PT2480737E - Método e estrutura para amortecimento de movimentos em edifícios - Google Patents

Description

Descrição

MÉTODO E ESTRUTURA PARA AMORTECIMENTO DE MOVIMENTOS EM

EDIFÍCIOS de movimentos refere-se ao num membro a um segundo [0001] A invenção refere-se ao amortecimento em estruturas de edifícios. Em particular, amortecimento de movimentos oscilatórios estrutural através de amortecedores ligados membro estrutural.

[0002] Os edifícios, particularmente prédios, são projectados para acomodarem uma determinada quantidade de vibração, causada, por exemplo, pelas actividades dos ocupantes, ou pelo movimento de veículos, e suportarem movimento devido a eventos naturais como rajadas de vento ou tremores de terra. É prática comum projectar edifícios cujas estruturas incluem amortecedores para absorverem e dissiparem esse movimento. O amortecimento do movimento num edifício não só fornece uma protecção estrutural melhor contra forças eólicas ou sísmicas potencialmente destrutivas, mas também torna mais agradável a ocupação diária do edifício. Os movimentos de balanço e as oscilações na estrutura de um edifício são normalmente experimentados como sensações desagradáveis pelos ocupantes. O amortecimento reduz a magnitude e, até certo ponto, a velocidade e a aceleração dos movimentos do edifício. 1 [0003] Uma solução, por exemplo, é providenciar um chamado amortecedor de massa sintonizada (TMD) na parte superior de uma estrutura. Os amortecedores de massa sintonizada podem ser implementados como um ou mais blocos extremamente maciços, que se movem em oposição à frequência de ressonância das oscilações da estrutura. Em alternativa, podem ser implementados como tanques de comporta com liquido que se move em oposição às oscilações a serem amortecidas. No entanto, existem grandes desvantagens na utilização de amortecedores de massas sintonizadas ou de tanques de comporta. Estes são volumosos e pesados, e precisam de ser instalados no topo de um edifício - tradicionalmente, 0 espaço mais lucrativo do edifício.

Representam um custo extra significativo num projecto e não oferecem qualquer redução nos custos estruturais (na verdade, a estrutura tem de ser projectada para suportar o peso adicional das massas sintonizadas ou tanques de comporta, para além dos apoios ou outros mecanismos de suporte). Os TMD também devem ser sintonizados com precisão para o primeiro modo de oscilação da estrutura às custas do amortecimento de outros harmónicos. Os cálculos dos estados-limite podem não ser fiáveis para os TMD, e pode ser difícil ou impossível estabelecer se um sistema TMD satisfará o estado-limite último (ULS) para um edifício em relação a rajadas de vento ou terramotos. Para satisfazer o ULS, um edifício não deve colapsar quando sujeito a uma carga máxima admissível e, uma vez que a faixa operacional efectiva dos TMD é, regra geral, significativamente mais 2 estreita do que as condições ULS, o comportamento do TMD fora das suas condições operacionais é imprevisível.

[0004] Outra solução conhecida no estado anterior da técnica é a utilização de amortecedores histeréticos como escoras de contenção de aço de baixa cedência, que podem ser usados para acrescentar mais amortecimento e rigidez ao aço estrutural de um edificio. Embora a sua montagem possa ser relativamente barata, a função de amortecimento só é alcançada quando essas escoras realmente cedem, e não são eficazes para pequenos sismos ou rajadas de vento moderadas. Como são parte integrante da estrutura de um edificio, essas escoras possuem uma manutenção e reparação dificeis e dispendiosas.

[0005] Os amortecedores de isolamento de base podem ser utilizados para absorverem vibrações na base de um edificio. Esses amortecedores estiveram disponíveis durante muitos anos e a sua utilização está bem estabelecida. Com efeito, uma estrutura é montada na sua base sobre um número de elementos amortecedores que isolam movimentos da estrutura do edifício contra o movimento no terreno. Os amortecedores de isolamento de base são uma solução eficaz para o movimento sísmico, mas a sua instalação é dispendiosa e são adequados apenas para edifícios relativamente baixos. Uma vez instalados, os amortecedores de isolamento de base também são bastante difíceis e caros de substituir. Os amortecedores de isolamento de base não são eficazes para ventos fortes, porque são concebidos para 3 serem estáticos (ou com deformação elástica no caso de isoladores de base com molas) e não fornecem qualquer amortecimento adicional. Para a vibração de edifícios paralela ao vento, a deformação do edifício geralmente não é em modo oscilatório ( + /-) . Além disso, a utilização de amortecedores de isolamento de base significa que o edifício está isolado mecanicamente da área circundante, de forma que todos os cabos, canalizações e outros serviços têm de ter ligações flexíveis para permitirem movimento relativo.

