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CNST-P2008 Structures 2 / Partie "Fonctionnement des structures" 08-06-2021 Ens

CNST-P2008 Structures 2 / Partie "Fonctionnement des structures" 08-06-2021 Enseignant : Th. VILQUIN @ ULB Architecture 1/11 ANALYSE DE CAS * Cette partie de l'examen est à cahier ouvert. * Remarque : dès lors, recopier des extraits du syllabus est parfaitement inutile… Nous nous pencherons sur les colonnes en pleine hauteur soutenant le toit vitré du centre commercial Docks Bruxsel1, à Bruxelles (Art & Build2 + BESIX3 et TPF4, 2016). Figures 1 et 2i Vous trouverez encore d'autres photos sur https://fr.wikipedia.org/wiki/Docks_Bruxsel. Remarque : les autres photos permettent de voir qu'il y a bien 4 branches par colonne, même si ici on n'en voit que 3, suite à l'angle choisi pour ces deux photographies. 1 https://docksbruxsel.be/fr. 2 www.artbuild.com/work/docks-bruxsel. 3 www.besix.com/fr/projects/docks-bruxsel. 4 www.tpf.eu/fr/projects/docks-bruxsel-3. CNST-P2008 Structures 2 / Partie "Fonctionnement des structures" 08-06-2021 Enseignant : Th. VILQUIN @ ULB Architecture 2/11 Vidéos : www.youtube.com/watch?v=wmpEOnHBxIk, https://caviar.archi/docks-bruxsel- brussels-belgium, www.youtube.com/watch?v=JzAyALpMyeo. Analysez la qualité de la conception structurale de ces colonnes, selon le canevas vu au cours, en argumentant. Remarque : comme d'habitude, vous n'êtes pas obligé-e-s d'inclure la technologie dans l'analyse. Mais si vous avez une réflexion à ce sujet, notez-la : cela ne pourra pas vous pénaliser, uniquement vous servir éventuellement de bonus. 1. Identification des éléments de l'analyse poste caractéristiques de l'élément étudié parti structural morphologie - colonnes arborescentes - "tronc" de section constante, ronde, manifestement creuse (une section pleine en acier de ce diamètre ne serait pas nécessaire pour reprendre juste une charge de toiture) ; il est vraisemblablement encastré dans une dalle de fondation - 4 "branches" symétriques, composées de plats, donc de section rectangulaire très allongée, et de taille décroissante vers leurs extrémités ; elles sont encastrées au tronc et articulées au toit matériau - acier (les tubes sont possiblement remplis de béton en plus) - peint en blanc ; cette peinture fait sans doute simultanément office de protection au feu (peinture intumescente) dimensions principales - hauteur totale d'environ 15 à 20 m. Remarque : cette dimension découle de la conception générale du bâtiment, et ne relève donc pas de choix de conception pour les colonnes prises isolément ; elle n'est donc pas discutée dans l'analyse. - le branchage lui-même se développe sur environ 4 m de hauteur - inclinaison des branches : environ 45° CNST-P2008 Structures 2 / Partie "Fonctionnement des structures" 08-06-2021 Enseignant : Th. VILQUIN @ ULB Architecture 3/11 - entraxe entre colonnes : environ 10-15 m architecture programme centre commercial contexte interne - le toit vitré porté par les colonnes, légèrement plissé, et composé, en guise de structure primaire, d'un réseau parallèle de poutres en acier peintes en blanc - dalles d'étage probablement en béton, avec des revêtements de sol de couleur claire - quelques éléments d'aménagement semblent également pertinents : revêtements de "façades" clairs (du moins à l'étage), souvent en métal (tuiles de zinc, résille en "bulles") contexte externe5 - zone commerciale - voies d'eau : canal, Senne - zones industrielles - ancien site industriel (foyer Godin) - voies de chemin de fer, arrêts de tram, pont Van Praet - parc de Laeken technologie - Les branches (probablement découpées au laser, donc fabriquées sur mesure) sont soudées sur le tronc. - Les colonnes entières sont probablement préfabriquées – sinon la soudure des branches aurait dû être réalisée en hauteur, alors que leur positionnement exact est important. 2. Cohérence interne du parti structural Remarque préliminaire : la section rectangulaire des branches attire immédiatement l'attention, puisque ce n'est pas une forme efficace pour des pièces censées travailler principalement en compression. La situation s'éclaircit partiellement lorsque l'on remarque que, du fait que le toit soit plissé, il semble qu'il manque au moins une partie des habituels butons et/ou tirants horizontaux entre extrémités des branches ; c'est-à-dire que dans une direction, il y a bien des poutres droites qui peuvent jouer ce rôle, mais dans l'autre, on trouve des poutres qui sont "croquées" et donc ne peuvent aisément travailler en traction ou compression : 5 Voir www.google.com/maps/@50.87947,4.372902,19z. CNST-P2008 Structures 2 / Partie "Fonctionnement des structures" 08-06-2021 Enseignant : Th. VILQUIN @ ULB Architecture 4/11 Figure 3ii Pourtant, cette anisotropie ne se retrouve pas dans le dessin des branches, qui restent parfaitement symétriques entre elles… Disons que le choix des sections plates, leur hauteur variable, leur encastrement dans le tronc, et les images de chantier où les branches tiennent toutes seules (même si ce n'est encore que sous leur poids propre) suggèrent un fonctionnement sans compensation