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Université Badi Mokhtar Annaba Cycle Licence. Semestre II

I/ Généralités

Tout édifice quelque soit sa nature doit répondre à trois principes essentiels : Fonctionnalité,

Solidité et Esthétique.

Ces trois principes trouvent leur solution dans la gestion de la forme : du simple trait

jusqu’aux volumes les plus complexes.

Pour qu’un bâtiment existe, il faut qu’il tienne. Dans cette phrase nous introduisons deux (02)

sens du principe de la solidité complètement différents.

Le rôle premier d’un bâtiment est de couvrir ou d’englober une activité. Cette enveloppe

physique doit assurer la sécurité des utilisateurs de ce bâtiment. Cette enveloppe ne doit en

aucun cas s’écrouler et donc en aucun cas constituer le premier danger pour l’homme .Quand

nous parlons donc de solidité nous devons comprendre le maintien de l’enveloppe et sa durée

de vie ; c.-à-d. sa capacité de garder ses propriétés physiques et mécaniques durant une

période donnée qui dépend de la fonction du bâtiment en lui même et du nombre de personnes

qu’il abrite ainsi que des conditions de « vie » du dit bâtiment.

L’enveloppe est constituée généralement d’une partie portante et de parties couvrantes

(horizontales, verticales ou inclinées). Il existe des cas où les deux fonctions (portance et

couverture) sont assurées par les mêmes éléments architecturaux ou constructifs.

Dans le présent cours nous nous intéresserons à la portance.

Université  Badji  Mokhtar  Annaba                                                                                                                                                                                                    Cycle  Licence.  Semestre  II      Département  d’architecture                                                                                                                                                                                                                                      THEORIE  DU  PROJET                                                      

Formes Structure et

Architecture

Équipe pédagogique : MR Naoufel BAHRI, Mme Khedidja BOUFENARA, Melle Heddya BOULKROUNE, Melle Bahia KEBIR, Melle Nadira SAIDi

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Définition : Action de porter les charges d’un bâtiment et de les transmettre au sol de

fondation.

Les architectes et ingénieurs de Génie civil appellent communément la partie qui assure la

portance : La Structure

Définition : On nomme structure (االهھيیاكل) l’ensemble des éléments qui assurent la stabilité

d’un bâtiment. Elle doit pouvoir transmettre les charges appliquées sans rupture ni

déformation. L’objectif est, de ce fait, de véhiculer puis de transmettre les charges et les

surcharges d’une construction donnée, à travers des éléments porteurs, tout en assurant

l’équilibre de l’ensemble, aux fondations qui se chargent à leur tour de les transmettre au sol.

La portance assurée par la structure du bâtiment est constituée de deux parties :

• La superstructure ou partie se trouvant au dessus du niveau du sol.

• L’infrastructure ou partie située au dessous du niveau de sol.

La superstructure a pour rôle de reprendre toutes les charges du bâtiment (poids propre,

charges permanentes et d’exploitation et surcharges accidentelles) et de les transmettre à

l’infrastructure.

L’infrastructure a pour rôle de reprendre les charges transmises par la superstructure, de les

transmettre au sol d’assise et de résister aux forces qui peuvent exister dans le sol dans

laquelle elle se trouve.

L’infrastructure

Elle représente l’ensemble des fondations et des éléments situés en dessous du niveau de base.

On utilise, selon le cas, des semelles isolées ou linéaires (filantes) (en cas de poteaux),

continues (en cas de murs porteurs), un radier ou des fondations profondes telles les puits,

pieux général (cas de mauvais sol de fondation).

Forme des semelles :

1- Semelle à patin simple (pour faibles charges).

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2- Semelle avec patin et glacis (pour charges importantes)

3- Semelle avec âme et patin (pour charges moyennes)

4- Semelle avec âme patin et glacis (Pour charges très importantes.) Âme Glacis Patin

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Semelles isolées : utilisées en cas de sol ferme.

Poteaux

Longrines

Semelles continues croisées avec radier général sous

murs porteurs.

Semelle isolée.

