo scenario di contingenza: l’ identificazione di uno stato plausibile e
coerente per l’opera, in cui un insieme di azioni (scenario di carico) è
applicato su una configurazione strutturale.
Per ciascuno stato limite considerato devono essere individuati scenari di carico
(ovvero insiem i organizzati e coerenti nello spazio e nel tempo di azioni) che
rappresentino le combinazioni delle azioni realisticamente possibili e
verosimilmente più restrittive.52
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Scenario d’incendio
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54
ISO 13387: Event Tree
5454
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55
Controlling Fire Spread
• The larger a fire, the greater its destructive
potential.
• The control of fire movement, or fire
spread, is discussed in four categories:
1. within the room of origin;
2. to other rooms on the same level;
3. to other storey of the same building;
4. to other buildings.
5555
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56
ISO 13387: Fire Spread Routes
5656
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57
ISO 13387: Fire Spread Routes
5757
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scenario
analysis
5858
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SICUREZZA
Rischio
2
59
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60
PREVENZIONE / PROTEZIONE
Strategie
6060
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61
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Struttura del documento
62
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63
Andamento temperatura nel tempo
(curva naturale d’incendio)
6363
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Reazione al Fuoco
64
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Applicazione di prodotti/materiali
65
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Protezione Attiva
66
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FLASHOVER
passiva
Create fire compartments
Prevent damage in the elements
Prevent loss of functionality in the building
attiva
Detection measures(smoke, heat, flame detectors)
Suppression measures (sprinklers, fire extinguisher, standpipes, firemen)
Smoke and heat evacuation system
prevenzione protezione robustezza
Limit ignitionsources
Limit hazardous human behavior
Emergency procedure and evacuation
Prevent the propagation of collapse, once local damages occurred (e.g. redundancy)
Strategie
time
T
67
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Ingegneria della Sicurezza
Antincendio (Fire Safety Engineering)
68
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Impostazione generale (1)
69
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Impostazione generale (2)
70
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Campo di applicazione
71
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Obiettivi della Prevenzione Incendi
72
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Design Process - ISO 13387
A. Design constraints and possibilities
(blue),
B. Action definition and development
(red),
C. Passive system and active response
(yellow),
D. Safety and performance
(purple).
7373
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DESIGN
ACTION
RESPONSE
SA
FE
TY
& P
ER
FO
RM
AN
CE
7474
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Strategia antincendio per la
mitigazione del rischio (0)
75
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Strategia antincendio per la
mitigazione del rischio (1)
76
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77
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78
![Page 79: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/79.jpg)
Selezione dei livelli di prestazione
delle strategie antincendio
79
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80
RISCHIO
Natura aleatoria
8080
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Valutazione del profilo
di rischio per l'attivita’
81
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Rischio, Rischio, Rischio
• Rischio è la potenzialità che un'azione o un'attivitàscelta (includendo la scelta di non agire) porti a una perdita o ad un evento indesiderabile.
• Profilo di rischio e’ un indicatore speditivo della tipologia di rischio di incendio associata all'esercizio ordinario di una qualsiasi attivita’.
• Area a rischio specifico e’ una porzione dell'attivita’ caratterizzate da rischio di incendio sostanzialmente differente rispetto a quello tipico dell'attivita. L'individuazione delle aree a rischio specifico:a. riportata nella regole tecniche verticali;
b. in assenza, e’ effettuata dal progettista secondo i criteri dell'allegato 15.
82
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RISK CONCERN
cause
causa
effect
effetto
83
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Risk
Treatment
8484
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Option 1 – Risk avoidance, which usually means not
proceeding to continue with the system; this is not
always a feasible option, but may be the only course
of action if the hazard or their probability of
occurrence or both are particularly serious;
Option 2 – Risk reduction, either through (a) reducing the
probability of occurrence of some events, or (b)
through reduction in the severity of the
consequences, such as downsizing the system, or
(c) putting in place control measures;
Option 3 – Risk transfer, where insurance or other financial
mechanisms can be put in place to share or
completely transfer the financial risk to other parties;
this is not a feasible option where the primary
consequences are not financial;
Option 4 – Risk acceptance, even when it exceeds the
criteria, but perhaps only for a limited time until other
measures can be taken. 8585
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Quantitative Risk Analysis
8686
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Risk-based
Decision
Making
8787
