L'industrie de la construction s'intéressant de plus en plus aux conceptions qui réduisent les émissions de carbone, les conceptions hybrides combinant le bois avec l'acier ou d'autres matériaux sont de plus en plus recherchées comme solutions. Chez Buro Happold, nous en prenons note et soutenons cette solution.
Le bois offre à la fois une grande polyvalence et d'excellentes performances sismiques, tandis que l'acier assure la solidité et les connexions. La combinaison des deux matériaux pour votre projet est souvent le moyen le plus efficace d'obtenir des résultats optimaux.
Adaptabilité
Les conceptions hybrides offrent souvent des niveaux de performance plus élevés que le bois seul ; cependant, leur succès dépend souvent de plusieurs facteurs, notamment de la qualité des connexions entre les composants et de l'adéquation des tests. En raison de la complexité et de la durée des processus de conception tels que celui-ci, les concepteurs devraient prendre le temps nécessaire pour développer un système de connexion efficace et tester les charges auxquelles ils seront confrontés dans le cadre d'applications réelles.
Alors que les propriétaires de bâtiments se concentrent de plus en plus sur la réduction de leur empreinte carbone, les professionnels de l'ingénierie structurelle ont cherché des conceptions efficaces avec une utilisation réduite de l'énergie intrinsèque comme un objectif important de la conception structurelle. L'une des méthodes permettant d'atteindre cet objectif est la combinaison de panneaux de plancher en bois lamellé-croisé (CLT) avec une ossature en acier. Afin d'atteindre cet objectif plus efficacement, cette étude a évalué les sections transversales des planchers hybrides CLT-acier qui offraient une efficacité optimale lorsqu'elles étaient évaluées en fonction de plusieurs critères de décision pour la réduction des émissions de gaz à effet de serre lors de la phase de production.
Pour que cela fonctionne efficacement, la capacité de charge des composants hybrides doit être maximisée. C'est pourquoi diverses méthodes ont été testées afin d'améliorer la liaison entre le bois et l'acier. Les adhésifs se sont révélés être une méthode idéale pour assembler ces matériaux par rapport aux fixations par chevilles et aux fixations par plaques métalliques perforées (PMPF), avec des échantillons à petite échelle utilisés pour évaluer la force d'adhérence entre les matériaux ; les liaisons adhésives se sont révélées supérieures de 82% par rapport aux fixations par chevilles et aux fixations PMPF, ce qui a permis d'obtenir une capacité de charge maximale de 82% pour la capacité de cisaillement de l'élément hybride !
Alors que la demande pour le bois et la conception hybride augmente, les propriétaires de bâtiments, les équipes de conception et les autorités compétentes s'adaptent rapidement. Ce webinaire préenregistré explorera des projets innovants où des systèmes hybrides bois/acier maximisent les avantages de chaque matériau. Il abordera également certains défis liés à l'intégration d'éléments hybrides dans de grands bâtiments en bois, ainsi que des solutions.
Efficacité énergétique
L'utilisation de conceptions hybrides combinant le bois avec l'acier ou d'autres matériaux permet d'obtenir des bâtiments plus efficaces sur le plan énergétique. Cette approche allie l'efficacité structurelle à la chaleur et à la flexibilité offertes par le bois, ainsi qu'à une résistance accrue aux risques sismiques ou éoliens. La construction hybride permet également de réduire le carbone incorporé dans les bâtiments.
L'une des approches hybrides consiste à combiner le bois lamellé-collé avec des nervures en acier pour former une structure en treillis hybride. L'acier apporte la rigidité et la résistance nécessaires pour soutenir les éléments de bois minces. Un système hybride offre une solution économique qui est à la fois simple et polyvalente. Le bois ne fonctionne pas toujours de manière optimale avec l'acier ; il faut donc en tenir compte lors de la conception. Par exemple, il est essentiel que les éléments en bois soient placés près de la membrure supérieure (en compression) tandis que l'acier reste à la membrure inférieure (en tension). En outre, les connexions doivent être conçues de manière à éviter les écarts de dilatation thermique entre les composants. Il est également essentiel de travailler avec des fabricants qui comprennent les processus de fabrication du bois et de l'acier, car les détails de leurs connexions diffèrent considérablement des normes AESS.
Le bois d'ingénierie est utilisé depuis longtemps dans le secteur de la construction, mais ce n'est que récemment qu'il a pris de l'ampleur en tant que matériau de choix pour la construction de structures à grande échelle. Cette tendance s'explique par les avantages qu'il présente par rapport au béton et à l'acier, notamment sa capacité à créer des formes complexes sans augmenter les coûts de manière significative. Le bois d'ingénierie permet aux architectes de concrétiser leur vision tout en réalisant des économies.
Le bois présente de nombreux avantages : stockage du carbone et statut de ressource renouvelable ; ses qualités esthétiques dépassent celles de l'acier et du béton. Toutefois, le bois manque un peu de la rigidité et de la solidité dont les immeubles de grande hauteur ont besoin - c'est pourquoi les ingénieurs combinent souvent le bois avec d'autres matériaux qui offrent plus de rigidité ou de capacité de charge que ses propres matériaux ne peuvent en offrir.
L'approche la plus courante pour coller le bois à l'acier est l'utilisation d'adhésifs. Différentes méthodes ont été testées, notamment les fixations par chevilles et les fixations par plaques métalliques perforées (PMPF). Une étude récente a conclu que les adhésifs offrent des performances supérieures dans les sections hybrides bois-acier par rapport aux chevilles (la résistance à la traction étant jusqu'à 9 fois supérieure) et aux PMPF (capacité de cisaillement 5,55 fois supérieure à celle des chevilles). En outre, les bâtiments hybrides acier-bois peuvent réduire les émissions de carbone de la superstructure de 5-35% par rapport aux bâtiments acier-béton.
