Frank Anteri discute de l'évolution des gratte-ciel et de l'ingénierie structurelle

Nov 18, 2023

Frank Anteri travaille comme ingénieur en structure spécialisé dans le développement de gratte-ciel. Dans l'article suivant, Frank Anteri discute de l'évolution de ces magnifiques bâtiments et de la façon dont ils sont devenus l'incarnation de l'ingéniosité humaine, des prouesses d'ingénierie et de la vision artistique.

Alors que les gratte-ciel semblent défier les lois de la gravité depuis les années 1800, la puissante force de traction du noyau terrestre n'a clairement pas simplement disparu. Alors, comment ces hautes tours empêchent-elles de s'effondrer ?

Les gratte-ciel sont apparus pour la première fois au cours des années 1800, lorsque la production massive de fer et d'acier a permis de soutenir la croissance ascendante des bâtiments sans nécessiter de murs trop épais ou une base déraisonnablement large. L'utilisation du béton pour renforcer la capacité portante du niveau de base et l'invention de l'ascenseur ont également été des développements cruciaux.

Frank Anteri explique comment l'ingéniosité humaine est passée de la survie dans des grottes à la construction de maisons haut dans le ciel.

Au cours des années 1800, les gens ont commencé à affluer vers les villes en plus grand nombre que jamais auparavant. Cet afflux a mis à rude épreuve la superficie des rues de la ville et a soulevé la difficile question de savoir comment accueillir la population croissante. Pour des raisons pratiques d'économie d'espace, les ingénieurs ont commencé à regarder vers le ciel.

Frank Anteri dit que, bien que les gratte-ciel ne soient apparus qu'au XIXe siècle, les preuves que les humains ont compris les principes physiques et mathématiques nécessaires pour créer des immeubles de grande hauteur remontent aussi loin que les anciennes pyramides égyptiennes et les temples mayas.

Lorsqu'il s'agissait de relever le défi d'augmenter la hauteur d'un bâtiment tout en limitant sa largeur au niveau du sol, les ingénieurs en structure ont relevé le défi et n'ont cessé de progresser depuis. Ce qui leur a permis de réaliser ces exploits, c'est le développement du fer et de l'acier produits en série, qui ont fourni la force nécessaire pour permettre un rapport beaucoup plus élevé entre le poids vertical et horizontal.

En plus de ces métaux, les ingénieurs en structure ont également commencé à utiliser du béton armé, qui combine la malléabilité de l'acier avec la stabilité du béton pour garantir que ces bâtiments ont des fondations suffisamment solides pour supporter leur propre poids, et plus encore.

Frank Anteri dit qu'étant équipés de ces nouveaux matériaux, les ingénieurs du XIXe siècle ont pu éviter de s'appuyer sur les larges cadres latéraux utilisés par les premiers Égyptiens et Mayas, canalisant plutôt le poids stabilisateur plus bas sur une surface plus étroite.

L'invention de l'ascenseur a été une étape cruciale dans le développement du gratte-ciel pour de multiples raisons. Étant donné la difficulté de déplacer des objets volumineux ou lourds dans plusieurs escaliers, les ascenseurs offraient un moyen pratique de transport interne. De plus, les cages d'ascenseur ont commencé à jouer un rôle structurel important en tant que «colonne vertébrale» porteuse au cœur d'un bâtiment.

Frank Anteri dit que depuis l'apparition des gratte-ciel, les progrès de l'ingénierie et de la technologie ont permis de plus en plus de prendre en compte non seulement les questions de stabilité pratique, mais aussi l'attrait esthétique d'un bâtiment. Tout au long des années 1900, les gratte-ciel sont devenus beaucoup plus stylisés et ornés que les colonnes rectangulaires de base créées quelques décennies auparavant.

Pour diminuer la densité du noyau central du bâtiment et ajouter des conceptions extérieures, de nombreux gratte-ciel ont désormais un exosquelette porteur supplémentaire. En répartissant le poids stabilisateur de la structure sur une surface plus large, les exosquelettes sont devenus un autre reflet de la façon dont l'ingénierie structurelle combine forme et fonction dans l'architecture.

Bien que le style soit désormais une considération influente dans la conception d'un gratte-ciel, la sécurité et l'aspect pratique d'un plan d'étage restent la principale préoccupation de chaque ingénieur en structure.

Au cours du processus de planification, les ingénieurs doivent tenir compte d'un certain nombre de facteurs différents, notamment le poids fixe du matériau de construction, le poids variable des objets et des occupants à l'intérieur du bâtiment et le poids potentiel de la neige et de la glace pendant les mois d'hiver dans certains climats. .

En plus d'équilibrer divers poids, les ingénieurs en structure doivent également tenir compte de facteurs environnementaux tels que la qualité du sol permettra ou non de construire directement sur le terrain, ou si une fondation plus profonde et plus solide doit d'abord être installée. Frank Anteri explique que, comme les matériaux de construction réagissent différemment aux changements de température, le type de climat et les changements saisonniers doivent également être pris en compte.

Si un chantier de construction est situé dans une région sujette à des catastrophes naturelles spécifiques telles que des tremblements de terre, des incendies ou des vents violents, certains renforts latéraux doivent être installés pour aider à minimiser les mouvements structurels ou les dommages potentiels causés par ces forces.

Frank Anteri explique que même au-delà des considérations liées à la nature impliquées dans le processus de conception, les ingénieurs en structure doivent également tenir compte du coût des matériaux nécessaires. Compte tenu de leur taille et du besoin de métaux solides et de haute qualité en quantités massives, le prix de ces projets peut grimper assez rapidement.

En réponse à ces problèmes, les ingénieurs peuvent choisir d'utiliser un agencement structurel moins conventionnel. Un tel exemple est un système de diagrid, qui utilise moins d'acier qu'un cadre traditionnel en disposant les poutres en diagonale.

En tant que l'un des facteurs les plus décisifs dans la création d'un gratte-ciel, le montant du financement disponible a souvent un impact plus important sur la classification de la hauteur d'un bâtiment que la physique impliquée dans sa construction. En fait, de nombreux ingénieurs pensent qu'en ce qui concerne la hauteur des gratte-ciel, il reste encore beaucoup à faire.

Frank Anteri note que les gratte-ciel sont nés de la nécessité d'accueillir une population urbaine croissante, de l'évolution de la capacité de production de fer et d'acier, des techniques de renforcement du béton et des calculs stratégiques de transfert de poids des ingénieurs en structure. Avec d'autres développements pratiques, tels que l'ascenseur, une plus grande attention pourrait être accordée au style, ce qui se traduirait par la grande variété de gratte-ciel à travers le monde aujourd'hui.