Download - Cours Structure: Les structures spaciales
Les structures spéciales
Plan de travailDéfinition
Les différents types de structures spéciales
A- Systèmes à vecteurs actifs
- les treillis
B- Systèmes à formes actives
- les câbles
- les membranes suspendues
- les membranes à surfaces portantes
C- systèmes à surfaces portantes
- les surfaces plissées
- les coques
Définition:
Si les systèmes de structures massifs ou à squelette font référence à la nature du matériau utilisé, dans les structures spéciales ou ce qu’on appelle structures tridimensionnelles c’est l’arrangement des matériaux qui induit la forme.
Ces dernières sont caractérisées par:
- leur grande capacité de franchir l’espace
- la stabilité apparaît indépendante de la réaction d’appuis
- elles sont indéformables et automorphes
- l’extrême économie de matière
A- les systèmes à vecteurs actifs
Les treillis, ou systèmes triangulés comme les appelle parfois, sont
devenus l’un des types de structures les plus utilisés à partir de la
révolution industrielle, lorsque le principe de la triangulation fut découvert
, expérimenté et calculé grâce au développement du calcul vectoriel. Et
c’est la tour Eiffel qui fait connaître et reconnaître les possibilités
extraordinaire de la triangulation.
Crystal Palace à Londres, 1851, arch. J. Paxton, ing. Fox Henderson
Tour Eiffel
Les différentes en treillis poutres
le pont de Bayonne ( 1931) sur le Kill à New York , que certains considèrent
comme la plus élégante des travées en arc en treillis.
La combinaison du triangle et de l’arc permet d’obtenir les énormes
résistances exigées pour le franchissement d’espaces importants.
les treillis spatiaux
Hangar construit à partir
d’éléments préfabriqués
en béton armé pour
l’aviation italienne, 1940,
ing. P.L. Nervi
Projet d’un hangar
mobile pour
l’aviation militaire
des Etats-Unis,
1951, arch. K.
Wachsmann
Le hangar national
B- les systèmes à formes actives:
a- les câbles
les câbles ( en aciers mais aussi fibres végétales ou synthétique )
ont un diamètre infime par rapport à leur longueur ce qui les rend
idéalement flexibles et par conséquent incapable de résister à des
efforts de flexion.
Si au lieu d’une charge ponctuelle, les charges sont réparties , la
forme que le câble doit prendre pour n’être sollicité qu’à la traction
est une courbe.
a1- les ponts
Les différentes poutres- caisson
le viaduc de Millau
La connections des haubans
Le pont de premier mai
a2- les toits suspendus à simple
courbure
Toiture sollicitée comme un
câble : Aéroport de Washington-
Dulles, Virginie, 1958-63,
Arch. Eero Saarinen, Ing.
Ammann & Whitney
Fabrique de papier (1961/1963) avec la collaboration de Nervi
Le chevalet en béton armé et l’épure de
l’armature
Une gare de péage du pont de l’île de Ré (1988)
a3- résille de câbles à courbures inversées
B- les tentes ou membranes suspenduesLa forme, tendue à l’intervention de poteaux intérieurs ou extérieurs
comprimés et d’ancrage soumis à traction est toujours à double courbure
inversée. Cette dernière est indissociable à l’architecture textile. Elle
permet de minimiser la tension nécessaire à la stabilité des ouvrages et
autorise les formes les plus diverses.
Selle de cheval Faîtage et vallée
:: Hyper parabolique::Chapeau chinois
Toiture à membranes tendues en
forme de chapeau chinois d’un
centre commercial
(1999 d’Asheford)
Tribune de circuit à membranes tendues sur arc en forme de selle de cheval
(1998 kuala lumpur)
Couverture d’un
aphithéatre tendu sur
arc
Couverture de gare à double membranes tendues sur arcs en
forme de selle de cheval ( 1992 gare de
Séville)
Allée piétonne en forme de
chapeau chinois inversé
(impluvium)
Hall de gare en mutlicônes ( 2001
gare de Lourde)
Prédeau d’école à membrane tendue
en forme heper parabolique
Couverture d’une tribune en multi cônes en forme
de chapeau chinois ( 1996
Ladies pavillon)
C- les membranes à surfaces portantes
Leur principe repose sur une autre de précontrainte celle qui est obtenue par l’intervention de la pression .
Le milieu qui est à l’origine de la stabilisation est souvent l’air ; mais ça peut être également un liquide (l’eau) .
1- La classification : structure à membranes simple
2- structure à membranes double ou multiples
couverture en structure sur mât
flottant à double membrane
gonflée (2002)
C- Système à surface actives
les surfaces plisséesDans ces systèmes, la surface apparaît comme élément porteur et
séparateur . Contrairement au treillis spatial l’élément de départ n’est
plus la barre mais la surface plane développée entre deux plis.
Les plis sont l’élément fondamental : ils constituent par la forme
qui’ils engendrent un système dont le moment d’inertie équivaut à
celui d’une poutre rectangulaire de hauteur égale à la hauteur de la
pliure et de largeur égale à la sommes des largeurs horizontales des
deux plaques.
Magasins Sears à Tempa ( Floride)
l
Stade de Florence Le palais de l’ UNESCO à Paris
Les coques
comme toutes les structures tridimensionnelles, les coques existent
dans la nature ; citons la plupart des coquillages , la squelette de
l’oursin et enfin l’œuf
toutes ces coques naturelles ont en commun deux propriétés
fondamentales : la courbure de leur surface et leur extrême minceur.
Les coques de translations
un toile de translation s’obtient en faisant glisser verticalement une
courbe plane sur une autre qui lui est généralement perpendiculaire.
Coques cylindriques coques hyper paraboliques
L’Aérogare de Norma Foster (1981-1990)
la toiture est ramenée sur 36 points
porteurs répartis sur un carré de
six fois six trames et constitué d’un
groupe de poteaux reliés en acier .
Des dômes en formes de coques
recouvrent l’ensemble sur hauteur
de 15 mètres.
COQUES DE HEINZ ISLER TENNIS DE CRISSIER,
Les coques de révolution
une surface de révolution est obtenue par une courbe plane tournant
autour d’une droite de son plan
–Coques en orme de coupoles
Petit Palais des Sports, Rome (1956/1957)
Vue générale de l’intérieur
La pose des plaques métalliques a été
effectué au moyen d’un échafaudage
métallique et d’une grue agissant au
centre du bâtiment
Détails du raccordement du
chevalet en haut, le chevalet est
rattaché à la voûte par une sorte
d’éventail qui assume 1/36 de l’effort
de la couple
Voiles et coques de PULLY, AULA EPFL, CHAMONIX, WANGEN BE
A1, CRISSIER VD