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Desenvolvimento de uma balança dinâmica de três graus de liberdade para estudo dos efeitos de flexo-torção em edifícios altos submetidos à ação do vento / The development of a three degree of freedom dynamic balance for the study of the wind induced bending and torsional effects in tall buildings

Oliveira, Mário Gustavo Klaus January 2009 (has links)
Medições realizadas em edifícios altos, em escala real, têm mostrado que o carregamento devido à ação do vento pode causar importantes efeitos de torção. A atual tendência de construção de prédios com formas e sistemas estruturais mais complexos promove a acentuação das excentricidades entre o centro de massa, centro elástico e o ponto de aplicação instantânea de forças aerodinâmicas. Soma-se a isso o fato de os edifícios altos modernos estarem se tornando cada vez mais esbeltos e leves, o que baixa a velocidade (do vento) de disparo de fenômenos como galope e drapejamento torcional, fazendo com que esta velocidade se aproxime cada vez mais das velocidades do vento consideradas nos projetos. Frente a isso, os efeitos dinâmicos, tanto de flexão como de torção, induzidos pelo vento em edifícios altos representam uma importante consideração nos projetos de estruturas modernas. Os métodos analíticos para determinação da resposta de edifícios altos submetidos à ação do vento, hoje disponíveis, não levam a resultados satisfatórios em casos de geometrias não regulares, bem como não contemplam efeitos torsionais. Seu uso também não é recomendado no caso de estruturas muito flexíveis, cujo movimento afeta as forças aerodinâmicas que nelas atuam. Nessas situações, a melhor opção para os engenheiros é um estudo mais detalhado dos efeitos do vento sobre a estrutura, através de ensaios de modelos em escala reduzida em túneis de vento, que simulem as características do vento natural. O objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de um mecanismo que permita a obtenção da resposta de edifícios altos frente à ação do vento, a partir de ensaios em túnel de vento com modelos em escala reduzida. Busca-se determinar a resposta em termos de suas componentes médias e flutuantes. Admite-se que a parcela dinâmica contempla os dois modos fundamentais de vibração livre em flexão, ortogonais entre si e aproximados de forma linear, e o primeiro modo de torção, aproximado de forma constante. As simplificações adotadas permitem que os modelos tenham baixa complexidade de projeto e construção, diminuindo, assim, o custo da modelagem e tornando o processo experimental mais ágil. Para validar os resultados obtidos com a utilização do mecanismo desenvolvido foram realizados ensaios em escala reduzida do CAARC Standard Tall Building, edifício alto tomado como padrão para calibração de técnicas de modelagem aeroelástica, no Túnel de Vento Professor Joaquim Blessmann, da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Os resultados obtidos foram comparados com os valores publicados por outros pesquisadores e com resultados determinados a partir de ensaios de medidas de pressões em alta freqüência. A coerência entre os valores comparados permitiu concluir que o equipamento simula satisfatoriamente o comportamento dinâmico de edifícios altos submetidos à ação do vento, mesmo perante fenômenos aeroelásticos, como a ressonância por desprendimento alternado de vórtices. A partir dos resultados verificou-se também a importância dos efeitos dinâmicos de torção induzidos pela ação do vento, e a necessidade de que sejam apropriadamente considerados nos projetos / Measurements performed in full-scale high rise buildings have shown that wind loading may cause important torsional effects. The current trend of building construction, with new shapes and complex structural systems promotes an increase in the distances (eccentricities) among the center of mass, elastic center and the instantaneous point of application of the resulting wind loads. Furthermore, modern tall buildings are becoming increasingly light and slender, diminishing the trigger wind speed of some phenomena such as galloping and torsional flutter, bringing these velocities closer to the design wind speeds. Therefore, wind induced bending and torsional dynamic effects in tall buildings play an important role in the design of modern structures. The current analytical methods for the response determination of tall buildings under wind loading do not lead to reliable results for the non regular building shapes, as well as do not consider torsional effects. Also, its use is not recommended for the case of very flexible structures, where the structure´s own motion may affect the aerodynamic forces acting on it. In these situations, the best option for engineers is a more detailed study of the wind effects, through boundary layer wind tunnels. The aim of this study is the development of a device that allows the determination of the response of tall buildings under wind loading, through wind tunnel tests with reduced scale models. The goal is the determination of the responses in terms of its mean and fluctuating components. It is assumed that the dynamic parcel contemplates the two fundamental bending modes of vibration, orthogonal and linear, as well as the torsional mode, which is assumed constant along the height. The adopted simplifications allow for a low complexity in the process of model design and construction as well as for a very low modeling cost, making more efficient the whole testing process. To validate the device, tests were performed with a reduced scale model of the CAARC Standard Tall Building, which is taken as a standard for the calibration of aeroelastic modeling techniques, in Prof. Joaquim Blessmann boundary layer wind tunnel of the Federal University of Rio Grande do Sul. The obtained results were compared with other researchers' values as well as with results obtained from pressure measurements, in a rigid model. The agreement among the compared values allows the conclusion that the device simulates satisfactorily well the dynamic behaviour of high rise buildings under wind loading, even for aeroelastic phenomena such as the resonance due to vortex shedding. It was also verified the importance of the wind induced torsional effects and the need for its proper consideration in the design process.
