Study, modeling and static dimensioning of construction solutions for doors and windows of buildings

Abstract

Presentemente, tendências arquitectónicas de portas e janelas dão prioridade a factores estéticos, relativos ao seu dimensionamento e envidraçamento, em detrimento da sua solidez estrutural. Tornou-se um desafio recorrente para a JFAN Steel, uma empresa especializada em envidraçamento arquitectónico, combinar a crescente procura dos clientes por projectos extraordinários, com uma solução prática de construção que cumpra regulamentações Europeias e nacionais. Este projecto visa investigar e determinar as melhores soluções de construção que poderão ter um impacto positivo no desempenho de portas e janelas, tendo como base normalização relevante. Para definir as melhores soluções, os perfis compósitos da marca Secco Sistemi, utilizados pela JFAN Steel nos seus projectos, foram estudados em paralelo com normalização Europeia relacionada com portas e janelas. Esta pesquisa inicial permitiu estabelecer o foco do projecto: perfis compósitos e o seu comportamento à flexão. Subsequentemente, foram desenvolvidos modelos numéricos para simular o comportamento dos perfis e o melhor foi seleccionado para ser utilizado na análise de soluções construtivas. Após a revisão de alguns conceitos sobre rigidez, foi possível concluir que a melhor solução para este projeto seriam reforços internos. Consequentemente, várias configurações para as soluções de reforço foram definidas e analisadas pelo modelo numérico seleccionado. Os resultados obtidos mostram uma clara preferência por uma configuração específica de reforço, que proporcionou o maior aumento de rigidez para todos os perfis analisados. Além disso, resultados adicionais mostraram uma correlação entre a rigidez e o comprimento dos reforços e foi estabelecido que as soluções sugeridas não afectam negativamente as capacidades térmicas das portas e janelas. Com este trabalho, a JFAN Steel é capaz de analisar as melhores combinações de perfis e reforços internos, para cada projecto, de acordo com o aumento percentual desejado para a rigidez da estrutura.

Current architectural trends for door and window systems prioritize aesthetic factors, related to dimen sioning and glazing, to the detriment of their structural soundness. It has become a recurring challenge for JFAN Steel, a company specialized in architectural glazing, to combine increasing client demands for extraordinary projects, with a practical construction solution that can comply with European and national regulations. Therefore, this project aims to investigate and determine the best construction solutions to be implemented in door and window assemblies, based on relevant normalization, that will have a positive impact on their performance. To define the best solutions, Secco Sistemi composite profiles, used by JFAN Steel in their projects, were studied alongside European normalization related to doors and windows. This initial research estab lished that the project’s focus should be the composite profiles and their bending behaviour. Therefore, numerical models were developed to simulate the profiles’ behaviour and the best was selected to be used in the analysis of solutions. After reviewing some rigidity concepts, it was defined that the best solution would be internal reinforcements. Therefore, several configurations for the reinforcement solutions were defined and analysed by the selected numerical model. The obtained numerical results show a clear preference over a specific reinforcement configuration, that provided the highest increase in overall rigidity for all analysed profiles. Furthermore, additional results showed a correlation between rigidity and reinforcement length and it was established that the suggested solutions do not negatively affect the thermal capabilities of door and window sections. With this work, JFAN Steel is able to analyse which are the best profile and reinforcement combinations, for each specific project, according to how much the rigidity of the structure should increase.