Fire behavior of cold-formed elements for self-supporting warehouses

All building structures require a specified fire resistance rating and numerous procedures have been produced for ensuring this. In engineering practice designers can generally not perform detailed fire designs on buildings due to high computational modeling requirements of most modern structures, so they typically resort to conservative prescriptive methods instead. Hence, design engineer-oriented methods are required to improve fire safety while providing more economical buildings. The goal of this thesis is to identify a simple, but accurate modeling for the analysis of Steel Self-Supporting Warehouses in fire condition. An accurately calibrated numerical model may simulate the behavior of buildings in a quite realistic way, which helps designers understand better the performance of their structures. However, the feasibility of the nonlinear analysis approach is limited by the complexity of the numerical model, and the aim of this study is the validation of a simplified numerical modeling approach to simulate the nonlinear behavior of Steel Self-Supporting Warehouses. The thesis presents a comparison between two different nonlinear modeling approaches; a refined finite element model using shell elements, and fiber-based model using beam elements with distributed plasticity. The models developed are used to investigate the more efficient model in terms of computational time and accuracy.

Per tutte le strutture è richiesto uno specifico grado di resistenza al fuoco. Nella pratica ingegneristica, il comportamento al fuoco anche delle più moderne strutture, non viene analizzato medianti sofisticati modelli computazionali, ma bensì tramite conservativi metodi prescrittivi. Inoltre, sono necessari metodi di progettazione orientati all'ingegneria, al fine di valutare la sicurezza antincendio fornendo al contempo edifici economici. Lo scopo di questa tesi è identificare una metodologia di modellazione ad elementi finiti che risponda a tali esigenze nel caso specifico di Magazzini autoportanti in condizioni di incendio. Un modello numerico accuratamente calibrato può simulare il comportamento degli edifici in un modo abbastanza realistico, aiutando i progettisti a capire le prestazioni delle loro strutture. Tuttavia, la possibilità di eseguire accurate analisi non lineari è limitato dalla complessità che si riscontra nello sviluppo di modelli numerici affidabili, in particolar modo nella pratica professionale dove a causa dell’elevata competività è essenziale limitare il tempo necessario, e dunque il costo, necessario per svolgere le analisi. Al fine di verificare l’affidabilità di una modellazione semplificata, sono stati sviluppati nel lavoro di tesi due differenti modellazioni; un raffinato modello di elementi finiti che utilizza elementi di shell e un modello che utilizza elementi beam con plasticità distribuita.