Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
La deuxième moitié du XXe siècle a vu naître un ensemble de solutions structurales innovantes caractérisées par leur légèreté. Cet article présente les principales classes de structures légères, depuis les voiles minces en béton, jusqu'aux formes dites "libres" dont l'émergence est favorisée par les nouvelles possibilités offertes aux concepteurs via les récents développements numériques. Des aspects morphologiques et mécaniques sont également présentés: double courbure, mise en oeuvre de contraintes initiales. Les modèles numériques les plus usuels en recherche de forme (méthode des densités de forces et relaxation dynamique) et les modèles expérimentaux sont évoqués. Le cas des systèmes réticulés, et des systèmes discrets par constitution, complète cette présentation.
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The second half of the 20th century saw the advent of a set of innovative structural solutions characterized by their lightness. This paper presents several types of lightweight structures belonging to the main classes, from concrete thin shells, to free-form systems whose emergence was favored by new possibilities made available to designers by recent digital developments. Morphological and mechanical aspects are presented in the second part: double curvature, and implementation of initial stresses. The most common computation models for form-finding (method of force densities and dynamic relaxation) and experimental models are discussed. Reticulate systems, and discrete systems by constitution are lastly addressed.
Auteur(s)
-
René MOTRO : Professeur Émérite, Président de l’International Association for Shell and Spatial Structures (IASS) - Laboratoire de Mécanique et Génie Civil, UMR CNRS 5508, université de Montpellier - (France)
INTRODUCTION
Les structures légères, caractérisées par leur faible poids propre mais aussi par leur composition structurale et de multiples aspects innovants dans leur conception et leur réalisation, ont connu un développement sans précédent depuis une cinquantaine d’années. Elles offrent des solutions architecturales répondant à la nécessité de construire des espaces de grandes dimensions avec un nombre réduit de points porteurs.
Leur technologie a d’abord fait appel à des matériaux classiques comme le béton dans le cas des voiles minces, puis à des matériaux innovants comme les textiles techniques pour les membranes architecturales. Plusieurs solutions nécessitent la mise en œuvre d’un état de contraintes initiales qui concourt à leur rigidité sous les actions externes, impliquant une combinaison quelquefois complexe des effets associés.
Il ne fait pas de doute que l’essor de l’informatique au sens large a accompagné le développement des structures légères et ce, à plusieurs niveaux :
-
élaboration de modèles numériques prédictifs prenant en compte des comportements non linéaires tant sur le plan géométrique que matériel ;
-
prise en compte de couplages entre paramètres mécaniques et géométriques ;
-
aide à la génération de données ;
-
ouverture à une fabrication assistée par ordinateur.
Le présent article donne un aperçu des différentes typologies associables aux structures légères et propose quelques modèles élémentaires aidant à la compréhension des problématiques de recherche de forme, de non linéarité géométrique, de combinaison des effets de contraintes initiales avec ceux résultant de celles occasionnées par les actions extérieures.
Le lecteur trouvera en fin d'article un glossaire des principaux termes techniques rencontrés au fil des chapitres.
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MOTS-CLÉS
Conception et modélisation structures légères numérique structures et propriétés génie civil structures composites
KEYWORDS
Design and modelling | lightweight structures | digital | structures and properties | civil engineering | composite structures
DOI (Digital Object Identifier)
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Présentation
Recherche de forme
En anglais
2. Typologie des structures légères
2.1 Pionniers, projets et choix techniques
-
Quelques pionniers et leurs projets
La deuxième partie du 20e siècle a été marquée par la réalisation de projets dont la légèreté peut être soulignée. Des noms d’ingénieurs leur sont associés, ils ont fait œuvre de pionniers dans ce domaine. Une exposition réalisée en 1997 au Centre Pompidou à Paris avait pour titre « L’art de l’ingénieur, constructeur, entrepreneur, inventeur ». Elle avait fait une part importante aux structures légères en leur consacrant un quart de son programme .
Le présent article n’est pas consacré à l’histoire des structures légères, et c’est volontairement que l’action des pionniers n’est pas explicitement décrite. Seules quatre réalisations emblématiques introduisent ce propos :
-
un hangar à Heathrow (figure 2) ;
-
le CNIT à Paris (figure 3) ;
-
le stade olympique de Munich (figure 4) ;
-
la Biosphère de Montréal (figure 5).
Les quatre concepteurs mentionnés ont joué un véritable rôle de pionniers dans le développement des structures légères.
-
-
Choix techniques
Comment concevoir des structures légères ? Pour réduire le poids propre des constructions, il est nécessaire de tirer le meilleur profit des matériaux utilisés.
De façon assez surprenante, la réponse est simple : il faut avoir un objectif essentiel, faire en sorte que la matière soit sollicitée de façon uniforme, en évitant des zones sur-contraintes et des zones sous-contraintes, eu égard aux capacités des matériaux. En d’autres termes, l’ingénieur doit rechercher des sollicitations simples :...
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Typologie des structures légères
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - SARGER (R.) - Structures Nouvelles. - Cahier du Centre d’Études Architecturales n° 1, Académie Royale des Beaux-Arts de Bruxelles, 144 rue du Midi. Février (1967).
-
(2) - MOTRO (R.) - * - . – Robert Le Ricolais. « Father of Space Structures », International Journal of Space Structures. Vol. 22 Issue 4, pages 233-238 (2007).
-
(3) - PICON (A.) - L’art de l’Ingénieur, constructeur, entrepreneur, inventeur. - Centre Georges Pompidou. Éditions du Moniteur, 600 pages (1997).
-
(4) - MOTRO (R) - Nodes and Spatial Structures, a tribute to Stéphane Du Château. - Architectus, 4, (40) (2014).
-
(5) - MOTRO (R.) - Matériaux Composites Souples en Architecture, Construction et Intérieurs. - Birkhäuser. French, German and English. 232 pages (2013).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
-
AISC Higgins Paper Award, American Institute of Steel Construction, Baker
-
IASS – The International Association for Shell and Spatial Structures (Association Internationale pour les Coques et les Structures Spatiales)
-
Structurae : Base de données internationale du patrimoine du génie civil
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