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Posté par Adrien le 25/07/2004 à 23:32
Mise en œuvre d'un gratte-ciel

La conception

Lors de la décision du lancement d'un gratte-ciel et après les premières définitions du cahier des charges, le client effectue un appel d'offre auprès d'architectes dans le monde entier. Le projet est en effet d'une telle ampleur que rares sont les architectes qualifiés. Le maître d'œuvre choisit ensuite parmi plusieurs propositions celle qui lui convient le mieux, l'Empire State Building (L’Empire State Building est un gratte-ciel de style Art déco situé sur l’île de Manhattan, à New York. Il est situé dans le quartier de...) a ainsi été choisi sur un panel (Le panel est un groupe de personnes interrogées régulièrement sur leurs opinions ou leurs attitudes. Les personnes peuvent participer aux enquêtes par courrier, téléphone ou, de plus en plus souvent, via un site web conçu à...) de 17 projets différents.

L'Empire State Building:


Les principales prérogatives de l'architecte (L'architecte est le professionnel du bâtiment dont la fonction est de concevoir et de diriger la réalisation d'une œuvre d'architecture pour le...) sont l'intégration de son projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le...) dans l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme environnement tend actuellement à...), la maximisation de l'espace intérieur, la circulation (La circulation routière (anglicisme: trafic routier) est le déplacement de véhicules automobiles sur une route.) dans le building et le respect des règles de sécurité. Le bâtiment doit par exemple posséder une particularité esthétique, permettre une rentabilité maximale, être suffisamment confortable et résister aux forts vents, aux incendies et aux séismes.

Les fondations

Un gratte-ciel (Un gratte-ciel (calque de l'anglais skyscraper) est un immeuble de très grande hauteur. Il n'existe pas de définition officielle ni de hauteur...) pèse plusieurs centaines de milliers de tonnes réparties sur une petite surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent...) au sol. Les fondations du bâtiment doivent pouvoir le soutenir et lui permettre de résister au vent (Le vent est le mouvement d’une atmosphère, masse de gaz située à la surface d'une planète. Les vents les plus violents connus ont lieu sur Neptune et sur Saturne. Il est essentiel à...) et aux tremblements de terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse...). Ainsi la nature du terrain joue (La joue est la partie du visage qui recouvre la cavité buccale, fermée par les mâchoires. On appelle aussi joue le muscle qui sert principalement à ouvrir...) un rôle essentiel, le building doit avoir un point (Graphie) d'ancrage solide. En fonction de la nature du terrain, il peut être nécessaire de chercher en profondeur des couches solides aptes à soutenir le bâtiment, les fondations pouvant alors atteindre les 100m de profondeur.

Manhattan est constitué d'un sol entièrement rocheux, idéal (En mathématiques, un idéal est une structure algébrique définie dans un anneau. Les idéaux généralisent de façon féconde l'étude de la divisibilité pour les entiers. Il...) pour la construction et permettant le maintient de tous les buildings construits. Pour les tours du World Trade Center () la roche (La roche, du latin populaire rocca, désigne tout matériau constitutif de l'écorce terrestre. Tout matériau entrant dans la composition du sous-sol est formé par un assemblage de minéraux, comportant parfois des...) permettant de supporter l'édifice était située à une vingtaine de mètres de profondeur.

Mais malheureusement la nature du terrain est parfois surestimée, et la forte croissance du nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de buildings dans certaines villes engendre d'autant plus de problèmes. C'est ainsi que le sol de Shanghai (Shanghai (chinois : 上海 ; en pinyin shànghǎi prononciation ; shanghaïen : zanhe ; littéralement « sur la mer ») est la ville la plus peuplée de Chine (en terme...) en Chine s'affaisse sous la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la force...) de ses bâtiments. Plus de 3000 immeubles de plus de 17 étages y sont construits engendrant un affaissement du terrain de 1.5cm par an en moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur qu'auraient chacun des membres de...), allant jusqu'à 3cm par an dans le quartier financier. Les environs du gratte-ciel Jin Mao de 421m connaissent un affaissement annuel de 6.3cm. La structure du métro (Un métro, apocope du terme métropolitain lui-même abréviation de chemin de fer métropolitain, est un chemin de fer urbain souterrain le plus souvent, sur viaduc quelquefois, au sol rarement.) et de certains bâtiments est déjà affectée, ce qui ne devrait pas s'arranger avec la construction ou planification (La planification est la programmation d'actions et d'opérations à mener) actuelle de 3000 autres immeubles et également du plus haut centre financier mondial, avec 492m de hauteur (La hauteur a plusieurs significations suivant le domaine abordé.) et 101 étages.