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Determinação experimental em túnel de vento dos efeitos estáticos de proteção causados por edificações vizinhas : contribuição para a revisão dos fatores de vizinhança da NBR-6123 / Experimental determination in wind tunnel tests of statics protection effects caused by neighboring buildings : contribution to the review of neghborhood factors of NBR-6123

Alberti, Franco Augusto January 2015 (has links)
Efeitos de interferência aerodinâmica por vizinhança ocorrem inevitavelmente em edificações imersas em contexto urbano. Com base nas características da vizinhança que envolve o entorno de uma edificação, estes efeitos consequentemente podem reduzir ou majorar as ações do vento sobre a mesma. Tendo em vista a complexidade do problema em estimar o real ambiente em que um edifício estará situado e sua influência no comportamento do vento, torna-se muito difícil a codificação destes efeitos em documentos normativos, específicos para cada situação de projeto. No entanto, fatores de redução e majoração das ações do vento sobre as edificações podem ser determinados de acordo com as características da vizinhança presente no ambiente em que estão inseridas. Neste trabalho são analisados quatro modelos reduzidos de edifícios altos e suas vizinhanças adjacentes. Os modelos foram testados em túnel de vento, no Laboratório de Aerodinâmica das Construções da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, sob duas configurações de ensaios, uma com a edificação isolada e outra com a edificação na presença da vizinhança na qual estará imerso. A partir dos resultados obtidos no túnel, foram calculados coeficientes de força para cada modelo, em relação a dois eixos ortogonais com origem próxima ao centro de torção da secção transversal correspondente ao pavimento tipo. Dos quatro casos estudados, todos apresentaram variações significativas dos coeficientes de força quando na presença de edificações vizinhas. Para estes edifícios, foram calculados fatores de vizinhança respectivos aos ângulos de vento mais influentes ao dimensionamento estrutural dos mesmos. A respeito das análises, notou-se que sob vizinhança densa, houve uma grande redução das ações do vento, enquanto que brechas entre as estruturas de interferência, traduziram em aumentos das ações do vento sobre as edificações estudadas. / Neighborhood interference effects due to nearby strucutres, inevitably occur on buildings immersed in urban context. Based on the characteristics of the neighborhood surrounding the vicinity of a building, these effects therefore can reduce or increase wind actions. Given the complexity of the problem in estimating the real environment where a building is located and its influence on wind behavior, it is extreme hard to encode these effects in regulation codes by specifying situations for each proposed project. However, reduction and increase factors on the wind actions over buildings can be determined according to the caracteristics of its neighborhood at the environment in which they locate. This paper analyzes four scale models of tall buildings and its surrounding structures. The models were tested in the wind tunnel at the Laboratório de Aerodinâmica das Construções of the Universidade Federal do Rio Grande do Sul, in two configurations tests, one with the building in isolated situation and the other with the building in the corresponding vicinity. The results obtained in the wind tunnel tests were used to determine strength coefficients for each model in relation to the both orthogonal axes with its origin near the torsional center of the transversal section correspondent to the standard floor of the buildings. For the four cases studied, all the test results showed significant variations at force coefficients in the presence of neighboring structures. For each case studied, interference factors were calculated due to sorrounding structures for the most influential wind angles for the structural design. Regarding the analysis it was noticed that under dense neighborhood, there was a large reduction of the wind loads, while gaps between interference structures resulted in increases of wind actions over the studied buildings.
