新しいフレームの材料選択と特性評価

日付: 2023 年 2 月 23 日

著者: メルセデス・ガルガロ、ベラルミーノ・コルデロ、アルフォンソ・ガルシア＝サントス

ソース：マテリアル 2021、MDPI

土井：https://doi.org/10.3390/ma14081896

（この記事は「建設・建築資材の進歩」特集号に属します）

カーテンウォールは高層ビルに選ばれるファサードであり、現代都市の建築に不可欠な要素です。 従来のカーテンウォールでは、ガラスパネルは金属フレームによって単純に支持されており、このフレームによって加えられた荷重が建物構造に伝達されます。 ガラスと金属の間に複合作用がないため、フレームが深くなり、内側に突き出て貴重なスペースを占有し、視覚的な混乱を引き起こします。 従来のシステムの限られた性能に対応して、革新的なフレーム一体型ユニット化カーテンウォールが提案され、構造の奥行きを 5 分の 1 (80%) に削減し、内側をフラッシュ仕上げにしてネット可能なスペースを確保します。 新しいカーテンウォールは、引抜成形ガラス繊維強化ポリマー (GFRP) フレームをガラスに接着して複合断熱ガラス ユニット (IGU) を生成することによって実現されます。 この論文では、強度と弾性を特徴付けるために GFRP 引抜成形品に対して機械試験を実行し、破損モジュールと強度を特定するために GFRP とガラスの接続に対して機械試験を実行して、候補フレームと接着材料を選択します。 材料試験の結果は、GFRP ガラス複合ユニット化パネルのコンピュータベースの数値モデルで使用され、現実的な風荷重を受けたときの構造性能を予測します。 結果は、許容たわみが制限内であるため、5 分の 1 までの削減が可能であることを確認しました。 また、サポートに隣接する GFRP 領域には、せん断応力を軽減するための補強が必要になる可能性があることも示しています。

外部エンベロープは、都市のシナリオの基本的な構成要素を作成するすべての建物のイメージです。 建設部門では、新しい建築建設システムの開発に常に注目しています[1]。 従来のレンガや重量のあるエンクロージャは、数十年にわたって、金属ガラスのファサードや通気性のある壁や雨除けの壁などの軽量のエンクロージャに置き換えられてきました[2]。 カーテン ウォールとして知られる金属とガラスのファサードは、ガラスで満たされた空間を持つ金属フレームで構築されます [3]。 現在、カーテンウォールは現代都市の建築に欠かせない要素となっています[4]。 2 つの主要なカーテン ウォール システムは棒状に組み立てられ、ユニット化されています [5]。 スティックビルド システムは、建物に取り付けられた垂直マリオンと水平欄間の金属フレームワークと、現場に設置された支持ガラス パネルを備えた初期のカーテン ウォール システムでした。

ユニット化されたカーテン ウォール システムは、ファサード パネル (通常はガラス、金属、または石) と金属フレーム部材 (マリオンとトランサム) が工場で事前に組み立てられた後、現場に輸送されて建物内の耐荷重要素に取り付けられるクラッディング ユニットで構成されます。通常、構造床スラブの端に沿って事前に固定されたブラケットを介して取り付けられます。 ユニット化されたカーテン ウォール システムは、ユニットのプレハブ組立により高品質が保証され、外部アクセスなしで迅速に設置できるため、高層ビルで選択されるファサード システムです [7]。 現行世代のユニット化されたカーテン ウォール システムは、横方向の荷重、通常は風による圧力を構造床スラブに伝達するように設計されています [8]。 これは、ファサードフレーム部材によって単純に支持されているファサードパネルによって達成され、ファサードフレーム部材は、床スラブ間にまたがることによって荷重を伝達する。

1.1. 従来のカーテンウォールの限界

ガラスと金属の熱膨張係数の違いにより、従来のカーテンウォール システムでは、ガラスとフレーム間の複合構造作用の可能性を制限する柔軟な接着剤が必要でした。

ガラスパネルとフレームの間に複合作用がないため、深いプロファイルが生じ、貴重なスペースが内側に突き出て侵入し、視覚的な混乱を引き起こします。 さらに、ファサードフレーム部材は、多くの場合、特徴的に高い熱伝導率を有するアルミニウム合金または他の金属で作られており、その結果、ファサードフレーム部材での熱伝達が顕著になる。 この問題は、ファサードのフレーム部材に熱破壊を導入することで部分的に解決できますが、これによりカーテン ウォールの複雑さと全体の奥行きが増大します。