Sistemi di rivestimento a facciata ventilata sottoposti a carico d'incendio: proposta di una procedura di calcolo e verifica agli elementi finiti

This thesis addresses the topic of the mechanical behavior of ventilated facades in case of fire. If, on the one hand, the Italian and international regulations focus mainly on the issue of the reaction to fire of the materials used for rainscreen walls, on the other hand they pay very little attention to the issue of structural resistance. Most of the substructures used for ventilated facades are made of thin-walled steel or aluminum profiles, whose mechanical properties deteriorate dramatically as the temperature increases. Furthermore, the effect of thermal expansion, which is relevant, modify the static design scheme and lead to the onset of indirect actions capable of throwing the structure into crisis. Given the interconnection between the substructure and the cladding elements, the latter are also affected by these phenomena and are subject to local damage due to the state of mechanical stress, thus leading to the fall of portions of the cladding which could seriously compromise the safety of the evacuation of the occupants and firefighters called to intervene. The thesis will, therefore, discuss the effect that the thermal action of fire has on the structural resistance of ventilated walls, comparing the sensitivity to this phenomenon of profiles in aluminum, carbon steel and stainless steel, accompanied by light and heavy cladding, bound with different support systems. Finite element modeling will be performed for the different configurations analyzed, in order to evaluate the evolution of temperature over time and the consequent mechanical response. It will be demonstrated that, unfortunately, not all current solutions are able to guarantee the stability of the cladding elements for the thirty minutes required by the standards.

La presente tesi affronta il tema del comportamento meccanico in caso d’incendio delle pareti ventilate. Se da un lato le normative italiane ed internazionali si soffermano molto sul tema della reazione al fuoco dei materiali impiegati sulle soluzioni d’involucro, dall’altro ben poco affrontano, invece, il tema della resistenza strutturale. La maggior parte delle sottostrutture impiegate per le soluzioni a schermo avanzato sono realizzate con profili metallici in parete sottile in acciaio oppure in alluminio, le cui proprietà meccaniche decadono in modo esiziale all’aumentare della temperatura. A tale fenomeno si aggiunge l’effetto delle dilatazioni termiche, tutt’altro che trascurabili, che vanno ad alterare lo schema statico di progetto portando all’insorgenza di azioni indirette in grado di mandare in crisi la struttura. Data l’interconnessione tra sottostruttura ed elementi di rivestimento, anche quest’ultimi risentono di tali fenomeni e sono soggetti a danneggiamenti locali dovuti allo stato di coazione meccanica, portando quindi alla caduta di porzioni di rivestimento che potrebbe compromettere seriamente la sicurezza dell’esodo degli occupanti e delle squadre di soccorso chiamate ad intervenire. Nella tesi si tratterà dunque l’effetto che l’azione termica dell’incendio ha sulla resistenza strutturale delle pareti ventilate, confrontando la sensibilità a tale fenomeno di profili in alluminio, acciaio al carbonio ed acciaio inossidabile accompagnati da rivestimenti leggeri e pesanti, vincolati con differenti sistemi di supporto. Verrà eseguita una modellazione agli elementi finiti per le differenti configurazioni analizzate, al fine di valutare l’evoluzione della temperatura nel tempo e la conseguente risposta meccanica. Si arriverà a dimostrare che, purtroppo, non tutte le soluzioni attuali sono in grado di garantire la stabilità degli elementi di rivestimento per i trenta minuti previsti dalla normativa.