La capacità di trasmettere i carichi strutturali e allo stesso tempo di soddisfare le prestazioni termiche attraverso l'involucro di un edificio è stata a lungo un difficile equilibrio per i progettisti. Il peso della decisione è spesso ricaduto sulla struttura, con l'importanza dell'integrità strutturale che ha prevalso sull'impatto dei componenti strutturali che perforano l'involucro termico. Tuttavia, con l'aumento della richiesta di energia da parte degli edifici nuovi e di quelli ristrutturati, sono aumentati anche i requisiti per ridurre al minimo il consumo di energia e il potenziale di problemi come i ponti termici.
Questo ha portato a maggiori livelli di isolamento negli elementi planari dell'involucro edilizio, con effetti più evidenti e dannosi per quei dettagli "difficili da trattare" come le penetrazioni strutturali. Se a questo si aggiunge la necessità di raggiungere fattori di temperatura interna critici e conformi per evitare la crescita di muffe antiestetiche o dannose, la mitigazione dei ponti termici nell'involucro di un edificio diventa un problema da risolvere.
Allo stesso modo, la crescente influenza della progettazione antincendio sulle strutture ha portato alla necessità di migliorare i criteri di prestazione dei materiali da costruzione incorporati nell'involucro edilizio in relazione al fuoco. Per affrontare questo squilibrio, sono stati sviluppati nuovi materiali da costruzione e metodi di connessione strutturale a taglio termico, come le travi in acciaio e le connessioni dei balconi.
Nella guida che segue, affrontiamo le domande più frequenti poste dagli ingegneri strutturisti al momento di specificare il taglio termico strutturale Farrat.
1. Quale materiale per il taglio termico strutturale Farrat devo scegliere?
I giunti termici strutturali Farrat si presentano sotto forma di lastre piane di qualsiasi dimensione, che offrono agli architetti una completa libertà di progettazione e agli ingegneri strutturali la possibilità di progettare secondo i codici standard, con una semplice configurazione.
Farrat offre tre materiali per il taglio termico strutturale testati in modo indipendente, progettati per bilanciare elevate prestazioni strutturali e bassa conducibilità termica:
- Farrat TBK (giallo) è il più indicato nei dettagli di connessione tipici, con un'elevata resistenza alla compressione (312MPa fck) e le migliori prestazioni termiche della gamma (0,187 W/mK).
- Farrat TBF (argento) è il materiale ottimale quando le prestazioni antincendio sono un aspetto da tenere in considerazione, come ad esempio nei grattacieli, grazie alla sua elevata resistenza alla compressione (355MPa fck) e alla bassa conducibilità termica (0,2 W/mK), supportate da una classificazione A2, s1,d0 Non-Combustibile.
- Il Farrat TBL (nero) è il materiale ideale quando i carichi strutturali e i requisiti di prestazione termica sono inferiori e i budget sono limitati, offrendo caratteristiche di resistenza alla compressione media (89MPa fck) e di conducibilità termica (0,292 W/mK).
2. Come si progettano le connessioni che incorporano i giunti a taglio termico strutturale Farrat?
La Guida tecnica al taglio termico strutturale di Farrat e il documento di valutazione dello SCI, Steel Construction Institute, contengono una descrizione dettagliata degli aspetti da considerare nella progettazione delle connessioni in acciaio strutturale.
Come panoramica:
- Le piastre strutturali a taglio termico devono essere considerate come un "pacchetto" in termini di progettazione dei collegamenti.
- Tutte le forze di taglio devono essere assorbite dai bulloni di collegamento. A causa degli strati multipli nel collegamento, la lunghezza di presa dei bulloni può essere significativamente aumentata, e può anche essere necessario ridurre la resistenza al taglio prevista dei bulloni nel collegamento.
- Fare riferimento alla norma BS EN 1993-3 1-8: 2005 Eurocodice 3. Progettazione di strutture in acciaio.