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Obiettivi / Ipotesi
della Progettazione Antincendio
88
![Page 89: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/89.jpg)
Sviluppo di un evento negativo
89
![Page 90: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/90.jpg)
STRUCTURAL
SYSTEM
CHARACTERISTICS
STRUCTURAL
SYSTEM
WEAKNESS
9090
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9191
![Page 92: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/92.jpg)
STRUCTURAL
CONCEPTION
STRUCTURAL
TOPOLOGY
&
GEOMETRY
threats
No
Yes
threats
STRUCTURAL
MATERIAL
& PARTS
No
Yespassive
structural
characteristics
threats
FIRE DETECTION
& SUPPRESSION
No
Yes
active
structural
characteristics
threats
ORGANIZATION &
FIREFIGHTERS
No
Yes
threats
MAINTENANCE
& USE
No
Yes
threats
No
alive
structural
characteristics
Yes
9292
![Page 93: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/93.jpg)
9393
![Page 94: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/94.jpg)
94
PERFORMANCE BASED
DESIGN
Prestazionale / Prescrittivo
9494
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Come raggiungere gli obiettivi
95
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Prescrittivo (1)
APPROCCIO
PRESCRITTIVO
1) BASI DEL PROGETTO,
2) LIVELLI DI SCUREZZA,
3) PRESTAZIONI ATTESE
NON ESPLICITATI
1) REGOLE DI
CALCOLO E
2) COMPONENTI
MATERIALI
SPECIFICATI E
DETTAGLIATI
QUALITA' ED AFFIDABILITA'
STRUTTURALI
ASSICURATI IN MODO
INDIRETTO
GARANZIA DIRETTA DELLE PRESTAZIONI
E DELLA SICUREZZA STRUTURALI
INSIEME DI
STRUMENTI
LOGICI E
MATERIALI #3
INSIEME DI
STRUMENTI
LOGICI E
MATERIALI #1
INSIEME DI
STRUMENTI
LOGICI E
MATERIALI #2
OBIETTIVI
PRESTAZIONALI E
LIVELLI DI
SICUREZZA
ESPLICITATI
APPROCCIO
PRESTAZIONALE
NUMERICAL
MODELING
96
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Prescrittivo (2)
97
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Prestazionale (1)
APPROCCIO
PRESCRITTIVO
1) BASI DEL PROGETTO,
2) LIVELLI DI SCUREZZA,
3) PRESTAZIONI ATTESE
NON ESPLICITATI
1) REGOLE DI
CALCOLO E
2) COMPONENTI
MATERIALI
SPECIFICATI E
DETTAGLIATI
QUALITA' ED AFFIDABILITA'
STRUTTURALI
ASSICURATI IN MODO
INDIRETTO
GARANZIA DIRETTA DELLE PRESTAZIONI
E DELLA SICUREZZA STRUTURALI
INSIEME DI
STRUMENTI
LOGICI E
MATERIALI #3
INSIEME DI
STRUMENTI
LOGICI E
MATERIALI #1
INSIEME DI
STRUMENTI
LOGICI E
MATERIALI #2
OBIETTIVI
PRESTAZIONALI E
LIVELLI DI
SICUREZZA
ESPLICITATI
APPROCCIO
PRESTAZIONALE
NUMERICAL
MODELING
98
![Page 99: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/99.jpg)
Prestazionale (2)
99
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100
![Page 101: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/101.jpg)
101101
![Page 102: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/102.jpg)
102
![Page 103: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/103.jpg)
103
![Page 104: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/104.jpg)
RESISTENZA
Risposta meccanica
3
104
![Page 105: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/105.jpg)
Mechanical Analysis
• The mechanical analysis shall be performed for the same duration as used in the temperature analysis.
• Verification of fire resistance should be in:– in the strength domain: Rfi,d,t ≥ Efi,requ,t
(resistance at time t ≥ load effects at time t);
– in the time domain: tfi,d ≥ tfi,requ
(design value of time fire resistance ≥ time required)
– In the temperature domain: Td ≤ Tcr
(design value of the material temperature ≤ critical material temperature);
105105
![Page 106: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/106.jpg)
Variation of fire resistance (3D)
R = structural resistance
T = temperature
t = time
T=T(t)
R=R(t,T)=R(t,T(t))=R(t)
106106
![Page 107: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/107.jpg)
Verification of fire resistance (R-safe)R = structural resistance
T = temperature
t = time
Rfi,d,t
Efi,requ,t
107107
![Page 108: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/108.jpg)
Verification of fire resistance (R-fail)
R = structural resistance
T = temperature
t = time
Efi,requ,t
Rfi,d,t
Failure !
108108
![Page 109: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/109.jpg)
Verification of fire resistance (t)
R = structural resistance
T = temperature
t = time
Efi,requ,t Rfi,d,t
Failure !
tfi,d ≥ tfi,requ
109109
![Page 110: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/110.jpg)
Verification of fire resistance (T)
R = structural resistance
T = temperature
t = time
Efi,requ,t
Rfi,d,t
Failure !
Td ≤ Tcr
110110
![Page 111: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/111.jpg)
Verification of fire resistance (T)
R = structural resistance
T = temperature
t = time
Efi,requ,t
Rfi,d,t
Failure !
Td ≤ Tcr
111
![Page 112: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/112.jpg)
112
Es.
112
![Page 113: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/113.jpg)
#4
113113
![Page 114: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/114.jpg)
#1
1143/31/2011 114
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
114
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115115
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116116
![Page 117: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/117.jpg)
STRUCTURAL ROBUSTNESS (1)
ATTRIBUTES
RELIABILITY
AVAILABILITY
SAFETY
MAINTAINABILITY
INTEGRITY
SECURITY
FAILURE
ERROR
FAULT
permanent interruption of a system ability
to perform a required function
under specified operating conditions
the system is in an incorrect state:
it may or may not cause failure
it is a defect and represents a
potential cause of error, active or dormant
THREATS
117
117
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STRUCTURAL ROBUSTNESS (2)
• Capacity of a construction to show regular
decrease of its structural quality due to
negative causes.
• It implies:
a) some smoothness of the decrease of
structural performance due to
negative events (intensive feature);
b) some limited spatial spread of the
rupture (extensive feature).
