1ère année architecture LMD Module: Théorie du projet 2 Semestre: 2 LA

1ère année architecture LMD Module: Théorie du projet 2 Semestre: 2 LA STRUCTURE ET L'ENVELOPPE EN ARCHITECTURE PRESENTE PAR/ LOBIYED ABDESSAMAD MAITRE ASSISTANT DEPT ARCHI TLEMCEN

Introduction : Tout batiment quelque soit sa nature doit répondre à trois principes essentiels : Fonctionnalité, Solidité et Esthétique. Le rôle premier d’un bâtiment est de couvrir ou d’englober une activité. Cette enveloppe physique doit assurer la sécurité des utilisateurs de ce bâtiment. Cette enveloppe ne doit en aucun cas s’écrouler et donc en aucun cas constituer le premier danger pour l’homme .

L’enveloppe est constituée généralement d’une partie portante et de parties couvrantes (horizontales, verticales ou inclinées). Il existe des cas où les deux fonctions (portance et couverture) sont assurées par les mêmes éléments architecturaux ou constructifs. Définition la portance : Action de porter les charges d’un bâtiment et de les transmettre au sol de fondation. Les architectes et ingénieurs de Génie civil appellent la partie qui assure la portance : La Structure

Définition Structure : c’est l’ossature, le squelette d’un bâtiment (charpente, poutres, colonnes). Elle a pour fonction d’élever et de donner forme au bâtiment. Enveloppe : ce qui permet de séparer les espaces intérieurs et extérieurs comme une peau qui recouvre le bâtiment. Selon les matériaux utilisés (verre transparent ou béton opaque), l’enveloppe peut montrer ou cacher la structure et les espaces intérieurs. La structure du bâtiment est constituée de deux parties : La superstructure ou partie se trouvant au dessus du niveau du sol. L’infrastructure ou partie située au dessous du niveau de sol. La superstructure a pour rôle de reprendre toutes les charges du bâtiment (poids propre, charges permanentes et d’exploitation et surcharges accidentelles) et de les transmettre à l’infrastructure.

L’infrastructure L’infrastructure Elle représente l’ensemble des fondations et des éléments situés en dessous du niveau de base. On utilise, selon le cas, des semelles isolées ou linéaires (filantes) (en cas de poteaux), continues (en cas de murs porteurs), un radier ou des fondations profondes telles les puits, pieux général (cas de mauvais sol de fondation).

C’est à l’architecte de donner la forme, donc le type de structure, qu’il juge nécessaire et adéquat à son architecture et cela en tenant compte des lois de physique et de mécanique. Si nous parlons de types de structure c’est qu’il existe différentes solutions à la portance. Ce que doit connaître tout architecte puisqu’il est le maître de l’œuvre.

2 / Classification des structures (superstructures) en fonction de leur forme Il existe des formes de structure dites traditionnelles et des formes de Structures dites modernes.

A/ Les structures dites traditionnelles 1 . Système de mur porteur Système avec murs porteurs On empile des blocs de matériaux (pierre, brique, parpaing ) pour former des murs pleins qui devront supporter le poids de la toiture. On peut percer quelques ouvertures (pour laisser entrer la lumière par exemple). Du point de vue constructif, il existe plusieurs types de murs porteurs :

Les murs en maçonnerie de pierres (les plus anciens) Dans la construction en pierre, il s'agit d'assembler des blocs de différentes dimensions pour former un mur. On peut tailler plus ou moins la pierre, selon l'aspect désiré. Ce système, qui ressemble à la brique, utilise aussi l'enveloppe porteuse. Le mur de pierre ferme l'espace et tient en même temps la toiture, qui peut, elle aussi être en pierre.

Les murs en terre ,en maçonnerie de briques ; Le bois n'étant pas présent partout, c'est souvent la terre qui a été utilisée comme matériau de construction. Celle-ci peut être employée brute, c'est à dire telle qu'elle est, coulée et tassée entre des planches, ou façonnée en brique, cuite ou séchée.

Les murs en béton simple, cyclopéen ou en béton armé

les murs en maçonneries de pierres reconstituées (type parpaing constructif) ;

Les murs en rondins de bois (pays froids). On empile des tronc les uns sur les autres, à l'horizontale, pour former un mur. Ils sont tenus par des entailles aux angles. Dans ce cas la structure est l'enveloppe.

2. Système poteaux-poutres ou système a ossature. On entend par Système poteaux-poutres une série de portiques espacés d’une certaine distance appelée Travée. Le portique est constitué de deux poteaux reliés par une poutre. La distance qui sépare ces poteaux porte le nom de Portée. Les portiques peuvent être en béton armée ou en acier. Le choix du matériau de construction dépend de plusieurs facteurs dont les principaux sont : la fonction du bâtiment, les dimensions en travée et en portée et la hauteur du bâtiment.

Les portiques en béton armé sont formés de : Système poteaux-poutres Une structure, composée de poteaux et de poutres, est recouverte par une enveloppe. Ce système est largement utilisé depuis le 19ème siècle, grâce à l’apparition de nouveaux matériaux : les poutrelles métalliques, les grands panneaux de verre et le béton. L’architecte peut créer de nouvelles formes et rechercher l’originalité.

