Zoom sur l'architecture de traction

L'architecture en traction est un système structurel qui utilise principalement la tension au lieu de la compression. Traction et tension sont souvent utilisés de manière interchangeable. D'autres noms incluent l'architecture de membrane de tension, l'architecture de tissu, les structures de tension et les structures de tension légères. Explorons cette technique de construction moderne mais ancienne.

Tension et compression sont deux forces dont vous entendez beaucoup parler lorsque vous étudiez l'architecture. La plupart des structures que nous construisons sont en compression - brique sur brique, planche à bord, poussant et pressant vers le bas jusqu'au sol, où le poids du bâtiment est équilibré par la terre solide. La tension, en revanche, est considérée comme l'opposé de la compression. La tension tire et étire les matériaux de construction.

" Une structure qui se caractérise par une tension du système de tissu ou de matériau souple (généralement avec du fil ou du câble) pour fournir le support structurel critique à la structure."— Association des structures de tissus (FSA)

En repensant aux premières structures artificielles du genre humain (à l'extérieur de la grotte), nous pensons à celle de Laugier Cabane primitive (structures principalement en compression) et, plus tôt encore, structures en forme de tente - tissu (par exemple, peau d'animal) tendu (tension) autour d'un cadre en bois ou en os. La conception en traction était bien pour les tentes nomades et les petits tipis, mais pas pour Pyramides d'Egypte. Même les Grecs et les Romains ont déterminé que les grands colisée en pierre étaient une marque de longévité et de civilité, et nous les appelons Classique. Au fil des siècles, l'architecture de tension a été reléguée aux tentes de cirque, aux ponts suspendus (par exemple, le pont de Brooklyn) et de petits pavillons temporaires.

Pendant toute sa vie, l'architecte allemand et lauréat du prix Pritzker Frei Otto a étudié les possibilités d'une architecture légère et résistante - minutieusement calculer la hauteur des poteaux, la suspension des câbles, la fabrication des câbles et les matériaux de membrane qui pourraient être utilisés pour créer une tente à grande échelle structures. Sa conception pour le pavillon allemand à l'Expo 67 à Montréal, Canada aurait été beaucoup plus facile à construire s'il avait CAD Logiciel. Mais, c'est ce pavillon de 1967 qui a ouvert la voie à d'autres architectes pour envisager les possibilités de construction sous tension.

Les modèles les plus courants pour créer de la tension sont le modèle ballon et le modèle tente. Dans le modèle de ballon, l'air intérieur crée pneumatiquement la tension sur les parois des membranes et le toit en poussant l'air dans le matériau extensible, comme un ballon. Dans le modèle de tente, les câbles attachés à une colonne fixe tirent les parois de la membrane et le toit, un peu comme un parapluie.

Les éléments typiques du modèle de tente le plus courant comprennent (1) le «mât» ou poteau fixe ou des ensembles de poteaux pour le support; (2) Les câbles de suspension, l'idée apportée en Amérique par des personnes d'origine allemande John Roebling; et (3) une "membrane" sous forme de tissu (par exemple, ETFE) ou la fabrication de câbles.

Les utilisations les plus typiques de ce type d'architecture comprennent la toiture, les pavillons extérieurs, les arénas sportifs, les centres de transport et les logements semi-permanents après une catastrophe.

^{Source: Fabric Structures Association (FSA) sur www.fabricstructuresassociation.org/what-are-lightweight-structures/tensile}

L'aéroport international de Denver est un bel exemple d'architecture de traction. Le toit en membrane tendue du terminal de 1994 peut résister à des températures de moins 100 ° F (en dessous de zéro) à plus 450 ° F. Le matériau en fibre de verre reflète la chaleur du soleil, tout en permettant à la lumière naturelle de filtrer dans les espaces intérieurs. L'idée de conception est de refléter l'environnement des sommets des montagnes, car l'aéroport est près des montagnes Rocheuses à Denver, au Colorado.

Architecte: C. W. Fentress J. H. Bradburn Associates, Denver, CO
Terminé: 1994
Entrepreneur spécialisé: Birdair, Inc.
Idée de conception: Similaire à la structure en pointe de Frei Otto située près des Alpes de Munich, Fentress a choisi un système de toiture à membrane tendue qui imite les pics des montagnes Rocheuses du Colorado
Taille: 1200 x 240 pieds
Nombre de colonnes intérieures: 34
Quantité de câble en acier 16 kilomètres
Type de membrane: Fibre de verre PTFE, un téflon^®enduit de fibre de verre tissée
Quantité de tissu: 375 000 pieds carrés pour le toit du terminal Jeppesen; Protection supplémentaire de 75 000 pieds carrés

^{La source: Aéroport international de Denver et Fibre de verre PTFE à Birdair, Inc. [consulté le 15 mars 2015]}

Inspirée des Alpes allemandes, cette structure à Munich, en Allemagne, peut vous rappeler l'aéroport international de Denver en 1994. Cependant, le bâtiment de Munich a été construit vingt ans plus tôt.

