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