Estudo da influência de juntas de dilatação na resposta de um edifício submetido à ação quasi-estática do vento

Abstract

Atualmente, é perceptível a existência de arranjos estruturais de edifícios que têm sido influenciados por aspectos arquitetônicos, os quais ocasionam elementos estruturais não usuais e exigem a concepção de estruturas longas com ou sem juntas de dilatação. Aspectos culturais e, principalmente, econômicos têm influenciado na densificação urbana, o que valoriza áreas específicas e concentra pessoas nestes espaços. Em determinadas regiões, essa aglomeração é um dos fatores que contribuiu para a construção de edificações com grandes dimensões em planta. No âmbito de projeto destes edifícios, as cargas devidas ao vento assumem um papel importante no dimensionamento e na análise da estabilidade da estrutura. Diversos são os casos em que, devido ao projeto arquitetônico, faz-se necessário prever juntas de dilatação para garantir o melhor desempenho possível da estrutura. Este estudo tem como objetivo analisar a influência das juntas de dilatação na resposta de um edifício submetido à ação do vento, sob o ponto de vista quasi-estático. Foram analisadas as respostas dos modelos de edifícios com as juntas de dilatação por meio de duas configurações: a primeira é a Configuração A, na qual cada parte ou estrutura independente do edifício está ligada por barras de transferência à(s) estrutura(s) adjacente(s). Já na Configuração B, cada parte da estrutura funciona de maneira independente, isso é, sem a introdução das barras de transferência de esforços. Os modelos foram ensaiados no túnel de vento Professor Joaquim Blessmann do LAC/UFRGS, simulandoos com e sem a presença de edificações vizinhas. Após a obtenção das pressões por meio dos modelos reduzidos ensaiados, calculou-se os coeficientes de pressão por meio de um algoritmo desenvolvido na linguagem de programação Python, com o intuito de obter as forças cortantes e os momentos torçores devidos ao vento. Posteriormente, desenvolveu-se um modelo numérico da estrutura através da versão 23 do software CAD/TQS, a fim de analisar a resposta em termos de deslocamentos entre as configurações A e B. Nas configurações estudadas, constatou-se variações consideráveis dos coeficientes de força quando ensaiados com edifícios vizinhos. Os valores dos coeficientes aerodinâmicos foram apresentados e comparados entre si, assim como as forças cortantes, momentos fletores e fatores de vizinhança. Por meio dos resultados do modelo numérico estudado nesta pesquisa, percebeu-se que, se caso não fossem utilizadas barras de transferências que viabilizariam a ligação entre as estruturas independentes, tais estruturas não atenderiam critérios normativos e se colidiriam horizontalmente quando submetidas a determinados ângulos de incidência do vento. Além disso, são comparados os valores dos parâmetros de estabilidade global de edifícios (𝛾𝑍, 𝛼 e RM2M1) entre as configurações analisadas, visto que esses resultados também foram influenciados pelas edificações vizinhas.

Currently, the existence of structural arrangements of buildings that have been influenced by architectural aspects is outstanding, which causes unusual structural elements that require the design of long structures with or without expansion joints. Cultural and mainly economic aspects have influenced urban densification, which values specific areas and concentrates people in these spaces. In certain regions, this agglomeration is one of the factors that has contributed to the construction of buildings with large floor plans. In the design of these buildings, the loads due to wind assume an important role in the design and stability analysis of the structure. There are several cases in which, due to the architectural design, it is necessary to forecast expansion joints to ensure the best performance of the structure possible. This study aims to analyze the influence of expansion joints in the response of a building subjected to wind action, under the quasi-static perspective. The responses of building models with expansion joints were analyzed through two configurations: the first is Configuration A, in which each independent part or structure of the building is connected by transfer bars to the adjacent structure(s). In Configuration B, each part of the structure works independently, in other words, without the introduction of transfer bars. The models were tested in the wind tunnel Professor Joaquim Blessmann of LAC/UFRGS, simulating them with and without the presence of neighboring buildings. After obtaining the pressures through the tested scale models, the pressure coefficients were calculated through an algorithm developed in Python programming language, in order to obtain the shear forces and torsional moments due to the wind. Subsequently, a numerical model of the structure was developed using the 23rd version of the CAD/TQS structural analysis program to analyze the response in terms of displacements between configurations A and B. In the configurations studied, remarkable variations of the force coefficients were found when tested with neighboring buildings. The values of the aerodynamic coefficients were presented and compared to each other, as well as the shear forces, bending moments and neighborhood factors. Through the results of the numerical model studied in this research, it was realized that, if transfer bars were not used to enable the connection between the independent structures, such structures would not meet standard regulations and would crash horizontally when subjected to certain angles of wind incidence. In addition, the values of the global building stability parameters (𝛾𝑍, 𝛼 e RM2M1) between the analyzed configurations are compared, since these results were also influenced by the neighboring buildings.