Curtain wall deisgn : the seismic behaviour of glazing facades

The present work is mainly the result of a an internship period in Belgium at Reynaers Aluminium, a company specialized, among the rest, in design, production and manufacturing of curtain walls. Thanks to its test institute facility and research&development offices, this study could have been carried out. The aim of this study was to investigate the curtain walling façade behaviour when subjected to a seismic event, in the interest to find the best design solutions to face this problem. The first part includes an introduction about curtain wall façades and seismic phenomena: great importance is given to the features to be considered in the evaluation of the seismic behaviour of “non-structural” elements in general and to glazed façades in particular. The worst load induced by an earthquake to a curtain wall is the “interstorey drift” (i.e. the relative displacement between two stories), if compared to forces and accelerations resulting from the same seismic event. After this introduction the state of the art has been investigated through three different points of view: a theoretical one, an experimental one and a normative one. In particular great relevance is given to the comparison between European test standards and American ones, the most used worldwide, underlining how Europe increasing interest in this matter is expressed in the upcoming effectiveness of prEN13830. The following section describes the experimental performance mock-up tests carried on by Reynaers Aluminium with my contribute. Their most used stick systems have been tested to evaluate their drift capacity and compare it to the theoretical estimated ones. The tests results show the ability of the system to accommodate interstorey drifts without engaging the glass in a way that will produce great damage like a fallout. Finally the common approach in new tall buildings is presented through the case study of Isozaki Tower at CityLife, pointing out the preference to assign the seismic responsibility to the main structure without excessively involve the façade. In the end other alternative approaches are collected to encouraging the research in a field not yet well examined in depth.

Il presente elaborato è in larga parte risultato del periodo di tirocinio da me svolto a Duffel, in Belgio, presso Reynaers Aluminium, un’azienda specializzata nella progettazione e produzione facciate continue. Questo studio è stato elaborato grazie alle attrezzature del loro Test Institute e all’ufficio di ricerca e sviluppo. L’obiettivo primario è quello di studiare approfonditamente il comportamento al sisma delle facciate continue con lo scopo di trovare un modo più adatto di progettarle. La scelta di questo argomento come tema della tesi di laurea magistrale risiede nel mio apprezzamento per le grandi superfici vetrate e nella loro scarsa diffusione in un territorio a forte rischio sismico come Messina, la mia città natale. Un altro scopo dello studio è infatti quello di dimostrare che realizzare facciate continue in territorio sismico è possibile, vincendo così il pregiudizio diffuso che le vede come un oggetto estremamente fragile e pericoloso. Nonostante sia molto vasta la conoscenza del comportamento sismico delle strutture durante un terremoto, storicamente, in effetti, sono state sottovalutate le conseguenze degli effetti di un sisma sugli elementi non strutturali in genere, ma negli ultimi anni la sensibilità verso il problema è aumentata, fornendo diverse indicazioni e soluzioni. La prima parte di questo lavoro introduce I vari tipi di facciata continua e I fenomeni tellurici: particolare importanza è data al comportamento della non struttura e alle vetrate in particolare, evidenziando come il principale responsabile del danno sia lo spostamento “drift” di interpiano. Dopo questa introduzione si è fatto il punto sullo stato dell’arte attraverso tre diversi punti di vista: uno matematico-teorico, uno sperimentale e uno legislativo. In particolare grande rilievo è dato al confronto tra la normativa in materia di prove prestazionali europea e quella americana, la più utilizzata, mostrando come il crescente interesse dell’Europa per questo argomento sia espressa nella prEN13830, che diverrà effettiva nel 2015. La sezione seguente descrive I test sperimentali su mock-up condotti da Reynaers Aluminium con il mio contributo. I loro profili del sistema montanti e traversi più diffusi sono stati testati a spostamento laterale indotto e gli spostamenti sopportati sono stati registrati e confrontati con quelli teorici stimati. I risultati mostrano le ottime capacità del sistema di ospitare gli spostamenti di interpiano senza coinvolgere il vetro in modalità di rottura altamente dannose o che potrebbero portare al crollo. Infine l’approccio comune nei nuovi edifici alti è rappresentato dal case study della Torre Isozaki a Citylife, segnalando la preferenza di assegnare tutta la responsabilità sismica alla struttura principale cercando di coinvolgere al minimo la facciata. Infine è stata fatta una carrellata di approcci alternativi al problema, con lo scopo di stimolare la ricerca in un settore ancora non abbastanza approfondito.