des poussées horizontales en tête des branches. Figure 4iii Par conséquent, les branches, en tant que poutres-consoles (poutres en porte-à-faux), seraient le siège d'une flexion conséquente (qui se combine à la compression du transfert des charges du toit, pour donner de la flexion composée) – alors que dans une colonne arborescente "classique", les branches restent bien sollicitées principalement en compression. Dans ce cadre, les sections rectangulaires (posées debout) seraient alors parfaitement adaptées, comme pour n'importe quelle poutre. CNST-P2008 Structures 2 / Partie "Fonctionnement des structures" 08-06-2021 Enseignant : Th. VILQUIN @ ULB Architecture 5/11 Résumons : - soit les poutres croquées peuvent faire office de tirants, et alors les branches restent sollicitées principalement en compression, de sorte que leur forme de section découle d'autres impératifs – par exemple architecturaux, pour la pénétration de la lumière naturelle, et/ou technologiques, avec l'évitement de la complexité de l'assemblage de tubes ; - soit les poutres croquées ne peuvent faire office de tirants (au contraire des poutres droites qui leur sont perpendiculaires), et la symétrie des branches entre elles est illogique ; elle relèverait donc probablement plus d'une volonté architecturale (par exemple, de préserver l'iconographie d'arbre, exploitée comme on le verra plus loin). La situation reste floue, donc… Morphologie et matériau : le tronc travaille en compression, et les branches en flexion composée (hypothèse, cf. ci-dessus). L'acier, avec ses résistances comparables en traction et en compression, est donc parfaitement approprié. En revanche, sur un plan plus "sensible", l'iconographie naturelle associée à la colonne arborescente contraste avec le caractère industriel de l'acier (certes atténué par la couleur blanche, qui le dénature) – tout comme avec la régularité géométrique des dimensions principales des branches. Morphologie et dimensions principales : les colonnes arborescentes sont idéalement adoptées pour reprendre une charge restreinte, telle qu'un toit (vu le coût), et ce sur une grande hauteur (vu que les branches peuvent gêner le passage) ; elles sont donc parfaitement indiquées ici. L'inclinaison des branches correspond à l'optimum. La section tubulaire adoptée pour les troncs représente la forme la plus avantageuse pour une colonne, et y recourir est ici particulièrement indiqué vu la grande hauteur de celle-ci. Matériau et dimensions principales : la grande hauteur et le diamètre restreint des "troncs" confèrent aux colonnes un élancement élevé, et donc un risque de flambement important ; dès lors, tout cela appelait effectivement un matériau hautement rigide tel que l'acier. L'entraxe important, quant à lui, induit des charges relativement élevées sur les colonnes, même si elles ne soutiennent qu'un toit, de sorte que la grande résistance de l'acier soit également mise à profit. CNST-P2008 Structures 2 / Partie "Fonctionnement des structures" 08-06-2021 Enseignant : Th. VILQUIN @ ULB Architecture 6/11 3. Conjonction entre parti structural et aspects architecturaux 3.1. Par rapport au programme : Morphologie En ce qui concerne la forme arborescente : La colonne arborescente permet de diminuer le nombre d'appuis au sol, ce qui est appréciable dans un lieu fort fréquenté tel qu'un centre commercial. Cette diminution du nombre de colonnes minimise également les obstacles visuels qui pourraient diminuer la visibilité des enseignes. La morphologie arborescente, en fournissant aux poutres du toit plus d'appuis, et donc des portées réduites, permet que leur section soit plus fine, ce qui revêt un intérêt particulier à partir du moment où il s'agit d'une verrière, et que la pénétration de la lumière naturelle constitue manifestement un des enjeux majeurs du projet. Dans le même esprit, l'arborescence permet à la colonne de se dématérialiser à l'approche du toit, et donc de ne pas obstruer le flot de lumière naturelle qui s'en déverse. On peut aussi considérer que les branches attirent l'attention vers le haut, donc vers l'étage où se trouvent encore d'autres commerces. Le côté inhabituel, voire spectaculaire, des colonnes participe également de la nécessité d'attirer le chaland, et est donc en ligne avec le programme. Plus précisément, l'iconographie de l'arbre (certes peu marquée car il n'y a qu'un seul étage de branches ; mais soutenue par le fait que celles-ci se découpent sur un toit transparent, avec le ciel derrière, comme en forêt) semble ici devoir relever : - d'un témoignage assez littéral de la volonté de faire de ce centre commercial un projet exceptionnellement écologique : labellisation Breeam, façades végétalisées, etc. - d'une intention architecturale de créer un espace extérieur couvert, de par le toit vitré, l'absence de chauffage, la continuité du revêtement de sol entre intérieur et extérieur, et la présence de cette nature factice via les colonnes. Remarque : on jugera du caractère relativement oiseux de ce positionnement, à partir du moment où il se met au uploads/Ingenierie_Lourd/ analyse-de-cas-docks-correctif-2021-06.pdf