[0006] Os amortecedores viscosos, também conhecidos como amortecedores hidráulicos, podem ser utilizados para absorverem e dissiparem movimento oscilatório num edifício. Os amortecedores hidráulicos têm a vantagem de conseguirem absorver cargas elevadas durante um grande evento sísmico. Contudo, a sua instalação, manutenção ou substituição são caras e a substituição é particularmente dispendiosa no caso de falha de uma unidade. 0 movimento do fluido entre câmaras no interior de um amortecedor viscoso é controlado por válvulas e a abertura destas válvulas pode ser regulada para o movimento necessário, lento ou rápido. 0 amortecedor viscoso não pode, por conseguinte, ser regulado simultaneamente para movimentos lentos (frequência baixa como o vento) e rápidos (frequência elevada como um sismo). dos amortecedores hidráulicos é redundância integrada - se uma deixa de funcionar como um como [0007] Outra desvantagem que não possuem qualquer unidade falha, então amortecedor. 4 [0008] Os amortecedores viscoelásticos são utilizados em estruturas de escoramento. Têm a vantagem de serem de baixo custo, precisarem de pouca manutenção e podem ser readaptados a edifícios existentes. 0 seu comportamento viscoelástico também significa que conseguem absorver eficazmente as oscilações numa grande gama de frequências, com o resultado de não precisarem de regulação na extensão exigida por outros amortecedores.

[0009] Para edifícios altos é possível amortecer modos de oscilação de ordem baixa da estrutura construindo o edifício com membros verticais separados, isolados uns dos outros por amortecedores que absorvem o movimento vertical relativo entre membros verticais adjacentes. Uma disposição assim é divulgada, por exemplo, no pedido de patente W02007045900 (ARUP), que descreve um edifício com uma estrutura nuclear e vários membros estabilizadores horizontais, ligados por amortecedores verticais a colunas de perímetro. Os amortecedores verticais são utilizados para amortecerem deslocação vertical relativa entre o núcleo (através de estabilizadores) e colunas de perímetro. Uma ideia semelhante foi divulgada posteriormente no pedido de patente US2008/0229684 (Daewoo). As colunas periféricas são estruturas rígidas que providenciam uma estrutura vertical forte contra a qual os amortecedores verticais podem exercer uma reacção nas direcções ascendente ou descendente, quando o núcleo é submetido a deformação por flexão. 5 [0010] Nas disposições anteriores divulgadas em W02007045900 e US2008/0229684, os amortecedores verticais são montados em pontos aproximadamente nos dois terços superiores da altura da estrutura. A quantidade de movimento vertical relativo entre os elementos verticais adjacentes é pequena na parte inferior do edificio e, por isso, os amortecedores verticais são montados onde o movimento vertical relativo é maior. No entanto, a deformação por flexão de uma estrutura induzida, por exemplo, por sismos ou rajadas de vento, é frequentemente uma primeira, segunda oscilação, ou de ordem mais elevada, de toda a altura do edificio, por isso a disposição de amortecimento vertical da técnica anterior apenas aborda uma parte do problema de flexão e é adequada só para edifícios acima de determinada altura. Seriam necessários diferentes tipos de amortecedores para amortecer os movimentos laterais (horizontais) nas partes inferiores da estrutura, ou em edificios mais baixos.

[0011] O pedido de patente norte-americana US2008/0307722 descreve a utilização de amortecedores viscoelásticos biaxiais para amortecerem simultaneamente os movimentos axial (vertical) e lateral (horizontal) entre dois elementos estruturais paralelos. Os amortecedores da US2008/0307722 são mostrados distribuídos uniformemente, com um amortecedor grande por secção vertical da estrutura. 6 [0012] O objectivo da presente invenção é ultrapassar as desvantagens acima com os sistemas de amortecimento anteriores. Em particular, a invenção visa providenciar um amortecimento eficaz para uma estrutura, de qualquer altura, de forma a alcançar um amortecimento melhorado de toda a estrutura, com uma ampla resposta harmónica (tanto amplitudes como frequências), e com custos reduzidos de instalação e manutenção.

Resumo da invenção [0013] Para alcançar os objectivos acima, a invenção propõe uma estrutura de edificio que compreende um primeiro elemento estrutural, que se estende paralelamente a um eixo vertical da estrutura do edificio, sendo o primeiro elemento estrutural substancialmente auto-sustentado e susceptivel de deformação por cisalhamento por flexão, estando um componente da deformação por cisalhamento ou por flexão ao longo de um eixo horizontal da estrutura do edificio, um segundo elemento estrutural, adjacente ao primeiro elemento estrutural e que se estende paralelamente ao eixo vertical, ficando o primeiro e segundo elementos estruturais de tal forma que a dita deformação por cisalhamento ou por flexão provoca movimentos axiais relativos entre o primeiro e segundo elementos estruturais paralelos ao dito primeiro eixo num local predeterminado ao longo do dito eixo vertical, e uma pluralidade de patamares de amortecimento espaçados verticalmente, compreendendo cada patamar de amortecimento um elemento estabilizador rígido, que se estende para fora a partir do primeiro 7 elemento estrutural em direcção ao segundo elemento estrutural, uma pluralidade de amortecedores biaxiais, cada um capaz de amortecimento ao longo de, pelo menos, dois eixos diferentes, sendo a estrutura do edifício caracterizada por os amortecedores estarem dispostos aos pares, nos pares espaçados verticalmente ao longo do eixo vertical da estrutura do edifício, entre o primeiro e segundo elementos estruturais, englobando cada par de amortecedores um primeiro amortecedor e um segundo amortecedor dispostos, espaçados verticalmente, numa região comum da estrutura do edifício, estando o primeiro e segundo amortecedores montados entre uma parte exterior de cada estabilizador e o segundo elemento estrutural, para providenciar amortecimento axial ao longo do eixo vertical e amortecimento lateral ao longo do eixo horizontal, e de forma que, durante a dita deformação por cisalhamento ou por flexão do primeiro elemento estrutural na região comum da estrutura do edifício, o primeiro amortecedor está na tensão ou compressão ao longo de um dos seus eixos de amortecimento, enquanto o segundo amortecedor está na outra tensão ou compressão ao longo de um dos seus eixos de amortecimento.