Semelles filantes Longrines

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C’est à l’architecte de donner la forme, donc le type de structure, qu’il juge nécessaire et

adéquat à son architecture et cela en tenant compte des lois de physique et de mécanique. Si

nous parlons de types c’est qu’il existe différentes solutions à la portance. Ce que doit

connaître tout architecte puisqu’il est le maître de l’œuvre.

2 / Classification des structures (superstructures) en fonction de leur forme

La forme d’une structure quelque soit son type engendre différents phénomènes physiques et

mécaniques permettant la reprise et la transmission des charges internes et externes.

Il existe des formes de portance dites traditionnelles et des formes beaucoup plus nouvelles et

dont l’apparition et leur application sont dues aux développements des matériaux de

constructions et des méthodes de calcul de la résistance des matériaux et des éléments plus

évoluées et plus compliquées mais facilitées par l’utilisation de l’outil informatique .

A/ Les structures dites traditionnelles.

A.1 Le mur porteur

Il est la forme la plus ancienne de superstructure .Il est utilisé que ce soit dans le bâtiment

comme dans les édifices de défense ou dans les ouvrages d’art tels que les murailles, les murs

de soutènement, murs de clôtures ou autres….

Le mur porteur constitue en général aussi l’enveloppe verticale externe du bâtiment. Selon la

taille de ce dernier, on peut trouver plusieurs murs porteurs intérieurs appelés aussi

intermédiaires.

L’épaisseur de ces murs dépend de la hauteur des bâtiments et de la dimension en plan qui les

sépare (portée). Elle peut être variable. Naturellement, elle sera plus importante au niveau le

plus bas du mur.

L’emplacement des murs dans la construction dépend essentiellement de l’architecture donc

de la forme générale du bâti.

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Un mur porteur ne peut en aucun cas être déplacé ultérieurement, ce qui fige pour toute la vie

de la construction la forme de celle-ci. L'architecture devient dans ce cas une architecture

figée pour toujours.

Du point de vue architectural, un autre problème que posent les murs porteurs est la surface

d’ouverture possible dans leurs parois : elle ne peut excéder dans la majorité des cas les 12%.

Ce qui donne des façades plutôt fermées. Ce dernier problème est d’une grande importance

dans l’architecture telle qu’elle est perçue actuellement vue les conditions d’hygiène, de santé

et de confort exigées par toutes les normes internationales ; celles-ci concernent notamment

l’éclairage, l’ensoleillement, le changement d’air, etc.

Du point de vue constructif, il existe plusieurs types de murs porteurs :

• Les murs en maçonnerie de pierres (les plus anciens) ;

• Les murs en maçonnerie de briques ;

• les murs en maçonneries de pierres reconstituées (type parpaing constructif) ;

• Les murs en béton simple, cyclopéen ou en béton armé (les plus récents) ;

• Les murs en rondins de bois (pays froids).

La maîtrise de la technologie du béton armée a permis l’utilisation massive des murs porteurs

dans la production de bâtiments préfabriqués après la deuxième guerre mondiale.

La rigidité architecturale qui découle de l’utilisation des murs porteurs est souvent recherchée

par les ingénieurs comme solution technique à des problèmes spécifiques à certaines

constructions.

Les murs porteurs peuvent être utilisés comme solution technique non pas à la portance mais

comme par exemple coupe-feu dans certains bâtiments.

Les bâtiments construits en murs porteurs peuvent avoir dix (10) étages lorsqu’ils sont en

maçonnerie armée et avoir vingt cinq (25) étages lorsqu’ils sont construits en grands

panneaux de béton armé.

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A.2 Structures à ossatures

Deux types de structure à ossatures sont connus : à ossature complète et à ossature

incomplète.

A.2.1 Ossature complète

On entend par ossature complète une série de portiques espacés d’une certaine distance

appelée Travée. Le portique est constitué de deux poteaux reliés par une poutre. La distance

qui sépare ces poteaux porte le nom de Portée. Les portiques peuvent être en béton armée ou

en acier. Le choix du matériau de construction dépend de plusieurs facteurs dont les

principaux sont : la fonction du bâtiment, les dimensions en travée et en portée et la hauteur

du bâtiment.

