L'utilizzo di componenti in GFRP nelle facciate continue. Studio e analisi FEM di una staffa di supporto per un sistema di schermatura esterna

It’s been a long time since the necessity of lighter, more flexible and mechanically resistant materials led to the study and development of composite ones. In fact, lightness, high mechanical strength, low thermal conductivity and chemical inertness are some of the numerous positive aspects that characterize this type of materials. Starting from the case study of a new building located in the city of Parma, whose facade is affected by a critical thermal bridge due to the presence of an aluminium component in the inner part of a transom, this thesis aims to find a suitable way to design a component for curtain walls without using aluminium as structural material. By means of the Classical Laminate Theory to determine mechanical performances of the element and a modelling software to perform a FEM analysis, we substituted the original stirrup with one made of composite material. Subsequently, since the substituting stirrup was not assessed, some system optimizations are suggested, and two different types of stirrup are designed to be used properly in the building site taken into account. Finally, thermal analysis is carried out to check whether the minimum surface temperature is higher than the limit one. The result is fully achieved: minimum internal surface temperature is 9.5 °C when the aluminium stirrup is used while for the composite one the coldest point is at 16.4 °C. The increase of minimum internal surface temperature underlines the overcoming of the thermal bridge and it allows to have a higher safety factor with respect to the original component.

La necessità di avere un materiale leggero, meccanicamente resistente e flessibile, ha portato all’analisi e allo sviluppo dei compositi già migliaia di anni fa. Leggerezza, elevata resistenza meccanica, bassa conducibilità termica, resistenza agli agenti aggressivi sono solo alcuni dei numerosi aspetti positivi che caratterizzano questo materiale. A partire dal caso studio di un edificio di nuova costruzione a Parma la cui facciata presentava, nella soluzione originale, un ponte termico dovuto alla presenza di un componente in alluminio all’interno del traverso, il presente elaborato si propone di designare una valida alternativa progettuale al tradizionale impiego dell’alluminio come materiale strutturale per le facciate continue. Attraverso l’utilizzo della Teoria Classica del Laminato, per determinare le prestazioni meccaniche del componente, e del software di modellazione, per effettuare un’analisi agli elementi finiti, si è inizialmente effettuata una mera sostituzione della staffa originale con una realizzata in composito. Successivamente, in seguito alla mancata verifica della precedente, si sono proposte delle ottimizzazioni del sistema costruttivo e si è quindi giunti alla progettazione di due diversi tipi di staffa che possono essere utilizzati per il cantiere oggetto di studio. Infine, è stata effettuata un'analisi termica per verificare che la temperatura minima superficiale fosse maggiore di quella limite. Il risultato è stato pienamente raggiunto: si passa infatti da una temperatura superficiale di circa 9.5 °C per la staffa in alluminio a circa 16.4 °C per la staffa in composito. Questo aumento di temperatura superficiale interna sottolinea la risoluzione del ponte termico e consente di avere un margine di sicurezza maggiore rispetto al caso originale.