Flexibilité
Les conceptions hybrides offrent une plus grande flexibilité que les conceptions mono-matériau en tirant parti des caractéristiques bénéfiques du bois lorsque c'est nécessaire, et en utilisant d'autres matériaux lorsque c'est nécessaire. Les planchers en CLT (bois lamellé-croisé) peuvent réduire les émissions de carbone, tandis que les fermes en acier peuvent améliorer les performances sismiques. L'utilisation simultanée de plusieurs matériaux permet aux conceptions hybrides d'équilibrer durabilité et solidité, ce que les projets soucieux de l'environnement doivent prendre en considération.
La construction hybride est un domaine de l'ingénierie structurelle qui se développe rapidement, et de nouvelles solutions techniques sont constamment créées pour répondre aux demandes du marché. Peikko a récemment publié une gamme standardisée d'éléments de connexion bois-acier conçus pour simplifier la conception des structures hybrides, rendant ainsi la création de structures hybrides fiables beaucoup plus simple pour les ingénieurs.
Cependant, de nombreux experts reconnaissent que l'adoption à plus grande échelle des structures hybrides pose des problèmes, en particulier en Australie où les bâtiments de grande hauteur en bois et en acier n'ont pas encore été largement adoptés. Pour surmonter ces difficultés, les chercheurs mènent plusieurs expériences destinées à explorer le potentiel de l'Australie en matière de construction hybride bois-acier.
L'une de ces expériences consiste à tester les performances des poutres hybrides acier-bois. Ces poutres sont constituées de lamelles de pin radiata et de sapin de Douglas collées à des sections d'acier encastrées. Ces études évaluent leur résistance à la flexion, leur capacité de charge et l'impact des types d'adhésifs, de la taille/de l'emplacement/du type, etc. afin de développer des conceptions structurelles plus efficaces pour les bâtiments hybrides acier-bois en Australie.
Cette recherche pourrait avoir un effet extrêmement transformateur sur la façon dont les immeubles de grande hauteur sont conçus en Australie. L'objectif est de réduire leur potentiel de réchauffement global (PRG) en diminuant l'utilisation du béton.
L'industrie de la construction est témoin d'une évolution internationale vers des techniques de construction hybrides acier-bois pour les bâtiments de grande hauteur, motivée par divers facteurs, notamment la géographie dominante, la fonction du bâtiment, les considérations relatives à la hauteur et d'autres variables.
Sustainability
Alors que les pratiques de construction évoluent vers des approches plus respectueuses de l'environnement, le bois s'est imposé comme un matériau de construction souhaitable présentant des avantages à la fois environnementaux et architecturaux. Malheureusement, sa résistance et sa durabilité limitent l'utilisation du bois dans certains projets. Pour maximiser son utilisation dans de tels cas, de nombreuses équipes de conception se tournent vers des structures hybrides qui combinent les avantages du bois de masse avec la résistance de l'acier ou du béton pour produire la structure hybride parfaite.
Les conceptions hybrides peuvent également offrir des avantages significatifs en matière de développement durable. L'utilisation conjointe de différents matériaux peut réduire les émissions globales de carbone incorporé et améliorer l'efficacité énergétique, tout en offrant flexibilité, adaptabilité et économies. La combinaison du bois et du béton peut réduire les coûts de construction et accélérer le processus de construction ; il est toutefois essentiel de choisir des combinaisons de matériaux appropriées pour protéger l'intégrité structurelle des bâtiments.
Les bâtiments hybrides ne se contentent pas d'économiser du carbone ; ils peuvent également offrir une meilleure résistance aux séismes que les structures traditionnelles en acier et en béton. Une étude récente a examiné six études de cas pionnières de conceptions hybrides combinant une ossature en acier et une construction en bois à des fins de résistance aux tremblements de terre. Les résultats démontrent que les structures hybrides offrent des alternatives plus respectueuses de l'environnement tout en répondant à toutes les exigences sismiques du code AEC.
La construction en bois remonte à des millénaires ; sa résurgence récente est due à l'attention accrue portée aux pratiques durables et à la réduction des émissions de carbone incorporées. Aujourd'hui, de plus en plus d'entreprises de construction se tournent vers le bois dans le cadre d'un plan de lutte contre le changement climatique tout en créant des environnements plus sains.
Microsoft et Gensler, en collaboration avec Thornton Tomasetti, ont récemment mené des recherches qui ont démontré que l'utilisation de bois durable peut réduire de manière significative l'empreinte carbone d'un centre de données par rapport à une construction en acier conventionnelle et de 65 % par rapport à une construction en béton préfabriqué. Associée à des solutions d'ingénierie innovantes et à une planification minutieuse de l'équipe, la construction hybride est une option intéressante pour les constructeurs qui cherchent à minimiser l'impact de leur projet sur l'environnement.
Le bois est un matériau idéal pour les bâtiments à haute performance, mais ses forces et ses faiblesses doivent être soigneusement prises en compte lors de la conception. Les ingénieurs doivent comprendre ses forces (rigidité, durabilité), ses faiblesses (perméabilité) et son impact sur l'environnement avant de l'utiliser. La construction hybride est devenue une solution de plus en plus populaire qui réunit les avantages de différents matériaux pour produire des structures uniques avec un attrait visuel et une fonctionnalité durables.
