Analyse structurelle et architecturale Hearst Tower, NYC...HearstTower 2.2 Lesannées2000...

Cours Master : Structure et Architecture

Analyse structurelle et architecturaleHearst Tower, NYC

Auteurs :Gabriel JaquesMathieu FritzingerAleksandar Trifunović

Assistant :Raffaele Cantone

Professeurs :Roberto GargianiAurelio MuttoniPierre Wahlen

16 mai 2016

Hearst Tower

Table des matières1 Introduction 2

2 La tour et son histoire 32.1 Les années 1920 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32.2 Les années 2000 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.3 Le design de la Hearst Tower . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.4 Ses Concepteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

3 Analyse structurelle 123.1 Description de l’objet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123.2 Comportement structurel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163.3 Système diagrid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

4 Structure et architecture 254.1 Une structure adaptée aux besoins architecturaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254.2 Vérité structurale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264.3 Lumière . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274.4 «Birds’ mouths» : vision panoramique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284.5 Attentat 9/11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

5 Conclusion 30

Structure et Architecture 1/ 31

Hearst Tower

1 IntroductionIl n’existe, à ce jour, une seule approche quant à la valeur de la structure dans l’architecture. Cetterelation varie fortement suivant les périodes, les architectes, et même les programmes. De plus,cette corrélation peut même changer ou être changée au fil du temps. Les temples grecs, que l’oncroyait avoir mis à nue avec l’étude et l’expertise des ruines léguées par l’histoire, ont depuis peubouleversé notre préconception de l’architecture monumentale grecque. Des traces de peinturesfurent retrouvées dans de multiples sites archéologiques et documents attestant de l’utilisationd’enduits pour décorer les lieux de cultes en pierre et sans doute également ceux précédant enbois. Le temple n’était pas uniquement un ‘abri pour les dieux’, mais également une sculptureleur étant dédiée. De même, les cathédrales gothiques et leur architecture jadis délaissés sontde nos jours admirés par leur système structurel ingénieux et méticuleux qui les caractérisent ;“demander une église gothique sans arcs-boutants, c’est demander un navire sans quille ; c’est pourl’église comme pour le navire une question d’être ou de n’être pas“ [1]. Plus tard, Jean-NicolasL. Durand, dans son ouvrage Précis de leçon d’architecture, apprend à ces étudiants une recettesuniverselle permettant d’ériger n’importe quel édifice d’après une trame structurelle en s’appuyantsur ces connaissances et interprétations de l’architecture monumentale antique. A l’opposé del’académie des beaux arts, qui elle se focalise sur les qualités et les relations spatiales que lesdifférentes pièces majeures et les pièces dites secondaires doivent entretenir, déterminant ainsi desespaces servants et des espaces servis. Notion que Kahn reprendra dans plusieurs de ces œuvres.L’architecte américain d’origine estonienne est fasciné par la pièce et son agencement dans unensemble, une suite. Pour lui “la pièce est le commencement de l’architecture“ [2] ; l’entité de pluspetite échelle est l’élément caractéristique de la plus grande échelle. Kahn ne voit jamais la raisond’une pièce dans la pièce elle-même mais dans ce qui la compose, la génère. Il dira à ce propos :“la structure de la pièce doit être évidente dans la pièce même. C’est la structure, je crois, quifait la lumière“. L’ensemble du patrimoine bâti fait part d’une discussion entre structure - ce quisupporte - et architecture – ce que l’on voit – sans jamais vraiment en donner une réponse clairedu caractère de la relation. Les ‘nouveaux’ bâtiments du 21ème siècle donnent-ils une réponse ?Sans doute non. Mais comme cela fut le cas au moyen-âge, certains édifices au caractère socialparticulier, à travers une expérimentation sur la forme et la matière, ont “considéré les membresdu squelette avec le même amour de la perfection et de recherche pour la clarté du but“ [3]. Lastructure ne porte pas seulement l’architecture mais l’embellie également. Le suivant rapport vaappuyer ces propos à l’aide d’une étude de cas d’un bâtiment récent des années 2000 : la HearstTower implantée à New York, ville où structure rime avec extravagance.