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Determinação dos efeitos de vizinhança na resposta dinâmica de edifícios altos sob a ação do vento / Determination of the effects of neighbouring buildings on the dynamic response of tall buildings under wind loading

Bênia, Maria Cristina Dolz January 2013 (has links)
O processo de crescimento das cidades gerou uma necessidade pelo melhor aproveitamento do espaço urbano, contribuindo para os processos de verticalização e densificação das áreas construídas. Sendo assim, a tendência é de construção de edifícios cada vez mais altos e agrupados, duas características que influenciam na resposta das estruturas à ação do vento. Edifícios altos modernos são estruturas, em geral, leves, flexíveis e pouco amortecidas, o que os torna mais susceptíveis a problemas causados por vibrações induzidas pela ação do vento. Estes problemas podem gerar desconforto aos usuários ou até mesmo, em casos mais severos, danos estruturais. O agrupamento de edifícios propicia o surgimento de efeitos de interferência, que alteram o escoamento em torno das estruturas e, consequentemente, o carregamento devido à ação do vento. Forças aerodinâmicas e a resposta de edifícios altos a ação destas forças podem aumentar ou diminuir significativamente devido à presença de edificações vizinhas. Devido à complexidade dos efeitos de interferência entre edifícios, há ainda muitas lacunas no entendimento do fenômeno, embora o assunto seja estudado por diversos pesquisadores desde a década de 1930. Com o objetivo de contribuir para o estadoda- arte do conhecimento do fenômeno de efeitos de interferência em edifícios altos, neste trabalho foram realizados ensaios em túnel de vento com modelo reduzido do edifício padrão da Commonwealth Aeronautical Research Council (CAARC) para 18 configurações de vizinhança. Para determinação da resposta do edifício, em termos de suas componentes médias e flutuantes, para deslocamentos longitudinais e transversais à direção do vento incidente e a torção, utilizou-se uma balança dinâmica de três graus de liberdade (BD3GDL), dois em flexão, admitindo que são ortogonais entre si e aproximados de forma linear, e um torção, aproximado de forma constante. A presença de edificações vizinhas causou, em geral, o efeito de proteção esperado provocando a diminuição das respostas médias longitudinal e transversal do edifício principal, quando comparada à resposta da edificação isolada. No entanto, a resposta flutuante sofreu amplificações significativas, para os três graus de liberdade, para determinadas configurações de vizinhança. / The population explosion in modern cities has generated a need for the better use of urban spaces, contributing to the vertical growth and densification of built-up areas. Considering this, current trends are to build taller towers with minimal space between buildings; two characteristics which influence the structural response of buildings under wind loading. In general, modern tall buildings are lightweight, flexible structures with low levels of inherent structural damping, which render them highly susceptible to problems caused by windinduced vibrations. These problems include discomfort suffered by building tenants, and in severe cases, damage to the building’s structure. The close grouping of buildings increases interference effects, altering the flow around buildings, and consequentially the loading caused by the wind. The aerodynamic forces, and associated responses, of tall-buildings can be significantly increased or reduced by the presence of neighboring buildings. Due to the complexity of inference effects between buildings, there remain many unknowns in the understanding of the phenomenon, even though the subject has been studied by many researchers since the 1930s. It is with the objective of contributing to the state-of-the-art of the building interference effects that, in this study, wind-tunnel investigations were performed on the reduced scaled model building of the internationally recognized benchmark Commonwealth Aeronautical Research Council (CAARC) design for 18 different neighboring configurations. For the determination of the building’s response, in terms of mean and fluctuating components of along-wind and cross-wind displacements and torsion, the three degrees-of-freedom dynamic balance (BD3GDL) was utilized; which possesses two degreesof- freedom in linear bending along the orthogonal directions, and a constant rotation about its vertical axis. The presence of neighboring buildings generally provided the study building with protection, as was predicted, causing the reduction of mean displacements in both alongwind and cross-wind directions when compared against the isolated case. However, the fluctuating response in all three degrees-of-freedom suffered significant increases for certain proximity building configurations.
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Conforto humano em edifícios altos excitados pelo vento : metodologias de determinação das acelerações e critérios de conforto / Human comfort in tall buildings excited by wind: methodologies for determination of the accelerations and comfort criteria

Zatti, Luciano January 2016 (has links)
Atualmente, a construção de edifícios altos e esbeltos tem se tornado cada vez mais comum na paisagem urbana dos grandes centros. No Brasil, tais edifícios tem se mostrado insuficientemente rígidos, com baixo amortecimento estrutural e consequentemente com frequências mais baixas que as esperadas, este fato aumenta a possibilidade de que os edifícios respondam dinamicamente às excitações devidas ao vento, com consequente aumento da sensibilidade dos seus usuários. É fato, a necessidade da garantia da condição de serviço destas edificações associadas à estabilidade estrutural. Buscar qual nível é aceitável e a respectiva taxa de aceleração é o grande desafio. Sabe-se também que a exposição humana prolongada a essas vibrações provocadas pelo vento nas edificações podem ocasionar danos e consequências a vida de seus ocupantes. A predição, bem como, a estimativa dos níveis de conforto é de extrema importância na busca da resposta humana frente a estes movimentos. Esta pesquisa objetiva descrever qualitativamente e quantitativamente os procedimentos e formulações relacionadas à percepção e a tolerância humana (critério de aceitabilidade das acelerações) de diversos códigos e normas frente às vibrações provocadas pelo vento em edifícios altos, bem como as metodologias de determinação das acelerações. Busca-se descrever as características individuais dos ocupantes ao movimento, bem como, as características do movimento dos edifícios. Propõe-se por fim, avaliar se atualmente o procedimento recomendado pela NBR 6123/1988 na determinação e no critério de aceitação das acelerações frente às excitações devidas ao vento em edifícios altos, apresenta um bom critério de conforto, considerando-se mais de três décadas da publicação da mesma e os diversos trabalhos neste período relacionados ao conforto humano. / Nowadays, the emergence of tall and slender building has become increasingly common in the urban landscape of big cities. At the same time, in Brazil, such buildings have been shown to be insufficiently rigid, structurally damping and therefore with frequencies lower than expected, increasing the human sensitivity to wind exposure. In fact, there is the need to guarantee the condition of service of such buildings associated with the structural stability. The major challenge is to get which level is acceptable and what acceleration rate is . It is also known that prolonged human exposure to these wind-induced vibrations in buildings can cause damage and consequences to the life of their in habitants. It is extremely important the prediction, as well as the evaluation, of the levels of comfort in order to know the human response when facing these movements. This research aims to get the qualitative and quantitative evaluation of procedures and perception-related formulations and human tolerance (accelerations accessibility criterion) of various codes and standards front wind-induced vibrations in tall buildings, and the methodologies of determining accelerations. The aim is to assess the individual characteristics of the occupants related to the movement, as well as the characteristics of the movement of buildings. It is proposed in order to assess whether currently the procedure recommended by NBR 6123/1988 and in determining acceptance criteria from the front accelerations to wind excitations in tall buildings, it has a good comfort criteria, considering the more than three decades of publication and the various studies in this period related to human comfort in tall buildings excited by wind.