[0014] Numa variante da estrutura da invenção, o elemento estabilizador é uma parede da estrutura do edifício.

[0015] Noutra variante da estrutura da invenção, pelo menos um dos primeiro e segundo amortecedores é um dispositivo de amortecimento viscoelástico. 8 [0016] Noutra variante da estrutura da invenção, um dos primeiro e segundo elementos estruturais é um primeiro núcleo da estrutura do edificio e outro dos primeiro e segundo elementos estruturais é uma coluna de perímetro da estrutura do edifício ou um segundo núcleo da estrutura do edifício.

[0017] A invenção também prevê um método de movimentos de amortecimento compreendendo um primeiro elemento estrutural, que se estende paralelamente a um eixo vertical da estrutura do edifício, sendo o primeiro elemento estrutural substancialmente auto-sustentado e susceptível a deformação por cisalhamento por flexão, estando um componente da deformação por cisalhamento ou por flexão ao longo de um eixo horizontal da estrutura do edifício, compreendendo o método: uma primeira etapa de criação de um segundo elemento estrutural adjacente ao primeiro elemento estrutural, estendendo-se paralelamente ao eixo vertical, estando o primeiro e segundo elementos estruturais de tal forma que a dita deformação por cisalhamento ou por flexão causa movimentos axiais relativos entre o primeiro e segundo elementos estruturais, paralelamente ao dito primeiro eixo num primeiro local predeterminado ao longo do dito eixo vertical, uma segunda etapa de disposição de uma pluralidade de patamares de amortecimento espaçados verticalmente, 9 compreendendo cada patamar de amortecimento um elemento estabilizador rígido, que se estende para fora a partir do primeiro elemento estrutural em direcção ao segundo elemento estrutural, a segunda etapa incluindo disposição de uma pluralidade de amortecedores biaxiais ou multiaxiais por par, nos pares espaçados verticalmente ao longo do eixo vertical da estrutura do edifício, entre o primeiro e o segundo elementos estruturais, cada par de amortecedores englobando um primeiro amortecedor e um segundo amortecedor dispostos, espaçados verticalmente, numa região comum da estrutura do edifício, estando o primeiro e segundo amortecedores montados entre um bordo exterior de cada estabilizador e o segundo elemento estrutural, para providenciar amortecimento axial ao longo do eixo vertical e amortecimento lateral ao longo do eixo horizontal, e de forma que, durante a dita deformação por cisalhamento ou por flexão do primeiro elemento estrutural na região comum da estrutura do edifício, o primeiro amortecedor está na tensão ou compressão ao longo de um dos seus eixos de amortecimento, enquanto o segundo amortecedor está na outra tensão ou compressão ao longo de um dos seus eixos de amortecimento. 10 [0018] O primeiro e segundo elementos estruturais poderão ser, por exemplo, um núcleo de um edifício e uma coluna periférica. Essas colunas podem ser integrantes num edifício ou externas ao edifício. Em alternativa, o primeiro e segundo elementos poderão ser duas estruturas nucleares adjacentes de um único edifício, ou mesmo edifícios adjacentes.

[0019] Os movimentos horizontais relativos que são para ser amortecidos são, de forma vantajosa, movimentos do primeiro e segundo elementos em direcção e para longe um do outro. É de notar que nesta descrição um eixo Z é definido como sendo o eixo vertical de uma estrutura ou edifício, paralelo ao primeiro e segundo elementos, enquanto os eixos X e Y, substancialmente ortogonais em relação um ao outro, ficam num plano substancialmente horizontal, ortogonal em relação ao eixo Z. No caso de um edifício de secção transversal rectangular, os eixos X e Y pode pressupor-se que os eixos X e Y ficam substancialmente paralelos ao comprimento e largura da secção transversal do edifício, respectivamente. Assim, nesta integração, o primeiro amortecedor está disposto para amortecer movimentos na direcção Z, bem como numa direcção no plano horizontal, nomeadamente ao longo de um primeiro eixo horizontal, paralelo ao eixo X ou Y, no primeiro local predeterminado ao longo do primeiro eixo. Nesta integração, este segundo eixo fica preferencialmente na direcção do movimento do primeiro e segundo elementos estruturais em direcção e para longe um do outro, ou, pelo menos, o movimento das partes 11 do primeiro e segundo elementos estruturais no primeiro local predeterminado.

