Construire simplement 12

1.1 Présentation 12

1.1.1 Naissance et évolution du concept de portique de poteaux et de poutres 13

1.1.2 Trois inventions pour contourner les lois de masse 14

1.1.3 Découverte du rôle des articulations 17

1.1.4 De la découverte de l'élasticité des matériaux à la gestion de la rigidité des structures 18

1.2 Naissance et invention d'une architecture de poteaux et de poutres 21

1.2.1 Découverte du premier principe élémentaire de stabilité sous l'action des charges verticales

et horizontales, et réponse isostatique 21

1.2.2 Découverte du deuxième principe élémentaire de stabilité sous l'action des charges horizontales :

la gestion des raideurs par les liaisons 23

1.2.3 Découverte du troisième principe élémentaire de stabilité sous l'action des charges

de provenances diverses : la gestion des raideurs par l'élasticité des matériaux 29

1.3 Stabilité des ouvrages récents et contemporains en milieu isotrope 32

1.3.1 Déformations et conception des poteaux et des poutres,

comportement sous les charges verticales 32

1.3.1.1 Barycentre des masses ou centres de gravité à chaque niveau, et plan de sustentation

1.3.1.2 Les poteaux 33

1.3.1.3 Les poutres 38

1.3.1.4 Mode hyperstatique 43

1.3.2 Déformations et conception des poteaux et des poutres,

comportement sous les charges horizontales 44

1.3.2.1 Mode isostatique 45

1.3.2.2 Mode hyperstatique 46

1.3.2.3 Quelques définitions pour le traitement architectural 52

1.3.3 Démarche de conception constructive : de l'hyperstaticité à l'isostaticité 56

1.3.4 Liaisons des poteaux et des poutres 59

1.3.4.1 Articulation en pied de poteau 59

1.3.4.2 Rotule ou articulation? 61

TABLE DES MATIÈRES

1.3.4.3 Encastrement en pied de poteau 65

1.3.4.4 Articulation d'une poutre sur un poteau court 66

1.3.4.5 Articulation d'une poutre sur un poteau long 68

1.3.4.6 Encastrement d'une poutre dans un poteau 70

1.3.4.7 Articulation d'une poutre sur une poutre 75

1.3.4.8 Encastrement d'une poutre dans une poutre, dans un plan donné 77

1.3.5 Contreventements et triangulation 78

1.3.5.1 Des liaisons au contreventement des plans 85

1.3.5.2 Du contreventement des plans à la triangulation globale 90

1.3.5.3 Conception constructlve et mise en oeuvre technique des contreventements 92

1.3.6 À propos des liaisons et de la triangulation 98

1.4 Prédimensionnement en milieu homogène 101

1.4.1 Données et premières conclusions 102

1.4.2 Vérifier la répartition des masses la mieux équilibrée par les descentes de charges 102

1.4.3 Réajuster le système constructif retenu 105

1.4.4 Vérifier par le calcul l'équilibre des charges prises en compte par les portants et les porteurs 105

1.4.4.1 Première phase: calculs des inerties 106

1.4.4.2 Deuxième phase: prédimensionnement 106

1.5 Épilogue 113

CHAPITREZ LES STRUCTURES EN PORTIQUES DE POTEAUX ET DE PLANCHERS

Quand la poutre devient plancher 114

2.1 Présentation 115

2.1.1 Découverte n01 : liaison rigide des poutres aux porteurs 118

2.1.2 Découverte n02: liaisons rigides ou articulées des planchers aux porteurs? 119

2.1.3 Découverte n0 3; socle rigide et superstructure souple 119

2.1.4 Découverte n04: l'escalier, du meuble à un rôle dans la gestion des raideurs 120

2.1.5 Découverte n0 5; de la voûte au plancher 122

2.1.5.1 Le plancher en maçonnerie sur voûte 122

2.1.5.2 Le plancher en bols sur voûte 123

2.1.6 Découverte n° 6: le plancher raidisseur de structure 124

2.2 Naissance et invention d'une architecture de poteaux et de planchers 126

2.2.1 De la conception constructive à la conception architecturale 127