Hearst Tower

2 La tour et son histoire

2.1 Les années 1920

Les origines de la Hearst Tower peuvent être retracées, il y a maintenant près d’un siècle de cela,au début des années 1920 et au baron médiatique William R. Hearst. Après avoir fondé la “HearstCorporation“ en 1887, ce dernier envisage de s’installer à New York City devenue capital média-tique des Etats-Unis après avoir détrôné Chicago. En 1921, Hearst réunie les fonds nécessaires afind’acquérir une parcelle au 959 Eighth Avenue - parcelle toujours en possession de la fondation aujour d’aujourd’hui -, emplacement du futur siège social de la corporation portant son nom. L’archi-tecte autrichien Joseph Urban et le bureau d’architectes américains Georges B. Post & Sons furentsollicités pour la réalisation de cet édifice devant à la fois répondre à une problématique fonction-nelle, rassembler sous une même structure les douze publications appartenant à la corporation, etune problématique d’image, afficher la présence et l’élan journalistique montant de William Hearstdans le monde des médias. Le résultat de la collaboration des deux architectes prit la forme, sousle nom de l’International Magazine Building, d’un bâtiment Art-déco de six étages centré autourd’une cour intérieure. Des bureaux occupaient les quatre étages supérieurs alors que les deux étagesinférieurs étaient occupés par des commerces. La construction de cette structure de faible hauteur,imaginée comme base d’un immeuble de bureaux de neufs étages par Joseph Urban et Wiliam R.Hearst, fut terminée au courant de l’année 1928. La grande dépression de 1929 coupa néanmoinscourt au projet d’immeuble de bureaux.

Figure 1 – Photo historique de l’ouvrage d’origine


Hearst Tower

Figure 2 – Plan de situation


Hearst Tower

2.2 Les années 2000

L’entrée dans le 21ème siècle avec les attentats du World Trade Center le 11 septembre 2001à New York sera, sans aucun doute et à jamais, marquée dans l’histoire comme l’une des plustragiques du monde moderne. Après ces événements tragiques, il a fallut du temps pour persuaderla population mondiale, et surtout la population newyorkaise, de la sécurité et des avantages detels gratte-ciels. Pour preuve, la première tour réalisée après les attentats de 2001 n’est autre quela Hearst Tower inaugurée en octobre 2006, c’est à dire cinq ans plus tard. Cette dernière est, àce jour, l’unique contribution à la skyline newyorkaise de l’architecte anglais Norman Foster, quipour l’occasion collaborera avec l’ingénieur, du bureau d’ingénierie newyorkais WSP Cantor Seinuk,Ahmad Rahimian. Cette extension de la base historique, appartenant depuis 1988 aux “monumentsimportants de l’héritage architectural de New-York“, vient ressusciter la vision des années 1920 dubaron médiatique William R. Hearst et de l’architecte Joseph Urban, qui envisageaient la structuredu 959 Eighth Avenu - alors appelée International Magazine Building - comme éventuelle based’un immeuble de bureaux futurs. Néanmoins, l’envergure du bâtiment actuel dépasse de loincelle du projet initial. En l’espace de 80 ans l’immeuble de neuf étages laissa place à une tourde quarante-deux étages, assurant la superficie nécessaire afin d’accueillir dans un même édificel’intégralité de deux milles employés jusque là éparpillés sur neufs adresses différentes. Commeen 1928, cette construction high-tech, recouverte par une enveloppe de verre et d’inox, accueillel’ensemble des employers de Hearst, tout en communiquant également les valeurs de la compagnieet sa prééminence en tant qu’organisation du 21ème siècle.

Figure 3 – Photo de la skyline newyorkaise après 2006


Hearst Tower

2.3 Le design de la Hearst Tower

Une des première contraintes, et sans doute la plus significative pour le projet, à laquelle archi-tectes et ingénieurs ont du se confronter fut donc la nécessité de préserver la structure existante(la façade) considérée depuis 1988 ‘monument important de l’héritage architectural de New York’.Les architectes eu obligation de maintenir les façades extérieures et il fut déterminer que l’anciennestructure devait agir comme plinthe, socle au nouveau bâtiment – comme imaginé originellementpar Urban et Post. La Tour pris ainsi place dans la cour de l’ancien bâtiment à l’extrême Ouestde la parcelle adjacent au Shefield Building.

En plus de la façade et de valeur patrimoniale, d’autres facteurs ont influencé la position de latour, cette fois plus dans l’horizontale, mais dans la verticale. La hauteurs des étages de l’existantn’étant pas adaptée pour un espace de bureaux contemporain et par une perte considérable delumière dans les premiers étages de la tour si cette dernière était imbriqué dans la cour existante.La hauteur du ‘socle’ eu tendance à pousser la base de la tour vers le haut où elle ne libére pasuniquement la partie supérieur du ‘socle’ mais tend à ‘flotter’ au dessus. Cet agencement à permisune arrivé importante de lumière dans le socle, ainsi qu’une séparation horizontale de la structureancienne massive et la nouvelle structure légère nouvelle.