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Impactos de edifícios altos na percepção da estética urbana

Gregoletto, Debora January 2013 (has links)
Esta pesquisa investiga os impactos de edifícios altos na percepção da estética urbana, com base na satisfação e preferências de diferentes grupos de usuários do espaço urbano. Impactos estéticos de edifícios altos ao nível da rua e ao nível do horizonte urbano, assim como impactos estéticos de espaços resultantes entre edifícios altos são avaliados. Em complemento, a qualidade estética de vistas observadas a partir de edifícios altos em diferentes contextos urbanos, bem como a sua importância para moradores de apartamentos é investigada. Os métodos de coleta de dados fazem parte dos utilizados na área de estudos Ambiente e Comportamento, sistematizados por meio de levantamentos de arquivo e levantamentos de campo. Questionários foram aplicados via internet para usuários do espaço urbano de Porto Alegre, divididos em três grupos de respondentes, conforme o seu tipo e nível de formação acadêmica: arquitetos; não arquitetos com curso universitário e pessoas sem curso universitário concluído ou iniciado. A análise de dados é realizada através de testes estatísticos não-paramétricos. Os resultados desta investigação demonstram que os impactos que edifícios altos produzem na estética urbana tendem a ser avaliados diferentemente de acordo com o contexto onde estão inseridos. Em geral, edifícios de 18 pavimentos, os mais altos avaliados, tendem a ser percebidos como negativos pelos usuários e o contexto urbano juntamente com o andar de moradia onde as edificações estão inseridas afetam a avaliação estética de vistas a partir de apartamentos situados em edifícios altos. Os resultados revelam que o tipo de formação acadêmica não interfere nas percepções estéticas dos usuários do espaço urbano em relação aos impactos dos edifícios altos. Por fim, espera-se que os dados obtidos possam contribuir para o planejamento urbano na discussão e elaboração de legislações urbanísticas que regulamentam as alturas dos edifícios nas cidades, a fim de responder melhor às preferências estéticas dos usuários do espaço urbano. / This research investigates the impacts of tall buildings on the perception of urban aesthetics, based on evaluations and preferences of different groups of users of urban space. Aesthetic impacts of tall buildings at street level and at city skyline, as well as aesthetic impacts of resulting spaces between tall buildings are evaluated. In addition, the aesthetic quality of views observed from tall buildings in different urban contexts, as well as its importance for apartment dwellers is investigated. Data gathering means are part of those used in the Environment and Behavior area of study, systematized through archival records and field surveys. Questionnaires in an internet site were accessed by users of Porto Alegre, divided into three groups of respondents, according to the type and level of academic education: architects, nonarchitects college graduates and non college graduates. Data analysis was carried out through non-parametric statistical tests. The results of this investigation show that the impacts of tall buildings in urban aesthetics tend to be evaluated differently according to the context where the buildings are. In general, the tallest buildings evaluated, with 18 floors height, tend to be perceived as negative by the users and the urban context and apartment floor level affect aesthetic evaluation of views from apartments in tall buildings. Results reveal that type and level of academic education does not affect the users’ aesthetic perceptions of urban space regarding the impact of tall buildings. Finally, it is expected that the results obtained may contribute to the urban planning, to the discussion and development of urban laws that regulate buildings height, in order to better respond to the aesthetics preferences of the urban space’ users.
