Analisi termofluidodinamica e resistenza al fuoco del Padiglione Blu di Jean Nouvel: modellazione numerica e soluzioni progettuali

Abstract

L’oggetto del presente elaborato è lo studio della resistenza al fuoco del Padiglione Blu di Jean Nouvel, sito nell’area del Waterfront di Levante di Genova. La trattazione è stata sviluppata seguendo tre fasi principali: • Descrizione del fabbricato; • Inquadramento teorico e normativo del comportamento a caldo dell’acciaio e della materia della Prevenzione Incendi; • Sviluppo di modelli numerici, modelli termofluidodinamici e modelli strutturali agli elementi finiti, per lo studio della resistenza al fuoco della struttura. Nella prima fase si è svolta un’indagine storico – conoscitiva del Padiglione Blu da un punto di vista ingegneristico coniugandone gli aspetti strutturali con quelli relativi alla prevenzione incendi. La seconda fase ha lo scopo di fornire un inquadramento teorico e normativo dei principi alla base della materia della prevenzione incendi. Inoltre, è stato approfondito il comportamento al fuoco dell’acciaio, materiale di cui è composta la copertura del Padiglione e per cui è stata applicata nel presente elaborato la Fire Safety Engineering. La terza fase segue inizialmente due binari paralleli: la modellazione dell’incendio, mediante simulazioni termofluidodinamiche, e la modellazione strutturale, attraverso un modello agli elementi finiti. Tale parallelismo va ad annullarsi nel momento in cui i dati di output delle simulazioni termofluidodinamiche, in particolare le curve temperatura-tempo, sono utilizzati come dati di input nel modello strutturale, per lo studio del cimento termico della struttura. L’obiettivo è quello di ottemperare il requisito di resistenza al fuoco R45 degli elementi in acciaio componenti la copertura, mediante l’utilizzo della Fire Safety Engineering. Ciò risulta di particolare interesse, in quanto permetterebbe l’utilizzo di una soluzione progettuale innovativa, valorizzando così la progettazione e recando al contempo un notevole beneficio economico e gestionale alla committenza.

This thesis focuses on the study of the fire resistance of the Padiglione Blu designed by Jean Nouvel, located in the Waterfront di Levante area of Genoa. The research is structured into three main phases: Description of the building; Theoretical and regulatory framework regarding the high-temperature behavior of steel and the fundamentals of fire safety engineering; Development of numerical models, including thermo-fluid dynamic and finite element structural models, for the analysis of the structure’s fire resistance. The first phase involved a historical and technical investigation of the Padiglione Blu, combining structural aspects with fire safety considerations from an engineering perspective. The second phase aims to provide a theoretical and regulatory background of fire prevention principles. Particular attention is given to the fire behavior of steel—the material used for the roof structure of the pavilion—and the application of Fire Safety Engineering principles to assess its performance. The third phase initially proceeds along two parallel paths: fire modeling through thermo-fluid dynamic simulations, and structural modeling of finite element analysis. These paths converge when the output data from the fire simulations, particularly the temperature–time curves, are used as input for the structural model to analyze the thermal load effects on the structure. The goal is to show the fire resistance requirement (R45) for the steel elements of the roof structure by applying Fire Safety Engineering. This approach is particurly interesting because it enables the adoption an innovative design solution, enhancing the overall design quality while providing significant economic and management benefits for the client.