Nouvelles

Dans la grande tapisserie de l'architecture moderne, la construction à ossature d'acier se dresse comme un héros méconnu - sa force et son adaptabilité remarquables soutenant d'innombrables gratte-ciel à couper le souffle tout en transformant fondamentalement notre compréhension de la hauteur et des possibilités des bâtiments. Sans cette technologie révolutionnaire, ces structures imposantes perçant les nuages seraient peut-être restées confinées aux plans des concepteurs ou se seraient manifestées sous des formes entièrement différentes. L'ossature d'acier, avec son squelette robuste, soutient non seulement les horizons urbains modernes, mais offre également une liberté et une innovation sans précédent dans la conception architecturale.

La construction à ossature d'acier, comme son nom l'indique, est un système de construction squelettique composé de colonnes et de poutres en acier. Le cœur de ce système réside dans sa conception structurelle unique, qui répartit uniformément le poids d'un bâtiment sur l'ensemble de la charpente, lui permettant de défier la gravité et de s'étendre vers le haut indéfiniment. Remplaçant les anciennes charpentes en fonte, l'ossature en acier est devenue le choix dominant dans la construction du 20e siècle et continue d'influencer le développement architectural moderne.

L'essence de l'ossature en acier réside dans la forme en coupe transversale de ses composants, en particulier la poutre en I ressemblant à la lettre "I". Cette conception n'est pas arbitraire, mais résulte de calculs mécaniques précis. La forme distinctive des poutres en I leur permet de résister efficacement à diverses contraintes, assurant la stabilité et la sécurité structurelles.

Les colonnes en acier présentent des ailes (les extrémités horizontales de la poutre en I) plus épaisses et plus larges que celles des poutres, ce qui améliore leur capacité à résister aux contraintes de compression et à maintenir la stabilité verticale. Ces supports verticaux supportent une énorme pression vers le bas, les ailes épaissies empêchant le flambage ou l'effondrement. Au-delà des poutres en I, des tubes en acier carrés et circulaires sont fréquemment utilisés, parfois remplis de béton pour une résistance supplémentaire. Ces sections tubulaires offrent une excellente résistance à la torsion contre les forces latérales, tandis que le remplissage en béton améliore la capacité de charge et la résistance au feu.

Les méthodes de connexion entre les poutres et les colonnes sont tout aussi cruciales. Les structures en acier modernes utilisent généralement des boulons et des fixations filetées, tandis que les rivets étaient historiquement prédominants. Les boulons offrent une commodité d'installation et une possibilité de retrait, facilitant l'entretien et les modifications, tandis que les rivets offrent une résistance de connexion et une résistance au cisaillement supérieures pour les applications à forte charge.

L'âme centrale des poutres en I est généralement plus large que celle des colonnes pour résister aux moments de flexion plus importants se produisant dans les poutres, empêchant ainsi la déformation. En tant que supports horizontaux supportant le poids des planchers et des toits, les poutres nécessitent des âmes plus larges pour maintenir leurs propriétés anti-flexion.

Les ossatures en acier sont généralement recouvertes de grandes plaques d'acier formant des moules ondulés. D'épaisses couches de béton renforcées de barres d'acier sont coulées sur celles-ci pour créer des dalles de plancher solides. Cette combinaison exploite la résistance à la compression du béton et la résistance à la traction de l'acier, produisant un matériau composite capable de gérer les deux types de contraintes pour une durabilité améliorée.

D'autres méthodes incluent des dalles de béton préfabriquées avec des couches de nivellement - bénéfiques pour une construction rapide - ou des systèmes de plancher surélevé dans les immeubles de bureaux qui créent un espace entre les dalles structurelles et les planchers finis pour les câbles et les conduits, améliorant l'accessibilité et l'adaptabilité de la maintenance.

L'acier ramollit à des températures élevées, ce qui peut entraîner un effondrement partiel, ce qui rend la protection contre l'incendie essentielle pour la sécurité des occupants et la préservation structurelle. Les méthodes de protection courantes incluent l'encastrement des colonnes dans de la maçonnerie, du béton ou des panneaux de gypse - des matériaux avec d'excellentes propriétés d'isolation thermique qui retardent le transfert de chaleur aux éléments structurels.

Les poutres peuvent recevoir un encastrement en béton, des pulvérisations ignifuges ou une protection grâce à des ensembles de plafond classés. Notamment, l'amiante - autrefois un matériau ignifuge populaire - a été progressivement supprimé dans les années 1970 en raison des risques pour la santé établis.

Les murs extérieurs se fixent aux ossatures en acier grâce à diverses techniques de construction tout en présentant divers styles architecturaux. Au-delà des fonctions esthétiques, ces façades servent de barrières environnementales critiques. Les matériaux allant de la brique, de la pierre et du béton armé au verre architectural, aux panneaux métalliques ou même à la simple peinture protègent l'ossature en acier des dommages causés par les intempéries tout en répondant aux exigences de conception.