Cette juxtaposition des deux structures permit de traiter la partie existante avec une grande li-berté. Cette dernière peut être découpée en deux parties. Une première partie que l’on pourraitappelé côté rue, où une position traditionaliste fut privilégiée : la façade fut conservée et seull’entrée au bâtiment et l’accès au métro forment des exceptions dans la succession de magasins.Ces magasins occupent les deux premier étages de la structure existante, le reste fut évidé laissantplace à un grand atrium. Du point de vue de l’architecte Norman Foster, la Hearst Tower peut êtrecomparée à un petit village, et l’atrium à sa place centrale. L’atrium joue le rôle d’aimant sociale.Tous les différents mondes des étages de la tour se retrouvent dans son cœur afin d’échanger, dese détendre et de profiter des divers commodités offertes.

(a) (b)

Figure 4 – Photo de l’ouvrage construit dans les années 1920 (a) et photo de l’ouvrage actuel (b)


Hearst Tower

Figure 5 – Hearst Tower actuelle Figure 6 – Coupe de l’ouvrage dans son ensemble


Hearst Tower

(a) (b)

Figure 7 – Elevation (a) Coupe (b)

aaaaaaaa(c) (d)

Figure 8 – Plan d’atrium (c) Plan d’étage type (d)


Hearst Tower

2.4 Ses Concepteurs

Norman Foster

Norman Foster compte aujourd’hui parmis les grands noms de l’architecture moderne et particu-lièrement de l’architecture dite High-Tech. Diplômé de l’université de Manchester en 1961, il serend, après l’obtention d’une bourse d’étude, aux États-Unis où il obtiendra en 1962 son diplômed’architecte de l’université de Yale. De retour à Londres en 1963, Norman Foster fonde le cabinetd’architecture, Team 4, en compagnie de Richard Rogers et de leurs épouses respectives WendyFoster et Su Rogers. L’année 1967 marque la fin de quatre années de collaboration entre les deuxcouples. Rogers travaille alors avec Renzo Piano tandis que Norman Foster et sa femme WendyFoster fonde le cabinet d’architecture Foster Associates, depuis renommé Foster Partners afin derefléter au mieux l’influence des nouveaux architectes associés. La renommée, Lord Foster, la doità la réalisation de projets variés et célèbres tel que le viaduc de Millau, le siège de la Swiss RE àLondres, la coupole du Reichstag à Berlin, ou encore l’ancien siège de la HSBC à Hong-Kong pourn’en cité que quelques un.

Figure 9 – Photo de l’architecte Norman Foster


Hearst Tower

Ahmad Rahimian

Ahmad Rahimian est aujourd’hui le directeur général du cabinet d’ingénierie WSP Cantor Seinuk,un bureau newyorkais d’ingénierie structurelle en tête de fil et un membre du groupe WSP, entre-prise d’ingénierie mondiale avec plus de cinq cents bureaux sur les cinq continents. Arrivé au débutdes années 1980 comme immigré iranien avec une licence en ingénierie civile, il poursuivit son édu-cation et obtiendra quelques années plus tard son Master of Science de l’institut polytechnique del’université de New York. Ce n’est que peu de temps après l’obtention de son diplôme, qu’AhmadRahimian fait ces débuts dans le cabinet d’ingénierie newyorkais Cantor Seinuk, fondé en 1971par Irwin G. Cantor et Ysrael Seinuk, qui par la suite rejoindra le groupe WSP (William SalePartnership) dans les années 2000. Ces années chez Cantor Seinuk le confronteront à de nombreuxdéfis, comme ce fut le cas pour la Torre Mayor à Mexico City, tour de bureaux de 55 étages venantsurplomber un parking de 12 étages, ou encore la Freedom Tower à New York, mégastructure de105 étages.

Figure 10 – Photo de l’ingénieur Ahmad Rahimian


Hearst Tower

Turner Construction

Turner construction est une des plus grandes entreprises de gestion de la construction mondiale.Fondée en 1902 par Henry C. Turner à New York, la compagnie s’étend en 1907 et 1908 respective-ment à Philadelphie et Boston, afin de maintenir son extension géographique. Aujourd’hui, l’entre-prise Turner Construction est composée de 46 bureaux aux État-Unis et est active dans une ving-taine de pays autour du globe. La société doit sa reconnaissance à la réalisation de grands projetscomplexes, favorisant l’innovation, embrassant les technologies émergentes, et faisant preuve d’unevolonté à faire une différence pour leurs clients, les employés et la communauté. Deux exemples cé-lèbres sont le sièges des Nations Unis et le Lincoln Center for Perfoming Arts, tous les deux à NewYork, et le Burj Khalifa aux Émirats Arabes Unis, pour un exemple international. La compagnietraite une moyenne de 1500 projets par an, que les quelques 5200 employés se partagent.