118118
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Levels of Structural Crisis
Usu
al
UL
S &
SL
S
Veri
fica
tio
n F
orm
at
Structural Robustness
Assessment
1st level:
Material
Point
2nd level:
Element
Section
3rd level:
Structural
Element
4th level:
Structural
System 119
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D0120
Es.
120
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D1 D2
Scenari (1-2)
121
![Page 122: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/122.jpg)
D3 D4
Scenari (3-4)
122
![Page 123: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/123.jpg)
Modalità di collasso (1-2)
D1 D2 123123
![Page 124: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/124.jpg)
Modalità di collasso (3-4)
D3 D4 124124
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0
4
Lo scenario D4
è quello più cattivo:
l’elemento strutturale
critico individuato è la
colonna più esterna!
125
Sintesi dei risultati: elemento critico
125
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Bad vs Good Collapse
STRUCTURE
& LOADSCollapse
Mechanism
NO SWAY
“IMPLOSION”OF THE
STRUCTURE
“EXPLOSION”OF THE
STRUCTURE
is a process in which
objects are destroyed by
collapsing on themselves
is a process
NOT CONFINED
SWAY
126
![Page 127: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/127.jpg)
Design Strategy #1: CONTINUITY
127
![Page 128: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/128.jpg)
Design Strategy #2: SEGMENTATION
1283/31/2011PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO
128
![Page 129: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/129.jpg)
28/4/2011PROGETTAZIONE STRUTTURALE
ANTINCENDIO129
129
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Definizioni: compartimentazione
• CAPACITÀ DI COMPARTIMENTAZIONE IN CASO
D’INCENDIO: attitudine di un elemento costruttivo a
conservare, sotto l’azione del fuoco, oltre alla propria stabilità,
un sufficiente isolamento termico ed una sufficiente tenuta ai
fumi e ai gas caldi della combustione, nonché tutte le altre
prestazioni se richieste.
• COMPARTIMENTO ANTINCENDIO: parte della costruzione
organizzata per rispondere alle esigenze della sicurezza in
caso di incendio e delimitata da elementi costruttivi idonei a
garantire, sotto l’azione del fuoco e per un dato intervallo di
tempo, la capacità di compartimentazione.
130130
![Page 131: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/131.jpg)
TESTI
Bibliografia & Informazioni
4
131
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132
![Page 133: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/133.jpg)
133
![Page 134: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/134.jpg)
134
![Page 135: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/135.jpg)
135
![Page 136: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/136.jpg)
136
![Page 137: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/137.jpg)
137
![Page 138: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/138.jpg)
Coordinate
138
![Page 139: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/139.jpg)
139
![Page 140: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/140.jpg)
140140
Stro N
GERwww.stronger2012.com
140
![Page 141: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/141.jpg)
2nd DAY
Franco Bontempi
Ordinario di Tecnica delle Costruzioni
Facolta’ di Ingegneria Civile e Industriale
Universita’ degli Studi di Roma La Sapienza
Via Eudossiana 18 – 00184 Roma
![Page 142: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/142.jpg)
INDICE
1. Natura e caratteristiche dell’incendio
• Definizione
• Carattere estensivo
• Carattere intensivo
• Carattere accidentale
2. Sicurezza in caso di incendio• Prevenzione / Protezione
• Rischio
• Progettazione prestazionale / prescrittiva
3. Resistenza meccanica in caso di incendio
142
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INDICE
5. Analisi in caso di incendio
• Scomposizione
• Sensitivita’
• Delimitazione
• Ridondanza
6. Windsor Hotel case history• Prevenzione / Protezione
• Rischio
• Progettazione prestazionale / prescrittiva
7. Considerazioni specifiche
143
![Page 144: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/144.jpg)
summing up
144
![Page 145: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/145.jpg)
DESIGN
ACTION
RESPONSE
SA
FE
TY
& P
ER
FO
RM
AN
CE
145145
![Page 146: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/146.jpg)
STRUCTURAL
SYSTEM
CHARACTERISTICS
STRUCTURAL
SYSTEM
WEAKNESS
146146
![Page 147: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/147.jpg)
147147
![Page 148: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/148.jpg)
148148
![Page 149: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/149.jpg)
149
![Page 150: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/150.jpg)
150
![Page 151: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/151.jpg)
Selezione dei livelli di prestazione delle
strategie antincendio
151
![Page 152: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/152.jpg)
NUMERICAL
MODELING
152
![Page 153: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/153.jpg)
ANALISI IN CASO DI
INCENDIO
Modellazione
5
153
![Page 154: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/154.jpg)
154154
![Page 155: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/155.jpg)
STRATEGY #0: BREAKDOWN
155
![Page 156: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/156.jpg)
SISTEMA
STRUTTURALE
PRINCIPALE
ZONE SPECIALI DI
IMPALCATO
SISTEMA DI
RITEGNO/SOSTEGNO
SISTEMA
STRUTTURALE
SECONDARIO
SISTEMA DI
SOSPENSIONE
IMPALCATO
CORRENTE
FONDAZIONI DELLE TORRI
ANCORAGGI
TORRI
SELLE
CAVI PRINCIPALI
PENDINI
CASSONI STRADALI
CASSONE FERROVIARIO
TRAVERSO
INTERNE
TERMINALI
SISTEMA STRUTTURALE
AUSILIARIO
STRADALE
FERROVIARIO
FUNZIONAMENTO
MANUTENZIONE
EMERGENZA
PONTE
MACROLIVELLO
MESOLIVELLO
156
![Page 157: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/157.jpg)
157
![Page 158: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/158.jpg)
158
![Page 159: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/159.jpg)
159
![Page 160: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/160.jpg)
160
![Page 161: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/161.jpg)
The function: y(x1,x2)
161
![Page 162: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/162.jpg)
162
STRATEGY #1: SENSITIVITY
governance of priorities
![Page 163: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/163.jpg)
The sensibility of the function
163
![Page 164: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/164.jpg)
164
STRATEGY #2: BOUNDING
behavior governance
p
(p)
p
(p)
![Page 165: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/165.jpg)
The bounding of the function
165
![Page 166: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/166.jpg)
Super
ControlloreProblema Risultato
Solutore #1
Solutore #2
Voting System
STRATEGY #3: REDUNDANCY
166
![Page 167: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/167.jpg)
