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http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/24557| Tipo do documento: | Tese |
| Título: | Avaliação do comportamento estrutural dinâmico não determinístico de edifícios altos submetidos à ação do vento |
| Título(s) alternativo(s): | Assessment of the nondeterministic dynamic structural behaviour of tall buildings subjected to wind loads |
| Autor: | Silva, Jean Carlos Mota ![]() |
| Primeiro orientador: | Silva, José Guilherme Santos da |
| Primeiro membro da banca: | Rodrigues, Monique Cordeiro |
| Segundo membro da banca: | Burgos, Rodrigo Bird |
| Terceiro membro da banca: | Carvalho, Hermes |
| Quarto membro da banca: | Alencar, Guilherme Santana |
| Resumo: | Nas últimas décadas, as grandes cidades brasileiras passaram por um crescimento expressivo no desenvolvimento e construção de edifícios altos. Essa tendência arquitetônica, impulsionada pela necessidade de otimização do espaço urbano e pela busca por inovação estética, resultou em sistemas estruturais mais flexíveis, com frequências naturais consideravelmente baixas e mais vulneráveis a problemas de vibrações excessivas, provocadas pela ação dinâmica do vento. Dessa forma, este trabalho de pesquisa objetivou avaliar o comportamento estrutural dinâmico de edifícios altos sob cargas de vento não determinísticas, considerando a interação solo-estrutura, a não linearidade geométrica e o amortecimento aerodinâmico devido ao movimento relativo entre a estrutura e o vento, por meio do desenvolvimento de uma metodologia que considera todos esses efeitos simultaneamente na análise dinâmica. Foi realizado um tratamento estatístico com um número apropriado de séries de carregamento de vento, tendo em vista a natureza não determinística dessas cargas. Para obter a resposta estrutural dinâmica de edifícios altos, foi conduzido um estudo de caso considerando um edifício misto de aço e concreto com 48 andares e 172,8 m de altura. Um modelo numérico do edifício foi desenvolvido utilizando o método dos elementos finitos e o programa ANSYS, considerando apoios indeslocáveis e a modelagem da fundação, a fim de obter uma representação mais realista do sistema estrutural e considerar o efeito da interação solo-estrutura. Uma análise paramétrica da resposta estrutural dinâmica foi realizada, considerando um intervalo de velocidades do vento de 5 a 45 m/s, abrangendo uma boa parte das velocidades básicas do vento presentes na isopleta da NBR 6123 (1988). A avaliação da resposta estrutural dinâmica, incluindo os deslocamentos máximos e o conforto humano, foi realizada com base nas frequências naturais, acelerações e deslocamentos máximos médios. O estudo concluiu que o efeito da interação solo-estrutura sobre o modelo do edifício em análise não foi relevante na resposta estrutural dinâmica. Além disso, a não linearidade geométrica resultou em diferenças significativas na resposta estrutural dinâmica do edifício, com variações máximas na faixa de 5% a 30% para deslocamentos e de 15% a 45% para acelerações, considerando velocidades básicas do vento de 5 a 45 m/s, com intervalores de 5 m/s, devendo ser considerada em projetos de edifícios altos. Por outro lado, a contribuição do amortecimento aerodinâmico não foi significativa, com diferenças máximas de até 5% para deslocamentos translacionais horizontais e de até 10% para acelerações. Um estudo de avaliação de conforto humano foi realizado, segundo os critérios de Hirsch e Bachmann (1995) e as normas ISO 2631 (1997), NBR 6123 (1988) e NBR 6123 (2023), indicando que há diferenças na faixa de conforto humano entre os critérios adotados. Particularmente, quando comparadas as versões da NBR 6123 de 1988 e 2023, observa-se que há diferenças significativas na magnitude das acelerações, com redução nos valores na ordem de 37% a 52%, considerando intervalos de velocidades básicas do vento de 5 a 45 m/s. |
| Abstract: | In recent decades, major Brazilian cities have experienced significant growth in the development and construction of tall and slender buildings. This architectural trend, driven by the need to optimise urban space and the pursuit of aesthetic innovation, has resulted in more flexible structural systems with considerably low natural frequencies, making them more susceptible to issues related to excessive vibrations caused by the dynamic action of wind. Accordingly, this research aimed to evaluate the dynamic structural behaviour of tall buildings under nondeterministic wind loads, taking into account soil-structure interaction, geometric nonlinearity, and aerodynamic damping due to the relative motion between the structure and the wind. This was achieved through the development of a methodology that simultaneously considers these effects in the dynamic analysis. A statistical treatment was applied using an appropriate number of wind load series, given the nondeterministic nature of these loads. To obtain the dynamic structural response of tall buildings, a case study was conducted involving a composite steel and concrete building with 48 storeys and a height of 172.8 metres. A numerical model of the building was developed using the finite element method and the ANSYS software, incorporating fixed supports and foundation modelling to achieve a more realistic representation of the structural system and to account for soil-structure interaction effects. A parametric analysis of the dynamic structural response was carried out, considering a wind velocity range from 5 to 45 m/s, covering a substantial portion of the basic wind velocities indicated in the NBR 6123 (1988) isopleth. The evaluation of the dynamic structural response, including maximum displacements and human comfort, was based on natural frequencies, average maximum accelerations, and displacements. The study concluded that the effect of soil-structure interaction on the analysed building model was not significant in terms of dynamic structural response. Furthermore, geometric nonlinearity resulted in notable differences in the building’s dynamic response, with maximum variations ranging from 5 to 30% for displacements and from 15 to 45% for accelerations, considering basic wind velocities from 5 to 45 m/s in 5 m/s intervals. This effect should therefore be considered in the design of tall buildings. On the other hand, the contribution of aerodynamic damping was not significant, with maximum differences of up to 5% for horizontal translational displacements and up to 10% for accelerations. A human comfort assessment was conducted based on the criteria of Hirsch and Bachmann (1995) and the standards ISO 2631 (1997), NBR 6123 (1988), and NBR 6123 (2023), indicating that there are differences in the human comfort range among the adopted criteria. In particular, when comparing the 1988 and 2023 versions of NBR 6123, significant differences in acceleration magnitudes were observed, with reductions in the order of 37 to 52%, considering basic wind velocity intervals from 5 to 45 m/s. |
| Palavras-chave: | Engenharia civil Edifícios - Aerodinâmica Construção mista Análise estrutural (Engenharia) Conforto humano Civil engineering Buildings - Aerodynamics Composite construction Structural analysis (Engineering) Human comfort |
| Área(s) do CNPq: | ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL::ESTRUTURAS |
| Idioma: | por |
| País: | Brasil |
| Instituição: | Universidade do Estado do Rio de Janeiro |
| Sigla da instituição: | UERJ |
| Departamento: | Centro de Tecnologia e Ciências::Faculdade de Engenharia |
| Programa: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil |
| Citação: | SILVA, Jean Carlos Mota. Avaliação do comportamento estrutural dinâmico não determinístico de edifícios altos submetidos à ação do vento. 2025. 361 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) - Faculdade de Engenharia, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2025. |
| Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
| URI: | http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/24557 |
| Data de defesa: | 25-Abr-2025 |
| Aparece nas coleções: | Doutorado em Engenharia Civil |
Arquivos associados a este item:
| Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
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| Tese - Jean Carlos Mota Silva - 2025 - Completo.pdf | 22,36 MB | Adobe PDF | Baixar/Abrir Pré-Visualizar | |
| Termo - Jean Carlos Mota Silva - 2025.pdf | 234,4 kB | Adobe PDF | Baixar/Abrir Pré-Visualizar Solictar uma cópia | |
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