Figure 11 – Photo prise lors de la visite du chantier


Hearst Tower

3 Analyse structurelle

3.1 Description de l’objet

3.1.1 Le socle

La première étape du projet a été réalisé en soutenant la façade patrimoniale Art-déco de l’archi-tecte Joseph Urban et en détruisant l’intérieur de ce bâtiment de la fin des années 1920. La façadea été renforcée afin d’avoir la résistance suffisante pour le nouveau élancement ; la hauteur de 6étages, sans aucun soutient latéral hors de son plan. Elle a donc été renforcée de l’intérieur en luijuxtaposant un mur en béton armé. Ce dernier assure le maintien des murs d’enceinte existants etleur apparence sur toute leur hauteur sans nécessité d’appuis intermédiaire tout en respectant lesnouvelles normes sismiques.

Une fois le bâtiment existant évidé de son contenu,ses fondations ont été modifiées et renforcées afinde pouvoir accueillir les 42 étages de la nouvelleHearst Tower. Les caractéristiques du site urbainont obligé d’exécuter l’entier des travaux de fon-dation dans l’enceinte du bâtiment.Le bâtiment, dans son ensemble, est soutenu pardeux type de fondations afin de répondre à la géo-logie atypique formée par un lit rocheux irrégulierle long de la parcelle. En effet, la roche se trouveen surface sur la moitié du bâtiment, tandis quesur l’autre moitié du bâtiment, le roche se trouveenviron 10 mètre sous le niveau de la rue. Ainsides semelles superficielles ont été utilisées là où laroche était en superficie, alors que des caissons enbéton armé ont été utilisés pour atteindre le massifrocheux plus profond.La tour, qui commence au-dessus de l’ancienne fa-çade, est supportée par des ‘méga-colonnes’ et sta-bilisée par des ‘méga-diagonales’ posées à la basesur 12 points d’appuis générant et créant un atriumtrès dégagé spatialement (sur 10 étages virtuels),dont le volume est uniquement obstrué/coupé parces mégastructures. Le plan de ces megastrucutresest perpendiculaire au plan de la façade de la tourqu’elles supportent. Ces dernières sont composéesd’éléments mixtes : tubes carrés en acier hauteperformance composés soudés de 1,12m x 1,12mx 100mm, comblés avec du béton.

(a)

(b)

Figure 12 – Méga-structure de la base (a) & (b)Système pour déviation des forces obliques


Hearst Tower

3.1.2 La tour

La structure porteuse de la tour, reposant sur cesmégastructures formant l’atrium, est principale-ment réalisée par le système de cadres triangulés,communément nommé diagrid. Ce système por-teur est dans le cas présent très lisible et présenteplusieurs avantages. Principalement, il permetd’assurer la stabilité d’un tel édifice en façade.Ce système structurel particulier interconnecte lesquatre façades de l’extension, générant ainsi unestructure tubulaire.

Chaque façade est composée de modules triangu-laires isocèles d’une hauteur constante de quatreétages assemblés afin d’atteindre la hauteurlégitime de la tour dans son entier. La sectionconstante des poutres en I de ces triangles faciliteet favorise une préfabrication et montage ordonné,planifié. La géométrie de l’ensemble rend néan-moins l’assemblage délicat et compliqué avec desnœuds et pièces d’assemblage complexe.

La séparation en plans horizontaux de la tourest assurée par un conventionnel système poutre-plancher. Dans le cas de la Hearst Tower, unedalle mixte (acier-béton) appuyée sur des poutresen acier a été utilisée. Ces différents niveaux deplanchers sont appuyés en façade sur le systèmediagrid, au noyau et à une couple de colonnesupplémentaire contenant les portées à des dimen-sions raisonnables.

Figure 13 – Vue de l’intérieur de l’étage enconstruction

(a)

(b)

Figure 14 – Photo du chantier (a) & (b)Photo de l’intérieur de la base


Hearst Tower

Figure 15 – Elevation schématique de la structure de la tour


Hearst Tower

Figure 16 – Plans types des étages de la tour


Hearst Tower

3.2 Comportement structurel

3.2.1 Diagrid : poutres et colonnes

La reprise des charges verticales par lesystème diagrid s’établie de manière sui-vante. Chaque module de triangle reprend4 niveaux de plancher en plus des chargesdes étages supérieures. Les membruresdu diagrid agissent comme une ‘colonneinclinée’ et comme une ‘poutre’ dont lesextrémités sont encastrées. L’encastrementdes membrures réduit le moment maximalen générant des moments opposés prèsdes appuis. Également, en plus des appuislatéraux provenant des planchers appuyés,l’encastrement à l’angle de chaque triangleréduit la longueur de flambage de cet élé-ment hautement sollicité à la compression(sous les charges gravitaires seules).