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Rumo aos céus : permanência e transformação do arranha-céu na cidade moderna e contemporânea

Santos, Andrezza Pimentel dos January 2018 (has links)
O contínuo crescimento em altura e a mudança de endereço dos arranha-céus contemporâneos foram os fatores que induziram o estudo realizado no presente trabalho. O objeto – o arranha-céu de escritórios – é investigado nas diversas perspectivas que determinaram sua execução. Os projetos dos grandes arranhacéus foram definidos por atributos relacionados aos componentes da Tríade Vitruviana, acrescidos do componente Lugar, do Quaterno Contemporâneo. O trabalho contempla o estudo dos atributos de utilitas. firmitas e venustas, naquilo que tem relação com o lugar e contexto, como razões objetivas da existência e perpetuação do arranha-céu. Aponta, posteriormente, para a existência de outros atributos, que justificam a execução do arranha-céu, ainda que os anteriores tenham sido negados. São as razões subjetivas da existência do arranha-céu, que permitem aproximá-los das propostas utópicas, pois prescindem de responder às reais funções do objeto. Estudos de caso foram analisados, revelando a transformação do arranha-céu e sua ressignificação. A produção e análise do material pesquisado contribuem para avaliar a perpetuação do arranha-céu na cidade contemporânea. / The continuous growth in height and the change of location of the contemporary skyscrapers were the factors that driven the study developed in the present work. The object – the office skyscraper – is investigated trough the diverse perspectives that determined its construction. The designs of the great skyscrapers were defined by attributes related to the components of the Vitruvian Triad, plus the Site component from the “Contemporary Quaternary.” The work includes the study of the attributes of utilitas, firmitas and venustas in what is related to the site and context as objective reasons for the existence and perpetuation of the skyscraper. It later points to the existence of other attributes which justify the construction of the skyscraper, even when the previous ones have been denied. The subjective reasons for the existence of skyscrapers are the ones that allow us to put them closer to utopian proposals, since they do not need to respond to the real functions of the object. Case studies were analyzed, revealing the transformation of the skyscraper and its re-signification. The production and analysis of the investigated material contribute with the evaluation of the perpetuation of the skyscraper in the contemporary city. / El continuo crecimiento en altura y la mudanza de dirección de los rascacielos contemporáneos fueron los factores que encauzaron el estudio realizado en el presente trabajo. El objeto – el rascacielos de oficinas – es investigado desde las diversas perspectivas que determinaron su ejecución. Los proyectos de los grandes rascacielos fueron definidos por atributos relacionados a los componentes de la Tríada vitruviana, más el componente Lugar, del “Cuaterno contemporáneo.” El trabajo contempla el estudio de los atributos de utilitas, firmitas y venustas en aquello que tiene relación con el lugar y contexto como razones objetivas de la existencia y perpetuación del rascacielos. Apunta, posteriormente, a la existencia de otros atributos que justifican la ejecución del rascacielos, aún cuando los anteriores hayan sido negados. Son las razones subjetivas de la existencia de los rascacielos, las que permiten acercarlos a las propuestas utópicas, pues prescinden de responder a las reales funciones del objeto. Los estudios de caso se analizaron, revelando la transformación del rascacielos y su resignificación. La producción y análisis del material investigado contribuyen con la evaluación de la perpetuación del rascacielos en la ciudad contemporánea.
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Caracterização aerodinâmcia de edifícios através do espectro das cargas totais medidas em túnel de vento / Aerodynamic characterization of buildings through power spectrum of wind tunnel measured loads

Scharnberg, Fábio Augusto January 2018 (has links)
Nos últimos anos cresceu o interesse por construir edifícios cada vez mais altos, os quais estampam o poderio tecnológico e econômico das nações. Concomitantemente as estruturas se tornaram mais esbeltas e flexíveis e os fenômenos dinâmicos oriundos da ação do vento, que em edificações baixas não representam grande relevância no carregamento, começam a surgir e apresentar seus efeitos. Desta maneira, é importante conhecer como se desenvolve o escoamento do ar e a distribuição das pressões no entorno destas estruturas. Neste trabalho, caracteriza-se aerodinamicamente, através de dados oriundos de ensaios em túnel de vento, dois empreendimentos reais e presentes na engenharia nacional. Os carregamentos foram gerados através da integração simultânea de pressões e transformados em espectros de força, os quais auxiliam na visualização da energia cinética contida nas rajadas, na ocorrência de desprendimento cadenciado de vórtices, martelamento e na influência que as edificações vizinhas apresentam no escoamento. A análise é realizada local e globalmente, possibilitando verificar em que “zona”, ou faixa de altura, é mais significante para o carregamento da estrutura como um todo. O fenômeno de desprendimento de vórtices é caracterizado por um pico no espectro transversal à incidência do vento. Quando existem edificações ou obstáculos na região a barlavento, a estrutura pode ser martelada até a altura média destes obstáculos. Por fim, os resultados aqui apresentados podem servir de auxílio no pré-dimensionamento de estruturas com configurações similares, como comparativo e validação para pesquisas futuras e como referencial na elaboração de códigos normativos referentes ao tema. Destaca-se a importância de ensaios em túnel de vento, principalmente quando a estrutura a ser analisada possui um detalhamento arquitetônico complexo. Estes ensaios permitem ao projetista simular todos os casos de carregamento e os efeitos de vizinhança com maior confiabilidade e precisão em relação a métodos simplificados contidos, atualmente, em códigos e normas. / In recent years many high-rise buildings have been built, which are a way to represent the economic and technological power of nations. Concomitantly, the structures have become slender and more flexible, and the dynamic phenomena of wind, which in low buildings do not represent a great relevance in the loading, start to show their effects. In this way, it is extremely important to know how the wind flow and the pressure distribution occur around these structures. In this research, two real projects, present in the national engineering, are characterized aerodynamically through data from wind tunnel tests. The loadings were processed through the simultaneous integration of pressures and transformed into force spectra, which aid in the visualization of the kinetic energy contained in the bursts, in the occurrence of vortex shedding, buffeting and the influence of the neighboring buildings on the wind flow. The analysis is performed locally and globally, making it possible to verify which "zone", or height range, is more significant to the loading of the structure as a whole. It can be seen that the phenomenon of vortex shedding is characterized by a peak in the crosswind spectrum and the buffeting phenomenon appears when there are buildings or obstacles in the windward region. Finally, the results presented here can be helpful in the pre-design of structures with similar configurations, in the comparison and validation for future researches and as a reference in the review of normative codes. Emphasis is given to the importance of wind tunnel testing, which allows the designer to simulate all loading cases and neighborhood effects with greater precision compared to simplified methods currently contained in codes and standards.
