Wind is usually regarded as foe for tall building design and serviceability since it tends to govern lateral loads. For important buildings careful aerodynamic design is taking care in extensive wind tunnel measurement campaign to predict the behaviour of wind structure interaction problems. This type of procedure is very expensive and during the first part of the design it is not allowed due to the absence of a real shape for the building. The development of new structural systems and use of high-strength structural materials, light non-structural partitions and important exterior façades have caused modern buildings to be more flexible and lightly damped than in the past. Such buildings are inherently sensitive to wind-induced excitation and turbulence, so fundamental is to predict the structural response. This thesis proposes the good alternative to understand and produce the response of building under wind action looking at regulations (CNR DT-207) and code that allows to know wind force spectra. When feasible, the aerodynamic of building is studied looking at manuals (e.g. ESDU 80003) and literature pages to have full characterization of the problem. Direct frequency domain analysis with cross validation thanks to Modal analysis are used based on linearized wind loads applied at each story level. An automatic procedure is coded and implemented to make things feasible. Two different software complementary to each other are used: SAP2000 as FEM software and MATLAB to analyse results and code the real procedure. It can be also noted that this approach does not rely on commercial software package for performing frequency domain analysis. Thanks to previous studies already developed in the thesis of (Cavenaghi, 2020) and a real experience in modal identification, results are compared with experimental ones from Wind tunnel tests, understanding some limits, discrepancies and further possible developments for the implemented procedure. Finally, estimate of the response, focusing on drift and acceleration of each story level, is obtained. These real numbers are compared with typical code requirements for serviceability and safety.
Il vento è generalmente considerato un nemico per la progettazione e la funzionalità degli edifici alti poiché tende a governare le azioni laterali. Per edifici di grande importanza, un'attenta progettazione aerodinamica viene realizzata utilizzando un'ampia campagna di prove sperimentali fatte in galleria del vento così da prevedere il comportamento e l’interazione della struttura con esso. Questo tipo di procedura è molto costosa e durante la prima fase della progettazione non è permessa per l'assenza di una reale forma dell'edificio stesso. Lo sviluppo di nuovi sistemi strutturali e l'uso di materiali ad alta resistenza, partizioni non strutturali leggere ed importanti facciate esterne hanno reso gli edifici moderni più flessibili e leggermente smorzati rispetto al passato. Tali edifici sono intrinsecamente sensibili all'eccitazione e alla turbolenza indotte dal vento, quindi è fondamentale prevedere la loro risposta strutturale. Questa tesi propone una buona alternativa per comprendere e realizzare l'analisi della risposta della struttura indotta dal vento guardando alle indicazioni delle normative e regolamenti (CNR DT-207) che consentono di conoscere gli spettri di forza del vento. Ove possibile, l'aerodinamica degli edifici viene studiata consultando manuali (es. ESDU 80003) e pagine di letteratura per avere una caratterizzazione completa del problema. L'analisi diretta nel dominio della frequenza con convalida incrociata grazie all'analisi modale viene utilizzata sulla base dei carichi di vento linearizzati applicati a ciascun piano. Una procedura automatica viene codificata ed implementata per rendere il tutto applicabile. Vengono utilizzati due diversi software complementari tra loro: SAP2000 come software FEM e MATLAB per analizzare i risultati e programmare la reale procedura. Si può notare che questo tipo di approccio non si basa su un pacchetti software commerciali già definiti per eseguire l'analisi nel dominio della frequenza. Grazie a precedenti studi già sviluppati nella tesi di (Cavenaghi, 2020) ed una esperienza concreta sull’identificazione modale, i risultati vengono confrontati con quelli sperimentali provenienti da test eseguiti in galleria del vento, comprendendo limiti, discrepanze ed ulteriori possibili sviluppi per la procedura implementata. Infine, si ottiene una stima della risposta, concentrandosi su spostamenti ed accelerazioni di piano. Questi valori vengono confrontati con i requisiti previsti dalle norme per la funzionalità e la sicurezza strutturale.
Numerical procedures for computing the buffeting response of buildings under wind excitation
Marone, Mario
2020/2021
Abstract
Wind is usually regarded as foe for tall building design and serviceability since it tends to govern lateral loads. For important buildings careful aerodynamic design is taking care in extensive wind tunnel measurement campaign to predict the behaviour of wind structure interaction problems. This type of procedure is very expensive and during the first part of the design it is not allowed due to the absence of a real shape for the building. The development of new structural systems and use of high-strength structural materials, light non-structural partitions and important exterior façades have caused modern buildings to be more flexible and lightly damped than in the past. Such buildings are inherently sensitive to wind-induced excitation and turbulence, so fundamental is to predict the structural response. This thesis proposes the good alternative to understand and produce the response of building under wind action looking at regulations (CNR DT-207) and code that allows to know wind force spectra. When feasible, the aerodynamic of building is studied looking at manuals (e.g. ESDU 80003) and literature pages to have full characterization of the problem. Direct frequency domain analysis with cross validation thanks to Modal analysis are used based on linearized wind loads applied at each story level. An automatic procedure is coded and implemented to make things feasible. Two different software complementary to each other are used: SAP2000 as FEM software and MATLAB to analyse results and code the real procedure. It can be also noted that this approach does not rely on commercial software package for performing frequency domain analysis. Thanks to previous studies already developed in the thesis of (Cavenaghi, 2020) and a real experience in modal identification, results are compared with experimental ones from Wind tunnel tests, understanding some limits, discrepancies and further possible developments for the implemented procedure. Finally, estimate of the response, focusing on drift and acceleration of each story level, is obtained. These real numbers are compared with typical code requirements for serviceability and safety.| File | Dimensione | Formato | |
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