[0020] 0 primeiro e segundo elementos estruturais são, de preferência, estruturas substancialmente rigidas, e o primeiro e segundo meios de amortecimento actuam como um par, opondo quaisquer forças (como forças de cisalhamento ou de flexão), que tenderiam a mover o primeiro e segundo elemento para fora do seu alinhamento mutuamente paralelo. Ambos os amortecedores também providenciam uma reacção amortecida, opondo forças ou movimentos axiais relativos (ao longo do eixo vertical, no caso de elementos estruturais verticais).

[0021] A utilização de pares de amortecedores, cada amortecedor providenciando amortecimento independente ao longo de um eixo paralelo ao primeiro eixo horizontal, com os amortecedores estando montados espaçados verticalmente na extremidade dos elementos estabilizadores, resulta num amortecimento bastante melhorado das forças de cisalhamento ou de flexão e movimentos na estrutura vertical. O elemento estabilizador também proporciona um momento melhorado para forças de amortecimento verticais.

[0022] O amortecedor ou amortecedores são, de forma vantajosa, amortecedores viscoelásticos biaxiais ou multiaxiais. Esses amortecedores poderão incluir um ou mais pares de placas rigidas (por exemplo, metal), estando cada par de placas separado por uma folha de material 12 viscoelástico, como borracha altamente elaborada. Esses amortecedores oferecem um amortecimento de resposta ampla em todas as direcções, paralelo ao plano das placas e folhas. Particularmente vantajosa para a invenção é a utilização desses amortecedores de placas em que o material viscoelástico tem uma secção substancialmente rectangular ou eliptica, tendo dois eixos de amortecimento principais. Os dois eixos de amortecimento principais podem ser dispostos para coincidirem com os desejados eixos Z e X/Y do edifício a ser amortecido.

[0023] Vantajosamente, o elemento estabilizador poderá ser uma construção de escoras e tirantes para reduzir o peso, enquanto mantém a rigidez e força na estrutura. Em alternativa, o elemento estabilizador poderá ser implementado como uma parece da estrutura do edifício - uma parede interna que se estende para fora a partir de um núcleo de suporte de carga, por exemplo.

[0024] 0 método da invenção poderá ser aplicado a muitos tipos de estruturas. É particularmente vantajoso quando a estrutura se trata de um edifício, com o primeiro elemento sendo um núcleo do edifício e o segundo elemento uma coluna de perímetro do edifício. O método da invenção também pode ser utilizado proveitosamente em edifícios em que o primeiro elemento estrutural que se estende verticalmente é um primeiro núcleo do edifício e o segundo elemento estrutural que se estende verticalmente é um segundo núcleo do edifício. 13 [0025] Em alternativa, a invenção pode ser utilizada para amortecer movimentos verticais, tais como oscilações, em elementos estruturais horizontais, como vigas ou pavimentos cantiléveres.

[0026] Por conseguinte, de acordo com o método e estrutura da invenção, o mesmo tipo de elementos de amortecimento podem ser utilizados para amortecimento nas secções superior, central e inferior do edifício, e os elementos de amortecimento podem ser usados para amortecimento de movimento em todos os tipos de edifícios. A utilização de amortecedores viscoelásticos biaxiais, como amortecedores Gensui da VSL, significa um custo reduzido e uma manutenção fácil melhorada. Devido ao seu tamanho compacto e fácil montagem, esses amortecedores podem ser rapidamente readaptados a estruturas existentes.

[0027] Devido à versatilidade do amortecedor viscoelástico bidireccional, o método e a estrutura da invenção são adequados não só para edifícios altos, mas também para todos os tipos de estruturas, incluindo, construções de baixa altura, casas, pontes e muitas outras.

[0028] Outras vantagens da invenção serão evidentes a partir das figuras e descrição detalhadas que se seguem.

Figuras la a lc mostram uma disposição anterior de amortecedores hidráulicos. 14

Figuras 2a a 2d ilustram o principio geral da invenção.

Figuras 3a e 3b ilustram como um amortecedor viscoelástico pode ser colocado entre duas estruturas verticais para amortecer o movimento entre elas.

Figuras 4a a 4c mostram uma vista esquemática de um amortecedor viscoelástico biaxial.

Figuras 5a a 5e mostram a aplicação da invenção num edifício alto.

Figuras 6a a 6e mostram uma variante economizadora de espaço da invenção.

Figures 7a a 7c mostram vários exemplos de configurações da invenção.

[0029] As figuras servem apenas para fins meramente ilustrativos, e para auxiliar a compreender a invenção, sem implicar qualquer limitação do âmbito das reivindicações j untas.