167
![Page 168: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/168.jpg)
168
approccio costruttivo e storico
consapevolezza del problema
modelli / tempo
solu
zion
e
![Page 169: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/169.jpg)
HOTEL WINDSOR
Case History
6
169
![Page 170: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/170.jpg)
170
![Page 171: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/171.jpg)
171
![Page 172: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/172.jpg)
172
![Page 173: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/173.jpg)
173
![Page 174: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/174.jpg)
174
![Page 175: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/175.jpg)
THE STRUCTURE
Context
175
![Page 176: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/176.jpg)
176176
![Page 177: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/177.jpg)
177
Built during 70’s
Offices and commercial use
106 metres high
32 storeys above ground level
5 storeys underground
Outline of the structure
177
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Outline of the structure
178
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179
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Updating works
180
Works carried out to update the building going furtherthan regulations in force:
• National regulations (1996)
• Regional regulations from Region of Madrid (2003).
They consists in:
• Construction of an exterior staircase
• Renovation of electrical wiring
• Protection of metallic structure with fire resisting material
• Sealing of concealed spaces
• Fire barriers in curtain-walls
• Renovation of smoke detectors
• Installation of new sprinkler system180
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Main fire Protection
System
At time of Construction
(1970s Spanish Codes
At time of Fire
(Refurbishment in Process)
Fire compartmentation no Under construction
Fire stopping between
cladding & structureno Under construction
Fire protection to
steelworkno
17th floor & above: Not yet
commencement
(18th floor partly completed)
4th - 15th floor: Completed
(except 9 & 15th floors)
Fire protection to
concrete membersno no
Sprinkler system no Under construction
Fire alarm system yes yes
Dry riser system yes yes
Spanish Fire Regulations
181
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FIRE INCIDENT
Event
182
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1st section:
floors 3 to 16
1st technical floorreception
5 basements
2nd technical floor
2nd section:
floors 17 to roof
empty floors
183
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186186
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187187
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190190
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191
SISTEMA STRUTTURALE SCENARIO D’INCENDIO
1
2
COMPARTIMENTOSTRUTTURALE
SUPERIORE
COMPARTIMENTOSTRUTURALE
INFERIORE
3 3
191
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192192
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193
Outline of the fire
12 February
23:05 smoke alarm on 21st floor
23:05-23:21 Security staff goes to check alarm
and attempts to tackle fire
23:21 Call to fire brigade
23:25 Firemen arrive
23:25-00:00 Quick spreading of flames
00:00 Firemen leave the building
193
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194
Outline of the fire
13 February
01.00 four storeys were on fire194
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195
Outline of the fire
02.00 flames almost all over the building
195
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196
Outline of the fire
03.30 first collapse 04.00 fire revives
196
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197
Outline of the fire
Metallic structure strongly damaged.
Collapse of upper floors supported by steel columns.
Unforeseenly fire spread downwards very quickly.
197
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198
Outline of the fire
198
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199
Outline of the fire
199
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200
Outline of the fire
200
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201
Outline of the fire
07.00 firemen in adjacent buildings
201
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202
Outline of the fire
14.00 fire is still active
17.00 automatic hoses cooling the building and its surroundings are closed
202
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203
The aftermath
Lower section
Bays adjacent to facades in bad conditions
Next bays parallel to north facade also badly damaged
Other areas: concrete columns diversely damaged
Central core slightly damaged
203
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204
The aftermath
Upper section
Bays adjacent to facades almost compleatly collapsed
Next bays parallel to north facade also collapsed
204
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STRUCTURAL BEHAVIOR
Comments
205
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The fire in progress
01:00: some floors above
21st floor in fire
206
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02:00: all floors above 21st
floor in fire
The fire in progress
207
![Page 208: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/208.jpg)
02:00: chunks of façade fall off
The fire in progress
208
![Page 209: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/209.jpg)
02:15: steel columns deform
like spaghetti
The fire in progress
209
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Source – TVE 1
The fire in progress
210
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05:30: fire spread below 16th
floor, crossing over the
upper technical floor
The fire in progress
211
![Page 212: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/212.jpg)
08:30: fire spread beneath
4th floor
The fire in progress
212
![Page 213: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/213.jpg)
13:30: fire under control
The fire in progress
213
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After the fire
The fire in progress
214
![Page 215: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/215.jpg)
Primary contributor: detection
• Long response time of detectors to give alarm
• Closed doors in the room where fire started
• Lack of effective fire fighting measures for first intervention(automatic sprinklers, training of security guards, …)
Secondary contributor:
Internal intervention
• Lack of water pressure for fire brigade intervention
The fire initiation
215
![Page 216: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/216.jpg)
Primary Contributor
• Gap between curtain wall and floor slab never fire stopped
• Smoke & flame pass through breach of compartment:
no fire doors
no penetration seals
no shaft protection
• Burning droplets allowed to pass down. Fire started on floor 21, but spread as far down as floor 2 !!!
