Explorer l'architecture de la tension
Toit pointu du terminal de l'aéroport de Denver. Photo de Sandra Leidholdt / Moment / Getty Images (recadrée)
L'architecture de 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 à la fois moderne et ancienne.
Tirer et pousser
Architecture de membrane de traction, aéroport de Denver 1995, Colorado. Photo par Education Images/UIG/Universal Images Group Collection/Getty Images
Tension et compression sont deux forces dont on entend beaucoup parler quand on étudie l'architecture. La plupart des structures que nous construisons sont en compression - brique sur brique, planche sur planche, poussant et serrant vers le 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.
Définition de la structure de traction
' Une structure qui se caractérise par une tension du système de tissu ou de matériau pliable (généralement avec un fil ou un câble) pour fournir le support structurel critique à la structure. '— Association des structures en tissu (FSA)
Bâtiment de tension et de compression
En repensant aux premières structures artificielles de l'homme (hors de la grotte), on pense à Laugier Cabane primitive (structures principalement en compression) et, encore plus tôt, des structures en forme de tente - tissu (par exemple, peau d'animal) serré (tension) autour d'un cadre en bois ou en os. La conception de traction était bonne pour les tentes nomades et les petits tipis, mais pas pour les Pyramides d'Egypte. Même les Grecs et les Romains ont déterminé que les grands colisées en pierre étaient une marque de longévité et de civilité, et nous les appelons Classique . Au cours des siècles, l'architecture de tension a été reléguée aux tentes de cirque, aux ponts suspendus (par exemple, le pont de Brooklyn ), et des pavillons temporaires à petite échelle.
Pendant toute sa vie, l'architecte allemand et lauréat du prix Pritzker Frei Otto a étudié les possibilités d'une architecture légère et tendue - calculant minutieusement la hauteur des poteaux, la suspension des câbles, le filet de câble et les matériaux de membrane qui pourraient être utilisés pour créer à grande échelle structures en forme de tente. Sa conception pour le pavillon allemand à l'Expo '67 à Montréal, Canada aurait été beaucoup plus facile à construire s'il avait GOUJAT Logiciel. Mais c'est ce pavillon de 1967 qui a ouvert la voie à d'autres architectes pour envisager les possibilités de construction en tension.
Comment créer et utiliser la tension
Les modèles les plus courants pour créer des tensions sont le modèle ballon et le modèle tente. Dans le modèle de ballon, l'air intérieur crée pneumatiquement la tension sur les murs et le toit de la membrane en poussant l'air dans le matériau extensible, comme un ballon. Dans le modèle de tente, des câbles attachés à une colonne fixe tirent les murs et le toit de la membrane, un peu comme un parapluie fonctionne.
Les éléments typiques pour le modèle de tente le plus courant incluent (1) le « mât » ou poteau fixe ou ensembles de poteaux pour le support ; (2) Les câbles de suspension, l'idée apportée en Amérique par des Allemands John Roebling; et (3) une 'membrane' sous forme de tissu (par exemple, ETFE ) ou un filet de câbles.
Les utilisations les plus typiques de ce type d'architecture comprennent les toitures, les pavillons extérieurs, les arènes sportives, les centres de transport et les logements post-catastrophe semi-permanents.
Source : Fabric Structures Association (FSA) sur www.fabricstructuresassociation.org/what-are-lightweight-structures/tensile
À l'intérieur de l'aéroport international de Denver
Intérieur de l'aéroport international de Denver, 1995 à Denver, Colorado. Photo par altrendo images/Altrendo Collection/Getty Images
L'aéroport international de Denver est un bel exemple d'architecture tendue. Le toit à membrane étirée du terminal de 1994 peut résister à des températures allant de moins 100 °F (sous 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 se trouve à proximité des montagnes Rocheuses à Denver, au Colorado.
À propos de l'aéroport international de Denver
Architecte : C.W. Fentress J.H. Bradburn Associates, Denver, CO
Complété : 1994
Entrepreneur spécialisé : Birdair, Inc. .
Idée de conception : Semblable à la structure pointue de Frei Otto située près des Alpes de Munich, Fentress a choisi un système de toiture à membrane tendue qui imitait les sommets des montagnes Rocheuses du Colorado
Taille : 1 200 x 240 pieds
Nombre de colonnes intérieures : 3. 4
Quantité de câble en acier 10 milles
Type de membrane : Fibre de verre PTFE , un Téflon- fibre de verre tissée enduite
Quantité de tissu : 375 000 pieds carrés pour le toit du terminal Jeppesen; 75 000 pieds carrés de protection supplémentaire en bordure de rue
La source: Aéroport international de Denver et Fibre de verre PTFE chez Birdair, Inc. [consulté le 15 mars 2015]
Trois formes de base typiques de l'architecture de traction
Toit du stade olympique de 1972 à Munich, Bavière, Allemagne. Photo par Holger Thalmann/STOCK4B/Collection Stock4B/Getty Images
Inspirée des Alpes allemandes, cette structure à Munich, en Allemagne, peut vous rappeler l'aéroport international de Denver de 1994. Cependant, le bâtiment de Munich a été construit vingt ans plus tôt.
