Sélection et caractérisation des matériaux pour un nouveau cadre

Date : 23 février 2023

Auteurs : Mercedes Gargallo, Belarmino Cordero et Alfonso Garcia-Santos

Source:Matériaux 2021, MDPI

EST CE QUE JE:https://doi.org/10.3390/ma14081896

(Cet article appartient au numéro spécial Advances in Construction and Building Materials)

Les murs-rideaux constituent la façade de choix des immeubles de grande hauteur et un élément architectural indispensable pour une ville contemporaine. Dans les murs-rideaux conventionnels, les panneaux de verre sont simplement soutenus par la charpente métallique qui transfère toute charge imposée à la structure du bâtiment. L'absence d'action composite entre le verre et le métal donne lieu à des cadres profonds, dépassant vers l'intérieur, occupant un espace précieux et provoquant une perturbation visuelle. En réponse aux performances limitées des systèmes conventionnels, un mur-rideau unitisé innovant intégré au cadre est proposé pour réduire la profondeur structurelle à un cinquième (80 %), permettant une finition intérieure affleurante et gagnant de l'espace nettable. Le nouveau mur-rideau est réalisé en liant un cadre en polymère renforcé de fibres de verre pultrudé (GFRP) au verre, produisant une unité de verre isolante composite (IGU). Cet article sélectionne les cadres candidats et les matériaux adhésifs en effectuant des tests mécaniques sur les pultrusions GFRP pour caractériser la résistance et l'élasticité et sur les connexions GFRP-verre pour identifier le module de défaillance et la résistance. Les résultats des tests de matériaux sont utilisés dans un modèle numérique informatisé d'un panneau unifié composite verre GFRP pour prédire les performances structurelles lorsqu'il est soumis à des charges de vent réalistes. Les résultats confirment qu'une réduction à un cinquième est possible puisque les déflexions admissibles sont dans les limites. Cela indique également que les zones GFRP adjacentes au support pourraient nécessiter un renforcement pour réduire les contraintes de cisaillement.

Les enveloppes extérieures sont l'image de chaque bâtiment, créant un élément fondamental du scénario des villes. Le secteur de la construction est constamment à la recherche du développement de nouveaux systèmes de construction de bâtiments [1]. Les enveloppes traditionnelles en brique ou lourdes ont été remplacées depuis des décennies par des enceintes légères, telles que des façades métal-verre et des murs ventilés ou à écran pare-pluie [2]. Les façades en métal et en verre, appelées murs-rideaux, sont construites à partir d'une charpente métallique avec des espaces remplis de verre [3]. Les murs-rideaux sont aujourd’hui un élément architectural indispensable pour une ville contemporaine [4]. Les deux principaux systèmes de murs-rideaux sont construits en bâtons et unitisés [5]. Le système de construction en bâtons était le système initial de mur-rideau avec une charpente métallique composée de meneaux verticaux et de traverses horizontales fixées au bâtiment et de panneaux de verre de support installés sur place [6].

Les systèmes de murs-rideaux unitisés se composent d'unités de revêtement dans lesquelles les panneaux de façade (généralement en verre, métal ou pierre) et les éléments de charpente métalliques (meneaux et traverses) sont pré-assemblés en usine, puis transportés sur site et fixés aux éléments porteurs des bâtiments. , normalement via des supports préfixés le long du bord de la dalle de plancher structurelle. Les systèmes de murs-rideaux unitisés sont le système de façade de choix dans les immeubles de grande hauteur car l'assemblage préfabriqué des unités garantit une haute qualité et permet une installation rapide sans accès extérieur [7]. La génération actuelle de systèmes de murs-rideaux unitisés est conçue pour transférer les charges latérales, généralement les pressions induites par le vent, vers les dalles de plancher structurelles [8]. Ceci est réalisé grâce aux panneaux de façade qui sont simplement soutenus par les éléments de charpente de façade qui, à leur tour, transfèrent les charges en s'étendant entre les dalles de plancher.

1.1. Limites des murs-rideaux conventionnels

En raison de la différence de coefficient de dilatation thermique du verre et du métal, les systèmes de murs-rideaux conventionnels nécessitent un adhésif flexible qui limite toute possibilité d'action structurelle composite entre le verre et l'ossature.

L'absence d'action composite entre les panneaux de verre et les cadres conduit à des profils profonds qui envahissent un espace précieux, font saillie vers l'intérieur et provoquent des perturbations visuelles. De plus, les éléments de charpente de façade sont souvent constitués d'alliages d'aluminium ou d'autres métaux présentant une conductivité thermique typiquement élevée, ce qui entraîne une transmission thermique importante au niveau des éléments de charpente de façade. Ce problème peut être en partie surmonté en introduisant des ruptures de pont thermique dans les éléments de charpente de la façade, mais cela augmente la complexité et la profondeur globale du mur-rideau.