[0030] 0 princípio geral do amortecimento do movimento de deformação por flexão, amortecendo o movimento vertical entre estruturas verticais adjacentes, pode ser compreendido através da Figura la, que representa de uma forma esquemática, extremamente exagerada, uma vista de cima de um edifício submetido a deformação oscilatória. 0 15 edifício no exemplo ilustrado compreende uma estrutura nuclear 2, que poderá, por exemplo, ser a principal estrutura de suporte de carga estática, e duas colunas externas 3. Como com os sistemas anteriores, mencionados antes neste pedido, o amortecimento do movimento oscilatório pode ser alcançado através de amortecedores verticais 5' montados entre o núcleo 2 e as colunas 3, em vários pontos ao longo da altura da estrutura, de forma a amortecer o movimento vertical relativo entre o núcleo 2 e as colunas 3. Poderão ser utilizados estabilizadores 10 como cantiléveres para fornecer momento extra às forças de amortecimento. As colunas 3 são capazes de suportar as reacções de tensão e compressão dinâmicas verticais transferidas para elas pelos amortecedores verticais a partir do núcleo 2 quando flecte. Desta forma, uma proporção significativa da energia cinética no movimento oscilatório e de flexão do núcleo 2 pode ser dissipada nos amortecedores verticais 5' .

[0031] As Figuras lb e lc mostram, nas elevações frontais e laterais, mais pormenores de uma disposição de amortecimento vertical típica anterior. Amortecedores uniaxiais 5', que poderão ser amortecedores hidráulicos, embora outros tipos de amortecedores também possam ser utilizados, estão montados entre a coluna de perímetro 3 e o núcleo 2, de forma a amortecer movimentos paralelos ao núcleo e coluna, tal como indicado pelas setas mostradas na Figura 1 b. 16 [0032] Por contraste, os amortecedores 5 usados no método e estrutura da invenção são biaxiais, capazes de amortecerem ao longo de, pelo menos, dois eixos diferentes, tal como mostrado nas Figuras 2a a 2d. A estrutura 1, ilustrada na Figura 2a, mostra três patamares de amortecimento sucessivos a diferentes alturas na estrutura. Claro que uma estrutura assim pode ser equipada com tantos patamares de amortecimento, quantos os necessários. 0 patamar de amortecimento mais superior compreende um estabilizador 6 para fornecer extensão mecânica rigida do núcleo 2 para fora em direcção às colunas periféricas 3. Num edificio alto, um estabilizador assim poderá estender verticalmente a altura de um piso ou mais, por exemplo.

[0033] A incorporação da invenção ilustrada nas Figuras 2a a 2d tem pares espaçados verticalmente de amortecedores biaxiais 5, 5a, 5b montados em cada extremidade de um estabilizador 6, 7, 8 entre o estabilizador 6, 7, 8 e a coluna 3. Cada par de amortecedores 5a, 5b providencia amortecimento não só numa direcção vertical (ao longo de um eixo vertical paralelo ao núcleo 2 e à coluna 3) , mas também ao longo de eixos horizontais mutuamente paralelos, estando os eixos horizontais substancialmente paralelos ao estabilizador 6, 7, 8 e ortogonais ao eixo vertical.

[0034] A disposição espaçada verticalmente, aos pares, dos amortecedores 5a, 5b, juntamente com a rigidez das colunas 3, introduz um efeito de amortecimento secundário para além 17 do amortecimento vertical e horizontal fornecido por cada amortecedor 5 individualmente. Este efeito pode ser visto na Figura 2c, por exemplo: para além da deslocação vertical, que é amortecida pela deformação por cisalhamento dos amortecedores 5a e 5b, uma deslocação lateral do estabilizador 7 relativamente à coluna 3 dará origem a um desequilíbrio nas forças horizontais nos amortecedores 5a e 5b. Se, por exemplo, o estabilizador 7 se move para a direita (tal como visto na Figura 2c) enquanto permanece horizontal, a coluna, devido à sua rigidez inata, resiste a ser deformada, com o resultado de que o amortecedor superior 5a do par está sujeito a forças compressivas C, enquanto o amortecedor inferior 5b está sujeito a forças de tensão horizontais T. Assim, a rigidez da coluna, juntamente com o comportamento viscoelástico dos amortecedores 5a e 5b, fornece um efeito de amortecimento secundário, extra, no movimento horizontal do estabilizador 7 relativamente à coluna 3. As colunas 3 são construídas para serem suficientemente rígidas para fornecerem a resistência necessária à deformação por cisalhamento através de pares de amortecedores 5a, 5b, e o espaçamento vertical dos amortecedores 5a e 5b é escolhido para fornecer um amortecimento óptimo para os movimentos antecipados. É de notar também que um efeito de amortecimento semelhante ocorre se o estabilizador 7 é submetido a inclinação ou movimento rotativo relativamente à coluna 3. 18 [0035] As características das forças dinâmicas e deformações são normalmente diferentes a alturas diferentes no edifício 1, e três exemplos diferentes do amortecimento aos pares são mostrados nas Figuras 2b, 2c e 2d. Os tamanhos relativos e direcções das setas nas Figuras 2b a 2d representam o tamanho e orientação das forças e/ou deslocação respeitante e são, por conseguinte, indicativos da quantidade de amortecimento que é esperada durante a deformação por cisalhamento ou por flexão da estrutura 1.