Secondary contributor
• Glazed façade had no fire rating
• Windows failed at early stag
The fire spread & path
216
![Page 217: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/217.jpg)
Curtain wall Vertical parapets
Mechanism of fire barrier parapet between the floorsHeight in Windsor Tower: 1.5 m
The fire spread & path
217
![Page 218: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/218.jpg)
Curtain wall Horizontal fire barrier
Chimney effect for fire spread upwards
Falling pieces for fire spread downwards
The fire spread & path
218
![Page 219: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/219.jpg)
Perimeter steel
column
protection
Unprotected columns:Buckled steel
Protected columns:Remained in place
The performance of fire protection
219
![Page 220: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/220.jpg)
Curtain wall
parapet
Properly fixed:Remained in place
Not properly fixed:disappeared
The performance of fire protection
220
![Page 221: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/221.jpg)
221
![Page 222: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/222.jpg)
Technical shafts
Remained in place where installed
The performance of fire protection
222
![Page 223: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/223.jpg)
223
The progressive collapse
223
![Page 224: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/224.jpg)
224
Collasso progressivo
224
![Page 225: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/225.jpg)
225
Collasso progressivo (1)
225
![Page 226: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/226.jpg)
226
Collasso progressivo (2)
226
![Page 227: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/227.jpg)
227
Collasso progressivo (3)
227
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228
Collasso progressivo (4)
228
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229
Collasso progressivo (5)
229
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230
![Page 231: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/231.jpg)
231
![Page 232: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/232.jpg)
232
com
par
tim
en
tzio
ne
232
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233
WindsorOutline of the fire
233
![Page 234: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/234.jpg)
234
WindsorOutline of the fire
234
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235
WindsorOutline of the fire
235
![Page 236: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/236.jpg)
236
WindsorOutline of the fire
236
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237
![Page 238: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/238.jpg)
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239
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240
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CONSIDERAZIONI
SPECIFICHE
7
241
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CONCEPTUAL DESIGN
242
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243
ELEMENTI E COMPONENTI
STRUTTURALI
ORGANIZZAZIONE
Le relazioni stabili di funzione, funzionalità
e topologia che danno significato agli
elementi indipendentemente dalla loro specificità.
STRUTTURA
Elementi specifici che tramite le relazioni
strutturali formano una configurazione persistente nel
tempo
SISTEMA
Struttura durevole di elementi organizzati, che
viene osservata come unità che presenta
caratteristiche emergenti.
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244
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245
![Page 246: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/246.jpg)
246
Load path
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247
![Page 248: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/248.jpg)
CAPANNONI:
disposizione del materiale
248
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NUMERICAL
MODELING
249
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Multi-physics modelling for the safety assessment
of complex structural systems under fire
Gentili Multi-physics modelling for the safety assessment
of complex structural systems under fire.
Gentili
Case Study I
Stack height 3.0 m
No. of pallets in a stack 20 ---
HRRmax of a stack 6.81 MW
No. stacks in the hall 18 ---
HRRmax, tot 176 MW
Floor area
Af 1200 m2
Enclosure area
At 3135 m2
Opening factor
O 0.055 m0.5
Thermal Inertia
b 1017 Ws0.5/(Km2)
Fuel load density (enclosure)
q 30 MJ/m2
Fuel load density (floor)
qf 79 MJ/m2
Total fuel load
Q 94500 MJ
Fire growing rate
a 0.156 kJ/s3
hs
16
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Multi-physics modelling for the safety assessment
of complex structural systems under fire
Gentili Multi-physics modelling for the safety assessment
of complex structural systems under fire.
Gentili
Hydrodynamic
Model
Combustion
Model
Thermal
Radiation
Solid Phase
Model
Fire Detection
Devices
FDS: Solver
• The partial derivatives of the conservation
equations of mass, momentum and energy are
approximated as finite differences.
• The solution is updated in time on a three-
dimensional, rectilinear grid.
• Thermal radiation is computed using a finite
volume technique on the same grid as the flow
solver.
• Lagrangian particles are used to simulate
smoke movement, sprinkler discharge, and
fuel sprays.
.
Notes:
17
http://code.google.com/p/fds-smv/
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Multi-physics modelling for the safety assessment
of complex structural systems under fire
Gentili Multi-physics modelling for the safety assessment
of complex structural systems under fire.
Gentili
Fire Model – Fuel locations18
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Multi-physics modelling for the safety assessment
of complex structural systems under fire
Gentili Multi-physics modelling for the safety assessment
of complex structural systems under fire.
