Actualités - Structures métalliques : un système structurel clé en ingénierie moderne

En architecture contemporaine, dans les domaines des transports, de l'industrie et de l'ingénierie énergétique,structure en acierGrâce à ses avantages conjugués en termes de matériaux et de structure, cette technologie est devenue un moteur essentiel d'innovation dans le domaine de l'ingénierie. Utilisant l'acier comme matériau porteur principal, elle transcende les limites des structures traditionnelles grâce à une production industrielle et une installation modulaire, offrant ainsi des solutions performantes pour une vaste gamme de projets complexes.

Avantages et inconvénients des structures en acier - CHINA ROYAL STEEL

Définition et nature de la structure en acier
Une structure en acier désigne un système structurel porteur composé deplaques d'acier, profilés en acier (poutres en H, Chaînes U, cornière métalliqueLes structures en acier sont constituées de poutres, de tubes d'acier et de tubes d'acier, fixés par soudage, boulons haute résistance ou rivets. Leur principe repose sur la haute résistance et la ténacité de l'acier pour répartir uniformément les charges verticales (poids propre et poids des équipements) et horizontales (vent et séismes) d'un bâtiment ou d'un ouvrage sur ses fondations, garantissant ainsi sa stabilité structurelle. Comparées aux structures en béton, les structures en acier présentent l'avantage principal de leurs propriétés mécaniques : leur résistance à la traction peut dépasser 345 MPa, soit plus de dix fois celle du béton ordinaire ; et leur excellente plasticité leur permet de se déformer sous charge sans se rompre, offrant une double garantie de sécurité structurelle. Cette caractéristique les rend indispensables pour les grandes portées, les immeubles de grande hauteur et les charges importantes.

Principaux types de structures en acier

(I) Classification par forme structurale
Structure à ossature en forme de passerelle : Composée de poteaux et de poutres, cette structure forme une charpente en forme de passerelle, associée à un système de support. Elle convient aux sites industriels, aux entrepôts logistiques, aux supermarchés et autres bâtiments. Les portées courantes varient de 15 à 30 mètres, certaines dépassant 40 mètres. Les composants peuvent être préfabriqués en usine, permettant une installation sur site en seulement 15 à 30 jours. Par exemple, les entrepôts du parc logistique numéro 1 d’Asie de JD.com utilisent principalement ce type de structure.
Structure à treillis : Cette structure est composée de barres droites reliées par des nœuds, formant une géométrie triangulaire ou trapézoïdale. Les barres ne sont soumises qu’à des efforts axiaux, exploitant pleinement la résistance de l’acier. Les structures à treillis sont couramment utilisées pour les toitures de stades et les travées principales de ponts. Par exemple, la rénovation du Stade des Travailleurs de Pékin a fait appel à une structure à treillis pour obtenir une portée de 120 mètres sans piliers.
Structures à ossature : Un système spatial formé de poutres et de colonnes reliées de manière rigide offre des plans d'étage flexibles et constitue le choix courant pour les immeubles de bureaux et les hôtels de grande hauteur.
Structures en grille : Une grille spatiale composée de plusieurs éléments, souvent constitués de nœuds triangulaires et carrés réguliers, offre une grande intégrité et une excellente résistance aux séismes. Elles sont largement utilisées dans les aérogares et les centres de congrès.

(II) Classification selon les caractéristiques de charge
Éléments fléchis : représentés par des poutres, ces éléments résistent aux moments de flexion, avec compression en partie supérieure et traction en partie inférieure. Ils utilisent souvent des profilés en H ou des profilés caissons soudés, comme les poutres de pont roulant dans les installations industrielles, et doivent satisfaire aux exigences de résistance mécanique et de résistance à la fatigue.
Éléments soumis à une charge axiale : Ces éléments ne sont soumis qu’à une traction/compression axiale, comme les tirants de treillis et les barres de structure. Les tirants sont conçus pour la résistance, tandis que les barres de compression doivent assurer la stabilité. On utilise généralement des tubes circulaires ou des cornières. Éléments soumis à une charge excentrée : Ces éléments sont soumis à la fois à des efforts axiaux et à des moments de flexion, comme les poteaux de charpente. En raison de l’excentricité de la charge aux extrémités de la poutre, des sections transversales symétriques (comme les poteaux caissons) sont nécessaires pour équilibrer les efforts et les déformations.