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Estudo da incerteza em estimativas de frequências naturais de vibração livre de edifícios altos em concreto armado / Study of uncertainties on estimating natural frequencies of free vibration of reinforced concrete tall buildings

Cachuço, Fabrício Bagatini January 2014 (has links)
Edifícios altos têm pouca rigidez lateral devido a suas dimensões. Os principais carregamentos laterais nestas estruturas são de sismos e vento. Portanto, suas propriedades dinâmicas e a correta estimativa das mesmas são fundamentais. Todavia, mesmo havendo muita pesquisa nesta área, a predição de frequências naturais de vibração livre de edifícios altos com precisão não é trivial. Métodos computacionais e fórmulas de normas ao redor do mundo divergem, ao passo que cidades brasileiras estão crescendo com a construção de maiores estruturas com frequências naturais estimadas abaixo de valores esperados. Neste trabalho, as incertezas acerca da estimativa de frequências naturais são investigadas através da comparação de resultados de diferentes metodologias. Primeiramente, frequências naturais estimadas ainda na fase de projeto de 8 prédios altos construídos ou em construção no Brasil são comparadas com formulações típicas baseadas em dados experimentais. Em um segundo momento, 3 edifícios altos têm suas primeiras frequências naturais estimadas através de: um método simplificado proposto neste trabalho; 2 programas de MEF diferentes; um modelo em MEF incluindo diagonais de compressão a fim de replicar o comportamento da alvenaria de fechamento e, finalmente, através da aplicação de um fator para calibrar a frequência natural obtida via programação em MEF. Tal fator é oriundo de uma formulação elaborada neste estudo para corrigir a frequência natural estimada sem a consideração do acréscimo de rigidez causado pela alvenaria de fechamento. Os resultados evidenciam que as baixas frequências naturais são semelhantes a medições de resposta sísmica. Também é relatada uma boa convergência para diferentes métodos computacionais enquanto os resultados das análises com alvenaria não estrutural revelam uma ótima convergência. Este estudo apresenta um melhor entendimento das razões para as baixas frequências naturais dos arranha-céus brasileiros enquanto expõe avanços na estimativa de frequências naturais com alta precisão. / Tall buildings have low lateral stiffness due to their dimensions and the main lateral forces on these structures are wind and seismic loads. Therefore, an accurate estimation of their dynamic properties is essential. Nevertheless, even with plenty of studies in this area, predicting natural frequencies of tall buildings is not trivial. Numeric computational methods and simplified procedures around the world diverge, whereas Brazilian cities are growing with the construction of higher buildings with lower estimated values for natural frequencies than the expected. In this work, the uncertainties are investigated through the comparison of different methods of estimating natural frequencies. Firstly, the natural frequencies estimated during project phase of 8 buildings, recently constructed or under construction in Brazil, are compared with formulas based on experimental measurements. Secondly, the natural frequencies of 3 buildings are estimated with different methods: two FEM models made with two computer programs commercially available, a simplified method proposed in this work, a FEM model with diagonal elements representing the masonry infill and a method based on applying a correction factor on the natural frequency obtained with another method. This last method is proposed here in order to consider the effect of infill masonry on the stiffness. The results evince that the low frequencies are similar to the ones measured on seismic response. The different computational methods have a good convergence while the analysis including the infill masonry has an outstanding convergence. This study reveals a better understanding of the reasons for low natural frequencies of the Brazilian tall buildings while presents improvements on estimating natural frequencies with high precision.