Les charges verticales gravitaires induisentdes efforts de compression, des efforts deflexion et des efforts normaux dans les mem-brures du diagrid. Les efforts de cisaillementet de flexion causés par ces charges sontsimilaires d’un module du diagrid à un autre.A l’opposé, les efforts normaux engendréspar les charges verticales se cumulent àchaque module du diagrid.

Tandis que, les charges horizontales induitespar le vent et le séisme, sont reprises parles planchers et transmises aux membruresdu diragrid. Ces charges induisent, ellesaussi, des efforts de cisaillement, des effortsde flexion et des efforts normaux dans lesmembrures du diagrid. Ces efforts provenantdes charges horizontales s’additionnent auxefforts des charges verticales. Dans certainscas de chargement, la combinaison desefforts est favorable et, pour d’autres cas,défavorable.

(a)

(b)

Figure 17 – Sollicitations du diagrid sous charges ver-ticales (gravitaires) (a) & (b) Sollicitations du diagridsous charges horizontales


Hearst Tower

3.2.2 Tour : effet du vent

Pour la reprises des charges latérales du ventet séisme, la tour agit comme une énormepoutre en porte à faux vertical encastrée àla base. Cette «poutre» doit donc résisterà des efforts de flexion et de cisaillement,en plus d’efforts axiaux. La figure suivanteillustre bien les efforts engendrés par flexion.En effet, une partie de la tour se retrouveraen traction tandis que l’autre partie seretrouvera en tension afin de résister aurenversement de la tour. De plus, la tour estcisaillée par les efforts latéraux.

Figure 18 – Sollicitations du diagrid sous charges laté-rales

(a) (b) (c)

Figure 19 – Noeud du système de façade (a) Passage des forces verticales (b) horizontales (c)


Hearst Tower

3.3 Système diagrid

3.3.1 Démarche de l’analyse

Le système porteur principale de la tour est lisible sur ses façades. Il s’agit d’une structure tubu-laire formé en façade à l’aide de triangles s’étendant en hauteur découpés horizontalement par 4niveaux d’étages.

Ce système, diagrid, évolue à travers les 4 façades pour former un tube redondant, permettant destabiliser correctement la tour entière puisque le noyau de l’ouvrage a été volontairement disposéde côté de la façade ouest, car celle ci donne sur un bâtiment existant. Ce système structurel apermis de réduire de 20% la quantité d’acier par rapport à une structure conventionnel, cadresstabilisés horizontalement par le noyau central. Également, il est important d’évoquer que HearstTower est le premier projet major inauguré à Manhattan suite à l’effondrement des tours de WorldTrade Center et les concepteurs ont dû s’adapter aux nouveaux standards de sécurité structurelsimposés pour les tours dès lors en construction et le choix s’est porté à ce système hautementredondant, diagrid, qui n’est pas très usuel pour des tours d’environ 40 étages, car même si l’éco-nomie de matière est réalisable, les détails constructifs et le montage plus difficile efface rapidementéconomiquement cet avantage. Mais l’argument le plus pertinent en faveur de ce système a été unerésilience comparable aux autres systèmes relativement à sa masse et à son échelle. En vertu de sarigidité et force, ce système combine la stabilisation et colonne dans un seul élément et permet deréduire la sollicitation de la base en répartissant la charge sur tous les éléments de la base.

Figure 20 – La tour vue depuis la rue

Une analyse et comparaison de ce système diagrid disposé ici et des systèmes usuellement disposésdans les bâtiments-tours est présenté dans les pages suivante.


Hearst Tower

3.3.2 Analyse statique

Système cadre

Cadre stabilisé

Système Diagrid

Système Diagrid sans montants de bords

Figure 21 – Comparaison des systèmes statiques par la descente de charge


Hearst Tower

Figure 22 – Comparaison statique

Une analyse de descente des efforts, voir figure 21, permet de comprendre le fonctionnement d’unsystème statique.

