Simulação numérica aplicada à otimização topológica de sistemas de contraventamento em edifícios altos considerando os efeitos aerodinâmicos da vizinhança

Abstract

As últimas décadas têm sido testemunhas da acelerada verticalização dos centros urbanos como resposta ao aumento da demanda por espaço comercial e habitacional. Edificações cada vez mais altas e esbeltas têm se erguido e, devido à sua sensibilidade às cargas laterais, os estudos relacionados à quantificação dos esforços causados pelo vento têm se tornado cada vez mais importantes. Ao passo que o desenvolvimento da sociedade requer o uso de cada vez mais recursos naturais, a crescente consciência ambiental torna imperativa a necessidade de que o uso desses recursos seja cada vez mais racional. Nesse contexto, o presente trabalho empregou, em ambiente de programação MATLAB o método de Otimização Topológica Solid Isotropic Material with Penalization (SIMP) para gerar sistemas de contraventamento tridimensionais otimizados com relação à rigidez. Para tanto, o código top3dmgcg sofreu alterações que lhe permitiram impor técnicas de controle de leiaute, como simetria e repetição de padrões, às estruturas otimizadas, aumentando sua exequibilidade. Para determinação das cargas do vento foi empregado o software de distribuição livre e código aberto OpenFOAM. O escoamento do vento foi simulado empregando-se a metodologia baseada nas equações médias de Reynolds (RANS) e o modelo de fechamento de turbulência Shear Stress Transport κ − ω (SST). De modo a representar a realidade dos centros urbanos, o estudo considerou uma edificação principal cercada por edificações vizinhas de diferentes alturas com o vento incidindo em diferentes direções. No estudo, analisa-se como os efeitos aerodinâmicos devido à variação de altura e incidência do vento, bem como os parâmetros do SIMP, influenciam a solução ótima. Os resultados demonstraram que, apesar dos parâmetros geométricos da vizinhança influenciarem fortemente as cargas impostas à edificação principal, os fatores de maior influência sobre a otimização topológica são as técnicas de controle de leiaute.