À propos du projet
Une structure acier de 5 100 tonnes construite au-dessus d'un podium existant de deux étages, initialement conçu pour supporter une extension verticale. Un changement d'usage pour la nouvelle structure a nécessité une approche d'ingénierie hautement spécialisée afin de s'assurer que la structure existante pouvait accueillir la fonction révisée.
La géométrie en forme de larme a introduit des complexités supplémentaires dans la distribution des charges, la stabilité latérale et la conception des assemblages—nécessitant des outils d'analyse avancés pour optimiser l'utilisation des matériaux et garantir une intégration parfaite avec la nouvelle vision architecturale.
Défis d'ingénierie
Une exigence clé était l'intégration de laboratoires, chacun avec une dimension carrée stricte de 11 pieds. Pour y parvenir, les ingénieurs de CannonDesign ont adopté une stratégie de conception paramétrique, développant un algorithme capable d'évaluer des centaines de géométries de bâtiment potentielles. Cette approche a permis à l'équipe de déterminer une configuration optimale s'inscrivant dans les contraintes du podium existant, tout en assurant un transfert efficace des charges des niveaux supérieurs et en restant économiquement viable. Par exemple, l'algorithme a été affiné pour maintenir des emplacements de poteaux critiques spécifiques tout en augmentant simultanément le nombre de travées structurelles répétitives de 33 pieds pouvant être créées.
La position du noyau à contreventement dans le podium était liée à l'emplacement des poutres, poteaux et fondations existants. Il a néanmoins été nécessaire de réaligner la trame de poteaux aux étages supérieurs. Des fermes de transfert ont donc été intégrées à la structure.
De plus amples informations sur le projet peuvent être consultées dans l'article du magazine AISC Modern Steel : Podium Possibilities par John Roach, PE, SE.
Conception des assemblages acier
L'un des aspects délicats du projet était la gestion des assemblages complexes engendrés par la géométrie courbe du bâtiment. Les travées contreventées suivaient l'enveloppe extérieure en forme de larme, ce qui signifiait qu'aucun des éléments de contreventement ne pouvait être résolu à l'aide de détails d'assemblage standard.
L'équipe de conception a développé des assemblages de contreventement compacts présentant les caractéristiques suivantes :
- Goussets de 2 pouces d'épaisseur soudés au poteau et boulonnés aux contreventements à profil en I à larges ailes
- Poteaux et goussets soudés en atelier sur des platines de base de 6 pouces d'épaisseur (pour les efforts de cisaillement et de soulèvement)
- Couvre-plaques ajoutés aux éléments à profil en I pour respecter les limites d'élancement et résister aux efforts du vent, afin d'optimiser le choix de la section transversale
- Encoches allongées sur les goussets pour maintenir les assemblages existants par platines d'aile
En raison des détails nouveaux et existants ainsi que des nouvelles conditions de chargement, les ingénieurs structure ont jugé peu pratique d'utiliser la méthode des forces uniformes dans les assemblages par gousset (calculs traditionnels AISC).
La solution a été d'utiliser IDEA StatiCa pour concevoir et valider les assemblages poutre-poteau-contreventement du projet. L'utilisation de CBFEM a permis de capturer avec précision la distribution des contraintes dans les assemblages existants, d'optimiser les matériaux et d'éviter le recours à des doublures supplémentaires ou à des raidisseurs.
IDEA StatiCa a été validé et vérifié pour l'assemblage de contreventement au nœud poutre-poteau dans un portique contreventé selon la procédure AISC. Dans cette étude de vérification, dix composants sont examinés : le contreventement, l'aile et l'âme de la poutre, l'aile et l'âme du poteau, les cornières d'assemblage, le gousset, les éclisses entre le contreventement et le gousset, les cornières d'assemblage au poteau, les cornières d'assemblage à la poutre, les boulons et les soudures. Tous les composants sont dimensionnés conformément aux spécifications AISC 360-16. L'assemblage présenté est extrait du Guide de conception AISC n° 29.
Conclusion
En transformant un podium existant initialement prévu pour un hôtel en fondation d'une tour de recherche de 17 étages en forme de larme, le projet a repoussé les limites de l'adaptabilité et de l'optimisation structurelle. Grâce à l'utilisation de stratégies de conception paramétrique, de solutions avancées de transfert de charges et d'assemblages acier conçus avec précision, l'équipe a surmonté les défis posés par la structure existante tout en satisfaisant aux critères stricts de vibration requis pour les environnements de laboratoire sensibles.
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