2.2.1.1 D'une architecture de maçonnerie 127

2.2.1.2 ... à une architecture de béton 129

2.2.1.3 D'une architecture de colombage 129

2.2.1.4 ... à une architecture de portiques 130

2.2.2 Principes fondamentaux 130

2.2.2.1 Incidence du choix de plancher 130

2.2.2.2 Conception élémentaire des poteaux et des liaisons aux planchers 132 VII

2.3 Conception des planchers, des porteurs et de leurs liaisons 138

2.3.1 Les planchers 138

2.3.1.1 Plancher béton armé à structure unidirectionnelle 138

2.3.1.2 Plancher béton armé coffré à structure bidirectionnelle 139

2.3.1.3 Plancher béton armé sur prédalle béton 140

2.3.1.4 Plancher béton armé sur bacs acier collaborants 141

2.3.2 Les poteaux 144

2.3.2.1 Poteaux courts et liaisons auxplanchers 144

£ 2.3.2.2 Les dalles portantes 145

h! 2,3.2.3 Poteaux longs et liaisons aux planchers 145

5 2.3.2.4 Liaisons amorties 147

2.4 Stabilité des ouvrages 148

2.4.1 Édifices anciens et traitement constructif et architectural 148

É3 2.4.1.1 Planchers indépendants 148

£ 2.4.1.2 Planchers solidaires 149

2.4.2 Édifices récents et contemporains et traitement constructif et architectural 149

2.4.2.1 Planchers indépendants 149

^ 2.4.2.2 Planchers solidaires 150

2.4.3 Réponses architecturales 151

CHAPITRES. LES PORTIQUES À NOYAU(X)

Concentrer les pressions sur un point de dissipation 152

3.1 Présentation 152

3.2 Naissance et évolution des portiques à noyau(x) 153

3.2.1 L'invention 153

3.2.2 Adaptation à une volumétrie architecturale de faible élévation 159

3.2.2.1 La conception des portiques 159

3.2.2.2 Le noyau monolithique 162

3.2.2.3 Le noyau monolithique dédoublé 163

3.2.2.4 Le noyau monolithique dédoublé et raidi 163

3.2.2.5 Le noyau expansé 164

3.2.2.6 Le noyau extrudé 164

3.2.3 Adaptation à une volumétrie architecturale élevée 166

o] 3.2.3.1 Liaison portiques/noyaux 166

3.2.3.2 Conception des noyaux: principe général 167

3.2.4 Adaptation à une volumétrie architecturale importante 170

3.2.4.1 Concentrer les efforts sur un noyau de réception 171

3.2.4.2 Recevoir la charge initiale sur une poutre-bouclier 172

4_j 3.3 Stabilité générale du système 175

3.3.1 Fonctionnement et conception des noyaux 175

3.3.1.1 Principe de stabilité sous effort dynamique par la recherche des plans d'équilibre 176

VIII 3.3.1.2 Gestion des raideurs par les contreventements et l'inertie du noyau 181

TABLE DES MATIÈRES

3.3.1.3 Gestion des raideurs par l'harmonisation des contreventements

et de la position des anneaux de serrage 183

3.3.1.4 Organisation des liaisons des planchers avec le noyau 190

3.3.2 Fonctionnement et conception des planchers et des poutres 195

3.3.2.1 Comportement des planchers sous sollicitations statiques 195

3.3.2.2 Comportement des planchers sous sollicitations dynamiques 195

3.4 Le noyau, récepteur «souple» de la pression transmise par les planchers 201

3.5 Épilogue 202

CHAPITRE 4. LES PORTIQUES ET LES PLANCHERS SUSPENDUS

Une façon de libérer des espaces voulus vides 204

4.1 Présentation 204

4.2 Naissance et évolution de la conception constructive des systèmes suspendus:

les cheminements de l'invention 205

4.2.1 Le porte-à-faux 205

4.2.2 L'allégement pour limiter les flexions 208

4.2.3 Le désencombrement 208

4.2.4 La mobilité des planchers 210

4.3 Les systèmes suspensifs 210

4.3.1 Mécanismes de déformations et lecture architecturale 210

4.3.2 La stabilité des porteurs 214

4.3.3 Conception générale de la stabilité 219

4.3.4 Poutres porteuses 222

4.3.5 Suspentes 228

4.3.6 Maîtrise des oscillations 232

4.4 Quelques références 234