Etude de cas : La Tour Rembrandt, Amsterdam, Pays-Bas Cette tour de 135 m de hauteur est de construction mixte. Une analyse d'ingénierie incendie détaillée, post-construction, démontre le potentiel d'économies considérables présenté par ce type de construction. Sommaire La Tour Rembrandt à Amsterdam 1. Le projet 2 2. Introduction 2 3. La structure 2 4. Analyse de la sécurité incendie 3 5. Informations générales 6 6. Références 6 Page 1
1. Le projet Dans cet immeuble de grande hauteur en construction mixte, une hauteur minimum de plancher à plancher de 3,4 m est obtenue grâce à l emploi de poutres mixtes à base de poutrelles de section HE. Une étude d'ingénierie incendie de cet immeuble existant a démontré un potentiel de réduction des coûts de protection incendie de 540 000 euros. 2. Introduction Ce bâtiment de bureaux de 36 étages est situé à Amsterdam. La conception originale de la protection incendie reposait sur les réglementations néerlandaises existantes, basées sur le système traditionnel de classification. Une démarche alternative, décrite ici, a été mise en œuvre, basée sur les principes d'ingénierie incendie. Elle a démontré le potentiel d'importantes économies pour ce type de construction. 3. La structure Le bâtiment a une hauteur de 135 m. Il est constitué d'une ossature en acier avec poteaux métalliques dans la façade, contreventée par un noyau en béton de section carrée, dans lequel sont incorporés les ascenseurs et les escaliers. Les planchers sont composés de dalles mixtes reposant sur des poutres métalliques en profilés HE. Les poutres sont sur appuis simples, à la fois au niveau du noyau en béton et des poteaux continus. Un étage typique fait 3,40 m de hauteur et chaque étage est constitué d'un compartiment d'incendie. La Figure 3.1 est une vue en plan du bâtiment. HE240M 1 Légende : 1 = Direction de la portée de la dalle de plancher Figure 3.1 Plan typique indiquant les sections des poutres Page 2
4. Analyse de la sécurité incendie 4.1 Exigences conventionnelles Les règlementations néerlandaises exigent, pour les bâtiments de plus de 70 m de hauteur, un niveau de sécurité incendie équivalent à celui des bâtiments de moins de 70 m. Sur le plan fonctionnel, il ne doit pas y avoir d'effondrement pendant la totalité de la période d'exposition au feu. Cependant, aucune méthode n'est prescrite pour évaluer le niveau de sécurité. Lors de la conception, entre autres mesures dont un système de sprinkler entièrement automatique, une résistance au feu standard de 120 minutes pour la structure porteuse principale a été convenue entre le concepteur et les autorités locales. La résistance au feu standard est déterminée à partir d'éléments de structure simples exposés à un incendie standard. Avec cette approche, les incertitudes concernant l'interaction entre les éléments de structure et l ossature du bâtiment sont négligées. Les charges et les déformations introduites par l'expansion thermique restreinte et les redistributions des charges appliquées ne peuvent pas être prises en compte, bien qu'il soit établi que ces facteurs dominent souvent les autres effets de l'exposition au feu des structures. D'autre part, l'effet bénéfique sur la sécurité incendie de la structure d'autres mesures d'atténuation ne peut pas être pris en compte. 4.2 Approche alternative de la sécurité incendie L'objectif de l'étude d'ingénierie incendie était de comprendre le comportement au feu proprement dit, y compris l'interaction entre les membres de la structure. Par ailleurs, la protection thermique des éléments métalliques a été différenciée afin d'améliorer le rapport coût-efficacité de la conception. À cette fin, un modèle par éléments finis du système de structure de l'immeuble a été mis au point au moyen du logiciel DIANA, basé sur l'hypothèse d'un incendie entièrement développé dans un compartiment d'incendie. L'incendie type a été remplacé par une simulation de l'évolution du feu dans un compartiment d'incendie typique du bâtiment, avec le logiciel OZONE. La taille des poteaux métalliques contreventés est réduite vers le haut du bâtiment en raison des charges axiales inférieures. Une simple analyse d'incendie des poteaux à chaque étage, basée sur l'exposition au feu standard, a indiqué que les poteaux du 21 e étage étaient les plus critiques. Pour cette raison, cet étage a donc été modélisé. 4.3 Evolution de l'incendie L'évolution de l'incendie a été simulée au moyen du logiciel OZONE. Etant donné que la majorité des espaces de bureaux de la tour ne possède pas de cloisons, un grand compartiment de 32,40 32,40 m a été modélisé, sans le noyau central de 14,40 m 2. Les propriétés thermiques réelles du noyau en béton, des dalles mixtes et de la construction en sandwich de la façade (tôle d'acier - laine minérale - granit) ont été représentées par les valeurs nominales pour le béton, l'acier et la laine minérale données par le logiciel. L'effet des sprinklers a été pris en compte. La ventilation résultant du bris des fenêtres est un facteur d'incertitude majeur. Une étude paramétrique a montré que l'effet des hypothèses de bris des fenêtres sur la température des éléments métalliques dans le compartiment était relativement faible. Les résultats basés sur l'hypothèse du bris de toutes les fenêtres au début de l'incendie ont été utilisés pour le modèle par éléments finis. Page 3
