Determinação dos efeitos de vizinhança na resposta dinâmica de edifícios altos sob a ação do vento

Abstract

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 estado da- 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.