Research on the resistance of ventilated rainscreen facades to dynamic and vibrational loads

Abstract

EN: The study aims to determine the stability of KMD VF ventilated facades, featuring RONSON 250×65×22 Busum facade tiles, when subjected to vibrational and dynamic influences. A key objective is to assess their applicability in seismically active regions of Ukraine. To achieve this, both computational analyses of the stress-strain state of the facade system elements and experimental laboratory tests on a fragment of the system were conducted. The research methodology involved a comprehensive literature review and analysis of existing technical documentation. An experimental procedure was developed for testing on a vibration stand, utilizing a Vibran-2.0 vibro-analyzer and a universal strain gauge station. A facade system fragment measuring 1000×900 mm was subjected to controlled vibrational loads. Concurrently, a numerical model of the fragment was developed and analyzed using the Lira-SAPR software. The computational results were then rigorously compared with the experimental data, confirming the adequacy of the calculation scheme with an error not exceeding 7%. Furthermore, a detailed calculation of the facade system's response to seismic loads was performed for a hypothetical 36-meter high-rise building situated in a 9-point seismic zone, in accordance with DBN В.1.1-12:2014. The spectral method was employed, and the computational model utilized volumetric finite elements for the building and clinker, shell elements for brackets and purlins, and special finite elements for modeling connections between clinker-purlins, purlinsbrackets, and brackets-building. The experimental tests demonstrated the facade system's resilience and integrity. No individual tiles detached, and the connection nodes remained reliable, even under load levels corresponding to approximately 60% of a 9-point seismic event. The seismic load calculations further corroborated these findings, indicating that the overall bearing capacity utilization of the system did not exceed 65%, thereby maintaining a substantial 35% safety margin. Crucially, the protection against the fall of individual tiles was ensured with a significant 57% margin. Based on the comprehensive results obtained from both experimental and computational investigations, it is concluded that the use of KMD VF ventilated facades, adorned with RONSON 250×65×22 Busum facade tiles, is feasible and recommended for construction projects located in seismically hazardous regions of Ukraine.

UA: Метою дослідження є визначення стійкості навісних вентильованих фасадів типу «KMD VF» з оздобленням фасадною плиткою RONSON 250×65×22 Busum під дією вібраційних та динамічних впливів, а також оцінка можливості їх застосування в сейсмоактивних регіонах України. Для цього було проведено розрахункові дослідження напружено-деформованого стану елементів фасадної системи та експериментальні лабораторні випробування її фрагменту. В рамках дослідження виконано аналіз літератури та технічної документації, розроблено методику експерименту на вібраційному стенді з використанням віброаналізатора та тензометричної станції. Фрагмент фасадної системи розміром 1000×900 мм піддавався вібраційним впливам на вібростенді. Проведено чисельні дослідження фрагменту фасадної системи в ПК Ліра-САПР на дію вібраційних впливів, створених під час експерименту. Встановлено, що розбіжність результатів розрахунків і експериментальних даних не перевищує 7%. Додатково виконано розрахунок фасадної системи на сейсмонавантаження для 36-метрової будівлі в умовах 9-бальної сейсмічності згідно з ДБН В.1.1-12:2014. При створенні розрахункової схеми була прийнята спрощена схема для моделювання будівлі із залученням об'ємних скінченних елементів і геометрично подібна до реальної конструкції фасадна система, побудована скінченними елементами оболонки. Схема навантаження передбачала використання спектрального методу. Експериментальні випробування показали, що фасадна система зберігає цілісність, падіння плиток не відбувається, а вузли сполучення елементів залишаються надійними навіть при навантаженнях, що відповідають ~ 60% від 9-бальної сейсміки. Розрахунки на сейсмонавантаження підтвердили, що вичерпання несучої здатності системи не перевищує 65%, забезпечуючи 35% запасу міцності. Захист від падіння окремих плиток забезпечується із запасом 57%. На підставі отриманих результатів зроблено висновок про можливість використання навісних вентильованих фасадів типу «KMD VF» з плиткою RONSON 250×65×22 Busum у сейсмонебезпечних районах України.