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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/32552| Título: | Fire resistance of loadbearing lsf walls: critical temperature |
| Autor(es): | Devens, Alan Vítor |
| Orientador(es): | Piloto, Paulo Alexandre Gonçalves |
| Palavras-chave: | Construção metálica Aço - Estruturas Análise estrutural (Engenharia) Paredes Resistência de materiais Análise numérica Steel, Structural Building - Details Structural analysis (Engineering) Walls Strength of materials Numerical analysis |
| Data do documento: | 18-Jul-2023 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Pato Branco |
| Citação: | DEVENS, Alan Vítor. Fire resistance of loadbearing lsf walls: critical temperature. 2023. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Pato Branco, 2023. |
| Resumo: | Esta monografia apresenta uma investigação numérica do desempenho ao fogo de paredes de Light Steel Frame (LSF), normalmente utilizadas em estruturas de edifícios. Este estudo centra-se em seis ensaios de LSF em escala real com diferentes níveis de carga, formas de montantes, classes de materiais e camadas de proteção. As simulações são desenvolvidas utilizando análises térmicas e mecânicas não interligadas. A análise térmica é baseada num modelo numérico híbrido, incorporando resultados experimentais para prever com exatidão a temperatura da parede de LSF. São desenvolvidas três simulações mecânicas diferentes. A análise de encurvadura elástica é utilizada para determinar o modo de instabilidade (utilizado para a imperfeição geométrica). A análise não linear material e geométrica com imperfeição (GMNIA) é utilizada para determinar a capacidade de carga da estrutura do LSF à temperatura ambiente e, finalmente, a simulação termomecânica é efetuada com o efeito da temperatura na estrutura LSF com um nível de carga constante. O modelo foi validado através de comparações com seis ensaios experimentais à temperatura ambiente e em condições de incêndio. O erro quadrático médio foi determinado para cada comparação. Foram obtidos erros inferiores a 100 °C para a estrutura metálica. Os resultados mostram que a resistência ao fogo (R) das paredes de LSF diminui à medida que o nível de carga aumenta, quando protegidas por camadas de placas de gesso cartonado. A presença de isolamento da cavidade das paredes de LSF é também examinada. As paredes de LSF feitas de pilares ocos (secções fechadas) com cavidades com isolamento podem melhorar a resistência ao fogo em comparação com as suas semelhantes não isoladas, mas tal não é verificado para as secções transversais tradicionais do tipo C (secções abertas). Quando se utilizam cavidades vazias, a resistência ao fogo dos pilares de secção oca é geralmente mais elevada do que a dos pilares de secção abertas similares. É apresentada uma nova proposta para determinar a resistência ao fogo, baseada na relação entre a temperatura crítica dos montantes de aço e o nível de carga. A relação proposta permite a previsão do tempo de resistência ao fogo através de uma análise térmica preliminar das paredes LSF. |
| Abstract: | This article presents a numerical investigation of the fire performance of Light Steel Frame (LSF) walls, commonly used in building structures. This study is focused on six full-scale LSF tests with varying load levels, stud shapes, material grades, and composite protection layers. Simulations are developed using uncoupled thermal and mechanical analyses. The thermal analysis is based on a hybrid numerical model, incorporating experimental results to accurately predict the temperature of the LSF wall. Three different mechanical simulations are developed. The elastic buckling analysis is used to determine the mode of instability (used for geometric imperfection). The Geometric and Material Non-Linear Imperfection Analysis (GMNIA) is used to determine the load-bearing capacity of the LSF structure at room temperature, and finally, the thermo mechanical simulation runs with the temperature effect on the LSF with constant load level. The model was validated through comparisons with six experimental tests under room temperature and fire conditions. The RMSE has been determined for each comparison. Errors under 100 °C was achieved to all metallic structure. The results show that the fire resistance (R) of LSF walls decreases as the load level increases, when protected by gypsum plasterboard layers. The presence of cavity insulation in LSF walls is also examined. Cavity-insulated LSF hollow stud (closed sections) walls may improve the fire resistance compared to their non-insulated counterparts, but this is not verified to the traditional lipped cross sections (open sections). When using void cavities, the fire resistance of hollow section studs is usually higher than the corresponding similar-lipped section studs. A new proposal is presented to determine the fire resistance, based on the relationship between the critical temperature of the steel studs and the load level. The proposed relationship enables the prediction of fire resistance time through a preliminary thermal analysis of the LSF walls. |
| Descrição: | O presente trabalho é resultado de um convênio de dupla diplomação com o Instituto Politécnico de Bragança |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/32552 |
| Aparece nas coleções: | PB - Engenharia Mecânica |
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