Concept statique et stabilité
Au début d’un projet de construction, une réflexion approfondie sur le fonctionnement de la structure est nécessaire. Des questions se posent telles que les portées maximales possibles pour les poteaux et les poutres, l’emplacement des contreventements de toiture et de voile, ou l’exécution des fondations. La structure porteuse du bâtiment doit être conçue.
Même pour des bâtiments apparemment simples, des questions quant à la possibilité de se passer d’éléments de contreventement ou concernant leur disposition optimale peuvent se poser. Travailler sur le plan, l’élévation et la coupe ne facilite pas la compréhension du transfert de charges et des chemins de charges. Finalement, un modèle 3D permet de mieux visualiser le parcours des forces et leur transfert aux fondations. La compréhension du fonctionnement de la structure est donc la base d’une planification économique de la construction globale. La détection de déficits de stabilité est également cruciale pour la sécurité.
Dans un modèle 2D simplifié et plan, les problèmes de stabilité tels que le flambement hors-plan ou le simple renversement sont, par définition, exclus. Ces problèmes n’apparaissent même pas lors du calcul et peuvent donc être ignorés. Cependant, dans les calculs tridimensionnels, le planificateur de structures est contraint de prendre en compte les mécanismes de défaillance spatiaux. Les erreurs dans la conception de la structure deviennent donc le plus souvent apparentes lors du calcul.
Un modèle 3D permet ainsi de mieux évaluer une défaillance de stabilité globale sur le modèle complet.
Le BIM fournit des modèles 3D
L’utilisation de méthodes de planification modernes telles que le BIM repose sur des modèles 3D. Ceux-ci constituent également la base de la planification des structures et peuvent déjà fournir des modèles d’entrée idéalement adaptés aux calculs. Le modèle 3D pour le calcul de structure est donc fourni dans le meilleur des cas, ce qui permet de gagner du temps.
Pour de nombreux cas de pré-dimensionnement ou d'évaluation statique simple afin de trouver la bonne structure porteuse, c'est un moyen très rapide et utile. Une autre tendance est la planification de conception entièrement paramétrique, où la statique est entièrement couplée au logiciel d'architecture. La modification ciblée des paramètres permet de tester et de calculer automatiquement de nombreuses variantes.
2D insuffisant pour toutes les structures et types de bâtiments
S'il n'est pas possible de diviser simplement le bâtiment en sous-structures où le transfert de charges est clair, l'utilisation d'un modèle 3D devient souvent incontournable. Tous les bâtiments ne suivent pas une trame régulière. Cela complique le transfert des charges et le rend difficile à contrôler. En présence d'incertitudes, on travaille avec des hypothèses de charge maximales pour être du côté sécurisé. Cependant, cela conduit à des résultats peu économiques.
Simulation des actions sur le modèle complet souvent plus simples et plus claires
Les programmes de calcul 3D peuvent générer automatiquement des charges standardisées pour des actions telles que le poids propre, le vent ou la neige, à condition que les dimensions du bâtiment soient connues. Lorsqu'on utilise des modèles complets, ces dimensions sont facilement déductibles du modèle. Les profils de charges de vent et de neige peuvent être appliqués automatiquement à la structure. En cas de modification de la géométrie, les charges s'adaptent automatiquement. Les simulations dans une soufflerie numérique ne deviennent possibles qu'avec des modèles 3D.
Analyses dynamiques souvent insuffisantes avec des modèles 2D
Dans le cas de calculs sismiques ou d'autres analyses dynamiques, des formes propres spatiales doivent être prises en compte.
De plus, les excitations sismiques dans les directions x et y doivent être superposées en conséquence. Les charges de torsion aléatoires jouent un rôle. Par conséquent, l'utilisation de modèles 3D n'est évitable que dans les cas les plus simples.
Flexibilité lors des modifications
Le processus de planification est caractérisé par des modifications. Pour le déroulement de la construction, il est important de toujours savoir ce qui est statiquement réalisable et quelles modifications doivent être apportées. Dans une statique de position traditionnelle, cela peut signifier qu'il faut revoir toutes les hypothèses de charge.
Avec un modèle statique 3D complet, les forces changeantes sont automatiquement intégrées dans le système et transférées d'un élément à l'autre. Un nouvel calcul permet alors de mettre à jour toutes les vérifications. L'effort initialement plus élevé d'entrée de données est généralement compensé par la suite.
Conditions d’appui problématiques lors de la création de sous-modèles
Lors de l’extraction de sous-modèles du modèle complet, les points de raccordement du sous-modèle doivent être pourvus de définitions d’appuis. Dans la plupart des cas, étant donné qu’on ne connaît pas ou qu’on peut difficilement déterminer les rigidités à ces points de raccordement, des supports articulés ou rigides sont utilisés de manière simplifiée. Ces hypothèses ne sont correctes que de manière limitée et conduisent inévitablement à des résultats différents par rapport aux modèles qui dérivent les rigidités à ces points de raccordement à partir du modèle complet.
Statique de détail seulement judicieuse en tant que modèle 3D
L’utilisation de modèles 3D de coques, par exemple pour le calcul d’assemblages acier, est à la pointe de la technologie. Sans solution 3D, de telles analyses ne seraient pas possibles. Dans ces cas d’application, l’utilisation de modèles 3D n’est pas remise en question, mais même exigée. Par conséquent, il n’est pas compréhensible pourquoi les calculs 3D ne devraient pas être utilisés pour le calcul de bâtiments entiers.
Effets secondaires du monde 3D
Un modèle de calcul 3D illustre dans de nombreux cas le résultat de manière beaucoup plus compréhensible qu'une série de petits sous-modèles. Le comportement structurel peut, par exemple, être mieux compris grâce à des représentations visuelles des déformations, tensions et forces.
Ces modèles procurent également une impression professionnelle aux parties prenantes et contribuent, en outre, à une bonne réputation de l’ingénieur des structures. Les modèles peuvent également être utilisés directement pour les premiers relevés de masse et les estimations de coûts. Grâce à la flexibilité mentionnée, la forme, la fonction et le poids peuvent être optimisés.
Conclusion
Il y a de nombreuses raisons d'utiliser des modèles 3D également en statique. 2D et 3D ne sont cependant pas en concurrence, mais se complètent. Bien sûr, il existe aussi des cas simples pour lesquels un modèle 3D n’apporte pas d’avantages et produit des résultats justes. Dans les deux cas, il revient finalement à l’ingénieur de choisir la méthode de modélisation.
Base de connaissance