[0036] A Figura 2b mostra amortecimento no ou próximo do topo do edifício 1 onde a deformação por flexão do núcleo 2 e das colunas 3 normalmente dá origem à maior deslocação vertical relativa entre o núcleo 2, através do estabilizador 6 e cada coluna 3. Esta grande deslocação vertical relativa causa uma grande deformação por cisalhamento V em ambos os amortecedores 5a e 5b, ilustrados na Figura 2b. Por comparação, a deformação por cisalhamento torsional ou horizontal relativa do núcleo 2 em relação à coluna 3 é relativamente modesta, com o resultado de que a compressão C e a tensão T nos amortecedores 5a e 5b seria mais pequena do que as forças de cisalhamento verticais ocasionadas por deformações por flexão da estrutura 1.

[0037] A Figura 2c mostra amortecimento num ponto médio na altura da estrutura 1, em que as forças de cisalhamento nos 19 amortecedores 5a e 5b, devido a deslocação vertical relativa da coluna 3 e estabilizador 7, poderão ser comparáveis às forças de compressão horizontal oposta C e de tensão T nos amortecedores 5a e 5b, respectivamente.

[0038] A Figura 2d mostra amortecimento num ponto inferior do edificio 1, onde o movimento vertical entre o núcleo 2 e a coluna 3, através do estabilizador 8, é menos pronunciado. Uma deformação por cisalhamento da estrutura 1 a esta altura gera forças de compressão horizontal C e de tensão T nos amortecedores 5a e 5b, que podem ser significativamente maiores em magnitude do que as forças de cisalhamento V devido a movimento vertical.

[0039] Ao utilizar amortecedores viscoelásticos bidireccionais, de amortecimento super elevado, como os amortecedores Gensui da VSL, é possível amortecer os componentes verticais e horizontais das deformações ao mesmo tempo, usando o mesmo amortecedor. Estes amortecedores exibem histerese bilinear e elevadas propriedades de amortecimento e rigidez em, pelo menos, duas direcções. Oferecem controlo de vibrações numa vasta gama de frequências. São eficazes para todas as zonas e tipos de edifícios. Não necessitam de manutenção, são altamente duradouros e as suas características de amortecimento são largamente independentes do raio de tensão, temperatura e frequência de vibrações. Os dispositivos multiunidades também oferecem redundância significativa; na eventualidade, de um dispositivo ter 20 começado a falhar, falharia gradualmente, sofrendo um desempenho cada vez mais degradado, em contraste com a falha completa repentina vista, por exemplo, em amortecedores hidráulicos.

[0040] A aplicação desses amortecedores é ilustrada nas Figuras 3a e 3b. A Figura 3b mostra, em grande plano, um amortecedor Gensui multicamadas montado entre a coluna 3 e o estabilizador 6. 0 amortecedor 5, tal como será discutido brevemente, compreende múltiplas camadas de uma substância viscoelástica semelhante à borracha, estando cada camada ensanduichada entre placas de aço. A Figura 3a mostra dois desses amortecedores 5a e 5b montados na extremidade de um estabilizador 6, tal como mostrado nas Figuras 2a a 2d. As setas indicam a carga dinâmica à qual os amortecedores estão sujeitos.

[0041] As Figuras 4a a 4c mostram, mais detalhadamente, como um amortecedor viscoelástico, como os amortecedores Gensui da VSL, poderão ser construídos. A Figura 4a ilustra o conceito básico de um amortecedor desses: placas de aço 20, e 21 (que podem em alternativa serem fabricadas noutros materiais rígidos) englobam duas camadas 24 de material viscoelástico como a borracha. As placas 20 estão aparafusadas a uma primeira estrutura, a placa 21 a uma segunda, com o resultado de que qualquer movimento relativo das duas estruturas no plano do amortecedor pode ser atenuado pelo amortecedor - qualquer combinação de cisalhamento, rotação ou translação no plano. É de notar 21 que espaçadores são geralmente fornecidos entre as placas 20, para que os parafusos de montagem 22 possam ser apertados sem esmagar ou, de outra forma, distorcer o material viscoelástico 24 entre as placas. Os suportes 23 são usados para montar as unidades dos amortecedores para a construção ser amortecida. As Figuras 4a e 4b mostram uma única unidade de amortecedor em vistas de perspectiva e de cima, respectivamente. A Figura 4c mostra em vista de cima um amortecedor multiunidade. O material viscoelástico usado nesses amortecedores é normalmente um tipo altamente elaborado de composto de borracha natural ou sintética, embora uma variedade de materiais possa ser utilizada.

[0042] As Figuras 5a a 5c mostram um exemplo de como o método de amortecimento da invenção pode ser aplicado a um edifício alto. No exemplo mostrado, o amortecimento é providenciado em três pisos do edifício, designados 41, 42 e 43 na Figura 5a. A escolha do número de pisos depende da estrutura a ser amortecida - para algumas estruturas, mais pisos podem exigir amortecimento, para outras apenas um ou dois. As Figuras 5b e 5c mostram, em vista plana e de perspectiva, as paredes do estabilizador 34 entre a estrutura nuclear 33 e as colunas 30. Os amortecedores 32 estão posicionados aos pares próximo do topo e fundo da borda exterior de cada estabilizador da parede de sustentação 34. Uma vantagem de colocar os amortecedores 32 no topo e fundo do estabilizador 34 é que a laje do pavimento adjacente (em cima ou em baixo, respectivamente) fornece força adicional ao estabilizador 34, e também ajuda 22 a impedir que a parede de sustentação deforme devido a compressão.