Gentili
Fire Model – Ventilation conditions19
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Multi-physics modelling for the safety assessment
of complex structural systems under fire
Gentili Multi-physics modelling for the safety assessment
of complex structural systems under fire.
Gentili
0
200
400
600
800
1000
1200
0 5 10 15 20
Tem
pera
ture [ C
]
time [min]
All opening closed
Breaking windows
Smoke extractors
Openings doors 0
40
80
120
160
200
240
0 5 10 15 20
HR
R [
MW
]
time [min]
All opening closed
Breaking windows
Smoke extractors
Openings doors
0
200
400
600
800
1000
1200
0 5 10 15 20 25 30
Tem
pera
ture
[ C
]
time [min]
Scenario 1
Scenario 2
Scenario 3
Scenario 4
0
40
80
120
160
200
0 5 10 15 20
HR
R [
MW
]
time [min]
Scenario 1
Scenario 2
Scenario 3
Scenario 4
Fire Model
Ventilation Conditions
Fuel Locationstime [min]
Te
mp
era
ture
[°C
]Te
mp
era
ture
[°C
]
time [min] time [min]
time [min]
HR
R [M
W]
HR
R [
MW
]
20
![Page 255: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/255.jpg)
Multi-physics modelling for the safety assessment
of complex structural systems under fire
Gentili Multi-physics modelling for the safety assessment
of complex structural systems under fire.
Gentili
Fire Model – Mesh optimization21
dx %D* D*/DxNumber
of cells
0.3 0.039 25.31 298080
0.4 0.052 18.98 126360
0.5 0.065 15.18 64512
0.6 0.075 12.65 388800
40
80
120
160
200
240
0 5 10 15 20
HR
R [
MW
]
time [min]
60 cm
50 cm
40 cm
30 cm
0
1
2
3
4
5
0 5 10 15 20
Sm
ok
e H
eigh
t [m
]
time [min]
60 cm
50 cm
40 cm
30 cm
0
200
400
600
800
1000
1200
0 5 10 15 20
tem
per
ature
[ C
]
time [min]
60 cm50 cm40 cm30 cm
![Page 256: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/256.jpg)
Multi-physics modelling for the safety assessment
of complex structural systems under fire
Gentili Multi-physics modelling for the safety assessment
of complex structural systems under fire.
Gentili
Fire Model – Fuel involvement
019.0
05.030
min
d
HRRNFPA CRITERION
FDS CRITERION Temperature
Heat Release Rate
CT 275min
22
![Page 257: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/257.jpg)
Multi-physics modelling for the safety assessment
of complex structural systems under fire
Gentili Multi-physics modelling for the safety assessment
of complex structural systems under fire.
Gentili
Structural Response – Scenario 1
Point D
Point C
Collapse ISO 834 FDS
Local 18 min 9 min
Global 22 min 9 min
23
Gentili F. (in press), Advanced numerical analyses for the assessment of steel structures under fire, International Journal of
Lifecycle Performance Engineering, Special Issue on Fire Safety Design and Robustness Considerations in Structural
Engineering, Inderscience.
dis
pla
ce
ment [m
]
time [min]
-2.00
-1.50
-1.00
-0.50
0.00
0.50
0 10 20 30 40
Point C - ISO
Point C - FDS
Point D - ISO
Point D - FDS
Global Collapse
Local Collapse
![Page 258: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/258.jpg)
Multi-physics modelling for the safety assessment
of complex structural systems under fire
Gentili Multi-physics modelling for the safety assessment
of complex structural systems under fire.
Gentili
Case Study II
Stack height 3.0 m
No. of pallets in a stack 20 ---
HRRmax of a stack 6.81 MW
No. stacks in the hall 16 ---
HRRmax, tot 157 MW
Floor area
Af 1200 m2
Enclosure area
At 3135 m2
Opening factor
O 0.055 m0.5
Thermal Inertia
b 1017 Ws0.5/(Km2)
Fuel load density (enclosure)
q 27 MJ/m2
Fuel load density (floor)
qf 70 MJ/m2
Total fuel load
Q 84000 MJ
Fire growing rate
a 0.156 kJ/s3
hs
24
![Page 259: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/259.jpg)
Multi-physics modelling for the safety assessment
of complex structural systems under fire
Gentili Multi-physics modelling for the safety assessment
of complex structural systems under fire.
Gentili
Partial vs Complete Model25
![Page 260: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/260.jpg)
Multi-physics modelling for the safety assessment
of complex structural systems under fire
Gentili Multi-physics modelling for the safety assessment
of complex structural systems under fire.
Gentili
Combustible stacking26
![Page 261: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/261.jpg)
Multi-physics modelling for the safety assessment
of complex structural systems under fire
Gentili Multi-physics modelling for the safety assessment
of complex structural systems under fire.
Gentili
Combustible stacking
TC - 1
TC - 8
27
![Page 262: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/262.jpg)
Multi-physics modelling for the safety assessment
of complex structural systems under fire
Gentili Multi-physics modelling for the safety assessment
of complex structural systems under fire.
