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Les structures spéciales
Plan de travail
Définition
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
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 suspendues
La 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 tend
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 plissées
Dans 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
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Cours Structure: Les structures spaciales

  • 2. Plan de travail Définition 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
  • 3. 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
  • 4. 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 Tour Eiffel
  • 5. Les différentes en treillis poutres
  • 6. 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.
  • 7.
  • 9. 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
  • 11.
  • 12.
  • 13.
  • 14. 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.
  • 16.
  • 18.
  • 19. le viaduc de Millau
  • 20.
  • 21.
  • 23. Le pont de premier mai
  • 24. 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
  • 25. Fabrique de papier (1961/1963) avec la collaboration de Nervi Le chevalet en béton armé et l’épure de l’armature
  • 26. Une gare de péage du pont de l’île de Ré (1988)
  • 27. a3- résille de câbles à courbures inversées
  • 28. B- les tentes ou membranes suspendues La 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
  • 29. 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)
  • 30. 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)
  • 31. Allée piétonne en forme de chapeau chinois inversé (impluvium) Hall de gare en mutlicônes ( 2001 gare de Lourde)
  • 32. Prédeau d’école à membrane tend en forme heper parabolique Couverture d’une tribune en multi cônes en forme de chapeau chinois ( 1996 Ladies pavillon)
  • 33. 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
  • 34.
  • 35. couverture en structure sur mât flottant à double membrane gonflée (2002)
  • 36. C- Système à surface actives les surfaces plissées Dans 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.
  • 37. Magasins Sears à Tempa ( Floride) l Stade de Florence Le palais de l’ UNESCO à Paris
  • 38. 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.
  • 39. 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
  • 40. 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.
  • 41.
  • 42. COQUES DE HEINZ ISLER TENNIS DE CRISSIER,
  • 43. 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
  • 44. Petit Palais des Sports, Rome (1956/1957) Vue générale de l’intérieur
  • 45. 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
  • 46. Voiles et coques de PULLY, AULA EPFL, CHAMONIX, WANGEN BE A1, CRISSIER VD