B / Structures dites modernes. Certaines formes sont connues depuis des siècles pour leur stabilité. Les plus utilisées ont été la voûte et la coupole. Ces dernières sont retrouvées dans les architectures romaine, gothique et musulmane sous leurs formes simples ou entrelacées. Le plus souvent, elles ont été plutôt un moyen de couverture qu’un moyen purement constructif puisqu’elles reposent soit sur des murs soit sur des colonnes. La coupole du Panthéon, à Rome, en Italie, construite en 125 ap J.C. d'une portée de 43 m est un exemple où structure et enveloppe ne forment qu'une seule et même chose.

B.1/ Système à coque (ou voile) mince De part leur forme ces coques sont autoportantes et présentent une grande surface de couvertures par rapport à leur épaisseur.

B.2 / Système de construction à éléments structurels Ce système représente la forme la plus évoluée de la préfabrication. Selon le mode de montage, nous pouvons le rencontrer sous différentes formes : la simple poutre ou poteau, la nappe ou la coupole géodésique. Ce type de système est recommandé lorsque : L es locaux sont assez vastes (écoles, crèches, magasins .) .Les portés et travées sont supérieures à six (6) mètres. La planification est de type cellule (hôtels, bureaux .) Les charges statiques et dynamiques sont importantes . Il y a quelques décennies, ce système présentait un inconvénient majeur : la rouille , étant donné qu’il était en acier .L’évolution des peintures ainsi que les systèmes de contrôle des jonctions l’a rendu des plus attrayant

B.2 / Système de construction à éléments structurels

B.2 / Système de construction à éléments structurels Le bois travaille très bien à la traction, la flexion et la compression. On le pose en poteau, en poutre et on recouvre le tout par du remplissage qui peut être une tôle, un bardage, et parfois même, de la maçonnerie.

B.2 / Système de construction à éléments structurels Métal Le métal dans la construction est utilisé depuis l'antiquité : les grecs utilisaient déjà des accroches en bronze et en plomb pour attacher leur colonnes. Mais ni le bronze, ni le plomb, ni le fer n'étaient suffisamment économiques et résistants pour fabriquer un bâtiment. Il a fallu attendre la révolution industrielle au XIX siècle pour produire la fonte, puis l'acier, le zinc et l'aluminium a des coûts raisonnables.

Le métal ressemble au bois. Il travaille très bien à la traction, la flexion et la compression. C'est donc un matériau utilisé de la même manière que le bois. : on le pose en poteau, en poutre et on recouvre le tout par du remplissage qui peut être une tôle, un bardage, et parfois même, de la maçonnerie.

Le premier bâtiment d'envergure construit de cette façon est la bibliothèque sainte Geneviève à Paris construite par Labrouste en 1851. ses murs extérieurs sont en pierre mais les colonnes intérieures sont en acier.

Ce système a par la suite évolué permettant de franchir de grandes portées comme pour les halls de gare, ou encore maintenant pour les bâtiments industriels. Dans tus ces, structure et enveloppe sont dissociés.

Un tressage de poteaux blancs semble désormais sortir du sol, devant la façade historique en brique. Le tressage se ramifie en partie haute et se transforme en toiture cintrée. Cette dernière est recouverte de panneaux d’aluminium et, en rive, de verre pour éclairer naturellement la façade historique

B.3 / Structures tendues. C’est l’une des formes de couverture les plus anciennes (tipis, tentes ). L’utilisation de ce type de couverture par des sociétés mobiles a montré ses avantages c.-à-d. : facilité de montage et de démontage de la couverture, sa légèreté, la possibilité illimitée de réutilisation. Toujours le développement de la technologie des matériaux a redonné à ce système toute son importance .Ceux sont ses qualités premières qui ont déterminé le domaine de son utilisation : foires, expositions, bâtiments de secours, piscines .

Câbles et toiles tendues.

Câbles et toiles tendues. Historique: nomade du Maghreb ou du moyen orient ont depuis forts longtemps usage de tentes en peau. Les romain

B .3.2 Les toiles tendues La toile La toile de tissu est un élément souple qui ne travaille bien qu'en traction. Il peut être utilisé pour couvrir de grand espaces, suspendu à une structure .

B.4 / Les systèmes gonflables Si le système précédant a largement répondu aux attentes des utilisateurs de couvertures non permanentes, les montgolfières donnèrent l’idée aux constructeurs d’utiliser les volumes gonflés pour couvrir de grandes surfaces (toujours pour des périodes déterminées). Les structures gonflables ne nécessitent pas de structure de tension obligatoire pour les toiles tendues .Elles ont besoin de système d’ancrage uniquement. Le domaine d’utilisation étant pratiquement le même du point de vue architecturale, mais nous voyons ici, les ingénieurs s’y intéresser et l’utiliser comme moule pour le coulage de béton dans les formes sont difficiles à obtenir par des procédés habituels.

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