Structure en béton préfabriqué d'un complexe résidentiel à Tallinn
À propos du projet
Le quartier Kalaranna est un secteur résidentiel moderne de six hectares comprenant 12 immeubles résidentiels avec restaurants et espaces commerciaux, tous reliés par un parking souterrain. La troisième phase de ce vaste projet, incluant quatre bâtiments de cinq étages, a été confiée à la société de structure Innopolis Insenerid OÜ. Innopolis est un bureau d'architecture et d'ingénierie offrant des services complets, spécialisé dans les solutions de conception numérique intégrée pour la construction dans les régions nordiques et baltes.
La structure est conçue en béton armé. Le système porteur vertical est composé de voiles en béton préfabriqué de formes générales, tandis que les systèmes porteurs horizontaux sont constitués de dalles alvéolées reposant sur des éléments en béton préfabriqué ou des éléments en acier. Plusieurs bâtiments donnent sur la rue, ce qui nécessite des vérifications normatives pour les risques de collision de véhicules et leur impact sur l'intégrité structurelle.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Architectural visualization of the Kalaranna District}}}\]
Défis d'ingénierie
Le maître d'ouvrage a exigé que l'ensemble de la structure soit conçu à partir d'éléments préfabriqués, avec un minimum de béton coulé en place, afin de garantir la sécurité sur le chantier et de réduire les délais et les coûts. L'ensemble du processus de conception a été difficile, non seulement en raison de la complexité des formes des éléments en béton, mais aussi en raison de la pression intense exercée sur l'équipe d'ingénierie pour achever toutes les études dans les délais impartis. De plus, la période d'études d'exécution a chevauché la phase de construction, imposant des ajustements en temps réel sans modifier les plans architecturaux approuvés, qui étaient figés sans exception.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Model of the third stage of the project}}}\]
L'un des principaux défis d'ingénierie liés à la conception était la gestion des régions D, notamment les réservations pour les systèmes CVC, créant des points de faiblesse dans les éléments. Le projet comprenait également des voiles préfabriqués de hauteur inhabituelle, 8 mètres, avec de grandes ouvertures pour les fenêtres. Un autre défi important était la variété des formes des voiles aux différents niveaux, ce qui compliquait le transfert des efforts vers les niveaux inférieurs. Cela a nécessité une analyse détaillée pour s'assurer que les chemins de charge étaient correctement gérés.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{8-meter-high precast walls }}}\]
Un autre défi est apparu dans la structure souterraine, où les voiles des étages supérieurs transmettaient leurs charges directement sur des poteaux sans possibilité de reconcevoir la structure porteuse. En effet, la disposition structurelle avait été figée lors de la phase d'avant-projet, laissant peu de flexibilité pour les modifications durant la phase d'études d'exécution. Dans un cas, les ingénieurs ont dû concevoir des poutres-caissons en acier sur mesure pour reprendre de grandes ouvertures, garantissant ainsi l'intégrité structurelle des voiles malgré les charges importantes.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Steel box beams supporting walls with large openings}}}\]
Solutions et résultats
Pour relever les défis de ce type de projet, Innopolis Insenerid OÜ a intégré le logiciel IDEA StatiCa dans son processus de travail afin d'accélérer au maximum le processus de conception. Plus précisément, l'application Detail IDEA StatiCa Detail a été utilisée pour modéliser des poutres voile complexes avec des discontinuités.
L'ingénieur Artur Andersalu a modélisé des voiles affaiblis par des ouvertures pour portes et fenêtres. Il a pu déterminer facilement les conditions aux limites, telles que le poteau en acier représenté par un appui à ressort travaillant uniquement en compression, et les voiles porteurs représentés par des plaques d'appui pour les appuis ponctuels. Il a également modélisé le plafond pour tenir compte de la distribution des charges verticales provenant des étages supérieurs, afin d'obtenir un flux de contraintes plus précis en fonction de la géométrie et des charges. Des contraintes importantes sont apparues dans les angles, ce qui a conduit à un ferraillage supplémentaire pour éviter l'ouverture excessive des fissures. De plus, il a pu déterminer et effectuer la vérification normative des déformations.
Pour garantir la précision de la conception, l'ingénieur a également vérifié les résultats produits par IDEA StatiCa Detail à l'aide de la méthode Bielle-et-tirant. La comparaison a été effectuée sur une poutre voile sans ouverture afin d'évaluer la distribution des efforts. En recoupant les résultats, l'ingénieur a confirmé la fiabilité de l'analyse du logiciel.
La conception comprenait également des poutres en béton avec des ouvertures positionnées près du bord, ce qui posait un défi en raison des efforts de cisaillement élevés dans ces zones. Pour s'assurer que les poutres pouvaient supporter ces contraintes, l'équipe d'ingénierie a utilisé IDEA StatiCa pour analyser la distribution des charges et optimiser le ferraillage.
Pour faire face aux charges concentrées des étages supérieurs se transmettant directement sur les poteaux de la structure souterraine, l'équipe d'ingénierie a conçu des poteaux avec des corbeaux. Ces corbeaux ont permis une meilleure distribution des contraintes aux appuis des éléments de voile afin d'éviter les problèmes de maîtrise des contraintes à l'état limite de service. En incorporant des corbeaux, les ingénieurs ont pu maintenir l'intégrité structurelle des chemins de charge sans avoir à modifier la conception architecturale d'origine, ce qui était crucial pour le projet et n'autorisait aucune modification de la structure.
Conclusion
La construction du complexe résidentiel à Tallinn, en Estonie, était un projet exigeant qui a nécessité une coordination rigoureuse et une conception structurelle avancée. IDEA StatiCa Detail a été un outil essentiel pour la vérification normative des poteaux avec corbeaux et des poutres voile présentant des discontinuités importantes, permettant à l'équipe de surmonter des défis tels que les chemins de charge irréguliers et les efforts de cisaillement autour des ouvertures.
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