En 1967, l'architecte allemand Günther Behnisch (1922-2010) a remporté un concours pour transformer une décharge de Munich en un paysage international pour accueillir les XXe Jeux olympiques d'été en 1972. Behnisch & Partner ont créé des modèles en sable pour décrire les sommets 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 GOUJAT logiciel, les architectes et 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 tendues souligne que toutes les conceptions de tension sont des dérivés de trois formes de base :
- ' Conique – Une forme conique, caractérisée par un pic central'
- ' Voûte en berceau - Une forme arquée, généralement caractérisée par un design en arc incurvé '
- ' Hypar – Une forme de forme libre torsadée '
Sources: Compétitions , Behnisch & Partners 1952-2005 ; Informations techniques , Structures de tension [consulté le 15 mars 2015]
Grand en échelle, léger en poids: Village olympique, 1972
Vue aérienne du village olympique de Munich, Allemagne, 1972. Photo par Design Pics/Michael Interisano/Collection Perspectives/Getty Images
Günther Behnisch et Frei Otto ont collaboré pour enfermer 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 que l'un des sites utilisant une architecture de traction.
Proposé pour être plus grand et plus grand que le pavillon en tissu de l'Expo '67 d'Otto, la structure de Munich était une membrane complexe en 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 ont été «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 membranaire tendue 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 nécessitaient un entretien. En 2009, la société allemande Hightex a été engagé pour installer un nouveau toit à membrane suspendue au-dessus de la salle olympique.
Source : Jeux Olympiques 1972 (Munich) : stade olympique, TensiNet.com [consulté le 15 mars 2015]
Détail de la structure tendue de Frei Otto à Munich, 1972
Structure de toit olympique conçue par Frei Otto, 1972, Munich, Allemagne. Photo par LatitudeStock-Nadia Mackenzie/Gallo Images Collection/Getty Images
L'architecte d'aujourd'hui dispose d'un éventail de choix de membranes 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 d'appui appropriés, les tissus miracles peuvent y être suspendus et étirés sur la distance relativement faible entre les câbles du réseau. L'architecte allemand Frei Otto a été le pionnier de ce type de toit, dans lequel un filet de câbles fins est suspendu à de lourds câbles périphériques soutenus par de longs poteaux en acier ou en aluminium. Suite à l'érection de la tente du pavillon ouest-allemand à l'Expo 67 à Montréal, il réussit à couvrir les stands du Stade olympique de Munich ... en 1972 avec une tente qui abrite dix-huit acres, soutenue par neuf mâts compressifs pouvant atteindre 260 pieds et par des câbles de précontrainte de limite d'une capacité allant jusqu'à 5 000 tonnes. (L'araignée, soit dit en passant, n'est pas facile à imiter - ce toit a nécessité 40 000 heures de calculs et de dessins d'ingénierie.)'
La source: Pourquoi les bâtiments tiennent debout par Mario Salvadori, édition de poche McGraw-Hill, 1982, p. 263-2
Pavillon allemand à l'Expo '67, Montréal, Canada
Le pavillon allemand à l'Expo 67, 1967, Montréal, Canada. Photo Atelier Frei Otto Warmbronn via PritzkerPrize.com
Souvent appelé la première structure tendue légère à grande échelle, le pavillon allemand de l'Expo 67 de 1967 - préfabriqué en Allemagne et expédié au Canada pour assemblage sur place - ne couvrait que 8 000 mètres carrés. Cette expérience d'architecture tendue, qui n'a nécessité que 14 mois de planification et de construction, est devenue un prototype et a aiguisé l'appétit des architectes allemands, dont son concepteur, le futur lauréat du Pritzker Frei Otto.
Cette 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 à planifier et à construire et couvrait une surface de 74 800 mètres carrés - bien loin de son prédécesseur à Montréal, au Canada.
En savoir plus sur l'architecture de traction
- Structures légères - Structures de lumière : l'art et l'ingénierie de l'architecture tendue illustrés par l'œuvre de Horst Berger de Horst Berger, 2005
- Structures à surface tendue : guide pratique de la construction de câbles et de membranes de Michael Seidel, 2009
- Structures à membrane tendue : ASCE/SEI 55-10 , Asce Standard par l'American Society of Civil Engineers, 2010
Sources : Jeux Olympiques 1972 (Munich) : stade olympique et Expo 1967 (Montréal) : pavillon allemand, base de données de projets de TensiNet.com [consulté le 15 mars 2015]