Neste trabalho de pesquisa desenvolveu-se uma metodologia, através de ensaios em túnel de vento, para determinar as cargas sobre estruturas altas situadas em centros urbanos e considerando a distribuição aleatória do entorno superficial. Assim, como este estudo trata do problema da determinação de cargas de estruturas situadas em centros urbanos, produziu-se, em primeiro lugar, o campo de velocidades de fundo, caracterizado por um terreno suburbano e definido pelo Código Brasileiro NBR/6123, Terreno Categoria IV. Posteriormente, nas cercanias do modelo em estudo, adicionou-se o entorno superficial. Para contemplar as variações das cargas provocadas pelo vento no entorno rugoso, as estruturas que o conformam dimensionaram-se através da Técnica Monte Carlo. Apresenta-se um método para reproduzir o entorno superficial em zonas centrais de grandes cidades, considerando a natureza aleatória das dimensões e a separação das construções, permitindo simular campos ou processos aleatórios, neste caso o entorno, definido como um campo aleatório tridimensional, em termos da densidade de probabilidade e da densidade espectral das construções. Analisou-se a estrutura da camada limite urbana na região inferior, por meio das medições em diferentes alturas das velocidades medias e flutuantes, intensidade de turbulência, macroescala integral e escala temporal da turbulência e espectros da componente de velocidade flutuante longitudinal. A bibliografia indica que para verificar a presença da subcamada rugosa, em camada limite sobre superfície rugosa, é suficiente comprovar que as tensões de Reynolds aumentam com a altura de medição. Neste trabalho, sem haver realizado medições de Tensões de Reynolds, foi possível reconhecer a presença da subcamada rugosa através de medições e comparações em diferentes alturas de velocidades médias e valores estatísticos da componente flutuante longitudinal do escoamento médio. Verificou-se que o campo de velocidade em centro urbano é nitidamente tridimensional e que a direção do vento de fundo influi no campo de velocidade. Ademais, sugeriu-se um espectro de potência para análise dinâmica de edifícios altos expostos à ação do vento em ambientes urbanos, assim como recomendações referidas à variação de velocidade e intensidade de turbulência da componente longitudinal da turbulência. Para analisar a confiabilidade das cargas de vento sugeridas nos códigos de vento Argentino e Brasilero estudaram-se as cargas sobre dois modelos de diferentes alturas, medidas em condição de modelo isolado e situado em seis situações de entornos rugosos diferentes. As cargas medidas foram momentos de flexão na base longitudinal e transversal ao escoamento médio e momento de torção. Com os resultados obtidos, pode-se avaliar as diferenças com respeito às cargas sugeridas pelos códigos NBR 6123 e CIRSOC 102 e as variações provocadas ao modificar as rugosidades superficiais. / In this research work a methodology to determine loads on tall structures located in urban centres is proposed. The proposal is based in wind tunnel tests and considers a random distribution of the surface environment. As this study deals with the determination of wind loads on structures located in urban centres, firstly the background wind velocity field, characterized by a suburban terrain, which is defined by the Brazilian code of practice NBR/6123 as a terrain of Category IV, had to be reproduced. Thereafter, the near environment of the model under study was added. In order to take into account the variations of loads caused by the random environment, the structures that shape it were dimensioned using the Monte Carlo technique. A procedure to reproduce the surface neighbouring in central areas of large cities considering the random nature of both size and distribution of buildings is presented. This procedure allows simulating either random fields or processes, in this case the neighbouring, which is defined as a three-dimensional random field, in terms of both its probability density and its spectral density. The structure of the lower part of the urban boundary layer was studied by means of measurements at different heights of both fluctuating and mean velocities, turbulence intensity, integral macroscale and time scale of turbulence, and spectra of the longitudinal fluctuating velocity component. It is widely accepted in the literature that verifying that the Reynold stresses increases with height is sufficient to prove the existence of the rough sublayer in a boundary layer over rough surface. As in this work Reynolds stresses were not measured, it was possible to distinguish the presence of a roughness surface through measurements and comparisons of mean velocities and statistical values of the longitudinal fluctuating component of the mean flow at different heights. It was verified that the velocity field in an urban centre is clearly three-dimensional and that the direction of the background wind has influence on the velocity field. Furthermore, a power spectrum for the dynamic analysis of tall buildings exposed to wind in urban environments is suggested as well as guidelines regarding the variation of both the velocity and turbulence intensity of the longitudinal component of the turbulence. Loads over two models were studied in order to analyse the reliability of the loads suggested by codes of Argentina e Brasilero. The models had different heights and loads were measured with the models isolated and in six situations of different rough urban environments. The loads that were measured were longitudinal-to-the-mean-flow and transversal-to-themean- flow bending and torsion moments. With these results it was possible to assess the differences with regard to loads suggested by the code NBR 6123 and CIRSOC 102 and the variations appearing when changing the surface roughness.

