Neste trabalho são abordados os aspectos inerentes à análise não linear física e geométrica de núcleos rígidos pertencentes a estruturas de contraventamento de edifícios altos em concreto armado. O trabalho foca a análise estrutural dos núcleos através do uso de uma ferramenta computacional capaz de realizar uma análise não linear rigorosa, estudando modelos usuais com o emprego do método dos elementos finitos. São avaliadas as reduções de inércia que ocorrem nas paredes que compõem os núcleos, dimensionados de forma a apresentarem três taxas de armadura, uma próxima à mínima, uma média e uma próxima à máquina permitida pela NBR 6118. São estabelecidas estimativas simplificadas para os efeitos da não linearidade física sobre esses elementos, que possam ser utilizadas em projetos usuais de maneira simples e prática. / This work deals with nonlinear geometrical and physical analysis of structural cores that take part in the bracing system of multistory reinforced concrete buildings. The study depicts the structural behavior of concrete cores by using a computational tool that performs a strict non-linear analysis, coping with usual models based on the Finite Element Method. The work evaluates the inertia reduction of concrete core\'s walls, considering minimum, medium and maximum geometrical reinforcement ratio prescribed by NBR 6118. Estimations of the physical nonlinearity of those elements are provided aiming at the practical use in actual structural design.

Neste trabalho são discutidos os procedimentos simplificados para a consideração da não linearidade física (NLF) e da não linearidade geométrica (NLG) na análise de edifícios de concreto armado. Deste modo, pretende-se estabelecer o grau de confiabilidade desses processos. Algumas prescrições para redução na inércia dos elementos estruturais são comparadas com os resultados obtidos através de modelos em elementos finitos, permitindo, assim, a avaliação destas prescrições. Um estudo detalhado do parâmetro &#947z, como majorador dos esforços em primeira ordem para a obtenção dos esforços finais em segunda ordem, é efetuada, de modo que se possa estabelecer, de forma mais clara, as vantagens e as limitações deste parâmetro. / This work shows some simplified procedures to consider physical non-linearity (FNL) and geometrical non-linearity (GNL), for reinforced concrete buildings, and discusses its reliability. For FNL, prescriptions for stiffness reduction of structural elements are compared with the results obtained from finite elements analysis, in order to verify its assessment. For GNL, a detailed study of the accuracy of &#947z parameter to evaluate final second order effects is made. The behavior of the parameter along the height of the building and for each effort considered is shown.

Esta tese de doutorado defende a hipótese de que a arquitetura moderna do Centro de São Paulo estabeleceu novas funções para seus pavimentos térreos e garantiu uma relação intensa entre o edifício e o espaço urbano. A produção analisada - construída entre as décadas de 1930 e 1960 vinculava-se diretamente ao novo traçado urbano e à legislação referente ao Plano de Avenidas. Na primeira metade do século XX, iniciou-se a construção de uma nova estrutura urbana nos lotes urbanos próximos à Praça da República, a partir de investimentos governamentais e particulares. A iniciativa privada foi estimulada a construir a paisagem urbana seguindo uma legislação que vinculava a permissão de maiores alturas ao desenho arquitetônico desejado pelo poder público. Nestes termos e considerando os diversos aspectos de transformação urbana da cidade, entre eles um novo traçado urbano e a verticalização do Centro da cidade, é possível afirmar que a escala das novas intervenções influenciou de modo determinante a relação do edifício com a rua e influenciou o aparecimento de novos partidos arquitetônicos. A pesquisa, então, parte da análise dos novos programas urbanos, da legislação existente, dos aspectos culturais da metrópole e dos projetos arquitetônicos de um período de grande relevância na história da cidade de São Paulo, a fim de constatar a relação dos edifícios estudados com o contexto urbano em que se inseriram. / This dissertation reveals how the modern architecture of downtown São Paulo developed new functions for ground floors, setting up an intense relationship between the building and the urban space. The analyzed structures built between the 1930s and 1960s were linked closely with the implementation of the Avenues Plan, with its specific legal provisions and urban plan. The construction of a new urban landscape took place during the first half of the twentieth century in the lots adjacent to the Republic Square, as a result of both public and private investments. Private enterprise was given incentives to respect the urban plan by linking building permits for taller structures with the intended architectural design. The scale of the resulting urban transformation, including the opening and expansion of new roads and the vertical growth of the downtown, influenced decisively the relationship between the street and the edifice and lead to the emergence of new currents in architecture. This dissertation discusses the urban plan, legal provisions, cultural aspects, and architectural projects associated with a period of great importance in the history of São Paulo in order to reveal the essential relationships between individual structures and the broader urban context in which they appeared.