4.4 Réponse thermique Plusieurs modèles par éléments finis ont été réalisés afin de déterminer la distribution non uniforme au cours du temps des températures dans les sections transversales de la dalle mixte acier-béton, des poutres ordinaires et des poutres renforcées dans les angles, de section HE240M. La température des poteaux a été obtenue avec le logiciel OZONE, étant donné qu'une distribution uniforme des températures pouvait être présumée pour les poteaux exposés sur leurs quatre côtés. La Figure 4.1 illustre une distribution typique des températures dans la dalle et les poutres 700 600 500 400 300 200 150 100 75 50 350 300 200 150 100 50 Ligne de symétrie Ligne de symétrie Figure 4.1 Distribution des températures dans le bac mixte après 75 min. d'exposition au feu (à gauche) et dans les poutres ordinaires nues après 50 min. 4.5 Réponse de la structure L'intégralité du plancher du 21 e étage a été modélisée, poteaux compris. A la base et aux extrémités supérieures, les poteaux ont été modélisés avec des supports rigides, des déplacements verticaux étant prévus à l'extrémité supérieure. En haut des poteaux, les charges verticales dues au reste du bâtiment on été appliquées, avec des facteurs de sécurité partiels égaux à l'unité. Les poutres, poteaux et nervures armées des dalles mixtes ont été représentés avec des éléments de poutres numériquement intégrés, basés sur la théorie de Mindlin- Reissner. La dalle en béton armé a été modélisée avec des éléments plaque. Le bac acier a été pris en compte en tant que renforcement, en tenant compte d'un développement de température séparé pour la semelle inférieure, l'âme et la semelle supérieure. La distribution de températures non-linéaire dans les nervures et la dalle obtenue avec les modèles de réponse thermique a été simplifiée en distributions de températures linéaires sur les poutres et éléments de l'enveloppe. Pour cela, la température moyenne prise en compte était égale à la température moyenne sur la ligne de symétrie des modèles de réponse thermique (voir la Figure 4.1), et le gradient thermique a été dérivé de manière à ce que la température du renforcement dans le modèle de structure soit égale à la température du nœud dans le modèle de réponse thermique à l'emplacement des armatures verticales. Aucune ruine ne s'est produite pendant toute la durée de l'incendie. Page 4
La flèche du plancher était de 337 mm après 92 minutes, comme l'illustre la Figure 4.2. Pendant la phase de refroidissement, les flèches ont été réduites, comme l'indique la Figure 4.3. Time 92 min. 1 Vertical deflections [mm] -3.47-36.8-70.1-103 -137-170 -203-237 -270-303 Max = 29.9 Min = -337 Y Z X HE240M 2 SB-floor Légende : 1 Flèches verticales après 92 mins [mm] (Max = 29,9 mm Min= -337 mm) 2 Plancher SB Figure 4.2 Flèches verticales du plancher -100-150 -200-250 -300-350 -400 time 1 [min.] 0 15 30 45 60 75 90 105 120 0-50 HE240 deflection 3 [mm] HE280A 2 SB-floor 1 Durée [min] 2 Plancher SB 3 Flèche [mm] Figure 4.3 Flèche du plancher et des poutres En plus de ce qui précède, les calculs avancés indiquent qu'en raison de la redistribution des charges, des contraintes importantes sont exercées sur le béton à l'angle de la dalle (près des poutres HE240). Cette zone pourrait être critique (en raison de l'écrasement du béton), mais un tel phénomène n'est pas révélé par l'analyse au niveau des composants. Enfin, par l'élimination de la protection incendie des poutres de plancher, un importante réduction des coûts d'isolation par rapport à la protection incendie conventionnelle a pu être obtenue. Cette économie est estimée être de l'ordre de 540 000 euros pour ce bâtiment de 36 000 m 2 (prix 2001). Page 5
5. Informations générales Client : Philips BV Architecte : ZZ+P Architects Conception de la structure métallique : Samenwerkende Adviesbureaus Amstelhoek Maître d'œuvre : Sedijko Expertise en protection incendie : (ingénierie incendie) Centre for Fire Research TNO Période de construction : 1996 Hauteur totale : 135 m Plan en rez-de-chaussée : 32,40 x 32,40 m 6. Références [1] Steenbakkers, P. (2001) Brandveilig Ontwerpen van Hoogbouwconstructies, Deel I Verkennend onderzoek, Graduation report TU Delft (en néerlandais). [2] Steenbakkers, P. (2001) Brandveilig Ontwerpen van Hoogbouwconstructies, Deel II - Case Studie Rembrandttoren, Graduation report TU Delft (en néerlandais) InfoBEC Bilbao Exhibition Centre Newsletter, numéros 1-4, année 2003. Publiée par le BEC. Page 6
Enregistrement de la qualité TITRE DE LA RESSOURCE Etude de cas : La Tour Rembrandt, Amsterdam, Pays-Bas Référence(s) DOCUMENT ORIGINAL Nom Société Date Créé par Leen Twilt TNO 2003 Contenu technique vérifié par Mike Haller PARE 08/11/05 Contenu rédactionnel vérifié par Marc Brasseur PARE 08/11/05 Contenu technique approuvé par les partenaires : 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 13/7/06 DOCUMENT TRADUIT Traduction réalisée et vérifiée par : eteams International Ltd. 16/05/06 Ressource traduite approuvée par : P.-O. Martin CTICM 30/05/06 Page 7