[0043] Quando se readapta estabilizadores e amortecedores a estruturas existentes, a parede de sustentação do estabilizador ou asna podem ser realizadas engrossando localmente, ou reforçando uma parede ou asna existentes, da estrutura.

[0044] No exemplo mostrado nas Figuras 5a a 5c, os amortecedores 32 são colocados, tal como descrito na Figura 5d, para amortecerem movimentos nas direcções Z e X ou direcções Z e Y, dependendo em que lado do edifício se encontram (i.e. ao longo do eixo vertical e ao longo de um eixo horizontal, que percorre a coluna e núcleo). Isto pode ser o caso em todos os pisos que são amortecidos. Em alternativa, para amortecer a parte inferior do edificio, onde o componente vertical das deformações é muito mais pequeno, os amortecedores bidireccionais 5 podem ser montados de forma a amortecerem nas direcções X e Y, tal como indicado na Figura 5e. Desta maneira, o amortecimento extra da deformação por cisalhamento ou por flexão da estrutura é mantido, graças à montagem aos pares dos amortecedores separados verticalmente, mas também existe um amortecimento bastante melhorado dos movimentos oscilatórios ou outros em ambos os eixos X e Y no plano horizontal. 23 [0045] As Figuras 6a a 6e mostram, em forma esquemática, vistas de plano e de cima das duas formas em que um estabilizador pode ser concebido para utilizar a disposição de amortecimento da invenção, ao mesmo tempo que optimiza a quantidade de espaço necessária para os próprios amortecedores. As Figuras 6a e 6b mostram, em vista plana e elevada lateral, respectivamente, como os amortecedores bidireccionais 5 podem ser rebaixados no estabilizador 36, que pode ser uma parede do edifício a ser amortecida. Por conseguinte, apenas uma pequena fenda é necessária entre o estabilizador 36 e a coluna de perímetro 35, deixando praticamente o espaço inteiro entre estabilizadores, e entre o núcleo e as colunas de perímetro, disponível para utilização pelos ocupantes do edifício. As Figuras 6c a 6e mostram uma disposição alternativa optimizadora do espaço em que, em vez de serem rebaixados na parede do estabilizador 36, os amortecedores 5 são fixados nos lados dos estabilizadores 36 usando suportes 38. Dependendo da geometria da coluna de perímetro, os amortecedores 5 podem ser aparafusados à face interna da coluna, tal como na Figura 6d, ou utilizando suportes 38 semelhantes àqueles usados para fixar os amortecedores à parede do estabilizador.

[0046] As Figuras 7a a 7c mostram, em vista de plano, vários exemplos de configurações de construção usando a presente invenção. Na Figura 7a, duas estruturas nucleares verticais 50 e 51 são interamortecidas usando amortecedores bidireccionais, com o amortecimento a ser executado entre 24 duas estruturas de suporte 48, que funcionam como estabilizadores para melhorarem o momento de amortecimento e, porque os amortecedores 5 estão montados em pares verticais, de acordo com a invenção, para fornecer a rigidez necessária ao amortecimento secundário das forças de cisalhamento horizontais mencionadas anteriormente nesta descrição.

[0047] A Figura 7b mostra um núcleo 54 e duas colunas adjacentes 52 e 53, com um estabilizador do tipo escora e tirante construído de escoras juntas, sendo as unidades de amortecimento 5 montadas entre as escoras e as colunas 52, 53. A Figura 7c ilustra como a configuração da Figura 7b pode ser alterada ou alargada para uma estrutura com dois ou mais núcleos: amortecedores bidireccionais 5 podem ser montados entre os núcleos 55, 56, ou entre um dos núcleos e a coluna de perímetro, ou ambos. 25

Claims (7)