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Desenvolvimento de uma balança dinâmica de três graus de liberdade para estudo dos efeitos de flexo-torção em edifícios altos submetidos à ação do vento / The development of a three degree of freedom dynamic balance for the study of the wind induced bending and torsional effects in tall buildings

Oliveira, Mário Gustavo Klaus January 2009 (has links)
Medições realizadas em edifícios altos, em escala real, têm mostrado que o carregamento devido à ação do vento pode causar importantes efeitos de torção. A atual tendência de construção de prédios com formas e sistemas estruturais mais complexos promove a acentuação das excentricidades entre o centro de massa, centro elástico e o ponto de aplicação instantânea de forças aerodinâmicas. Soma-se a isso o fato de os edifícios altos modernos estarem se tornando cada vez mais esbeltos e leves, o que baixa a velocidade (do vento) de disparo de fenômenos como galope e drapejamento torcional, fazendo com que esta velocidade se aproxime cada vez mais das velocidades do vento consideradas nos projetos. Frente a isso, os efeitos dinâmicos, tanto de flexão como de torção, induzidos pelo vento em edifícios altos representam uma importante consideração nos projetos de estruturas modernas. Os métodos analíticos para determinação da resposta de edifícios altos submetidos à ação do vento, hoje disponíveis, não levam a resultados satisfatórios em casos de geometrias não regulares, bem como não contemplam efeitos torsionais. Seu uso também não é recomendado no caso de estruturas muito flexíveis, cujo movimento afeta as forças aerodinâmicas que nelas atuam. Nessas situações, a melhor opção para os engenheiros é um estudo mais detalhado dos efeitos do vento sobre a estrutura, através de ensaios de modelos em escala reduzida em túneis de vento, que simulem as características do vento natural. O objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de um mecanismo que permita a obtenção da resposta de edifícios altos frente à ação do vento, a partir de ensaios em túnel de vento com modelos em escala reduzida. Busca-se determinar a resposta em termos de suas componentes médias e flutuantes. Admite-se que a parcela dinâmica contempla os dois modos fundamentais de vibração livre em flexão, ortogonais entre si e aproximados de forma linear, e o primeiro modo de torção, aproximado de forma constante. As simplificações adotadas permitem que os modelos tenham baixa complexidade de projeto e construção, diminuindo, assim, o custo da modelagem e tornando o processo experimental mais ágil. Para validar os resultados obtidos com a utilização do mecanismo desenvolvido foram realizados ensaios em escala reduzida do CAARC Standard Tall Building, edifício alto tomado como padrão para calibração de técnicas de modelagem aeroelástica, no Túnel de Vento Professor Joaquim Blessmann, da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Os resultados obtidos foram comparados com os valores publicados por outros pesquisadores e com resultados determinados a partir de ensaios de medidas de pressões em alta freqüência. A coerência entre os valores comparados permitiu concluir que o equipamento simula satisfatoriamente o comportamento dinâmico de edifícios altos submetidos à ação do vento, mesmo perante fenômenos aeroelásticos, como a ressonância por desprendimento alternado de vórtices. A partir dos resultados verificou-se também a importância dos efeitos dinâmicos de torção induzidos pela ação do vento, e a necessidade de que sejam apropriadamente considerados nos projetos / Measurements performed in full-scale high rise buildings have shown that wind loading may cause important torsional effects. The current trend of building construction, with new shapes and complex structural systems promotes an increase in the distances (eccentricities) among the center of mass, elastic center and the instantaneous point of application of the resulting wind loads. Furthermore, modern tall buildings are becoming increasingly light and slender, diminishing the trigger wind speed of some phenomena such as galloping and torsional flutter, bringing these velocities closer to the design wind speeds. Therefore, wind induced bending and torsional dynamic effects in tall buildings play an important role in the design of modern structures. The current analytical methods for the response determination of tall buildings under wind loading do not lead to reliable results for the non regular building shapes, as well as do not consider torsional effects. Also, its use is not recommended for the case of very flexible structures, where the structure´s own motion may affect the aerodynamic forces acting on it. In these situations, the best option for engineers is a more detailed study of the wind effects, through boundary layer wind tunnels. The aim of this study is the development of a device that allows the determination of the response of tall buildings under wind loading, through wind tunnel tests with reduced scale models. The goal is the determination of the responses in terms of its mean and fluctuating components. It is assumed that the dynamic parcel contemplates the two fundamental bending modes of vibration, orthogonal and linear, as well as the torsional mode, which is assumed constant along the height. The adopted simplifications allow for a low complexity in the process of model design and construction as well as for a very low modeling cost, making more efficient the whole testing process. To validate the device, tests were performed with a reduced scale model of the CAARC Standard Tall Building, which is taken as a standard for the calibration of aeroelastic modeling techniques, in Prof. Joaquim Blessmann boundary layer wind tunnel of the Federal University of Rio Grande do Sul. The obtained results were compared with other researchers' values as well as with results obtained from pressure measurements, in a rigid model. The agreement among the compared values allows the conclusion that the device simulates satisfactorily well the dynamic behaviour of high rise buildings under wind loading, even for aeroelastic phenomena such as the resonance due to vortex shedding. It was also verified the importance of the wind induced torsional effects and the need for its proper consideration in the design process.