Gentili
Travelling Fire (I)28
Gentili F, Giuliani L, Bontempi F. (in press), Effects of combustible stacking in large compartments, Journal of Structural Fire
Engineering
![Page 263: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/263.jpg)
Multi-physics modelling for the safety assessment
of complex structural systems under fire
Gentili Multi-physics modelling for the safety assessment
of complex structural systems under fire.
Gentili
Travelling Fire (II)
Temperature
Time
Tgas-1
Tgas-2
Tsteel-2
Tsteel-1
29
![Page 264: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/264.jpg)
Multi-physics modelling for the safety assessment
of complex structural systems under fire
Gentili Multi-physics modelling for the safety assessment
of complex structural systems under fire.
Gentili
Local temperatures much
higher than those predicted by
a flashover fire
Fire Action
Fuel Stacking
in Large Compartments
Possible
Travelling Fire
Low ConcentrationHigh Concentration
51
![Page 265: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/265.jpg)
CAPANNONI:
modalita’ di collasso
265
![Page 266: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/266.jpg)
Multi-physics modelling for the safety assessment
of complex structural systems under fire
Gentili Multi-physics modelling for the safety assessment
of complex structural systems under fire.
Gentili
SWAY: prevede lo svio; è
potenzialmente capace di
coinvolgere strutture vicine,
con la possibilità di
provocare dei collassi a
catena, ovvero una crisi
progressiva.
Sway vs No sway Collapse
NO SWAY: il meccanismo
che non prevede svio del
traverso; presenta un
confinamento del collasso
![Page 267: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/267.jpg)
267
![Page 268: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/268.jpg)
268
![Page 269: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/269.jpg)
269
![Page 270: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/270.jpg)
270
![Page 271: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/271.jpg)
271
![Page 272: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/272.jpg)
272
![Page 273: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/273.jpg)
Scenario di incendio
273
![Page 274: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/274.jpg)
274
![Page 275: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/275.jpg)
275
![Page 276: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/276.jpg)
276
![Page 277: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/277.jpg)
277
![Page 278: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/278.jpg)
278
![Page 279: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/279.jpg)
Tensile force
279
![Page 280: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/280.jpg)
Lateral stifness
280
![Page 281: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/281.jpg)
281
![Page 282: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/282.jpg)
282
![Page 283: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/283.jpg)
Configurazioni considerate (1)
283
![Page 284: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/284.jpg)
Configurazioni considerate (2)
284
![Page 285: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/285.jpg)
CAPANNONI:
modelli 2D / 3D
285
![Page 286: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/286.jpg)
Multi-physics modelling for the safety assessment
of complex structural systems under fire
Gentili Multi-physics modelling for the safety assessment
of complex structural systems under fire.
Gentili
Substructure Vs Global models
Deformation
in the plan XZ
Point BPoint A
Model 1:
A two-span pitched portal
in two dimensions
Model 2:
A two-span pitched portal
in three dimensions
Model 3:
Whole 3D structure
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Multi-physics modelling for the safety assessment
of complex structural systems under fire
Gentili Multi-physics modelling for the safety assessment
of complex structural systems under fire.
Gentili
θ [ C]
t [min]
∆𝜃𝑎 ,𝑡 =
𝐴𝑚𝑉
𝑐𝑎 ∙ 𝜌𝑎∙ ℎ 𝑛𝑒𝑡 ,𝑑 ∙ ∆𝑡
STEEL TEMPERATURE FOR UNPROTECTED BEAM ENV 1993 – 1 – 2 : 1995
FIRE MODEL
HEAT TRANSFER MODEL
Fire and Heat Transfer Models
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Multi-physics modelling for the safety assessment
of complex structural systems under fire
Gentili Multi-physics modelling for the safety assessment
of complex structural systems under fire.
Gentili
Horizontal DisplacementVertical Displacement
Deformed shape in Structural Code 1
(Scale Factor 1)
Deformed shape in Structural Code 2
(Scale Factor 5)
Model 1: A two-span pitched portal in two dimensions
N [N] displacement [m]
dis
pla
cem
ent
[m]
tim
e [m
in]
Abaqus
DianaAbaqus
Diana
Point BPoint A
Point C
Point BPoint A
Point C
Point APoint B
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Multi-physics modelling for the safety assessment
of complex structural systems under fire
Gentili Multi-physics modelling for the safety assessment
of complex structural systems under fire.
Gentili
Model 2: A two-span pitched portal in three dimensions
(Scale Factor 10)
(Scale Factor 10)
displacement [m]
0
5
10
15
20
25
-0.25 -0.20 -0.15 -0.10 -0.05 0.00
tim
e[m
in]
Abaqus
Literature
Diana
-0.01
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0 5 10 15 20 25
dis
pla
cem
ent
[m]
time [min]
Abaqus
Literature
Diana
In plane displacement Out of plane displacement
Point BPoint A
Point C
Point BPoint A
Point C
Point A
Code 2
Code 1
(Scale Factor 5)
(Scale Factor 5)
Point C
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Multi-physics modelling for the safety assessment
of complex structural systems under fire
Gentili Multi-physics modelling for the safety assessment
of complex structural systems under fire.
