Analisi statica di una vetrata isolante : sviluppo di un modello di calcolo FEM per l'ottimizzazione dei vetri di facciata del Bocconi urban campus

Nowadays the building envelope is one of the most important field of study in the construction industry. Its importance concerns the growing interest in maintaining the best indoor comfort taking in account the energy use of the whole building. Furthermore, even if the façade elements don’t have any structural function, they have to be designed to resist high static and dynamic loads. The application of glazing elements as part of the envelope system is a very common technique; for this reason, standards all over the world recommend various procedures which help professionals to deal with static analysis and dimensioning of the glazing elements. Sometimes the use of these procedures is not suitable; this happens when the façade element differs from the typical configurations used in the simplified methods, leading to over-sizing problem of the glazing elements. Within the following Master Thesis, the façade system has been analysed for the new Bocconi Urban Campus in Milan. The study concerns in particular the podium glazing system of the main building within the university Campus. Due to various factors, as the characteristic geometry of the glazing, the absence of mullions in the framework and the big extension of the modules, it has not been possible to use the abovementioned simplified procedures. It has been necessary to carry out specific theoretical and experimental investigations, starting either from the study of the mechanical behaviour of materials and proceeding with a set of experimental tests. The information provided by these investigations allow the optimization of a FEM model, that makes possible the simulation of the insulated façade module in different operating conditions. The result of the described process is the optimization of the glazing thickness, with the consequence of an improvement of the façade system from different points of view, as its production and installation, and the economic sustainability of the whole project.

Lo studio dell’involucro e delle sue prestazioni è uno degli aspetti di maggior sviluppo ad oggi nel mondo dell’edilizia, sia per il crescente interesse a garantire un comfort interno ottimale, sia per la sempre più fondamentale attenzione a ridurre il consumo energetico degli edifici. Oltre a dover far fronte a queste importanti richieste, spesso gli elementi di involucro devono essere progettati e dimensionati per poter resistere ad elevate sollecitazioni, statiche e dinamiche, pur non avendo direttamente funzione strutturale. L’utilizzo di elementi vetrati come involucro edilizio è una tecnica molto frequente e ormai consolidata nel mondo delle costruzioni; proprio per questo motivo le varie normative, nazionali ed internazionali, indicano diversi metodi semplificati di dimensionamento degli stessi, metodi che generalmente sono in grado di restituire risultati adeguati in tempi brevi. Esistono, però, casi che si allontanano dalle configurazioni standard di facciata, per i quali l’applicazione delle suddette procedure semplificate rischia di portare ad importanti e significativi sovradimensionamenti dei componenti, non sempre accettabili dal punto di vista tecnico ed economico. Il presente lavoro di tesi analizza un particolare sistema di facciata richiesto per un importante intervento di nuova costruzione nella città di Milano; si tratta del Bocconi Urban Campus ed in particolare della facciata vetrata situata ai piani terra dei principali edifici del complesso. A causa della particolare geometria delle vetrate, dell’insolita sottostruttura prevista, priva di montanti, nonché della grande dimensione dei moduli vetrati, il caso in analisi costituisce proprio una di quelle situazioni per cui l’applicazione dei comuni metodi semplificati di dimensionamento conduce a risultati non congrui. Il lavoro di tesi mostra come sia stato necessario svolgere indagini teoriche e sperimentali specifiche, partendo dallo studio del comportamento meccanico dei vari materiali in gioco e procedendo con una campagna di prove sperimentali. I dati ricavati dalle ricerche e dai test effettuati hanno permesso di realizzare ed ottimizzare un modello FEM in grado di riprodurre la vetrata isolante di facciata e simulare differenti condizioni di esercizio. Il risultato ottenuto dal processo descritto è l’ottimizzazione dello spessore degli elementi vetrati, con un miglioramento del sistema di facciata da vari punti di vista, che vanno dalla produzione e posa in opera degli elementi, alla sostenibilità economica dell’intero progetto.