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Construire en hauteur : choix de techniques

A l’occasion du congrès Woodrise qui se tiendra du 12 au 15 septembre à Bordeaux, Wood Surfer vous propose de découvrir un choix de techniques pour construire en hauteur.

Trois études de cas de systèmes constructifs bois ont été réalisées dans le cadre de l’Adivbois explorant la capacité de construction d’immeubles bois de grande hauteur. Elles sont décrites dans le « Vade-Mecum des immeubles à Vivre Bois » publié par l’association. François Consigny, président de la commission technique de l’Adivbois, présente les grandes lignes de ces travaux. 

Cette étude a pointé les défis qu’il reste à relever et les points de vigilance nécessaires à la conception d’immeubles en bois de grande hauteur. Du point de vue structurel notamment, la raideur de grands assemblages en bois devra faire l’objet d’une attention particulière et d’investigations ou de recherches complémentaires. De même, l’amortissement des structures en bois, compte tenu du caractère dimensionnant des effets dynamiques avec la grande hauteur, est un point sensible qui reste à approfondir. Dans le cadre des travaux des différents ateliers de la commission technique Adivbois, les interactions avec les contraintes acoustiques et de sécurité incendie ont été également investiguées . Les limitations de la propagation de l’incendie et des transmissions de bruits imposent dans certains cas de cacher le bois structurel. Des compromis doivent donc être trouvés entre le « vivre bois » et les niveaux de performances souhaités.

Poteaux-poutres – 20 étages

Dans ce premier cas de figure, le contreventement de l’immeuble est réalisé par une grille de poteaux et poutres encastrés en façade. Un noyau central en CLT peut compléter la structure, si sa hauteur l’exige. Entre ces deux tubes structurels, le plan d’étage est libre, adapté à une utilisation en bureaux. De plus, la redondance structurelle des poteaux de façade permet de réduire sa vulnérabilité. Cette typologie a été testée pour des immeubles jusqu’à 20 étages avec de bons résultats. En revanche, les poteaux et poutres de façade deviennent imposants dans les étages inférieurs et restreignent la possibilité de créer des ouvertures (jusqu’à 50×80 cm pour un poteau en façade de rez-de-chaussée).

Le défi posé par cette solution est l’assemblage des poteaux et poutres en façade. En effet, ce système est très sensible à la perte de raideur dans les assemblages, notamment dans le cas de grosses sections. Deux solutions ont été étudiées pour optimiser la transmission de moments : un assemblage classique ou des technologies de goujons collés. Par ailleurs, l’utilisation de feuillus, dont la raideur est plus importante, permettrait une meilleure rigidité de la grille de portiques.
Cette solution de contreventement étant la moins rigide, il peut être envisagé de la combiner avec d’autres solutions dans le cas d’immeubles de grande hauteur : triangulation ou ajout de voiles refends.

Murs refends – 30 étages

Dans le deuxième cas étudié, la structure porteuse est constituée de murs en panneaux de CLT qui assurent également le contreventement de l’ouvrage. Fortement cloisonné, le plan d’étage est adapté à une utilisation en logement, peu flexible. En revanche, la hauteur d’étage peut être réduite grâce à l’absence de retombées de poutre. De plus, l’aménagement de la façade est assez libre car elle est libérée de son rôle de contreventement. Cette stratégie structurelle a été dimensionnée pour résister au vent et au séisme jusqu’à 32 étages.

La recherche sur cette typologie a porté sur la modélisation des panneaux CLT. N’étant pas aujourd’hui normalisées par les Eurocode, les caractéristiques des panneaux et leurs rigidités ont été précisément étudiées. L’assemblage entre panneaux est également un point critique de la conception. L’étude a montré que, sur la hauteur de la tour, 40% du déplacement est dû à la déformation des assemblages, tandis que 40% est dû à la flexion, et 20% au cisaillement dans le panneau.
Dans cette typologie, une attention doit être portée à l’habillage des panneaux CLT. En effet, il peut être nécessaire d’encapsuler les panneaux pour éviter la propagation des bruits. En fonction des performances acoustiques souhaitées, le bois doit donc être caché.

Exosquelette – 35 étages

Dans la typologie « exosquelette », chacune des quatre faces de l’immeuble est constituée de grands treillis en bois lamellé-collé. Ce type de structure permet la plus grande transparence de la façace, traversée seulement ponctuellement par des diagonales. Par ailleurs, en reportant la résistance latérale essentiellement à la périphérie, le plan d’étage est libre et réversible. Cette stratégie s’est montrée efficace pour des immeubles de grande hauteur : jusqu’à 35 étages, l’exosquelette permet de résister au vent et au séisme tout en garantissant un confort d’usage.

L’enjeu central de cette typologie est à la conception des connexions entre les différents éléments de sections importantes. Les treillis dimensionnés par leur rigidité : il est donc crucial de réduire la perte de raideur dans les assemblages. A cet effet, différentes stratégies ont été étudiées. D’une part, le découpage de la structure en un minimum d’éléments permet de réduire le nombre d’assemblages et leur influence. D’autre part, les jeux de montage font augmenter les déplacements et donnent un caractère non linéaire pénalisant pour la structure. En évitant l’inversion d’efforts dans les poteaux, l’étude a montré qu’une partie des jeux est évitée.
Par ailleurs, des solutions technologiques sont à développer pour réduire les tolérances à l’aide de la préfabrication. Assemblés en usine, ou à l’aide de connecteurs sans jeux, les éléments bois peuvent être mieux sollicités.

Cet article est paru dans le numéro 100 de Wood Surfer >

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