Made available in DSpace on 2017-06-01T17:57:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ana_cecilia_ferreira_leite.pdf: 2039908 bytes, checksum: 6d86ed0d28b48ab3130af3cf03bae779 (MD5) Previous issue date: 2015-12-29 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The building industry has experienced in recent years a strong growth in demand in general and in the case of reinforced concrete buildings this increase has been more marked. This fact has also contributed to accelerate all stages of the production process of these constructions with more pronounced effects on the methodologies used in the constructive steps that influence directly the structural design of the building. Structures loaded at ever earlier ages, in which the strength and deformation properties of materials are not yet sufficiently mature, it is a variable that needs to be taken into account already in the design phase so that the concrete structure behaves within acceptable level of reliability taking into account design code recommendations for service life. To understand the importance of constructive effects and to assess its magnitude in the execution of reinforced concrete buildings, this paper present result from nonlinear analyses using Finite Element Method adopting an approach commonly referred as staged construction applied to a typical building found in the practice. The effects of creep and shrinkage were considered and the results obtained demonstrate that the strains due to constructive effects can, in certain cases, assume representative values which, if ignored, can lead to important pathologies in the building. / Nos últimos anos, a indústria da construção civil experimentou um forte crescimento na demanda por edifícios de múltiplos pavimentos de concreto armado. Este comportamento do mercado impulsionou construtores a acelerar todas as etapas do processo de construção, a fim de entregar a edificação em um tempo cada vez mais curto. Como decorrência deste fato, as estruturas são carregadas mais precocemente, ocasião em que as suas propriedades de resistência e deformação ainda não se encontram suficientemente maduras para suportar o carregamento construtivo que a solicita. Com a finalidade de compreender quais consequências são provocadas por esse carregamento prematuro da estrutura e analisar a importância dos efeitos construtivos no projeto de edificações de concreto armado, o trabalho traz o resultado de análises não-lineares realizadas com o Método dos Elementos Finitos adotando uma abordagem usualmente referida como staged construction construção em estágios aplicada a uma edificação real, situada na Cidade do Recife, Estado de Pernambuco, Brasil. Nestas análises foram levados em consideração os efeitos da retração, fluência e envelhecimento do concreto. Os resultados obtidos demonstram que os deslocamentos verticais nos pilares, decorrentes dos efeitos construtivos, são fortemente alterados quando comparados com os deslocamentos verticais resultantes da análise sem a consideração dos estágios de construção. A não consideração desses efeitos construtivos podem, em alguns casos, conduzir a manifestações patológicas importantes na edificação.

Neste trabalho foi desenvolvido um modelo para análise tridimensional não linear geométrica de edifícios considerando a influência de todas as partes componentes do sistema estrutural, incluindo a ligação núcleo-laje e o solo de fundação. Pilares e vigas são modelados com elementos finitos de barra com seção transversal de forma qualquer, enquanto as lajes são modeladas por elementos finitos de casca. Ambos consideram o comportamento não linear geométrico e adotam como graus de liberdade posições nodais e vetores generalizados ao invés de deslocamentos e rotações, sendo também considerado para o elemento de barra o grau de liberdade de empenamento da seção. Apresenta-se uma estratégia cinemática para o acoplamento de topo entre os elementos de casca e a seção dos elementos de barra, gerando assim um elemento de núcleo com diafragma. O acoplamento se dá através de uma matriz de incidência cinemática responsável por inserir na Hessiana e no vetor de forças internas do elemento de barra que discretiza o núcleo as contribuições de elementos de casca a ele conectadas. Admite-se para os materiais do edifício a lei constitutiva elástico-linear de Saint Venant-Kirchhoff e a não linearidade geométrica é considerada através de uma formulação Lagrangiana total com cinemática exata. A flexibilidade dos apoios é considerada através de uma matriz de rigidez do sistema solo-fundação. Esta matriz é calculada em outro programa de acoplamento entre o Método dos Elementos de Contorno e o Método dos Elementos Finitos por meio de uma estratégia numérica baseada, por sua vez, no Teorema de Betti-Maxwell. A estratégia consiste na determinação de coeficientes de flexibilidade de pontos sobre uma malha discreta do sistema solo-fundação, sendo o solo modelado via Método dos Elementos de Contorno com uso da solução fundamental de Mindlin e os elementos estruturais de fundação, que podem incluir placas, sapatas, blocos e estacas, são modeladas com elementos finitos convencionais de barra e de casca. O programa permite a análise de edifícios completos, considerando a influência do empenamento dos núcleos nos pavimentos e também os efeitos da interação solo-estrutura. Exemplos numéricos são apresentados para confirmar a eficiência e demonstrar o potencial de aplicação da formulação proposta. / In this thesis a numerical model for geometric nonlinear analysis of three-dimensional structures of tall buildings was developed, considering the influence of all structural components, including the core-slab connection and the foundation system. Columns and beams are modeled by a frame finite element which can have a cross section of any shape, while the slabs are modeled by shell finite elements. Both consider the nonlinear geometric behavior and adopt nodal positions and generalized vectors as degrees of freedom instead of displacements and rotations. For the frame finite element it is also considered the cross sectional warping as a degree of freedom. A numerical strategy is presented for the coupling between the shell