Gentili
Point BPoint A
Model 3: Whole 3D structure
Horizontal DisplacementVertical Displacement
Deformed shape in Structural Code 1
(Scale Factor 5)
Deformed shape in Structural Code 2
(Scale Factor 5)
Point A
Point B
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NON LINEARITA’ GEOMETRICHE
291
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EFFETTO CATENARIA
292
![Page 293: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/293.jpg)
EFFETTO MEMBRANA
293
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294
![Page 295: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/295.jpg)
295
![Page 296: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/296.jpg)
296
![Page 297: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/297.jpg)
Total deflection of the floor:
L/30+ /30 = (L+ )/30 L/30
/30
L
297
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ZONE DI COLLEGAMENTO
298
![Page 299: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/299.jpg)
299
B-/D- Regions (2)
A
B
C
D E
F
G
H
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300
![Page 301: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/301.jpg)
1.0 1.6 0.6
ANCHORAGE FORCE
SHEAR (SUPPORT REACTION)
RIGHT END REACTION
301
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12/20/2012 302
Limit
Stat
e
λ Shear
(slice 1.9685
inch)
Anchorage
(slice
1.9685
inch)
Right end
(slice
1.9685
inch)
Slice 0.3937
inch
(model)
Slice 3.1496
inch
(suggested)
kN Kips kN Kips kN Kips kN Kips kN Kips
SLS 1.0 120 26.98 190 42.71 72 16.19 24 5.40 192 43.16
ULS 1.5 180 40.47 285 64.07 108 24.28 36 8.09 288 64.74
SILS 1.9 230 51.71 365 82.06 139 31.25 45 10.12 365 82.06
1.0 1.6 0.6
ANCHORAGE FORCESHEAR
(SUPPORT REACTION)
RIGHT END
REACTION
302
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303
![Page 304: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/304.jpg)
STRINGERS
304
![Page 305: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/305.jpg)
STRINGERS PROPERTIES
305
![Page 306: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/306.jpg)
CONNECTION PROPERTIES
306
![Page 307: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/307.jpg)
PANELS
307
![Page 308: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/308.jpg)
PANELS PROPERTIES
308
![Page 309: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/309.jpg)
309
![Page 310: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/310.jpg)
310
![Page 311: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/311.jpg)
311
![Page 312: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/312.jpg)
SWL elastic behavior
312
![Page 313: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/313.jpg)
SWL elastic behavior
313
![Page 314: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/314.jpg)
314
![Page 315: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/315.jpg)
Structural Response
λ=1.9 – 230 kN – 52 Kips
λ=1.5 – 180 kN – 40 Kips
λ=1.0 – 120 kN – 28 Kips
315
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316
![Page 317: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/317.jpg)
317
![Page 318: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/318.jpg)
318
![Page 319: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/319.jpg)
319
![Page 320: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/320.jpg)
Steel mechanical properties degradation
T
<=100°C200°C
400°C
600°C
800°C
500°C
2%
e
20%0.2% 15%
s
fyk
320
![Page 321: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/321.jpg)
Verification of fire resistance (T)
R = structural resistance
T = temperature
t = time
Efi,requ,t
Rfi,d,t
Failure !
Td ≤ Tcr
321
![Page 322: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/322.jpg)
0
200
400
600
800
1000
0 10 20 30 40 50 60
ISO 834
θ steel
ISO Fire - Steel Temperature
322
![Page 323: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/323.jpg)
ANSYS
ABAQUS
PANEL STRESS, t= 0 sec, T= 20 °C, Yield stress 450 N/mm2
323
![Page 324: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/324.jpg)
ANSYS
ABAQUS
PANEL STRESS, t= 565 sec, T= 576 °C, Yield stress 245 N/mm2
324
![Page 325: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/325.jpg)
PANEL STRESS, t= 650 sec, T= 618 °C, Yield stress 192 N/mm2
ANSYS
ABAQUS
325
![Page 326: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/326.jpg)
PANEL STRESS, t= 730 sec, T= 651 °C, Yield stress 156 N/mm2
ANSYS
ABAQUS
326
![Page 327: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/327.jpg)
PANEL STRESS, t= 770 sec, T= 665 °C, Yield stress 141 N/mm2
ANSYS
ABAQUS
327
![Page 328: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/328.jpg)
0
2
4
6
8
10
12
14
0 200 400 600 800
dis
pl [
mm
]
TEMP [°C]
Ansys
Abaqus
Structural Response (1)
328
![Page 329: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/329.jpg)
0
2
4
6
8
10
12
0 5 10 15
dis
pl [
mm
]
Time [min]
Ansys
Abaqus
Structural Response (2)
329
![Page 330: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/330.jpg)
330
0
200
400
600
800
1000
1200
0 20 40 60 80 100 120
ISO 834
Acciaio non protetto
pittura intumescente
schiuma PROMAFOAM d=7mm
GessoTime [min]
TE
MP
[°C
]
Protective Measures
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331
![Page 332: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/332.jpg)
332
![Page 333: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/333.jpg)
333
![Page 334: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/334.jpg)
334
![Page 335: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/335.jpg)
335
![Page 336: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/336.jpg)
336
![Page 337: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/337.jpg)
Coordinate
337
![Page 338: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/338.jpg)
338
![Page 339: Corso RESISTENZA AL FUOCO DELLE STRUTTURE - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pordenone](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052822/554a17b8b4c905825d8b4fbb/html5/thumbnails/339.jpg)
339339
Stro N
GERwww.stronger2012.com
339