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Meccanismi di collasso di edifici in acciaio in caso di incendio
Riccardo Aiuti
Luisa Giuliani
Franco Bontempi


FIRE INDUCED COLLAPSE MECHANISMS IN STEEL BUILDINGS

Memoria tratta dagli ATTI del XXIV CONGRESSO C.T.A. tenutosi a Torino nel 2013

ABSTRACT
La presenza di un incendio in un edificio è un evento raro ma estremamente pericoloso per le strutture in acciaio. Le conseguenze possono essere particolarmente severe nel caso di edifici multipiano, dove può verificarsi una propagazione verticale sia dell' incendio che dei fallimenti strutturali. Test e studi effettuati su varie strutture in acciaio hanno evidenziato, da un lato, la possibilità di limitare la protezione al fuoco ai soli elementi verticali e, dall' altro, il ruolo predominante dell'espansione termica degli orizzontamenti nella risposta al fuoco delle strutture in acciaio non protette. Questo articolo presenta uno studio sull'innesco e la possibile propagazione del collasso per fuoco in un edificio multipiano in acciaio con travi non protette incernierate a colonne continue protette. In particolare, viene investigato l'effetto sulla risposta strutturale della posizione del fuoco lungo l'elevazione dell'edificio, nel caso in cui un solo piano sia coinvolto nell'incendio. Nel caso in cui più piani dell'edificio siano coinvolti nell'incendio, viene invece studiata la possibilità di propagazione del collasso agli elementi verticali. Nel caso di incendio in un solo piano, i risultati evidenziano un collasso precoce ma localizzato della trave non protetta. Alla base dell'edificio, tale meccanismo risulta governato dalla sola espansione termica impedita e si verifica per temperature critiche molto basse. Man mano che l'incendio si propaga ai piani superiori e determina il fallimento progressivo delle travi, la lunghezza libera di inflessione della colonna aumenta: una propagazione verticale del collasso sembra plausibile non più tardi di quando metà dell'edificio è coinvolto nell' incedio.

The occurrence of a fire in a steel building is a rare but dangerous event. The consequences of a fire can be particularly severe for multi-story buildings, as a vertical spread of the fire and of the structural failures can lead to the collapse of a major part of the structure. Tests and studies carried out on different steel structures after the collapse of the WTC in 2001 bave highlighted, one side, the possibility of limiting the fire insulation to vertical structural elements, and, on the other side, the predominant role of the thermal expansion of the horizontal members on the response of the building to fire. In this paper, a study on the onset and possible propagation of failures induced by fire is
undertaken. Reference is made to a steel multi-story building with unprotected beams hinged to continuous insulated columns. At first, the effect of the position of the fire along the building elevation is investigated with respect to a fire in a single floor of the building; then, a possible propagation of the fire to the upper floors is considered and the extent of fire spread sufficient to trigger a propagation of the failures to the vertical element is sought. The results show that, if the fire involves a single floor, an early but localized failure of the unprotected beams occurs. At the bottom floors, this mechanism is mostly driven by the thermal expansion and characterized by very low critical temperatures. As the fire spreads along the elevation of the building and the beams progressively fail, the buckling length of the column increases and a vertical propagation of the collapse can be expected no later than when the fire has spread to about half of the height of the building.  

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