DOI
10.11606/T.18.2014.tde-04022015-113656
Documento
Autor
Nome completo
Wagner Queiroz Silva
E-mail
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2014
Coda, Humberto Breves (Presidente)
Campello, Eduardo de Morais Barreto
Corrêa, Márcio Roberto Silva
Paccola, Rodrigo Ribeiro
Rubert, José Benaque
Título em português
Sobre análise não linear geométrica de edifícios considerando o empenamento dos núcleos estruturais e a interação solo-estrutura
Palavras-chave em português
Análise não linear de estruturas
Edifícios altos
Interação solo-estrutura
Método dos Elementos de Contorno
Método dos Elementos Finitos
Núcleos estruturais
Resumo em português
Título em inglês
On geometric nonlinear analysis of tall buildings structures considering the warping of the structural cores and the soil-structure interaction
Palavras-chave em inglês
Boundary Element Method
Finite Element Method
Nonlinear analysis of structures
Soil-structure interaction
Structural cores
Tall buildings
Resumo em inglês
In this thesis a numerical model for geometric nonlinear analysis of three-dimensional structures of tall buildings was developed, considering the influence of all structural components, including the core-slab connection and the foundation system. Columns and beams are modeled by a frame finite element which can have a cross section of any shape, while the slabs are modeled by shell finite elements. Both consider the nonlinear geometric behavior and adopt nodal positions and generalized vectors as degrees of freedom instead of displacements and rotations. For the frame finite element it is also considered the cross sectional warping as a degree of freedom. A numerical strategy is presented for the coupling between the shell elements and the frame's cross section, thus forming a structural-core element with diaphragm. The coupling is done through a kinematic array which is responsible for inserting the contributions of shell elements, connected to the core walls, into the Hessian matrix and also into the internal force vector of the frame element used to discretize the core. The linear-elastic constitutive relation of Saint Venant-Kirchhoff is adopted for the building materials and the geometric nonlinearity is considered via a Lagrangian formulation with exact kinematics. The foundation's flexibility is considered through a stiffness matrix for the soil-foundation system. This matrix is computed in another program based on the numerical coupling between the Boundary Element Method and the Finite Element Method, using a numerical strategy based on the Maxwell-Betti's Theorem. This strategy consists in determining the flexibility coefficient of points on a discrete mesh of the soil-foundation system. The soil is modeled by the Boundary Element Method using the fundamental solution of Mindlin. The structural foundation elements, including shallow foundation, footings, blocks and piles, are modeled using conventional frame and shell finite elements. The program is applied to the analysis of complete structural systems of tall buildings, considering the influence of the core warping on the mechanical behaviour of the slabs and also the soil-structure interaction effects. Numerical examples are presented to confirm the efficiency and to demonstrate the potential application of the proposed formulation.

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Data de Publicação
2015-02-27

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