Système structurel tubulaire : types et caractéristiques
Un système structurel tubulaire est utilisé dans les immeubles de grande hauteur pour résister aux charges latérales telles que le vent et les forces sismiques. Ces systèmes de résistance aux charges latérales permettent au bâtiment de se comporter comme un tube cylindrique creux en porte-à-faux perpendiculaire au sol. Ainsi la structure présente un comportement tubulaire contre les charges latérales.
Le système de tubes a été développé par le célèbre concepteur structurel Fazlur Rahman Khan en 1960. Il est considéré comme le père de la conception tubulaire en ingénierie structurelle. Le DeWitt Chestnut Apartment Building à Chicago a été la première structure à ossature tubulaire conçue par Khan en 1963.
Caractéristiques du système structurel tubulaire
Le système structurel tubulaire a évolué à partir du concept du système de cadre rigide qui est un cadre tridimensionnel capable de résister à toutes les charges latérales avec la structure de la façade.
Le système se compose d'un noyau interne entouré de colonnes extérieures. Les colonnes du périmètre extérieur sont étroitement espacées et liées entre elles par des poutres profondes formant un cadre rigide. Par conséquent, cet agencement crée un mur structurel dense et solide le long de l'extérieur du bâtiment.
L'ossature extérieure est conçue pour être suffisamment solide pour résister aux charges latérales agissant sur le bâtiment, permettant ainsi à l'intérieur du bâtiment de résister aux charges de gravité. Les colonnes intérieures sont peu nombreuses et situées autour de la structure centrale.
Le cadre central et les cadres périphériques sont couverts de poutres ou de fermes. Ces membres aident à transférer les charges de gravité à l'intérieur de la structure. Ce mécanisme maximise l'efficacité du tube périphérique pour résister aux moments de renversement formés en raison des charges latérales.
Types de système structurel tubulaire
Les principaux types de systèmes structuraux tubulaires sont :
- Système de tube encadré
- Système de tubes en treillis
- Système tube dans tube
- Système de tubes groupés
- Système de tube hybride
1. Système structurel de tube encadré
Le système de tube encadré est le système structurel tubulaire le plus simple et le premier de Khan. Le tube encadré peut être utilisé pour différentes formes de plan d'étage comme le carré, le circulaire, le rectangulaire et la forme libre.
Le système structurel tubulaire encadré se compose de colonnes extérieures étroitement espacées qui sont reliées de manière rigide à des poutres d'allège profondes qui courent en continu le long de chaque façade et autour des coins du bâtiment. Cette disposition augmente la rigidité de la poutre et du poteau en diminuant les dimensions de la portée libre et en augmentant la profondeur de l'élément. Ce type est efficace pour les bâtiments d'une hauteur de 38 à 300 m.
2. Système structurel de tube en treillis
Les systèmes structuraux à tubes en treillis, tels que les systèmes à tubes à cadre, sont constitués de colonnes extérieures moins nombreuses que les systèmes à tubes à cadre qui sont éloignés les uns des autres. Ces colonnes sont reliées à l'aide de contreventements en acier ou de murs de cisaillement en béton. Cette interconnexion des colonnes extérieures fait une boîte rigide capable de résister au cisaillement latéral par la force axiale dans les membres plutôt que de se plier ou de se courber (flexion).
La fourniture d'un large espacement de colonne dans le système de tube en treillis permet un espace libre pour les fenêtres.
3. Système structurel tube dans tube
Le système structurel tube dans tube est également connu sous le nom d'arrangement "coque et noyau". Ici, un tube central est entouré d'un tube extérieur. Le tube central contient les éléments critiques d'un immeuble de grande hauteur comme les ascenseurs, les conduits, les escaliers, etc. Le tube extérieur est le système de tube habituel qui absorbe la majorité des charges de gravité et latérales.
Dans ce système, les tubes interne et externe interagissent horizontalement en tant que composants de cisaillement et de flexion.
4. Système structurel de tube groupé
Dans le système structurel de tubes groupés, il existe plusieurs tubes interconnectés pour former un tube multicellulaire. Cet agencement résiste aux charges latérales et aux moments de renversement.
Le système tube dans tube est la conception de bâtiment la plus économique et la plus polyvalente qui permet de créer des formes intéressantes. Willis Tower à Chicago est le premier bâtiment à adopter une conception structurelle tube dans tube.
5. Système structurel de tube hybride
Chaque fois que la conception du bâtiment est élancée ou moins résistante et rigide, un système structurel hybride est utilisé. Un système structurel tubulaire hybride combine deux ou plusieurs formes structurelles dans différentes parties de la structure. Ce système est plus courant dans les conceptions de bâtiments complexes.
FAQ
Un système structurel tubulaire est utilisé dans les immeubles de grande hauteur pour résister aux charges latérales telles que le vent et les forces sismiques. Ces systèmes de résistance aux charges latérales permettent au bâtiment de se comporter comme un tube cylindrique creux en porte-à-faux perpendiculaire au sol.
Un système structurel tubulaire hybride combine deux ou plusieurs formes structurelles dans différentes parties de la structure. Ce système est plus courant dans les conceptions de bâtiments complexes.