Les portiques en béton armé sont formés de :

Ø poteaux : se sont des éléments verticaux en béton avec armatures incorporées. Ils

constituent des points d’appuis pour transmettre les charges aux fondations. Suivant

leurs emplacements dans la construction ils sont appelés :

• Poteaux d’angles ;

• poteaux de rives ou de façades ;

• poteaux d’intérieurs.

Le dimensionnement des poteaux se fait généralement selon le plan d’architecture et la

décente de charge. Leur distribution sur le plan se fait suivant une trame lisible.

Ø poutres : se sont des éléments horizontaux en béton avec armatures incorporées. Elles

transmettent les charges qui leurs sont transmises par les éléments supérieurs mais

aussi celles du vent et du séisme assimilées a des charges horizontales.

Selon leurs positions elles sont appelées poutres de rive ou de refend. Elles sont aussi

poutres principales ou secondaires (de chaînage). Les formes, dimensions et

ferraillages des poutres sont déterminés par la composition architecturale et le calcul

des charges. La portée maximale autorisée pour une poutre principale est de (7m50), la

retombée visible d’une poutre est calculée entre 1/10 et 1/15 de la portée.

Dans ce type de système constructif toutes les charges sont reprises par les portiques .Les

murs extérieurs sont soit non porteurs soit autoporteurs.

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Pour des raisons d’économie et de facilité de calcul, l’architecte se doit d’avoir des portées et

des travées assez régulières. Cette façon de procéder est facilitée par l’utilisation d’une trame

de base simple ou complexe mais toujours suivant une logique bien définie.

Le système à carcasse complète est fortement conseillé lorsque les charges sont importantes

qu’elles soient statiques ou dynamiques.

Il est le plus souvent employé lors de la construction des immeubles dont le nombre d’étages

est supérieur à vingt cinq (25) : type tours et gratte-ciel.

A.2.2 Ossature incomplète.

Dans ce type de système les poteaux et les poutres si ces dernières existes ne travaillent pas de

la même manière que dans le système précédent. Les poteaux travaillent plutôt avec les

planchers ou dalles.

La position des poteaux est aussi différente puisqu’ils se trouvent dans la zone moyenne du

plan qu’ils reprennent.

Les murs extérieurs sont soit porteurs soit autoporteur.

Ce système porte souvent le nom de planchers champignons vue la forme obtenue par la

combinaison des poteaux et des planchers.

Les façades des bâtiments construits avec ce système sont appelées façades rideaux.

Les systèmes à carcasses présentent les avantages suivants :

• Possibilité de planification libre

• Réduction du poids total de la construction (économie de matériaux de construction)

• Augmentation de la surface libre utile sur chaque étage pour un même volume de

construction.

• Augmentation des surfaces ouvertes donc de meilleures conditions d’hygiène et de

santé.

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Poteaux d’Angle Poteaux de rive

Poteaux intérieurs

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Les poteaux : se sont des éléments verticaux en béton avec armatures incorporées. Ils

constituent des points d’appuis pour transmettre les charges aux fondations.

Suivant leurs emplacements dans la construction ils sont appelés :

Poteaux d’angles, poteaux de rives ou de façades ou poteaux d’intérieurs. Le

dimensionnement des poteaux se fait généralement selon la travée et la portée et de la valeur

de la décente de charge (qui dépend du nombre d’étages). Leur distribution sur le plan se fait

suivant une trame lisible.

Les poutres : se sont des éléments horizontaux en béton avec armatures incorporées. Elles

transmettent les charges qui leurs sont transmises par les éléments supérieurs mais aussi celles

du vent du séisme assimilées a des charges horizontales.

Selon leurs positions elles sont appelées poutres de rive ou de refend. Elles sont aussi poutres

principales ou secondaires (de chaînage). Les formes, dimensions et ferraillages des poutres

sont déterminés par les dimensions des travée et portée ainsi que par le calcul des charges. La

portée maximale autorisée pour une poutre principale en béton armé est de (7m50), la

retombée visible d’une poutre est calculée entre 1/10 et 1/15 de la portée.

B / Structures dites modernes.