Un système cadre, qui est ici le moins redondant, ne permet pas la diffusion de l’effort dans le sys-tème global, son élément auquel s’applique la force, encaisse pratiquement l’entière unité. Tandisque les systèmes plus redondants (avec diagonales), permettent une diffusion d’effort, particulière-ment avantageux pour la sollicitation (ainsi plus petite) des éléments se trouvant en de sous et larépartition des charges dans les fondations.

Concernant le système diagrid, on aperçoit que avec l’avantage de ne pas avoir des "colonnes", lesefforts dans les éléments obliques ne sont pas dramatiquement augmentés.

Quant au système diagrid, sans montant aux bords de façade, système disposé dans la HearstTower, on aperçoit qu’il est un peu moins efficace, principalement sous sollicitation horizontaleque le système diagrid avec les montants de bord, mais il offre l’avantage architectural de n’avoiraucun élément vertical.


Hearst Tower

Système cadre Cadre stabilisé Système Diagrid Syst. Diagrid sans montants

Figure 23 – Analyse de la structure d’une façade

Figure 24 – Comparaison de rigidité horizontale d’une façade

Le graphique de ci-dessus, la figure 24, présente la rigidité horizontale d’une façade en fonction dessystème statique. On voit que le système diagrid (avec montant de bord) a une rigidité identiqueau système avec cadres stabilisés. Le système de façade de la Hearst Tower, diagrid sans montantsde bords a une rigidité environ 2 fois plus petite, mais il reste tout de même environ 5 fois plusrigide que le système "Cadres seuls".


Hearst Tower

Tour Syst. Cadre Tour Cadre Stabil. Tour Syst. Diagrid Tour Syst. Diag. sans montants

Figure 25 – Analyse de la structure de la tour (tube)

Figure 26 – Comparaison de rigidité horizontale de la tour

En analysant les façades reliées, formant ainsi une structure à 3 dimensions, un tube, la rigiditéhorizontale est semblable pour les 3 systèmes hautement redondants, à savoir "Tour Cadres sta-bilisés, Tour Système Diagrid et Tour Système Diagrid sans colonne de bord". La différence entre"Tour Cadres stabilisés" et Tour Système Diagrid sans colonne de bord" est de 20% en faveur dupremier système cité.

Ainsi, on aperçoit que le système de la tour est très efficace, même avec cette élimination deséléments verticaux aux coins de la tour. "Tour Système Diagrid sans colonne de bord" est de 25fois plus rigide horizontalement que "Tour Cadres seuls" ; le système de façade formé par des cadres(poutres et colonnes avec connexions rigides aux intersections).


Hearst Tower

Syst. de la Hearst Tower Syst. avec base plus logique

Figure 27 – Analyse global avec le système à la base

Figure 28 – Comparaison de rigidité horizontale de l’ouvrage entier


Hearst Tower

Syst. de la base de la H.Tower Syst. base plus logique

Figure 29 – Analyse global avec le système à la base

Figure 30 – Comparaison de rigidité rotationel (torsion) de la base

Comme déjà mentionné, le système statique à la base de la Hearst Tower se différencie complète-ment de la structure de la tour, ce qui est une volonté architecture de la ville de New York City,mais également de l’architecte Foster, séparant ainsi les volumes et donnant l’harmonie par cescassures qui "font oublier" l’immense différence de la façade patrimoniale Art-déco et la tour HightTech verre et acier.

Concernant la rigidité horizontale, le système disposé à la base dans la Hearst Tower, le systèmequi change de plan brusquement, n’a pas de grande influence, voir figure 26. Par contre, concernantune rigidité torsionnelle, c’est logique que ce système est moins performant, car comme déjà dit,le plan a un changement brusque de 90 à la base, ainsi un système de la base qui suit le plan dela tour serait beaucoup plus adapté, voir figure 30.