Principaux avantages des structures en acier
(I) Excellentes propriétés mécaniques
La haute résistance et le faible poids sont les principaux atouts des structures en acier. À portée égale, le poids propre d'une poutre en acier ne représente que 1/3 à 1/5 de celui d'une poutre en béton. Par exemple, une poutre treillis en acier de 30 mètres de portée pèse environ 50 kg/m, tandis qu'une poutre en béton pèse plus de 200 kg/m. Ceci permet non seulement de réduire les coûts de fondation (de 20 à 30 %), mais aussi d'atténuer les effets sismiques, améliorant ainsi la sécurité parasismique de la structure.
(II) Haute efficacité de construction
Plus de 90 % des éléments de structures métalliques sont préfabriqués en usine avec une précision millimétrique. Leur installation sur site ne nécessite que le levage et l'assemblage. Par exemple, un immeuble de bureaux en acier de 10 étages est construit en seulement 6 à 8 mois, de la production des composants à la livraison, soit une réduction de 40 % du temps de construction par rapport à une structure en béton. À Shenzhen, un projet résidentiel en acier préfabriqué a ainsi atteint un rythme de construction d'« un étage tous les sept jours », réduisant considérablement les coûts de main-d'œuvre sur site.
(III) Forte résistance aux séismes et durabilité
La robustesse de l'acier permet aux structures métalliques de dissiper l'énergie par déformation lors des séismes. Par exemple, lors du tremblement de terre de Wenchuan en 2008, une usine de structures métalliques à Chengdu n'a subi que des déformations mineures et n'a présenté aucun risque d'effondrement. De plus, après un traitement anticorrosion (galvanisation et revêtement), l'acier peut avoir une durée de vie de 50 à 100 ans, avec des coûts d'entretien bien inférieurs à ceux des structures en béton.
(IV) Protection de l'environnement et durabilité
Le taux de recyclage de l'acier dépasse 90 %, ce qui permet sa refonte et son traitement après démolition, éliminant ainsi la pollution liée aux déchets de construction. De plus, la construction métallique ne nécessite ni coffrage ni entretien, ce qui réduit considérablement les travaux humides sur le chantier et diminue les émissions de poussière de plus de 60 % par rapport aux structures en béton, conformément aux principes de la construction écologique. Par exemple, après le démantèlement du complexe sportif Ice Cube pour les Jeux olympiques d'hiver de Pékin 2022, certains composants ont été réutilisés dans d'autres projets, illustrant ainsi le recyclage des ressources.

Utilisation généralisée des structures en acier
(I) Construction
Les bâtiments publics, tels que les stades, les aéroports, les centres de congrès et d'expositions, etc., font appel à des structures en acier pour réaliser de grandes portées et des conceptions spacieuses.
Bâtiments résidentiels : Les résidences préfabriquées à structure en acier sont de plus en plus populaires et peuvent répondre aux exigences de logement personnalisées.
Bâtiments commerciaux : immeubles de bureaux de très grande hauteur et centres commerciaux, qui utilisent des structures en acier pour réaliser des conceptions complexes et une construction efficace.
(II) Transport
Génie des ponts : ponts maritimes et ponts ferroviaires. Les ponts en acier offrent de grandes portées et une forte résistance au vent et aux séismes.
Transport ferroviaire : Auvents des stations de métro et poutres des voies de tramway.
(III) Industriel
Installations industrielles : usines de machines lourdes et usines métallurgiques. Les structures en acier peuvent supporter les charges des équipements lourds et faciliter les modifications ultérieures de ces équipements.
Installations d'entreposage : Entrepôts frigorifiques et centres logistiques. Les structures à portiques répondent aux exigences de stockage à grande portée et sont rapides à construire et à mettre en service.
(IV) Énergie
Installations énergétiques : bâtiments principaux des centrales thermiques et pylônes de transport d’électricité. Les structures en acier sont adaptées aux charges élevées et aux environnements extérieurs difficiles. Énergies nouvelles : les éoliennes et les systèmes de montage photovoltaïques sont dotés de structures en acier légères facilitant le transport et l’installation, et contribuant au développement des énergies propres.