Certaines formes sont connues depuis des siècles pour leur stabilité. Les plus utilisées ont été

la voûte et la coupole. Ces dernières sont retrouvées dans les architectures romaine, gothique

et musulmane sous leurs formes simples ou entrelacées. Le plus souvent, elles ont été plutôt

un moyen de couverture qu’un moyen purement constructif puisqu’elles reposent soit sur des

murs soit sur des colonnes.

Ce n’est qu’avec l’apparition du béton armé et de son développement que les formes auto

stables (découlant généralement des formes naturelles) : ont été utilisé dans leur forme la plus

pure et comme élément porteur.

B.1/ Système à coque (ou voile) mince

Sous ce terme nous comprenons les couvertures sous forme de membrane mince ayant une

forme géométrique simple (cylindre, demi sphère, cône tronqué ….) ou complexe

(hyperboloïde, paraboloïde hyperbolique …..).

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De part leur forme ces coques sont autoportantes et présentent une grande surface de

couvertures par rapport à leur épaisseur.

Elles sont employées pour les bâtiments de grandes surfaces libres tels que les marchés, les

salles de sport ou de spectacles.

Elles sont constituées d’un béton dont l’armature est très fine. Leur calcul est informatisé.

B.2 / Système de construction à éléments structurels

Ce type de système est aussi nommé : système réticulé. Il obéie à la particularité du triangle

C.-à-d. : son indéformabilité et son absorption des charges qui lui sont internes.

Si cette particularité a toujours été connue puisque le triangle dans le plan, a été utilisé dans

la construction des fermes (d’abord en bois puis en acier) au vingtième siècle il connaîtra son

évolution dans l’espace : d’où le terme système tridimensionnel.

Ce système représente la forme la plus évoluée de la préfabrication. Selon le mode de

montage, nous pouvons le rencontrer sous différentes formes : la simple poutre ou poteau, la

nappe ou la coupole géodésique.

Ce type de système est recommandé lorsque :

• L es locaux sont assez vastes (écoles, crèches, magasins …..) .Les portés et travées

sont supérieures à six (6) mètres.

• La planification est de type cellule (hôtels, bureaux …..)

• Les charges statiques et dynamiques sont importantes.

Il y a quelques décennies, ce système présentait un inconvénient majeur : la rouille , étant

donné qu’il était en acier .L’évolution des peintures ainsi que les systèmes de contrôle des

jonctions l’a rendu des plus attrayant

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B.3 / Structures tendues.

Dans cette catégorie nous retrouvons deux (02) types de systèmes : Les câbles tendus et les

toiles tendues.

B.3.1 Les câbles tendus

La grande résistance de l’acier à la traction ajoutée à l’efficacité de la tension simple font du

câble d’acier l’élément de structure idéal pour franchir les grandes distances.

Au départ, les câbles tendus furent utilisés pour supporter des ponts ou comme raidisseurs

dans certaines structures traditionnelles. Le développement de la technologie a permis aux

architectes leur utilisation pour la couverture de grands ensembles (complexes sportifs,

hangars, halls d’exposition ….)

B .3.2 Les toiles tendues.

C’est l’une des formes de couverture les plus anciennes (tipis, tentes …). L’utilisation de ce

type de couverture par des sociétés mobiles a montré ses avantages c.-à-d. : facilité de

montage et de démontage de la couverture, sa légèreté, la possibilité illimitée de réutilisation.

Toujours le développement de la technologie des matériaux a redonné à ce système toute son

importance .Ceux sont ses qualités premières qui ont déterminé le domaine de son utilisation :

foires, expositions, bâtiments de secours, piscines….

B.4 / Les systèmes gonflables

Si le système précédant a largement répondu aux attentes des utilisateurs de couvertures non

permanentes, les montgolfières donnèrent l’idée aux constructeurs d’utiliser les volumes

gonflés pour couvrir de grandes surfaces (toujours pour des périodes déterminées).

Les structures gonflables ne nécessitent pas de structure de tension obligatoire pour les toiles

tendues .Elles ont besoin de système d’ancrage uniquement. Le domaine d’utilisation étant

pratiquement le même du point de vue architecturale, mais nous voyons ici, les ingénieurs s’y

intéresser et l’utiliser comme moule pour le coulage de béton dans les formes sont difficiles à

obtenir par des procédés habituels.

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