Load-bearing capacity analyses of a new insulated fastener type

• Autorzy: Janiak Tomasz

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2022.140635

Warianty tytułu

PL

Analizy nośności termoizolacyjnych łączników balkonowych nowego typu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Balconies are elements of some multi-storey buildings. Thermo-insulated fasteners are components that connect balcony slabs with the building structure. Their main task is the transfer of loads in connections of balcony slabs with the building while also minimizing thermal bridges. The article presents analytical calculations performed to develop the new type of thermal insulated fasteners and to determine their load-bearing capacity. The aim of this article is to demonstrate that analytical calculations based on commonly utilized principles of reinforced concrete and steel structure operation along enable the development of the effective design algorithm of insulated fasteners and allow for a quick analysis of various geometric variants of these fasteners. The article presents the adaptation of typical algorithms for calculation of steel and reinforced concrete structures for the analysis of non-typical load-bearing capacity states that occur during the calculation of insulated fasteners. The load-bearing capacities of individual fasteners are shown in M - V interaction diagrams (bending moment - shearing force).

PL

Termoizolacyjne łączniki balkonowe są elementami łączącymi płyty balkonowe z konstrukcją budynków. Ich zadaniem jest zminimalizowanie mostków termicznych w tych połączeniach. Zasadniczymi częściami składowymi takich łączników są elementy nośne, warstwa termoizolacyjna oraz warstwy izolacji zapewniające ogniotrwałość połączenia. Przedmiotem niniejszego artykułu są elementy nośne łączników. Artykuł prezentuje obliczenia analityczne termicznych łączników balkonowych nowego typu, umożliwiające określenie nośności tych łączników. Omówiona została również konstrukcja i idea pracy statycznej tych łączników. Opracowując artykuł postawiono sobie za cel wykazanie, że obliczenia analityczne oparte na powszechnie stosowanych zasadach pracy konstrukcji żelbetowych i stalowych (omówionych m.in. w Eurokodach) połączone z badaniami laboratoryjnymi wybranych przypadków (nie omówionych w niniejszym artykule) umożliwiają opracowanie skutecznej koncepcji konstrukcyjnej łączników balkonowych oraz pozwalają na szybką analizę różnych wariantów geometrycznych tych łączników. Zasadniczymi elementami nośnymi rozważanego pojedynczego łącznika balkonowego są dwa równoległe, umieszczone jeden nad drugim pręty wykonane ze stali nierdzewnej. Elementy te są połączone za pomocą przyspawanych prętów zbrojeniowych. Pręty zbrojeniowe zapewniają dodatkowo odpowiednie połączenie łączników z płytą nośną balkonu i konstrukcją budynku. W artykule przedstawiono opartą na Eurokodach analizę podstawowych stanów granicznych takich łączników, tj. stanu nośności na zginanie i stanu nośności na ścinanie. Analizie podlegały elementy stalowe oraz beton przejmujący naprężenia z tych elementów. Konieczna przy tym była odpowiednia adaptacja algorytmów normowych. Omówiono metodologie obliczeń nośności łączników oraz przedstawiono wybrane wyniki nośności dla rożnych wariantów geometrycznych. Nośności pojedynczych łączników pokazano na wykresach interakcji 𝑀-𝑉 (moment zginający - siła ścinająca). Opracowane łączniki ostatecznie przeszły pozytywnie badania wykonane w Instytucie Techniki Budowlanej. Ich pozytywna ocena właściwości użytkowych została potwierdzona w wydanym przez ten Instytut dokumencie “Krajowa Ocena Techniczna”.

Słowa kluczowe

EN

thermal insulated fastener; balcony fastener; load capacity; calculation algorithm

PL

łącznik termoizolowany; łącznik balkonowy; nośność; algorytm obliczeniowy

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2022
• Tom: Vol. 68, nr 2
• Strony: 171--184
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., il.

Twórcy

autor

Janiak Tomasz

• Bydgoszcz University of Science and Technology, Faculty of Civil and Environmental Engineering and Architecture, Bydgoszcz, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-9460-1963