Hearst Tower

4 Structure et architecture

4.1 Une structure adaptée aux besoins architecturaux

La volonté de l’architecte concernant l’aménagement des surfaces de plancher de la tour a grande-ment influencé le choix de la structure. En effet, la présence d’une tour d’habitation à la bordureNord-Ouest du site, obligea l’architecte Norman Foster de déplacer le corps de circulation. La jux-taposition du noyau de circulation permet effectivement d’éviter d’obtenir une zone insuffisammentéclairée naturellement et sans dégagement visuel vers l’extérieur. De plus, il permet d’accroître lasurface utilisable du coté Sud-Est, c’est à dire un des cotés les plus favorables pour des bureaux,tout en gardant une distance corps façade appropriée. Néanmoins, ce choix décisif pour le bonfonctionnement du monde intérieur de la tour a un impact non négligeable sur le comportementstatique de cette dernière. Le centre de torsion de la tour se voit ainsi déplacé et par conséquentincapable de reprendre les charges horizontales pouvait engendrer de grands efforts de torsion nondésirés. En effet généralement, le noyau structurel d’un tel bâtiment, correspondant aux différentescages de distribution verticale (ascenseur, escalier, vide technique,. . . ) reprend la grande majoritédes charges horizontales et des charges verticales. Ici, c’est la façade qui remplit l’entièreté dece rôle structurel ; le noyau pouvant dès lors être une construction légère servant uniquement àréduire les portées à l’intérieur du bâtiment. L’élément porteur étant repoussé en façade et enfaçade uniquement, les ingénieurs ont opté pour un système, à la fois, hautement stable, rigide etdistinctif, un système diagrid. Ce dernier permet d’assurer la stabilité de la tour en interconnectantles quatre faces du bâtiment par une juxtaposition méticuleuse d’un même module triangulaire etlui donnant ainsi également un visage uniforme où structure et contreventements se mêlent.

Figure 31 – Noyau juxtaposé au côté ouest du bâtiment


Hearst Tower

4.2 Vérité structurale

La vie et l’influence d’un gratte-ciel dépendent essentiellement de l’apparence de ce dernier. Ceciest particulièrement vrai à New York et sur sa mythique presqu’île de Manhattan. La Hearst Towerne déjoue pas cette règle. “Le diagird travaille à l’échelle urbaine et établit un profil distinctif surla ligne d’horizon“, (voir [4]). Ce système structural si particulier devient ainsi la caractéristiqueprimaire de ce bâtiment, celle qui “le démarque et qui l’explique“, (voir [4]). En effet, l’architecteNorman Foster prit le parti de montrer et de distinguer la structure périphérique de l’enveloppe dubâtiment. Ce contraste est ici souligné par le choix des matériaux différents, respectivement l’inox etle verre. Les quatre façades font foie d’une vérité structurelle, d’une transparence compositionnelle ;le bâtiment s’explique de lui même. Un socle historique en maçonnerie est surplombé d’une tourhigh-tech en acier. Entre ces deux structures une ‘jupe’, un bandeau de verre horizontal, fait officede transition. Cette transition est accentuée par un changement de structure, le diagrid laisse placeà un simple un système de colonnes contreventées plus traditionnel. Cette variation structurelleest une conséquence directe des normes de préservation de la ville de New York selon lesquelsune nouvelle structure devrait exprimer son propre temps tout en respectant et en renforçantl’existant. L’innovation structurelle est donc laissée à la nouvelle tour et le système de porteursverticaux – solution plus traditionnelle – au socle. La transition structurelle marque donc égalementune transition programmatique, l’espace public laisse place aux étages de bureaux.

Figure 32 – Maquettes d’étude du projet


Hearst Tower

4.3 Lumière

Norman Foster prend la problématique de la lumière naturelle très au sérieux et en a fait au fil desannées le point de départ majeur de ces projets. Dans le cas de la Hearst Tower la question était desavoir par quel moyen, ou comment l’apport en lumière naturelle pouvait être assuré dans les étagesinférieurs de la tour en présence du socle de 1928. La destruction des planchers fut décidée dès lespremières phases du projet étant donné les hauteurs bien trop faibles des étages selon les standardscontemporains ; la tour pouvait donc se placer librement dans l’espace. Le cadre de constructionprivait néanmoins les trois premiers étages de la tour d’un apport en lumière naturelle optimal,si celle-ci était ‘posée’ directement au dessus des deux étages commerciaux. Les architectes ontdonc décidé de repousser le premier étage de bureaux vers le haut. Afin de pouvoir subvenir auxbesoins lumineux de ce nouvellement créé atrium, les architectes ont décider de faire ‘voler’ unequarantaine d’étages de bureaux au-dessus de la structure existante générant ainsi un changementde système structurel et la transition horizontale entre ancien et nouveau ; respectivement entremonde urbain et le monde du travail.

Figure 33 – La tour vue depuis l’intérieur de la base


Hearst Tower

4.4 «Birds’ mouths» : vision panoramique

La présence de la tour dans le tissu urbain de Manhattan est établie par le système diagrid. Cedernier fonctionne néanmoins également a une échelle plus petit qu’est celle du quartier. Le jeu decomposition de l’angle du bâtiment en est la source principale. En effet, l’évidemment de l’angleen l’absence de montants de bord génèrent des chanfreins, décrit par l’architecte Norman Fostercomme des ‘birds mouths’. Ces dernières permettent d’accentuer les proportions verticales de latour et du bâtiment dans son ensemble.

