Distribution of forces on fasteners in light cladding systems under in-plane seismic actions

Behavior of non structural elements subjected to seismic action is a great relevance topic in structural engineering research nowadays; in fact, these elements are subjected to the same dynamic excitation of bearing parts of structure. In particular, the connection between structural and non structural parts of the structure plays a critical role on safety of both elements; a safe design of the connections is essential to ensure an adequate level of safety for the expected actions during a seismic event. Cladding systems are analyzed through experimental tests performed both at real scale under simulated seismic loads and at fixing points local level, in order study the load transfer mechanism to the fasteners. In particular, the effects of different fixing points configurations are studied, considering different base materials, commonly used in real building application, and different supporting angle brackets; in addition, resonant behavior of façade system is studied on an specifically design cladding configuration. From experimental results analyses, models are defined in order to predict the behavior of façade system and evaluate seismic forces acting on fixing anchors. Finally, experimental data are compared with analytical results obtained with the defined models and building codes prescription for design of façade system; it is shown that a low behavior factor may be more suitable for represent the façade behavior and evaluate design seismic action.

Lo studio del comportamento sismico degli elementi non strutturali è un argomento di grande rilevanza e attualità per la ricerca scientifica nell’ambito dell’ingegneria strutturale; tali elementi in passato erano infatti considerati come semplici carichi agenti sulla struttura principale mentre in realtà sono soggetti ad eccitazioni sismiche addirittura superiori rispetto alla struttura principale in quanto risultano essere amplificate da quest’ultima. Grande importanza rivestono dunque gli elementi di fissaggio che devono essere adeguatamente progettati per trasferire le azioni alla struttura principale. Il comportamento dei sistemi di facciate leggere viene studiato attraverso una serie di test in scala reale, dove vengono applicate azioni sismiche simulate per valutare il comportamento globale del sistema, e di test in scala ridotta sui singoli elementi di fissaggio per valutare i meccanismi di trasmissione del carico negli ancoraggi. In particolare, vengono indagati gli effetti associati all’installazione in diversi materiali di base e all’utilizzo di diversi angolari di supporto. Dai risultati sperimentali è stato possibile definire dei modelli analitici semplificati per valutare il comportamento di una sistema di facciate in fase di progetto stimando le azioni agenti sui singoli ancoraggi. I dati sperimentali sono stati dunque confrontati con i risulti ottenuti attraverso i modelli analitici definiti in precedenza e quelli proposti da alcuni testi normativi per la definizione delle azioni sismiche e la progettazione di facciate ed elementi non strutturali. Si è infine valutato come un fattore di comportamento inferiore rispetto a quello proposto dalle normative risulterebbe più adeguato per rappresentare il comportamento di sistemi di facciate.