Submitted by Fatima Fonseca (fatima.fonseca@sibi.ufrj.br) on 2017-06-26T13:15:46Z No. of bitstreams: 1 130280.pdf: 2352145 bytes, checksum: 7735ca6f4563534b4ce662e5975059a3 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-26T13:15:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 130280.pdf: 2352145 bytes, checksum: 7735ca6f4563534b4ce662e5975059a3 (MD5) Previous issue date: 1972-09 / Este trabalho desenvolve um método para análise tridimensional de estruturas de edifício, dotadas ou não de pilares, parede e caixas resistentes, submetidas a carregamentos horizontais e verticais. São incluídos os efeitos de todos os deslocamentos de nós e admitida a hipótese do diafragma para as lajes. É apresentado um programa automático, dimensionado para calcular, os esforços e deslocamentos, em estruturas máximas de 50 andares e 25 nós em planta, desenvolvido no computador IBM 360/40. Este programa caracteriza-se pelo tratamento em faixa e montagem em blocos da matriz de rigidez global da estrutura. São apresentados exemplos de estruturas calculadas por este método. / The scope of this thesis is to develop a method for the analysis of building skeletons. The analysis takes into account the combined effect of columns, beams, shear walls and box shaped shear walls, under the action of vertical and horizontal loads. All the joint displacements are considered. The slabs are assumed as two-dimensional rigid membranes. A Computer program is presented allowing computations of displacements and internal forces for buildings up to 50 stores with up to 25 joints for each floor. The prograrn was designed for a IBM 360/40 computer. This prograrn takes advantage of the properties of the band matrix that caracterizes the stiffness matrix. The technique used to assemble and store the stiffness matrix is a modified version of the partition method. Some examples are presented using this method.

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.

Ao contrário de edificações baixas, nas quais os carregamentos verticais são predominantes, nos edifícios altos os carregamentos horizontais devidos à ação do vento possuem grande importância, muitas vezes se tornando as principais solicitações da edificação. Este trabalho aborda o tema de efeitos dinâmicos em edifícios altos devidos à ação do vento, que provocam, principalmente, oscilações devidas ao desprendimento de vórtices, tanto na direção transversal ao escoamento do vento, quanto oscilações torcionais. Estas oscilações, muitas vezes se tornam ressonantes, provocando grandes deslocamentos à estrutura. Um dos edifícios estudados é um modelo criado a fim de permitir a comparação entre diversos estudos realizados em túneis de vento diferentes, possuindo ampla bibliografia, denominado CAARC Standard Tall Building. O outro modelo é de um edifício real (RCA), construído no Brasil, que apresenta arquitetura diferenciada. Busca-se determinar a resposta em termos de suas componentes médias e flutuantes, para deslocamentos longitudinais e transversais à direção do vento e a torção, através do uso de 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 em torção, aproximado de forma constante, e através do método de integração de pressões em alta freqüência, utilizando modelos em escala reduzida em ensaios em túnel de vento. O primeiro apresentou, para ventos perpendiculares às fachadas, boa concordância entre as respostas encontradas através dos métodos experimentais, além de concordarem também com as respostas encontradas por outros autores. O segundo modelo apresentou no geral, também, boa concordância entre as curvas de resposta obtidas nos ensaios experimentais, para ventos perpendiculares às quatro fachadas, e os métodos teórico-numéricos considerados neste estudo. A BD3GDL simulou satisfatoriamente bem o comportamento dos edifícios altos frente à ação do vento, até mesmo efeitos dinâmicos como o desprendimento cadenciado de vórtices, e mostrou-se uma ferramenta útil em ensaios em túnel de vento, pela facilidade em ajustar os parâmetros dinâmicos dos edifícios testados e pelos resultados coerentes com o esperado e com outros autores e métodos analíticos. / Opposite to low buildings, where vertical loads are predominant, in tall buildings horizontal loads due to wind action have great importance, often becoming the main loading of the building. This research approaches the issue of dynamic wind effects in tall buildings, which cause mainly cross-wind and torsional excitations due to vortex shedding. These oscillations often become resonant, causing large displacements of the structure. One of the buildings studied is a model created in order to allow comparison among various studies in different wind tunnels, having wide bibliography, called CAARC Standard Tall Builging. The other model is a real building (RCA), built in Brazil, with distinct architecture. The aim is to determine along-wind, cross-wind and torsional response in terms of their mean and fluctuating components, using a dynamic balance with three degrees of freedom (BD3GDL), two bending, assuming they are orthogonal and linear, and one torsional, which is assumed constant along the height, and through the high frequency pressure integration (HFPI) method, using reduced scale models in wind tunnel tests. The obtained experimental results for CAARC for normal wind acting on the facade were compared with other researchers’ values and they were in good agreement. The obtained experimental results for the Brazilian building for normal wind to the four facades, were compared with values obtained from theoretical-numerical methods considered in this study and they were, generally, also in good agreement. The BD3GDL simulated satisfactorily well the dynamic behavior of tall buildings under wind loading, even for an aeroelastic phenomena such as the resonance due to vortex shedding. The dynamic balance with three degrees of freedom has proved a useful tool in wind tunnel tests, for the facility to adjust the dynamic parameters of buildings tested and the results consistent with expectations as well as with other authors and analytical methods.

