Ridistribuzione delle sollecitazioni in strutture a piastra a seguito di incendio

Reinforced concrete flat slabs supported by columns are extensively used in structures characterized by large dimensions and high structural efficiency, such as multifloor parkings, hospitals and malls. One of the most critical conditions for this kind of structure is fire, both because of the high number of parameters influencing the structural behaviour and the possible consequences, the worst being the loss of human lives. The several researches carried out on the subject have shown that during fire the behaviour of a slab supported by columns is influenced by the redistribution of the internal forces: if on one side the membrane actions are enhancing its flexural capacity, on the other side the concentration of shear forces in the vicinity of the columns may cause a brittle failure because of punching shear, a very dangerous type of failure as it may happen suddenly. The objective of this work is to investigate the influence of several parameters, such as the reinforcement layout, the location and size of the fire, in the redistribution of the internal forces in a typical flat slab exposed to high temperature. Several sensitivity analyses were carried out by means of a finite element program developed for the non linear analysis of structures under ambient and elevated temperature. The results show that the layout of the reinforcing bars in a flat slab significantly affects the redistribution of the internal forces, namely the membrane forces and the bending moments: the more the ductile is the slab, the higher its fire resistance. Also the tensile membrane forces play a fundamental role in enhancing the resistance of the slab. Finally, the effects of the redistribution of the internal forces do not affect significantly the axial forces in the columns.

Le piastre in calcestruzzo armato su pilastri rappresentano una tipologia costruttiva molto diffusa per la realizzazione di edifici che necessitano di impalcati con ampie luci ed elevata efficienza strutturale come parcheggi multipiano, ospedali e centri commerciali. Una delle condizioni più gravose per tale tipo di costruzioni è rappresentata dall’incendio, sia per l’elevato numero di parametri che influenzano il comportamento della struttura, che per le conseguenze che esso può comportare, la più grave delle quali è la perdita di vite umane. In condizioni di incendio, numerose ricerche hanno appurato che il comportamento della piastra su pilastri è influenzato dalla ridistribuzione delle azioni interne: se da un lato le azioni membranali e le zone soggette a flessione negativa favoriscono un incremento della capacità portante, dall’altro la concentrazione delle azioni taglianti in corrispondenza dei pilastri può provocare una rottura fragile per punzonamento, pertanto molto pericolosa perché improvvisa e quindi non prevedibile. L’obiettivo della presente tesi è lo studio dell’influenza di alcuni parametri, come la disposizione dell’armatura , la posizione e la gravità dell’incendio, nella ridistribuzione delle azioni interne in una tipica struttura a piastra in calcestruzzo armato in condizioni di incendio. Le analisi parametriche volte a fornire un quadro completo del ruolo delle varie grandezze in gioco sono state eseguite tramite un codice di calcolo basato sul metodo degli elementi finiti appositamente sviluppato per l’analisi non lineare di strutture civili in condizioni di incendio. I risultati mostrano come la disposizione dell’armatura influenzi la distribuzione delle azioni membranali e dei momenti flettenti: le piastre meno armate superiormente e quindi più duttili hanno mostrato comportamenti migliori; si è inoltre osservato che le azioni membranali di trazione giocano un ruolo fondamentale per garantire la resistenza della piastra quando il calcestruzzo giunge a rottura. L’effetto della ridistribuzione delle sollecitazioni non ha prodotto significativi incrementi di azione assiale nei pilastri.