elements and the frame\'s cross section, thus forming a structural-core element with diaphragm. The coupling is done through a kinematic array which is responsible for inserting the contributions of shell elements, connected to the core walls, into the Hessian matrix and also into the internal force vector of the frame element used to discretize the core. The linear-elastic constitutive relation of Saint Venant-Kirchhoff is adopted for the building materials and the geometric nonlinearity is considered via a Lagrangian formulation with exact kinematics. The foundation\'s flexibility is considered through a stiffness matrix for the soil-foundation system. This matrix is computed in another program based on the numerical coupling between the Boundary Element Method and the Finite Element Method, using a numerical strategy based on the Maxwell-Betti\'s Theorem. This strategy consists in determining the flexibility coefficient of points on a discrete mesh of the soil-foundation system. The soil is modeled by the Boundary Element Method using the fundamental solution of Mindlin. The structural foundation elements, including shallow foundation, footings, blocks and piles, are modeled using conventional frame and shell finite elements. The program is applied to the analysis of complete structural systems of tall buildings, considering the influence of the core warping on the mechanical behaviour of the slabs and also the soil-structure interaction effects. Numerical examples are presented to confirm the efficiency and to demonstrate the potential application of the proposed formulation.

Neste trabalho foi desenvolvido um modelo para análise tridimensional não linear geométrica de edifícios considerando a influência de todas as partes componentes do sistema estrutural, incluindo a ligação núcleo-laje e o solo de fundação. Pilares e vigas são modelados com elementos finitos de barra com seção transversal de forma qualquer, enquanto as lajes são modeladas por elementos finitos de casca. Ambos consideram o comportamento não linear geométrico e adotam como graus de liberdade posições nodais e vetores generalizados ao invés de deslocamentos e rotações, sendo também considerado para o elemento de barra o grau de liberdade de empenamento da seção. Apresenta-se uma estratégia cinemática para o acoplamento de topo entre os elementos de casca e a seção dos elementos de barra, gerando assim um elemento de núcleo com diafragma. O acoplamento se dá através de uma matriz de incidência cinemática responsável por inserir na Hessiana e no vetor de forças internas do elemento de barra que discretiza o núcleo as contribuições de elementos de casca a ele conectadas. Admite-se para os materiais do edifício a lei constitutiva elástico-linear de Saint Venant-Kirchhoff e a não linearidade geométrica é considerada através de uma formulação Lagrangiana total com cinemática exata. A flexibilidade dos apoios é considerada através de uma matriz de rigidez do sistema solo-fundação. Esta matriz é calculada em outro programa de acoplamento entre o Método dos Elementos de Contorno e o Método dos Elementos Finitos por meio de uma estratégia numérica baseada, por sua vez, no Teorema de Betti-Maxwell. A estratégia consiste na determinação de coeficientes de flexibilidade de pontos sobre uma malha discreta do sistema solo-fundação, sendo o solo modelado via Método dos Elementos de Contorno com uso da solução fundamental de Mindlin e os elementos estruturais de fundação, que podem incluir placas, sapatas, blocos e estacas, são modeladas com elementos finitos convencionais de barra e de casca. O programa permite a análise de edifícios completos, considerando a influência do empenamento dos núcleos nos pavimentos e também os efeitos da interação solo-estrutura. Exemplos numéricos são apresentados para confirmar a eficiência e demonstrar o potencial de aplicação da formulação proposta. / In this thesis a numerical model for geometric nonlinear analysis of three-dimensional structures of tall buildings was developed, considering the influence of all structural components, including the core-slab connection and the foundation system. Columns and beams are modeled by a frame finite element which can have a cross section of any shape, while the slabs are modeled by shell finite elements. Both consider the nonlinear geometric behavior and adopt nodal positions and generalized vectors as degrees of freedom instead of displacements and rotations. For the frame finite element it is also considered the cross sectional warping as a degree of freedom. A numerical strategy is presented for the coupling between the shell elements and the frame\'s cross section, thus forming a structural-core element with diaphragm. The coupling is done through a kinematic array which is responsible for inserting the contributions of shell elements, connected to the core walls, into the Hessian matrix and also into the internal force vector of the frame element used to discretize the core. The linear-elastic constitutive relation of Saint Venant-Kirchhoff is adopted for the building materials and the geometric nonlinearity is considered via a Lagrangian formulation with exact kinematics. The foundation\'s flexibility is considered through a stiffness matrix for the soil-foundation system. This matrix is computed in another program based on the numerical coupling between the Boundary Element Method and the Finite Element Method, using a numerical strategy based on the Maxwell-Betti\'s Theorem. This strategy consists in determining the flexibility coefficient of points on a discrete mesh of the soil-foundation system. The soil is modeled by the Boundary Element Method using the fundamental solution of Mindlin. The structural foundation elements, including shallow foundation, footings, blocks and piles, are modeled using conventional frame and shell finite elements. The program is applied to the analysis of complete structural systems of tall buildings, considering the influence of the core warping on the mechanical behaviour of the slabs and also the soil-structure interaction effects. Numerical examples are presented to confirm the efficiency and to demonstrate the potential application of the proposed formulation.