En 1967, l'architecte allemand Günther Behnisch (1922-2010) remporte un concours pour transformer un dépotoir de Munich en paysage international pour accueillir les XXes Jeux Olympiques d'été en 1972. Behnisch & Partner a créé des modèles en sable pour décrire les pics naturels qu'ils voulaient pour le village olympique. Ensuite, ils ont fait appel à l'architecte allemand Frei Otto pour aider à comprendre les détails de la conception.

Sans l'utilisation de CAD logiciels, les architectes et les ingénieurs ont conçu ces sommets à Munich pour mettre en valeur non seulement les athlètes olympiques, mais aussi l'ingéniosité allemande et les Alpes allemandes.

L'architecte de l'aéroport international de Denver a-t-il volé le design de Munich? Peut-être, mais la société sud-africaine Structures de tension souligne que toutes les conceptions de tension dérivent de trois formes de base:

• "Conique - Une forme de cône, caractérisée par un pic central "
• "Baril Vault - Une forme arquée, généralement caractérisée par une conception en arc incurvé "
• "Hypar - Une forme libre torsadée"

^{Sources: Compétitions, Behnisch & Partner 1952-2005; Informations techniques, Tension Structures [consulté le 15 mars 2015]}

Günther Behnisch et Frei Otto ont collaboré pour clôturer la majeure partie du village olympique de 1972 à Munich, en Allemagne, l'un des premiers projets de structure de tension à grande échelle. Le stade olympique de Munich, en Allemagne, n'était qu'un des sites utilisant une architecture tendue.

Proposée pour être plus grande et plus grande que le pavillon de tissu Expo 67 d'Otto, la structure de Munich était une membrane complexe de filet de câble. Les architectes ont choisi des panneaux acryliques de 4 mm d'épaisseur pour compléter la membrane. L'acrylique rigide ne s'étire pas comme le tissu, de sorte que les panneaux étaient «connectés de manière flexible» au filet de câble. Le résultat a été une légèreté et une douceur sculptées dans tout le village olympique.

La durée de vie d'une structure de membrane de traction est variable, selon le type de membrane choisi. Les techniques de fabrication avancées d'aujourd'hui ont augmenté la durée de vie de ces structures de moins d'un an à plusieurs décennies. Les premières structures, comme le parc olympique de 1972 à Munich, étaient vraiment expérimentales et nécessitent un entretien. En 2009, la société allemande Hightex a été enrôlé pour installer un nouveau toit à membrane suspendu au-dessus du hall olympique.

^{Source: Jeux olympiques de 1972 (Munich): stade olympique, TensiNet.com [consulté le 15 mars 2015]}

L'architecte d'aujourd'hui a un éventail de choix de membrane en tissu parmi lesquels choisir - beaucoup plus de «tissus miracles» que les architectes qui ont conçu la toiture du village olympique de 1972.

En 1980, l'auteur Mario Salvadori a expliqué l'architecture de traction de cette façon:

"Une fois qu'un réseau de câbles est suspendu à des points de support appropriés, les tissus miracles peuvent y être suspendus et étirés sur une distance relativement petite entre les câbles du réseau. L'architecte allemand Frei Otto a été le pionnier de ce type de toiture, dans laquelle un filet de câbles fins est suspendu à de lourds câbles périphériques supportés par de longs poteaux en acier ou en aluminium. Après l'érection de la tente du pavillon ouest-allemand à l'Expo 67 à Montréal, il a réussi à recouvrir les stands de la Stade olympique de Munich... en 1972 avec une tente qui abrite dix-huit hectares, soutenue par neuf mâts de compression pouvant atteindre 260 pieds et par des câbles de précontrainte de limite pouvant atteindre 5 000 tonnes. (A propos, l'araignée n'est pas facile à imiter - ce toit a nécessité 40 000 heures de calculs et de dessins techniques.) "

^{La source: Pourquoi les bâtiments résistent par Mario Salvadori, McGraw-Hill Paperback Edition, 1982, pp. 263-264}

Souvent appelé la première structure de traction légère à grande échelle, le pavillon allemand de l'Expo 67 de 1967 - préfabriqué en Allemagne et expédié au Canada pour assemblage sur place - couvert seulement 8 000 carrés mètres. Cette expérience en architecture de traction, ne prenant que 14 mois pour planifier et construire, est devenue un prototype, et aiguiser l'appétit des architectes allemands, y compris son concepteur, le futur lauréat Pritzker Frei Otto.

La même année 1967, l'architecte allemand Günther Behnisch remporte la commande des sites olympiques de Munich en 1972. Sa structure de toit tendue a pris cinq ans pour planifier et construire et a couvert une surface de 74 800 mètres carrés - loin de son prédécesseur à Montréal, au Canada.

• Structures lumineuses - Structures de lumière: l'art et l'ingénierie de l'architecture de traction illustrés par les travaux de Horst Berger par Horst Berger, 2005
• Structures de surface en traction: un guide pratique pour la construction de câbles et de membranes par Michael Seidel, 2009
• Structures de membrane de traction: ASCE / SEI 55-10, Asce Standard par l'American Society of Civil Engineers, 2010

^{Sources: Jeux olympiques de 1972 (Munich): stade olympique et Expo 1967 (Montréal): pavillon allemand, base de données de projets de TensiNet.com [consulté le 15 mars 2015]}