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A ação dos sismos sobre edifícios pode provocar vibrações de altas amplitudes e gerar muitos danos, que em alguns casos, levam ao colapso da estrutura. Neste cenário, o controle estrutural mostra-se como uma ferramenta capaz de reduzir as vibrações excessivas e melhorar o desempenho da edificação. O sistema de controle passivo por meio de Atenuador Dinâmico Sincronizado (ADS) é uma técnica bastante utilizada, entretanto, projetar estes dispositivos e posicioná-los na estrutura a ser controlada, de modo que se tenha a melhor redução da resposta dinâmica, não é tarefa fácil. Neste contexto, a presente dissertação apresenta um estudo sobre a otimização de parâmetros de projeto e posições de ADS simples e Múltiplos Atenuadores Dinâmicos Sincronizados (MADS), destinados ao controle de vibrações em edifícios submetidos à excitações sísmicas, objetivando a redução do deslocamento relativo entre pavimentos (story drift), cujo critério limite foi obtido na norma ANSI/AISC 360-16. Para isto, são estudados três edifícios de diferentes alturas, os quais foram submetidos a um conjunto de três sismos reais e a um artificial não-estacionário com frequência de excitação coincidente com a frequência do modo fundamental de cada edifício. Para cada edificação foram propostos diferentes cenários de controle e para realizar as otimizações utilizou-se o algoritmo meta-heurístico Whale Optimization Algorithm (WOA). Os resultados obtidos mostraram que para o Edifício 1, todos os cenários foram eficientes em reduzir o story drift de modo a adequá-lo ao critério adotado e o Cenário 1-Otimizado, que foi equivalente ao Cenário 3 com apenas um único ADS no topo, foi considerado a alternativa mais viável. No Edifício 2, verificou-se novamente que todos os cenários conseguiram controlar a estrutura, garantindo que o story drift não ultrapassasse os valores limites, e o Cenário 1-Otimizado com um único ADS instalado no topo mostrou-se como a melhor solução. Por fim, para o Edifício 3, o Cenário 4-Modificado com massa dos MADS igual a 6% da massa da estrutura, onde os 3 ADS resultantes foram dispostos no plano do edifício, foi o único que teve controle efetivo sobre a resposta do edifício e conseguiu adequá-lo ao critério adotado, sendo portanto seu melhor cenário de controle. The seismic excitation on buildings can cause high amplitude of vibrations and generate many damages that, in some cases, lead to the collapse of the structure. In this scenario, the structural control is a tool that can reduce excessive vibrations and improve the performance of the building. The passive control system with Tuned Mass Damper (TMD) is a widely used technique, however, design their parameters and positions on the structure to be controlled, in order to obtain the best reduction in the dynamic response, is quite complicated. In this context, the present dissertation presents a study on the optimization of design parameters and positions of single TMD and Multiple Tuned Mass Dampers (MTMDs), utilized to the vibrations control in buildings subjected to seismic excitations, aiming to reduce the relative displacement between floors (story drift), in order to limit it to the criterion obtained in the ANSI/AISC 360-16 standard. For this, three buildings of different heights are studied and were submitted to a set of three real earthquakes and a non-stationary artificial earthquake with frequency of excitation equal to the frequency of the fundamental mode of each building. For each building, different control scenarios were proposed and to perform the optimizations, the meta-heuristic algorithm Whale Optimization Algorithm (WOA) was used. The results obtained showed that, for Building 1, all scenarios were effective to reducing the story drift, in order to adapt it to the adopted criterion and the Scenario 1-Optimized, which was equivalent to Scenario 3, with a single TMD at the top floor, it was considered the best alternative. In Building 2, it was found that all scenarios were able to control the structure and the story drift did not exceed the limit values, and Scenario 1-Optimized with a single TMD installed at the top floor, proved to be the best solution for this building. Finally, for Building 3, Scenario 4-Modified, with mass of the MTMDs equal to 6% of the structural mass, with 3 TMD arranged on the building plan, was the only one that had effective control on the response and story drift of structure, adapt it to the adopted criterion, being therefore, its best control scenario.

