Fire behaviour of light steel frame wall panels

Abstract

[ES]Los muros de estructura de acero ligero (LSF) se utilizan principalmente para aplicaciones que no soportan carga, hechos con montantes y rieles que requieren protección contra incendios, normalmente lograda por placas de yeso simples, por capas de protección compuestas o por aislamiento de la cámara. Los muros divisorios están clasificados para resistir al fuego por integridad y aislamiento. La cámara vacía en este tipo de muros podría ser un peligro de incendio si no se aborda adecuadamente, motivo por el cual se desarrolló un estudio experimental y numérico sobre el comportamiento del fuego de diferentes ensambles LSF con una cámara vacía. También se estudió numérica y experimentalmente una configuración diferente de muros LSF con una cámara aislada aplicando varios materiales con el objetivo de evaluar la resistencia al fuego en términos de requisitos de aislamiento. Los ensayos de fuego se llevaron a cabo sometiendo muestras de pared a pequeña escala a la curva de fuego estándar ISO 834 con el objetivo principal de evaluar la influencia de las capas de protección y la influencia de los materiales de aislamiento de la cavidad. Estos ensayos se validaron utilizando modelos numéricos bidimensionales y tridimensionales basados en el método de elementos finitos, el método de volumen finito y el método híbrido de elementos finitos para las simulaciones 2D utilizando ANSYS fulent y Multiphysics, mientras que para las simulaciones de ensayos 3D se aplicó un método de elementos finitos y un método híbrido de elementos finitos para la validación en ANSYS Multiphysics. En esta investigación se desarrolló un estudio paramétrico. El análisis se basa en dos modelos numéricos diferentes, previamente validados con experimentos. Estos modelos permiten comparar el desempeño de la cavidad y el material de aislamiento. Se presenta un conjunto de análisis paramétricos

[EN]The light steel frame (LSF) walls are mostly used for non-load bearing applications, made with studs and tracks that require fire protection, usually achieved by single plasterboard, by composite protection layers or by insulation of the cavity. The partition walls are fire rated to resist integrity and insulation. The void cavity in this type of wall could be a fire hazard if it is not addressed correctly, explaining the reason for developing an experimental and numerical study about the fire behaviour of different LSF assemblies with an empty cavity. Different LSF wall configurations were numerically and experimentally studied to assess the fire resistance regarding insulation requirements. The fire tests were conducted by subjecting reduced-scale wall specimens to the ISO 834 standard fire curve, with the primary objective of evaluating the influence of the protection layers and the influence of the cavity insulation materials. These tests were validated using two and three-dimensional numerical models based on the finite-element, the finite-volume method and hybrid finite-element method for the 2D simulations, using ANSYS fluent and ANSYS Multiphysics. In contrast, for the 3D tests simulations a finite-element and hybrid finite-element method were applied for the validation in ANSYS Multiphysics. A parametric study was developed in this investigation. The analysis is based on two different numerical models that were previously validated with experiments. These models allow to compare the erformance of the cavity performance and insulation material. A set of parametric analyses is presented