La ville (Une ville est une unité urbaine (un « établissement humain » pour l'ONU) étendue et fortement peuplée (dont les habitations doivent...) de Shanghai, telle qu'elle apparaîtra avec le World Financial Center (au centre):


Le sous-sol de Shanghai est composé de terre molle sur une épaisseur de 300m, formée de sable (Le sable, ou arène, est une roche sédimentaire meuble, constituée de petites particules provenant de la désagrégation d'autres roches dont la dimension est comprise entre 0,063 et 2 mm.) et de limon accumulés par le fleuve (En hydrographie francophone, un fleuve est un cours d'eau qui se jette dans la mer ou dans l'océan – ou, exceptionnellement, dans un désert, comme pour l'Okavango. Il se distingue...) Yangtsé depuis plus d'un millénaire (Un millénaire est une période de mille années, c'est-à-dire de dix siècles.). L'affaissement non homogène du terrain a déjà causé l'effondrement de plusieurs immeubles, et au rythme actuel Shanghai passera sous le niveau de la mer (Le niveau de la mer est la hauteur moyenne de la surface de la mer, par rapport à un niveau de référence adéquat.) dans 50 ans. Des mesures limitant entre autre la construction des gratte-ciel sont en cours d'élaboration, visant à faire passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques Brisson (1723-1806) en 1760.) le rythme moyen d'affaissement annuel à 0.5cm.

La Structure

La structure des gratte-ciel diffère sensiblement de celle des bâtiments standards. Les bâtiments d'environ 4 étages ne sont soutenus que par leurs murs là où les gratte-ciel doivent adopter une armature squelettique, les murs étant alors fixés dessus. Les bâtiments de plus de 40 étages doivent en plus adopter une configuration leur permettant de résister au vent, qui peut exercer une force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au courage (cf. les articles « force...) considérable.

Tous les gratte-ciel ne sont pas semblables, leur structure pouvant être très différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des nombres pour mesurer l'éventuel défaut de dualité d'une application...) de l'un à l'autre. Les matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) sont de plus choisis en fonction des disponibilités dans le pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue restreinte (de l'ordre de quelques centaines de km²),...) de construction, et les méthodes de fabrication ont beaucoup évoluées avec le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.): la découverte de nouveaux matériaux et de nouvelles techniques permettant de construire toujours plus haut.

Le Home Insurance Building, construit en 1884:


L'amélioration des liaisons entre les matériaux a permis le passage d'une quinzaine d'étages à la fin du 19ème siècle (Un siècle est maintenant une période de cent années. Le mot vient du latin saeculum, i, qui signifiait race, génération. Il a ensuite indiqué la durée d'une génération humaine et faisait 33 ans 4 mois (d'où peut...) à une quarantaine (La quarantaine (venant de l'italien : quaranta giorni, qui signifie 40 jours, ou bien du français : quarantaine de jours) est le fait de mettre à l'écart des...) dans les années 30. L'ossature en acier (L’acier est un alliage métallique utilisé dans les domaines de la construction métallique (voir aussi l’article sur la théorie du soudage de l’acier) et de la construction mécanique.) est utilisée jusqu'aux années 50, le béton armé (Le béton armé est un matériau composite constitué de béton et d'acier qui allie la résistance à la compression du béton à la résistance à la...) faisant alors son apparition et permettant la conception de structures avec un noyau central.

Le noyau central est l'élément assurant la rigidité de l'édifice, il parcourt le bâtiment sur toute sa hauteur et contient généralement les ascenseurs. Les efforts exercés par le vent sont retransmis au noyau par l'intermédiaire d'éléments horizontaux positionnés dans le plancher des étages. Les gratte-ciel à noyau central peuvent atteindre une hauteur d'une cinquantaine d'étages tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en réduisant l'emprise au sol. Le doublement voire le triplement de la structure centrale a ensuite permis d'atteindre des hauteurs d'environ 70 étages.

Pour les gratte-ciel plus hauts plusieurs types de structures existent. Le World Trade Center fut par exemple construit sur la base d'un noyau central additionné d'une ossature extérieure métallique. L'ossature extérieure entoure la totalité de l'édifice et est reliée aux éléments horizontaux des planchers par des amortisseurs viscoélastiques, permettant d'absorber les effets du vent. Cette structure extérieure étaient préfabriquée puis solidarisée avec des boulons à haute résistance. Le bâtiment a ainsi été conçu pour résister à des vents exerçant une force sur les façades supérieure à 200 kilogrammes (Le kilogramme (symbole kg) est l’unité de masse du Système international d'unités (SI).) par mètre carré (Le mètre carré (symbole m²) est l'unité d'aire du système international.). Le déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles orientés. En psychanalyse, le déplacement est mécanisme de défense déplaçant la valeur, et finalement le sens En architecture navale, le...) du dernier étage n'est alors que de 28cm.