A busca pelo projeto ótimo de estruturas é o desejo de todos os projetistas, haja vista que os recursos materiais são limitados. Entretanto, ainda é muito comum na prática de projeto os projetistas dimensionarem as estruturas com base em normas técnicas que consideram as cargas dinâmicas como cargas estáticas equivalentes, consequentemente aumentando os custos das mesmas. Este trabalho tem como objetivo otimizar uma estrutura de concreto armado utilizando um algoritmo de otimização. Para isso, utilizou-se o algoritmo Whale Optimization Algorithm (WOA), um algoritmo do grupo dos Meta-Heurísticos, que estão em foco nas pesquisas atuais pela facilidade de implementação computacional. Como objeto de estudo utilizou-se um pórtico adaptado de uma estrutura real de concreto armado, submetido à ação dinâmica de vento gerado artificialmente, com a função objetivo sendo a minimização do volume de concreto na estrutura. Foram utilizadas as dimensões das seções transversais como variáveis de projeto, e o deslocamento máximo no topo imposto pela norma ASCE/SEI 7-16 como restrição lateral, assim como o deslocamento máximo entre pavimentos. Além da otimização realizada na estrutura, foram utilizados Atenuadores de Massa Sintonizados (AMS), em diferentes quantidades, configurações e parâmetros, em busca de diferentes soluções estruturais para a otimização da estrutura de concreto armado. Os resultados mostram que diante de todas as simulações foi possível reduzir em aproximadamente 24% o volume de concreto da estrutura, respeitando o limite máximo de deslocamento no topo exigido pela norma. The search for the optimal design of structures is the desire of all designers, given that material resources are limited. However, it is still very common in design practice for designers to design structures based on technical standards that consider dynamic loads as equivalent static loads, consequently increasing their costs. This work aims to optimize a reinforced concrete structure using an optimization algorithm. For this, the Whale Optimization Algorithm (WOA) algorithm was used, an algorithm from the group of Meta-Heuristics’ Algorithms, which are focused on current research due to the ease of computational implementation. As a study object, a portico adapted from a real reinforced concrete structure was used, submitted to the dynamic action of artificially generated wind, with the objective function of the volume of concrete in the structure. The dimensions of the cross sections were used as design variables, and the maximum displacement at the top imposed by the ASCE / SEI 7-16 standard as a lateral constraint, as well as the maximum story drift between floors. In addition to structural optimization, it was used Tuned Mass Dampers (TMD), in different quantities, settings and parameters, in search of different structural solutions to optimization of reinforced concrete building. The results show that for this situation it was possible to reduce the concrete volume of the structure by approximately 24%, respecting the maximum limit of displacement at the top required by the standard.

Dissipadores metálicos são dispositivos de proteção estrutural que dissipam energia através do mecanismo de deformação plástica dos metais. Esses dispositivos fazem parte de sistemas de dissipação de energia passiva e têm como objetivo proteger os principais componentes estruturais dos efeitos nocivos causados por excitações dinâmicas como eventos sísmicos ou fortes rajadas de vento. Este estudo descreve o processo de otimização da forma de um dissipador de energia metálico cilíndrico vazado ranhurado. Para o seu desenvolvimento foram elaboradas 5 configurações iniciais com 5 tipos diferentes de ranhuras, permitindo determinar de qual configuração o melhor modelo otimizado é obtido. Para o processo de otimização, é elaborado um código computacional utilizando a linguagem de programação Python, o qual contém as instruções a serem executadas no software de elementos finitos Abaqus. Além de conter as instruções para a geração do modelo e sua análise em elementos finitos, o código desenvolvido contém as instruções do algoritmo Simulated Annealing e as heurísticas de mudança, cabendo ao algoritmo comparar a energia dissipada por dois modelos, dependendo do critério de aceitação, uma configuração é selecionada e submetida às heurísticas de mudança de forma para gerar uma nova configuração alterando o material dos elementos de acordo com os valores de tensão obtidos. A partir dos resultados obtidos, determinou-se que através do processo de otimização proposto é possível obter modelos otimizados com comportamento histerético estável e com uma capacidade de dissipação de energia significativamente maior que os modelos iniciais. Finalmente determinou-se que através de ranhuras do tipo vertical é possível obter um modelo otimizado com maior capacidade de dissipação de energia e usando menos iterações no processo de otimização. Metal sinks are structural protection devices that dissipate energy through the plastic deformation mechanism of metals. These devices are part of passive energy dissipation systems and aim to protect the main structural components from the harmful effects that can cause dynamic excitations such as events seismic or strong gusts of wind. This study describes the optimization process of the shape of a metallic cylindrical plate damper. For its development, 5 initial configurations were elaborated with 5 different types of slits to determine from which configuration the best optimized model is obtained. For the optimization process, a code is elaborated using the Python programming language, the code contains the instructions to be executed in the Abaqus finite element software. In addition to containing the instructions for the generation of the model and its analysis in finite elements, the code contains the instructions of the Simulated Annealing algorithm and the change heuristics, and the algorithm must compare the energy dissipated by two models, depending on the acceptance criteria, a configuration is selected and subjected to shape change heuristics to generate a new configuration by changing the material of the elements according to the stress values obtained. From the results obtained, it was determined that through the proposed optimization process it is possible to obtain optimized models with stable hysteretic behavior and with a significantly higher energy dissipation capacity than the initial models. It was finally determined that through slits of the type vertical is possible to obtain the optimized model with greater energy capacity and using fewer iterations in the optimization process.

Earthquakes can cause vibration problems in many types of structures, generating large displacements. The interstory drift is a design criterion very used in seismic analysis and the structural control is an alternative to reduce these displacements and improve the performance of these structures adapting them to the imposed criteria. TMD is a device widely used due to the simple principle of operation and many successful applications in real life practice. This paper investigates the use of optimized TMD for reduction of maximum horizontal displacement at the top floor and interstory drift of a steel building under seismic excitation considering three scenarios: single TMD at the top floor; MTMD horizontally arranged at the top floor; and MTMD vertically arranged on the structure. By a metaheuristic optimization algorithm, the parameters and positions of the devices are obtained. Three real and one artificial earthquakes are employed in the simulations. The results showed that all proposed scenarios are efficient in reducing top floor response and interstory drift to values below of the interstory drift limits allowed by the standard code consulted. However, Scenario 2 presented the best reduction for the top displacement and interstory drift to the critical floor for the worst earthquake considered.