Au-delà de l'ossature en acier lourde conventionnelle, l'ossature en acier léger (LSF) utilise des tôles d'acier galvanisé formées à froid en montants pour les applications résidentielles, commerciales et industrielles. Ce système comprend des rails horizontaux fixés aux planchers et aux plafonds avec des montants verticaux généralement espacés de 16 pouces (410 mm), fixés par des fixations.

Les profils résidentiels courants comprennent des montants en forme de C et des rails en forme de U, avec des épaisseurs allant de 12 à 25 jauges. Les jauges plus épaisses (12-14) gèrent des charges axiales importantes dans les structures porteuses, tandis que les jauges moyennes (16-18) résistent aux forces latérales comme les vents d'ouragan. Les montants plus fins de calibre 25 conviennent aux cloisons intérieures non porteuses. Les ailes de montants (1 ¼-3 pouces de large) s'adaptent aux finitions murales, avec des ouvertures d'âme (1 ⅝-1 ¼ pouces) permettant le routage des services publics.

Les fabricants produisent des tôles d'acier galvanisé comme matériau de base pour les profilés formés à froid grâce à des procédés de profilage. Le rapport résistance/poids élevé de l'acier permet une flexibilité de conception pour les longues portées et la résistance aux charges sismiques et éoliennes. Une installation d'isolation appropriée est cruciale pour éviter les ponts thermiques - zones de transfert de chaleur accru - à travers les couches d'isolation extérieure (ruptures thermiques).

L'espacement standard des montants est de 16 pouces sur centre pour les maisons (variant selon les exigences de charge) et de 24 pouces pour les murs des bureaux, sauf autour des ascenseurs et des cages d'escalier.

L'ossature en acier laminé à chaud implique de chauffer les composants en acier au-dessus de la température de cristallisation (1 700 °F/930 °C) pour affiner la structure du grain et aligner les réseaux cristallins avant le laminage de précision dans les profils souhaités. Ce processus améliore la résistance et la ténacité, ce qui le rend idéal pour les structures lourdes.

Par rapport à l'acier formé à froid, les profilés laminés à chaud présentent une plus grande épaisseur et des dimensions plus importantes, offrant une résistance supérieure avec une déformation minimale sous de lourdes charges. Bien que les coûts initiaux soient plus élevés, leur efficacité dans les projets à grande échelle - nécessitant moins d'éléments pour des portées équivalentes - offre des avantages économiques pour les constructions importantes.

La transition du fer à l'acier en tant que principal matériau structurel a progressé lentement. Le premier bâtiment à ossature de fer - Ditherington Flax Mill - est apparu en 1797, mais l'acier n'est devenu largement disponible qu'après la méthode de production d'Henry Bessemer en 1855. En 1870, un acier à haute résistance abordable avec une bonne ductilité est apparu, bien que le fer forgé et la fonte soient restés prévalents en raison des défis de production liés aux minerais riches en phosphore - un problème résolu par Sidney Gilchrist Thomas en 1879.

L'ère de la construction en acier à faible teneur en carbone fiable a commencé vers 1880, lorsque la qualité de l'acier s'est suffisamment stabilisée pour une utilisation architecturale.

Le Home Insurance Building (1885) a été le pionnier de la construction squelettique en éliminant le rôle porteur de la maçonnerie. Aux États-Unis, le Rand McNally Building (1890, Chicago) est devenu la première structure à ossature d'acier, tandis que le Royal Insurance Building de Liverpool (conception de 1895, construction de 1896-1903) a introduit la technologie en Grande-Bretagne.

En tant que technologie de construction mature, l'ossature en acier joue un rôle essentiel dans l'architecture moderne. L'innovation continue se concentre sur la durabilité grâce à des matériaux et des techniques respectueux de l'environnement, ainsi que sur des méthodes de construction intelligentes utilisant la modélisation des informations du bâtiment (BIM) et la robotique pour une efficacité et une qualité accrues. L'ossature en acier continuera sans aucun doute à mener les progrès architecturaux vers des espaces de vie plus sûrs et plus confortables.

Rapport résistance/poids élevé : Permet une plus grande capacité de charge avec un poids structurel réduit.

Construction rapide : La préfabrication en usine permet un montage rapide sur site.

Flexibilité de conception : Permet de plus grandes portées ouvertes et des espaces adaptables.

Résistance sismique : Fonctionne bien dans des conditions de tremblement de terre.

Durabilité : L'acier est hautement recyclable, minimisant les déchets.

Vulnérabilité au feu : Nécessite des mesures complètes de protection contre l'incendie.

Sensibilité à la corrosion : Nécessite des traitements de protection contre la rouille.

Coûts des matériaux plus élevés : Les prix de l'acier augmentent les dépenses de construction initiales.

Aciers haute résistance avancés : Réduisent la taille des éléments et le poids structurel.

Technologies vertes : Réduisent la consommation d'énergie et l'impact environnemental.

Construction intelligente : Intègrent des outils numériques pour la précision et l'efficacité.

Systèmes préfabriqués : Développent les techniques de construction modulaire.

La construction à ossature d'acier a profondément influencé l'architecture moderne et continuera d'évoluer pour relever les défis futurs tout en façonnant les horizons du monde entier.