Le schermate di esempio adiacenti sono tratte dall'estensione Farrat per Tekla Structures che crea piastre di connessione a taglio termico Farrat Structural. Il componente prende automaticamente le dimensioni della piastra e i fori della piastra a cui si sta fissando.
3. Il taglio termico strutturale Farrat è in grado di sostenere i carichi per i quali sto progettando?
Le proprietà fisiche e meccaniche esatte dei giunti termici strutturali Farrat sono contenute nella Guida tecnica ai giunti termici strutturali Farrat.
Come guida rapida:
- I materiali Farrat TBF e Farrat TBK offrono una resistenza alla compressione paragonabile a quella dell'acciaio.
- Farrat TBL ha una resistenza alla compressione superiore a quella del calcestruzzo.
- Le piastre a taglio termico strutturale in un collegamento devono essere progettate solo per resistere alle forze di compressione.
- Occorre inoltre tenere conto dello scorrimento a compressione. I materiali Farrat sono formulati per resistere allo scorrimento a lungo termine, ma questo elemento deve essere preso in considerazione in qualsiasi progetto.
- Molti materiali che presentano buone proprietà termiche hanno profili di creep a lungo termine poco soddisfacenti.
- Fare riferimento alla norma BS EN 1993-3 1-8: 2005 Eurocodice 3. Progettazione di strutture in acciaio.
4. Qual è il coefficiente di attrito per il taglio termico strutturale Farrat?
Il coefficiente di attrito di una piastra a taglio termico non è una proprietà rilevante per la progettazione strutturale di connessioni con bulloni non precaricati.
Sebbene sia possibile ottenere dati sulla resistenza all'attrito dei giunti termici strutturali Farrat, essa varia a seconda del materiale con cui è in contatto e deve essere considerata con cautela quando si progettano connessioni con bulloni precaricati o TCB.
5. Le lastre a taglio termico strutturale Farrat raggiungono una resistenza al fuoco di 120 minuti?
Le connessioni in acciaio strutturale che richiedono un grado di resistenza al fuoco di 120 minuti dovranno essere protette con un sistema di rivestimento intumescente o con un pannello di protezione antincendio. In tutte le situazioni, il taglio termico strutturale deve ricevere lo stesso livello di protezione dell'acciaio.
Tuttavia, Farrat TBF Structural Thermal Breaks sono stati testati senza protezione in condizioni di incendio, in connessioni strutturali in acciaio, a temperature superiori a 1000°C per 120 minuti e hanno mantenuto l'integrità strutturale.
I diversi tipi di edifici e i diversi legislatori hanno requisiti tecnici e normativi diversi per la progettazione antincendio, ma se l'incendio è un problema che deve essere affrontato, l'uso di tagli termici non combustibili è un modo per mitigare il rischio.
In sintesi, quando si progetta per il taglio termico strutturale:
- Verificare che il materiale scelto sia stato verificato in modo indipendente per resistere alle forze di compressione applicate, con l'applicazione di un fattore di sicurezza appropriato per determinare il carico di progetto.
- Verificare che l'eventuale rotazione aggiuntiva dovuta alla compressione della piastra a taglio termico sia accettabile.
- Verificare che la resistenza al taglio dei bulloni sia accettabile, dato che potrebbe esserci una riduzione dovuta all'uso di pacchi e a lunghezze di presa maggiori.
Se si utilizzano bulloni precaricati:
- Verificare la resistenza allo scivolamento del collegamento considerando il coefficiente di attrito e il numero di superfici.
- Verificare che la piastra a taglio termico sia in grado di resistere alle forze di compressione locali intorno ai bulloni.
- Consultare Farrat per le specifiche corrette dei materiali completamente testati e certificati.
Per quanto riguarda le prestazioni antincendio:
Per ulteriori informazioni sull'integrazione di soluzioni a taglio termico in connessioni strutturali in acciaio tipiche o su misura, visitate il nostro hub sul taglio termico strutturale o uno dei nostri portali dedicati.
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