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conception | typologies | systèmes | details | realisations | liens |
Fiches Techniques, à télécharger en format pdf: Denivellements d'appuis-1
La Conception des Structures Tridimensionnelles
| Les
informations suivantes sont destinées à donner
aux
architectes et concepteurs quelques bases à la conception de
structures tridimensionnelles simples. Cependant, du fait de la multitude des paramètres influant sur le comportement des structure, leur aspect architectural, leur coût, et des spécificités des différents systèmes, il ne peut s'agir que de recommendations et suggestions. |
Le choix de la modulation: La plupart des systèmes de Structures Tridimensionnelles permettent de réaliser tous types de géométries, régulières ou non, à modulation carrée, rectangulaire, triangulaire, ou autres. S'agissant de charpentes classiques où la recherche d'efficacité est le principal critère, on préfèrera une modulation carrée ou rectangulaire. A l'évidence, lorsque le projet le permet, le choix de modulations simples est une source d'économies, d'homogénéité, et de standardisation des détails de coordination avec les autres corps d'état. Cependant, de très nombreuses géométries sont envisageables; quelques exemples sont donnés au chapitre des typologies. Dimensions des modules Il n'existe aucun standard en la matière, mais il y a des règles qui abaissent les coûts, les délais, et améliorent la qualité architecturale des réalisations. Le nombre, et donc les dimensions des modules, est d'abord lié à la portée entre appui de l'ouvrage, et également des charges appliquées. En général, pour des charpentes de 20 à 50m de portée, le nombre de modules pourra varier de 8 à 12, voire 15. Le tableau ci après propose une modulation pour quelques portées courantes:
Les principaux systèmes de structures tridimensionnelles utilisent des tubes d'acier. Ceux ci sont généralement produits en longueur standard de 6 ou 12m; on essaiera donc de moduler les structures à 3m pour les portées courantes d'une trentaine de mètres. La dimension des modules a une influence prépondérente sur le coût des structures. En effet, la partie la plus onéreuse à fabriquer étant le noeud d'assemblage, on recherchera à en limiter le nombre, et de même pour le nombre de tubes afin de limiter les temps d"assemblages. Le tableau ci-après montre la variation du nombre de composants selon la modulation, pour un ouvrage de 30m x 30m:
D'autres critères doivent guider le choix de la modulation, notamment le type de couverture. En général, à la structure principale est adjoint un réseau de pannes correspondant à la modulation, et supportant la couverture. On essaiera donc de faire concorder les portées admissibles du bardage avec la modulation. Epaisseur de nappe La distance entre nappes hautes et basses est là aussi libre. On préfèrera souvent une hauteur égale à un demi module pour des raisons architecturales. Cependant, l'épaisseur optimale est en général plus importante, notamment pour les portées moyennes, et est de l'ordre de 1/16ème de la portée. Lorsque les charges sont anormalement élevées, par exemple charge de neige en altitude, l'épaisseur de nappe devra être augmentée. Idéalement, l'épaisseur de nappe devrait être module x 20.5 / 2 qui permet d'obtenir la même longueur pour tous les éléments. Pour des raisons esthétiques, mais aussi constructives, on pourra concevoir des structures à épaisseur variable, comme le montre les exemples ci-contre. La question ne se pose plus pour les structures à simple nappe, mais seules certaines formes permettent l'utilisation de systèmes réticulés. Structures à simple nappe Les simples nappes présentent une rigidité propre quasi nulle; c'est donc la forme et les conditions d'appuis de l'ouvrage qui vont assurer sa stabilité. Les formes planes, ou proches du plan, ne peuvent se concevoir en simple nappe, du fait que l'équilibre des forces extérieures et intérieures ne peut être assuré, ces dernières devant être considérablement plus importantes pour obtenit une force résultante d'équilibre si la surface est proche du plan, comme le montre les exemples ci-après. En outre de telles situation peuvent engendrer le flambement local de la structure.
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La stabilité des ouvrages et la conception des supports: Les structures tridimensionnelles à double nappe, donc ayant une rigidité propre, s'accomodent de nombreuses conception d'appuis, sur pratiquement tous types de supports, en général poutres et poteaux béton ou acier. La stabilité d'ensemble doit être tout d'abord soigneusement étudiée. L'avantage considérable offert par les structures tridimensionnelle est leur aptitude à transmettre tous types d'efforts, en particulier dans son plan, rendant inutiles les contreventements horizontaux. - Dans le cas d'appuis sur poteaux métalliques articulés (exemple 1 ci-contre), la stabilité d'ensemble est assurée par contreventements classiques en long-pans et pignons. - Dans le cas d'appuis sur poteaux métalliques encastrés, ou poteaux béton, on choisiera de bloquer horizontalement la structure en un minimum de points, si possible un point au centre des longs-pans et des pignons, et de préférence parallèlement aux voiles ou portiques de stabilité selon exemple 2. Les appuis ne devant pas transmettre d'efforts horizontaux seront glissants au moyent de plaques de Téflon ou autre, ou encore montés sur plaques d'élastomère éventuellement fretté. Ce dernier dispositif procure l'avantage d'une excellente répartition des efforts horizontaux aux appuis, d'une parfaite maîtrise des contraintes et déformations d'appuis, et absorbe une partie de l'énergie engendrée par des efforts sismiques par exemple. Les structures à simple nappes nécessitent une conception d'appuis très différente. Du fait de la quasi-absence de rigidité propre, il sera souvent nécessaire de brider les appuis en périphérie de la nappe, ce qui n'est envisageable que si la structure s'appuie sur un bloc (sans joint de dilatation), ou d'étudier une conception avec treillis de rive tridimensionnel, comme le dôme ci -dessus, qui se contente alors de 3 supports. Enfin,
les enveloppes
architecturales - structures
enveloppant un volume dans les plans horizontaux et verticaux - assurent
à elles seules la stabilité d'ensemble
de
l'ouvrage.
Dans tous les cas, les Structures Tridimensionnelles ne reportent sur leurs appuis que des efforts axiaux, donc pas de moments d'encastrement (sauf moments locaux dûs aux excentrements des efforts), et sont un gage d'économies pour les ouvrages qui les supportent. |
 1 - Appuis sur poteaux métalliques articulés  2 - Blocage sur voile ou palée de contreventement  Fonctionnement des appuis elastomère  Enveloppe architecturale |