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Uma comparação de métodos para avaliar a resposta dinâmica de edifícios altos em túnel de vento / A comparison of methods for assessing the dynamic response of tall building in wind tunnel

Sartori, Fernando César January 2010 (has links)
Atualmente, o cenário econômico mundial compreende a exploração cada vez mais intensa dos espaços urbanos, através de edificações que buscam maximizar a relação entre área construída e área disponível. Estas edificações, mais flexíveis e mais altas, dependem de avanços no uso de sistemas estruturais inovadores e materiais de elevada resistência com massa reduzida. Como consequência, a sensibilidade à ação dinâmica do vento aumentou. Estruturas esbeltas e flexíveis possuem frequências naturais de vibração livre mais baixas, o que as faz mais suscetíveis a vibrações induzidas pela turbulência atmosférica e pelo desprendimento de vórtices alternados. Essas vibrações têm o potencial de reduzir a segurança estrutural e causar desconforto aos usuários da edificação. A previsão da resposta induzida pela ação dinâmica do vento por métodos analíticos é complexa e de difícil resolução, principalmente para os efeitos transversais no sentido da velocidade média do vento. Em contrapartida, o uso de técnicas experimentais, através de ensaios em túnel de vento com modelos reduzidos, tem se mostrado bastante eficiente em termos de previsão de resultados. Neste contexto, este trabalho apresenta uma investigação numérica e experimental das parcelas estática e flutuante, da resposta nas direções longitudinal e transversal, dos efeitos da ação do vento sobre edifícios altos. O estudo experimental apresenta uma comparação de duas técnicas utilizadas no Túnel de Vento Professor Joaquim Blessmann, da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, com um modelo em escala reduzida do CAARC Standard Tall Building. O método experimental de Integração de Pressões em Alta Frequência (HFPI – High Frequency Pressure Integration), está baseado na medição simultânea de pressões dinâmicas no edifício, através de transdutores eletrônicos, e posteriormente na integração dessas pressões para chegar-se a forças dinâmicas que são utilizadas em conjunto com um modelo numérico. A outra técnica consiste no uso de uma base flexível para modelagem aeroelástica de edifícios, através da qual se medem deslocamentos no topo ou momentos fletores na base. Os resultados experimentais são comparados com os resultados teóricos provenientes de formulações analíticas. Utiliza-se a NBR-6123 (1988), Capítulo 9, para a estimativa da resposta dinâmica na direção longitudinal ao vento. Já para a estimativa da resposta na direção transversal ao vento, utilizam-se a metodologia desenvolvida por Liang et al. (2002, pp. 1757-1770), que apresenta um completo modelo analítico para cargas dinâmicas transversais ao vento, e o processo da norma brasileira NBR-6123 Capítulo 10, que considera no cálculo da amplitude à máxima resposta. Demonstra-se que as duas técnicas conduzem a resultados compatíveis para o modelo testado, ao mesmo tempo em que se discutem as respectivas vantagens ou limitações em outras aplicações. / The world economic scenario is presently motivating intense urban land exploration, by means of building technologies that pursue maximizing the relation of built to available area. The buildings are far taller and more flexible than ever, relying on innovative structural systems and materials of improved resistance and reduced weight. As a predictable consequence, the sensitivity of such constructions to the dynamic wind loading has been increased. Such slender and more flexible structures present lower natural vibration frequencies, which makes them more prone to oscillate under atmospheric turbulence and alternate vortex shedding. These vibrations may have the capacity of reducing structural safety or causing discomfort to building users. The estimation of structural response induced by dynamic wind loading through analytical methods is quite complex and unreliable, mainly in respect to across-wind effects. On the other hand, the use of experimental techniques with reduced models tested in wind tunnels has proved to be very accurate and efficient. Within this context, this work presents numerical and experimental investigations of both static (mean) and dynamic (fluctuating) responses for wind loading on tall buildings for both along- and across-wind directions. It is an experimental study consisting of a comparison of two techniques presently used at the Boundary Layer Wind Tunnel "Professor Joaquim Blessmann" at the Federal University of Rio Grande do Sul with the benchmark model CAARC Standard Tall Building. The HFPI (High Frequency Pressure Integration) technique consists in simultaneously measuring the wind induced dynamic pressures at a stiff model surface, with electronic transducers, and integrating these pressures to yield the dynamic wind forces to be used along with a numerical model. The another technique makes use of a flexible base that along with a stiff model compose an aeroelastic model for the building allowing displacements and accelerations of the top and moments of the base to be measured. Experimental results are also compared with theoretical results of analytical procedure. Along-wind response is estimated according to the Brazilian Code NBR-6123 (1988), Chapter 9. The cross-wind response is estimated with the Liang et al. (2002, pp. 1757-1770) model, that it presents a complete analytical model for cross-wind dynamic loads, and the procedure of the Brazilian Code NBR-6123, Chapter 10, which considers to the calculation of the amplitude of the maximum response. It is finally shown that the two experimental techniques conduce to compatible results for the model tested, while advantages and limitations in other applications are also discussed.

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