Le World Trade Center:


Un autre système permettant de dépasser les 100 étages est la structure à ossature extérieure triangulée, le John Hancock Center à Chicago (Chicago est une mégapole des États-Unis, située dans la partie nord du Middle West, à 1 280 kilomètres à l'ouest de New York et à plus de 3 200 kilomètres au...) est construit sur ce modèle. Des renforts triangulés sont ajoutés à la structure extérieure et permettent de renforcer la stabilité de l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un tout », comme...).

Le John Hancock Center:


Une autre structure permettant de dépasser les 100 étages est l'assemblage d'un ensemble de minces tours, permettant une plus forte solidité, surtout au niveau de la base. La Sears Tower (La Sears Tower est un gratte-ciel de Chicago (Illinois), aux États-Unis, achevé en 1974 de l'architecte Bruce Graham.) de Chicago est construite sur ce principe.

La Sears Tower:

Les façades

Les façades d'un building sont les reflets du style du bâtiment. Au début du 20ème siècle les architectes préféraient laisser bien visibles les poteaux ou autres structures fonctionnelles, montrant la maîtrise (La maîtrise est un grade ou un diplôme universitaire correspondant au grade ou titre de « maître ». Il existe dans...) de la technique. Des poteaux puissants et espacés montraient par exemple le contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) d'énormes efforts. La couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).) était aussi employée pour mettre en valeur certaines parties du bâtiment au détriment d'autres.

A cette époque le métal (Un métal est un élément chimique qui peut perdre des électrons pour former des cations et former des liaisons métalliques ainsi que des liaisons ioniques dans le cas des...) et la pierre étaient les principaux matériaux utilisés pour le revêtement des façades, puit vinrent la céramique (Premier « art du feu » à apparaître (avant la métallurgie et le travail du verre), la céramique désigne l’ensemble des objets...) pour des teintes plus claires et des alliages de bronze (Le bronze est le nom générique des alliages de cuivre et d'étain. Le terme airain désigne aussi le bronze, mais est plutôt employé en poésie et dans les textes...) (utilisés par exemple sur le Seagram construit en 1958 à New York) permettant des effets de miroitement. Par la suite les éléments structuraux ont été cachés et les façades furent recouvertes de revêtements lisses et uniformes, constitués de verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile (cassant) et transparent au rayonnement visible. Le plus souvent, le verre est constitué d’oxyde de...) et d'aluminium (L'aluminium est un élément chimique, de symbole Al et de numéro atomique 13. C’est un élément important sur la Terre avec 1,5 %...), conçus par feuilletage pour être de bons isolants et allant jusqu'à créer des effets de lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière est intimement liée...) suivant la position du Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile...).

La tour Seagram:

La Construction

La construction d'un building sort de l'ordinaire. Les techniques de construction ne sont pas les même que celles employées pour des bâtiments plus modestes: le matériel est fixé sur le building et monte avec lui, on a donc un déplacement en hauteur du chantier. Ainsi les grues sont fixées soit sur le noyau central, soit à l'extérieur sur des échafaudages. De plus les matériaux de construction doivent être acheminés en haut du bâtiment au fur (Fur est une petite île danoise dans le Limfjord. Fur compte environ 900 hab. . L'île couvre une superficie de 22 km². Elle est située dans la Municipalité de Skive.) et à mesure.

Construction de l'Empire State Building:


Construction du World Trade Center:


Construction du Taipei 101 (Taipei 101 qui a été inauguré, à Taiwan, début 2004 est le plus haut gratte-ciel du monde.):


Dans le cas d'un bâtiment à noyau en béton (Le béton est un matériau de construction composite fabriqué à partir de granulats naturels (sable, gravillons) ou artificiels (granulats légers) agglomérés par un liant.), un coffrage itinérant est installé, s'appuyant au fur et a mesure de l'avancement sur ce qui est déjà réalisé. Le béton est ensuite coulé à l'intérieur du coffrage. La vitesse (On distingue :) d'avancement est d'au maximum un étage par jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport à minuit heure locale) et sa durée...).
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