O crescimento urbano e o ritmo acelerado na concentração de pessoas nas cidades são inevitáveis. A verticalização das construções como solução para atender a necessidade da máxima ocupação do solo e para justificar a infraestrutura investida pelo poder público nas áreas centrais, causa consideráveis impactos no entorno em que estão inseridas. Contudo, a urbanização em si não é um problema, e sim a forma como as cidades estão sendo construídas e ocupadas. Diante disso, o trabalho apresenta como objetivo principal a verificação da influência do sombreamento gerado pelos edifícios altos dentro de um recorte definido na zona com maior capacidade de verticalização em Curitiba. Esta pesquisa foi desenvolvida em quatro etapas: a primeira, de fundamentação teórica com o estudo da literatura existente sobre o tema, a segunda para definição da região de estudo na cidade e os períodos a serem analisados, a terceira etapa para delimitação do recorte de estudo com análises de cada período e, a quarta com a elaboração das simulações computacionais nos softwares Auto CAD, Sketchup Pro, Excel e Ecotect para obtenção de resultados. Durante a evolução da pesquisa, verificou-se que, de fato, o nsombreamento causado pelos edifícios altos comprometem consideravelmente as construções vizinhas a eles e todo o seu entorno imediato. Além disso, foi concluído que Curitiba, uma cidade considerada fria, sofre nos períodos de inverno com o excessivo sombreamento nas áreas públicas entre quadras. Em contrapartida, as áreas abertas de lazer estão posicionadas adequadamente e não se prejudicam com a verticalização da Zona Central. De qualquer forma, a intenção de redução de impacto gerado por esses processos deve ser planejada em um contexto mais significativo. A elaboração de projetos deve ter como premissa a adequação ao clima e ao contexto local, da mesma forma que devem ser analisados os impactos ambientais dessas sobre as construções vizinhas e os espaços externos localizados em uma área de influência. A idéia de preservar o skyline já consolidado na cidade, evitando edifícios muito altos, pode ser uma alternativa para minimização dos impactos de sombreamento. / Urban growth and the fast pace in the concentration of people in cities are inevitable. Building verticalization as a solution to attend the need of maximum land use and to justify the infrastructure invested by the government in central areas, cause considerable impacts on the environment which they are. However, urbanization is not a problem itself, but how cities are being built and occupied. Thus, the main goal of this work is to verify the shadow influence caused by tall buildings in a specific area inside of the zone with more capacity of verticalization in Curitiba. This research was developed in four steps: the first one was to study the existing literature about this topic, second to define study section in the city and periods to be analyzed, third step to delimit a zoom of study with analysis about all periods and, fourth with computer simulations on Auto CAD, Sketchup Pro, Excel and Ecotect softwares to obtain important results. During the evolution of this work, it was verified that the shading caused by tall buildings undertake considerably neighboring buildings and all surrounding area. Furthermore, it was concluded that Curitiba, a cold city, suffers in winter season due to excessive shading in public spaces between blocks. On the other hand, open spaces as squares are correctly positioned and do not harm with verticalization on the downtown zone. Anyway, the intention to reduce the impact caused by these processes must be planned in a more embracing context. Project elaboration must consider local climate and urban context, just as the environmental impacts of those on neighboring buildings and on open spaces. The idea of preserving skylines already consolidate, avoiding tall buildings, can be an alternative to minimize shading impacts.