1. Reivindicações Uma estrutura de edifício (1) compreendendo: um primeiro elemento estrutural (2) estendendo-se paralelamente a um eixo vertical da estrutura do edifício (1), sendo o primeiro elemento estrutural (2) substancialmente auto-sustentado e susceptível de deformação por cisalhamento ou por flexão, estando um componente da deformação por cisalhamento ou por flexão ao longo de um eixo horizontal da estrutura do edifício, um segundo elemento estrutural (3), adjacente ao primeiro elemento estrutural (2) e que se estende paralelamente ao eixo vertical, estando o primeiro (2) e o segundo (3) elementos estruturais de forma que a dita deformação por cisalhamento ou por flexão provoca movimentos axiais relativos entre o primeiro (2) e segundo (3) elementos estruturais paralelamente ao dito primeiro eixo num primeiro local predeterminado ao longo do dito eixo vertical, e uma pluralidade de patamares de amortecimento espaçados verticalmente, compreendendo cada patamar de amortecimento um elemento estabilizador rígido (6, 7, 8, 10) que se estende para fora a partir do primeiro elemento estrutural (2) em direcção ao segundo elemento estrutural (3), uma pluralidade de amortecedores biaxiais (5a, 5b) , cada um capaz de amortecimento ao longo de, pelo menos, dois eixos diferentes, sendo a estrutura do edifício (1) caracterizada por os amortecedores estarem dispostos aos pares, nos pares espaçados verticalmente (5) ao longo do eixo vertical da estrutura do edifício (1) , entre o primeiro (2) e segundo (3) elementos estruturais, cada par (5) de amortecedores (5a, 5b) compreende um primeiro amortecedor (5a) e um segundo amortecedor (5b) dispostos, espaçados verticalmente, numa região comum da estrutura do edificio (1), estando o primeiro (5a) e segundo (5b) amortecedores montados entre uma parte exterior de cada estabilizador e o segundo elemento estrutural (3), de forma a providenciar amortecimento axial ao longo do eixo vertical e amortecimento lateral ao longo do eixo horizontal, e de maneira que, durante a dita deformação por cisalhamento ou por flexão do primeiro elemento estrutural (2) na região comum da estrutura do edificio (1), o primeiro amortecedor (5a) está na tensão (T) ou compressão (C) ao longo de um dos seus eixos de amortecimento, enquanto o segundo amortecedor (5b) está na outra tensão (T) ou compressão (C) ao longo de um dos seus eixos de amortecimento.
2. 2. A estrutura do edificio (1) da reivindicação 1, na qual o elemento estabilizador (6, 7, 8) é uma parede da estrutura do edificio (1).
3. 3. A estrutura do edificio (1) de uma das reivindicações precedentes, na qual pelo menos um dos primeiro e segundo amortecedores (5, 5a, 5b, 32) é um dispositivo de amortecimento viscoelástico.
4. 4. A estrutura do edificio (1) de uma das reivindicações precedentes, na qual um dos primeiro (2) e segundo (3) elementos estruturais é um primeiro núcleo da estrutura do edificio (1) e o outro do primeiro (2) e segundo (3) elementos estruturais é uma coluna de perímetro da estrutura do edifício (1) ou um segundo núcleo da estrutura do edifício (1).
5. 5. Método de movimentos de amortecimento numa estrutura de edifício (1) compreendendo um primeiro elemento estrutural (2) que se estende paralelamente a um eixo vertical da estrutura do edifício (1), sendo o primeiro elemento estrutural (2) substancialmente auto-sustentado e susceptível de deformação por cisalhamento ou por flexão, estando um componente da deformação por cisalhamento ou por flexão ao longo de um eixo horizontal da estrutura do edificio (1), o método compreendendo: uma primeira etapa de criação de um segundo elemento estrutural (3) adjacente ao primeiro elemento estrutural (2), e estendendo-se paralelamente ao eixo vertical, sendo o primeiro (2) e segundo (3) elementos estruturais que a dita deformação por cisalhamento ou por flexão provoca movimentos axiais relativos entre o primeiro (2) e segundo (3) elementos estruturais paralelamente ao dito primeiro eixo num primeiro local predeterminado ao longo do dito eixo vertical, uma segunda etapa de disposição de uma pluralidade de patamares de amortecimento espaçados verticalmente, cada patamar de amortecimento englobando um elemento estabilizador rígido (6, 7, 8, 10) que se estende para fora a partir do primeiro elemento estrutural (2) em direcção ao segundo elemento estrutural (3), sendo o método caracterizado por: a segunda etapa incluir a disposição de uma pluralidade de amortecedores biaxiais ou multiaxiais por par, nos pares espaçados verticalmente ao longo do eixo vertical da estrutura do edifício, entre o primeiro e segundo elementos estruturais, cada par de amortecedores compreendendo um primeiro amortecedor e um segundo amortecedor dispostos, espaçados verticalmente, numa região comum da estrutura do edifício, estando o primeiro e segundo amortecedores (5a, 5b) montados entre um bordo exterior de cada estabilizador e o segundo elemento estrutural (3), para providenciar amortecimento axial ao longo do eixo vertical e amortecimento lateral ao longo do eixo horizontal, e de maneira que, durante a dita deformação por cisalhamento ou por flexão do primeiro elemento estrutural (2) na região comum da estrutura do edifício (1), o primeiro amortecedor (5a) está na tensão (T) ou compressão (C) ao longo de um dos seus eixos de amortecimento, enquanto o segundo amortecedor (5b) está na outra tensão (T) ou compressão (C) ao longo de um dos seus eixos de amortecimento.
6. 6. 0 método da reivindicação 5, na qual o primeiro e/ou segundo meios de amortecimento (5, 5a, 5b, 32) são dispositivos de amortecimento viscoelásticos.
7. 7. 0 método de uma das reivindicações 5 ou 6, na qual um dos primeiro e segundo elementos estruturais (2) é um primeiro núcleo da estrutura do edifício e um outro dos primeiro e segundo elementos estruturais (3) é uma coluna de perímetro da estrutura do edifício (1) ou um segundo núcleo da estrutura do edifício (1).