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.

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.

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.

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.

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.

Neste trabalho de pesquisa desenvolveu-se uma metodologia, através de ensaios em túnel de vento, para determinar as cargas sobre estruturas altas situadas em centros urbanos e considerando a distribuição aleatória do entorno superficial. Assim, como este estudo trata do problema da determinação de cargas de estruturas situadas em centros urbanos, produziu-se, em primeiro lugar, o campo de velocidades de fundo, caracterizado por um terreno suburbano e definido pelo Código Brasileiro NBR/6123, Terreno Categoria IV. Posteriormente, nas cercanias do modelo em estudo, adicionou-se o entorno superficial. Para contemplar as variações das cargas provocadas pelo vento no entorno rugoso, as estruturas que o conformam dimensionaram-se através da Técnica Monte Carlo. Apresenta-se um método para reproduzir o entorno superficial em zonas centrais de grandes cidades, considerando a natureza aleatória das dimensões e a separação das construções, permitindo simular campos ou processos aleatórios, neste caso o entorno, definido como um campo aleatório tridimensional, em termos da densidade de probabilidade e da densidade espectral das construções. Analisou-se a estrutura da camada limite urbana na região inferior, por meio das medições em diferentes alturas das velocidades medias e flutuantes, intensidade de turbulência, macroescala integral e escala temporal da turbulência e espectros da componente de velocidade flutuante longitudinal. A bibliografia indica que para verificar a presença da subcamada rugosa, em camada limite sobre superfície rugosa, é suficiente comprovar que as tensões de Reynolds aumentam com a altura de medição. Neste trabalho, sem haver realizado medições de Tensões de Reynolds, foi possível reconhecer a presença da subcamada rugosa através de medições e comparações em diferentes alturas de velocidades médias e valores estatísticos da componente flutuante longitudinal do escoamento médio. Verificou-se que o campo de velocidade em centro urbano é nitidamente tridimensional e que a direção do vento de fundo influi no campo de velocidade. Ademais, sugeriu-se um espectro de potência para análise dinâmica de edifícios altos expostos à ação do vento em ambientes urbanos, assim como recomendações referidas à variação de velocidade e intensidade de turbulência da componente longitudinal da turbulência. Para analisar a confiabilidade das cargas de vento sugeridas nos códigos de vento Argentino e Brasilero estudaram-se as cargas sobre dois modelos de diferentes alturas, medidas em condição de modelo isolado e situado em seis situações de entornos rugosos diferentes. As cargas medidas foram momentos de flexão na base longitudinal e transversal ao escoamento médio e momento de torção. Com os resultados obtidos, pode-se avaliar as diferenças com respeito às cargas sugeridas pelos códigos NBR 6123 e CIRSOC 102 e as variações provocadas ao modificar as rugosidades superficiais. / In this research work a methodology to determine loads on tall structures located in urban centres is proposed. The proposal is based in wind tunnel tests and considers a random distribution of the surface environment. As this study deals with the determination of wind loads on structures located in urban centres, firstly the background wind velocity field, characterized by a suburban terrain, which is defined by the Brazilian code of practice NBR/6123 as a terrain of Category IV, had to be reproduced. Thereafter, the near environment of the model under study was added. In order to take into account the variations of loads caused by the random environment, the structures that shape it were dimensioned using the Monte Carlo technique. A procedure to reproduce the surface neighbouring in central areas of large cities considering the random nature of both size and distribution of buildings is presented. This procedure allows simulating either random fields or processes, in this case the neighbouring, which is defined as a three-dimensional random field, in terms of both its probability density and its spectral density. The structure of the lower part of the urban boundary layer was studied by means of measurements at different heights of both fluctuating and mean velocities, turbulence intensity, integral macroscale and time scale of turbulence, and spectra of the longitudinal fluctuating velocity component. It is widely accepted in the literature that verifying that the Reynold stresses increases with height is sufficient to prove the existence of the rough sublayer in a boundary layer over rough surface. As in this work Reynolds stresses were not measured, it was possible to distinguish the presence of a roughness surface through measurements and comparisons of mean velocities and statistical values of the longitudinal fluctuating component of the mean flow at different heights. It was verified that the velocity field in an urban centre is clearly three-dimensional and that the direction of the background wind has influence on the velocity field. Furthermore, a power spectrum for the dynamic analysis of tall buildings exposed to wind in urban environments is suggested as well as guidelines regarding the variation of both the velocity and turbulence intensity of the longitudinal component of the turbulence. Loads over two models were studied in order to analyse the reliability of the loads suggested by codes of Argentina e Brasilero. The models had different heights and loads were measured with the models isolated and in six situations of different rough urban environments. The loads that were measured were longitudinal-to-the-mean-flow and transversal-to-themean- flow bending and torsion moments. With these results it was possible to assess the differences with regard to loads suggested by the code NBR 6123 and CIRSOC 102 and the variations appearing when changing the surface roughness.