Bibliografia

• [1] E.U. EU, Directive 2018/844/EU Energy performance of buildings, Off. J. Eur. Union, 2018.
• [2] P. Nowak, M. Skłodkowski, “Multicriteria analysis of selected building thermal insulation solutions”, Archives of Civil Engineering, 2016, vol. 62, no. 3, pp. 137-148, DOI: 10.1515/ace-2015-0088.
• [3] A. Życzyńska, T. Cholewa, “The profitability analysis of enhancement of parameters of the thermal insulation of building partitions”, Archives of Civil Engineering, 2014, vol. 60, no. 3, pp. 335-347, DOI: 10.2478/ace-2014-0023.
• [4] K. Goulouti, J. De Castro, A.P. Vassilopoulos, T. Keller, “Thermal performance evaluation of fiber-reinforced polymer thermal breaks for balcony connections”, Energy and Buildings, 2014, vol. 70, pp. 365-371, DOI: 10.1016/j.enbuild.2013.11.070.
• [5] K. Ghazi Wakili, H. Simmler, T. Frank, “Experimental and numerical thermal analysis of a balcony board with integrated glass fibre reinforced polymer GFRP elements”, Energy and Buildings, 2007, vol. 39, pp. 76-81, DOI: 10.1016/j.enbuild.2006.05.002.
• [6] K. Goulouti, J. de Castro, T. Keller, “Aramid/glass fiber-reinforced thermal break - Structural system performance”, Composite Structures, 2016, vol. 152, pp. 455-463, DOI: 10.1016/j.compstruct.2016.05.038.
• [7] T. Keller, F. Riebel, A. Zhou, “Multifunctional hybrid GFRP/steel joint for concrete slab structures”, Journal of Composites for Construction, 2006, vol. 10, no. 6, DOI: 10.1061/(ASCE)1090-0268(2006)10:6(550).
• [8] T. Keller, F. Riebel, A. Zhou, “Multifunctional all-GFRP joint for concrete slab structures”, Construction and Building Materials, 2007, vol. 21, no. 6, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2006.06.003.
• [9] K. Goulouti, J. de Castro, T. Keller, “Aramid/glass fiber-reinforced thermal break - thermal and structural performance”, Composites Structures, 2016, vol. 136, pp. 113-123, DOI: 10.1016/j.compstruct.2015.10.001.
• [10] P. Keo, B. Le Gac, H. Somja, F. Palas, “Experimental study of the behavior of a steel-concrete hybrid thermal break system under vertical actions”, in High Tech Concrete Where Technology Engineering Meet, Jun 2017, Maastricht - Proc. 2017 Fib Symposium, 2017, pp. 2573-2580, DOI: 10.1007/978-3-319-59471-2_293.
• [11] P. Keo, B. Le Gac, H. Somja, F. Palas, “Low-cycle fatigue life of a thermal break system under climatic actions”, Engineering Structures, 2018, vol. 168, pp. 525-543, DOI: 10.1016/j.engstruct.2018.04.063.
• [12] T.T.H. Nguyen, F. Ragueneau, D. Bahon, N. Ruaux, “Macroscopic modeling of reinforced concrete joints: Application to thermal break elements subject to earthquake loadings”, Engineering Structures, 2014, vol. 79, pp. 131-141, DOI: 10.1016/j.engstruct.2014.08.001.
• [13] A. Ben Larbi, M. Couchaux, A. Bouchair, “Thermal and mechanical analysis of thermal break with end-plate for attached steel structures”, Engineering Structures, 2017, vol. 131, pp. 362-379, DOI: 10.1016/j.engstruct.2016.10.049.
• [14] D.B. Cleary, W.T. Riddell, N. Camishion, P. Downey, S. Marko, G. Neville, M. Oostdyk, T. Panaro, “Steel Connections with Fiber-Reinforced Resin Thermal Barrier Filler Plates under Service Loading”, Journal of Structural Engineering, 2016, vol. 142, no. 11, DOI: 10.1061/(ASCE)ST.1943-541X.0001576.
• [15] L. Nasdala, B. Hohn, R. Rühl, “Design of end-plate connections with elastomeric intermediate layer”, Journal of Constructional Steel Research, 2007, vol. 63, no. 4, DOI: 10.1016/j.jcsr.2006.06.022.
• [16] M. Schneider, H.M. Fischer, “Vibration reduction of thermal break balcony connections”, Journal of the Acoustical Society of America, 2008, vol. 123, DOI: 10.1121/1.2935551.
• [17] S. Bailhache, M. Villot, C. Guigou-Carter, P. Jean, “Vibration reduction indexes of façade T junctions with thermal bridge break or composed of more than two building element types”, presented at Forum Acusticum 2014, September 7-12, Krakow, Poland, 2014.
• [18] EN 1993-1-1, E. 1993-1-1 CEN, Eurocode 3. Design of steel structures. General rules and rules for buildings, Eurocode 3. 2005.
• [19] E. 1993-1-4, E. 1993-1-4 CEN, Eurocode 3. Design of steel structures. Part 1-4: General Steels, Supplementary rules for stainless, Eurocode 3. 2006.
• [20] EN-1992-1-1 Eurocode 2 - Design of concrete structures Part 1-1: General rules for buildings, Part 1-1 Gen. Rules Rules Build. 2008.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).