Charpente de toiture historique par ALS Ingenieure GmbH & Co. KG
Étude de cas

Recalcul d’une structure de toiture historique : Entretien avec Patrick Hauck

Défi

Le projet portait sur le calcul statique et le dimensionnement conforme aux normes de la nouvelle charpente à réaliser de la tour de cuisine de la forteresse de Marienberg à Würzburg. Les éléments en bois existants étaient contaminés par des produits de préservation du bois contenant des substances nocives et devaient être entièrement remplacés. La nouvelle construction devait être reconstruite en s’inspirant du modèle historique avec poteau faîtier – dans le respect des exigences de la protection du patrimoine et des normes actuellement en vigueur. La géométrie partiellement courbe de la structure imposait des exigences particulières en matière de modélisation.

Solution

Les ingénieurs d’ALS ont utilisé RSTAB pour calculer l’ensemble de la charpente sous forme de modèle détaillé de structure 3D en barres. L’utilisation de raideurs de ressort pour modéliser les assemblages et les appuis a permis de représenter de manière réaliste les conditions aux limites réelles ainsi que les liaisons partiellement souples entre les différents composants. La capacité portante des éléments individuels ainsi que le comportement porteur global du système ont été justifiés conformément aux normes.

Avantages

  • Modélisation proche de la réalité : La représentation des assemblages au moyen de raideurs de ressort permet une prise en compte différenciée des conditions réelles d’appui et de liaison des constructions historiques.
  • Dimensionnement conforme aux normes : RSTAB fournit la justification complète de la capacité portante des éléments individuels et du système global selon les normes actuellement en vigueur.
  • Efficacité dans l’existant : La modélisation tridimensionnelle en barres réduit l’effort de calcul, même pour des structures courbes géométriquement exigeantes.
  • Utilisation combinée des logiciels : RSTAB et RFEM se complètent de manière optimale – RSTAB pour les structures en barres et les charpentes en bois, RFEM pour les calculs de structures en béton armé et par éléments finis surfaciques.
  • Gain de temps au quotidien : Des fonctions telles que « reprendre les réactions d’appui » et l’outil de zones géographiques accélèrent sensiblement les tâches récurrentes dans la pratique quotidienne.

RSTAB comme pont entre la conservation du patrimoine et la conception structurelle moderne

Le point décisif dans ce projet n’était pas simplement un calcul. RSTAB a servi d’interface entre le bâti historique existant et une nouvelle construction conforme aux normes. Grâce à la modélisation spatiale 3D dans RSTAB, les exigences de planification et la réalité constructive ont pu être réunies dans un modèle commun et robuste.

Le logiciel a soutenu la collaboration d’une manière particulière : la conservation du patrimoine a apporté ses exigences relatives au modèle historique, tandis que le projeteur structure a pu vérifier et évaluer directement des variantes dans RSTAB de manière compréhensible. De cette façon, une exigence conforme aux principes de la conservation du patrimoine a été transformée en une solution statiquement optimisée et exécutable. Le résultat est non seulement conforme aux normes, mais aussi économique – tout en restant fidèle au caractère historique de l’ouvrage.

Calculer au lieu d’approximer – Avec RSTAB dans le modèle 3D spatial

Dans la structure de toiture de la tour de cuisine, l’avantage d’un calcul tridimensionnel détaillé dans RSTAB est apparu très clairement. La géométrie porteuse historique, en partie galbée, n’aurait pas pu être représentée de manière réaliste avec des approches 2D simplifiées.

Avec RSTAB, l’ensemble de la structure de toiture a pu être représenté sous forme de modèle spatial de barres – y compris les conditions réelles d’appui et de liaison via des raideurs de ressort. Cette combinaison de fidélité au modèle et de dimensionnement conforme aux normes a rendu la justification fiable et compréhensible : tant la capacité portante de chaque composant que le comportement porteur global du système ont pu être vérifiés en toute sécurité dans le respect des normes actuellement en vigueur.

Fonctions de base importantes : reprendre les raideurs de ressort et les réactions d’appui

En plus de son utilisation dans les projets, le logiciel Dlubal apporte à l’équipe d’ALS Ingenieure un avantage tangible au quotidien : les tâches récurrentes sont exécutées plus rapidement, de manière plus standardisée et avec moins d’efforts manuels. Deux fonctions se démarquent particulièrement à cet égard :

  • Raideurs de ressort pour les assemblages et les appuis (RSTAB) : Pour le bureau, cette fonction est indispensable lors de la modélisation de structures de toiture historiques. Les conditions aux limites réelles et les liaisons parfois souples entre les éléments peuvent ainsi être prises en compte de manière différenciée – un calcul réaliste des structures existantes serait difficilement possible sans cette fonctionnalité.
  • Reprendre les réactions d’appui (RFEM) : Dans la construction massive, cette fonction fait vraiment gagner du temps : les réactions d’appui d’un sous-modèle peuvent être reprises directement comme charges dans un modèle aval. Les étapes de travail qui prendraient autrement plusieurs heures en saisie manuelle sont ainsi automatisées – le flux de travail reste rapide et compréhensible.