Etude de cas: Bâtiment de bureau de faible hauteur typique à Luxembourg

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Ève Josiane Charpentier
il y a 7 ans
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1 Etude de cas: Bâtiment de bureau de faible hauteur typique à Luxembourg Un important bâtiment commercial de cinq étages, en construction mixte, conçu selon les principes d'ingénierie incendie afin de réaliser des économies considérables au niveau de la protection incendie. Les poteaux sont partiellement enrobés et les poutres ne sont protégées que pour les niveaux en sous-sol. Bâtiment en phase de construction Contenu 1. Le projet 2 2. Introduction 2 3. La structure 2 4. Le concept de sécurité incendie 3 5. Informations générales 5 6. Références 5 Page 1

2 1. Le projet Ce bâtiment se distingue par son emploi des techniques d'ingénierie incendie et par les avantages suivants : Des poutres non protégées sont employées dans les étages en superstructure, permettant des économies importantes sur les coûts de protection incendie. Des poteaux partiellement enrobés sont utilisés dans toute la structure pour éliminer la nécessité de toute autre protection passive. Le modèle de sécurité incendie procure un niveau de sécurité acceptable et a été agréé par les autorités. Les poutres partiellement enrobées employées pour les niveaux en sous-sol permettent une résistance au feu de 90 minutes. 2. Introduction La première phase du bâtiment de bureaux a été construite dans le quartier du Kirchberg de la ville de Luxembourg. Proche du centre-ville, ce quartier est la nouvelle zone d'affaires de Luxembourg. Le bâtiment a été conçu autour d'une structure métallique, analysée selon les principes de sécurité incendie afin de réaliser d'importantes économies sur la protection incendie. 3. La structure Les étages supérieurs utilisés pour des bureaux sont composés de poutres mixtes à longue portée et de poteaux partiellement enrobés. La structure des niveaux en sous-sol, consacrés au parking, est identique, hormis le fait que les poutres sont elles aussi partiellement enrobées. L'ossature est construite sur 4 niveaux de 3 travées (15,15 m, 8,50 m et 15,5 m). La hauteur de plancher à plancher est de 4,2 m. La distance entre les ossatures principales attenantes est de 4,5 m. La dalle de plancher est d'une épaisseur de 360 mm, soit 160 mm de béton C30/37 (y compris une dalle pré-coulée de 50 mm) et une chappe de finition de 200 mm. Les poutres sont des poutres mixtes d'acier S355 pour les portées de 8,50 m et S460 pour les longues portées de 15,5 m. Les poutres métalliques sont fixées aux planchers en béton par des connecteurs de 22 mm de diamètre et de 125 mm de longueur. La coupe transversale de la structure est illustrée par la Figure 3.1 Les poteaux mixtes sont composés de profils en H en acier S355 partiellement remplis de béton C30/37 et continus sur 2 étages. Bien que le raccord entre les poteaux consiste en une platine d'extrémité non débordante boulonnée en quatre points au troisième niveau, il est considéré comme rigide. Page 2

3 Figure 3.1 Vue latérale du bâtiment en cours de construction Les poteaux sont considérés comme articulés au niveau du sol. Des noyaux en béton, renfermant escaliers et ascenseurs, assurent la stabilité horizontale. Avant l'étude de résistance au feu, les poteaux internes n'étaient soumis qu'à une charge axiale car les poutres qu ils supportent reposent sur des appuis simples. Les poteaux externes sont soumis à une charge axiale inférieure (comprenant le poids des façades), mais également à la flexion puisqu'ils transmettent les forces du vent aux planchers. Les moments de flexion dus au vent sont faibles par comparaison avec la charge axiale et n'influent pas sur la conception des poteaux. Les poteaux externes situés aux angles sont soumis à la charge axiale minimale (composée du poids des façades) mais également à la flexion due au vent, dans les deux sens. Cependant, les charges dues au vent n'influent pas non plus sur la conception des poteaux d'angle. 4. Le concept de sécurité incendie Le service PROFILARBED-Research a été chargé de l'ingénierie incendie des parties supérieures de la structure et les autorités ont accepté l'utilisation du concept de sécurité incendie basé sur le feu naturel [1,2,3]. La conception de la protection incendie repose sur les prescriptions de la norme EN [1] (employant une charge d'incendie pour bâtiment de bureaux de 511 MJ/m²) et tient compte des mesures actives de lutte contre l'incendie (alarme et transmission informatique aux pompiers, systèmes d'échappement des fumées, etc.) Aucun extincteur automatique n'a été nécessaire. La température des gaz a été calculée au moyen du logiciel OZone [1,2]. Une série de simulations a été réalisée, en analysant divers compartiments et en utilisant plusieurs scénarios de bris de verre. Etant donné que les températures de l'acier dans les sections IPE600 s'élevaient jusqu'à 850 C, une analyse par éléments finis en 2D a dû être effectuée, tenant compte de l'intégralité de la structure du bâtiment. L'ossature la plus lourdement chargée a été simulée avec le logiciel de calcul par éléments finis CEFICOSS [5]. Les charges statiques en conditions d'incendie ont été appliquées selon la norme pren1990 [6]. Page 3