Ce geste compositionnel permet également une fois à l’intérieur d’offrir un regard différent sur lagrille de Manhattan, un regard diagonal. Le regard ne se dirige plus sur la route ou le bâtimentd’en face, mais sur le croisement, l’arrête des bâtiments. Le choix de la structure créa ainsi à la foisl’apparence du bâtiment à l’intérieur de la ville et l’apparence de la ville à l’intérieur du bâtiment.

Figure 34 – Vue panoramique offerte par le «birds’ mouths»


Hearst Tower

4.5 Attentat 9/11

Le diagrid crée une structure très efficace composé d’un réseau de membrures permettant plusieurscheminements des charges. Cette considération est très importante pour les gratte-ciel de la villeNew-York. La Hearst Tower est le premier gratte-ciel qui a été construit dans le centre-ville deNew-York après les attentats du 11 septembre 2001. Lors de cette tragédie, deux avions ont étédéviés par des terroristes et ont heurté les tours jumelles du World Trade Center causant l’effon-drement des 2 bâtiments.

Ce système diagrid, système statique hautement redondant, est un système bien plus rigide que lesystème cadre qui a succombé très rapidement suite à ce sinistre tragique. Même avec un évidementd’une partie de ces éléments sur la façade diagrid, le système répartie les charges par les treillis endessus et en dessous de l’évidement pouvant être formé par un tel accident.

Figure 35 – Résistance du système en cas d’accident


Hearst Tower

5 ConclusionEn somme, la collaboration entre Norman Foster et Ahmad Rahimian lors de la conception de laHearst Tower peut être jugé d’exemplaire. La structure et l’architecture cohabitent, se complètentafin de générer cette figure emblématique dans la skyline de Manhattan. Cette figure présente, enson sein, un système structurel unique répondant au langage architectural unique de cette tour,où ancien et nouveau se confrontent. En effet, la démarcation de deux systèmes statiques, un pourle bas et un pour le haut, résulte de la volonté de différencier les deux époques du bâtiment, touten permettant une stabilité irréprochable de la tour soutenu uniquement par sa "peau" extérieuredevenue emblème du bâtiment. En effet, l’expression architecturale de cet édifice est générée parla structure sinequanone de ce bâtiment, la structure est apparente, ou du moins son principestructural. Ce dernier transmet l’image nouvelle et imposante de la Hearst Corporation mais, à pluspetite échelle, également la conviction de l’architecte et de l’architecture moderne de participer à laconservation de l’environnement. La Hearst Tower est le premier bâtiment de bureaux ‘vert’ à NewYork City. Il reçu la distinction LEED Gold, par l’US Green Building Council. Cette catégorisationest notamment due à l’usage de ce système diagrid si particulier qui permet d’économiser environ20% d’acier, ce qui correspond dans ce cas à environ 2000 tonnes d’acier d’économie. A celase rajoute la forte présence d’acier recyclé composant la tour, environ 85%. La structure vientdonc compléter les différentes mesures de réduction de dépense énergétique. Une collaborationtrès précoce entre architecte et spécialistes a ainsi permis une intégration de tous les élémentsgénéralement jugés anecdotique dans le concept et expression architecturale global et notammentl’aspect structurel complexe de ce genre de construction.


Hearst Tower

Références[1] Eugène Viollet-le-Duc, Dictionnaire, Volume 1, «Arc-boutant», p. 60.[2] Louis I. Kahn, "The room, the Street and Human Agreement", AIA Journal, vol.56, n3[3] Louis I. Kahn, “Monumentality”, Louis I. Kahn . Essential texts, Robert C Twomby,

W.W.Norten, 2003[4] Foster, Norman. Hearst Tower Foster + Partners. Londres : Prestel (2010) : 8-11.[5] Adolf Loos, Le Principe du Revêtement, 1898[6] Norman Foster, Lecture to Foster 10 Exhibition, Century Cultural Center, Tokyo, 1988[7] Norman Foster, Architecture and Structure, Architectural Association of Japan, novembre 1994[8] steeldoc 01/09, Skyline - immeubles tours, SZS, édition mars 2009[9] METALS IN CONSTRUCTION, Diagrig Framing System - Lifts Historic Building into Skyline,

The steel institute of New York and the ornamental metal institute of New York , éditionprintemps 2006

[10] David Jenkins, Norman Foster : Works 6, PRESTEL, 2014


Analyse structurelle et architecturale Hearst Tower, NYC...HearstTower 2.2 Lesannées2000...

Documents

Transcript of Analyse structurelle et architecturale Hearst Tower, NYC...HearstTower 2.2 Lesannées2000...