Le document présente les structures spéciales et leurs types, notamment les systèmes à vecteurs actifs, formes actives et surfaces portantes, en mettant en avant leurs caractéristiques et applications. Il détaille également l'évolution et les principes de ces structures, comme les treillis, câbles et membranes, illustrés par des exemples emblématiques. Ces structures, souvent légères et esthétiques, ont révolutionné l'architecture moderne par leur capacité à franchir de grands espaces tout en minimisant l'utilisation de matériaux.

1. Les structures spéciales

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.

8. les treillis spatiaux

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

10. Le hangar national

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.

15. a1- les ponts

17. Les différentes poutres- caisson

19. le viaduc de Millau

22. La connections des haubans

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

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.

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