4 Figure 4.1 Détail du raccordement de poutre à un poteau partiellement enrobé. Au départ, les poutres étaient conçues sur appuis simples. Cependant, suite aux recommandations formulées par PROFILARBED-Research lors d'un précédent projet, une platine d'extrémité prolongée a été utilisée, avec une rangée de boulons à l'intérieur de la dalle de béton. Le détail du raccordement est illustré par la Figure 4.1. En cas d'incendie, au moins une rangée de boulons reste «froide» et capable de transmettre des forces de cisaillement «réduites». L'effet positif a été pris en compte dans l'analyse par éléments finis et, par l'ajout de quelques barres d'armature supplémentaires à l'appui central, un moment de flexion négatif a pu être repris. Il a ainsi été prouvé que la structure survivrait à un incendie naturel. Grâce à cette approche de l'ingénierie incendie, toutes les poutres métalliques ont pu être utilisées sans protection incendie passive. Pour les niveaux en sous-sol, les autorités exigeaient une résistance au feu de R90. Cette condition a été respectée en utilisant des poteaux et poutres partiellement enrobés avec le type de renforcement requis. Page 4

5 5. Informations générales Architecte : Atelier a+u Planification de la structure : Schroeder & Associés S.A. ; TR-Engineering Maitre d œuvre : HOCHTIEF Luxemburg S.A. Expertise en protection incendie : PROFILARBED-Research Période de construction : Hauteur totale : 21,60 m Plan en rez-de-chaussée : 63 x 38 m. 6. Références [1] EN , Eurocode 1- Actions sur les structures, Partie 1.2-Actions sur les structures exposées au feu. Secrétariat central du CEN, Bruxelles, novembre [2] Competitive steel buildings through natural fire safety concept. ECSC Research SA/125; [3] Natural fire safety concept Full scale tests, implementation in the Eurocodes and development of a user-friendly design tool. ECSC Research , [4] Valorisation project - Natural Fire Safety Concept. ECSC Research 7215-PA/PB/PC , D-E-F-I-NL-UK & ECCS, [5] CEFICOSS, A Computer Program for Analysis of Structures Submitted to the Fire, University of Liège, Département Structures du génie Civil, Service Ponts et Charpentes. [6] CEN; pren1990, Eurocode Bases de calcul des structures, Page 5

6 Enregistrement de la qualité TITRE DE LA RESSOURCE Etude de cas: Bâtiment de bureau de faible hauteur typique à Luxembourg Référence(s) DOCUMENT ORIGINAL Nom Société Date Créé par Haller Mike PARE 2003 Contenu technique vérifié par Haller M PARE 08/11/05 Contenu rédactionnel vérifié par Brasseur M. PARE 08/11/05 Contenu technique approuvé par les partenaires STEEL : 1. Royaume-Uni G W Owens SCI 20/1/06 2. France A Bureau CTICM 20/1/06 3. Suède A Olsson SBI 20/1/06 4. Allemagne C Müller RWTH 20/1/06 5. Espagne J Chica Labein 20/1/06 6. Luxembourg M Haller PARE 20/1/06 Ressource approuvée par le Coordonnateur technique G W Owens SCI 13/5/06 DOCUMENT TRADUIT Traduction réalisée et vérifiée par : eteams International Ltd. 13/03/06 Ressource traduite approuvée par : P.-O. Martin CTICM 21/03/06 Modification 1, 26/3/07 Titre modifié, avec reformulation mineure du texte. Nouvelle photo à la page 1 Page 6

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