Dans le domaine de l'ingénierie de la construction, les structures en acier sont devenues un choix important pour les bâtiments modernes grâce à leurs propriétés mécaniques performantes et à leur flexibilité de modélisation. Maîtriser les formes structurelles de base des structures en acier et leur logique de sélection est essentiel pour accéder à ce domaine professionnel. Découvrons cinq structures typiques : portique en acier léger, ossature en acier, grille en acier, câble-membrane et treillis tubulaire, afin d'acquérir rapidement un système de connaissances.

1. Structure à portique en acier léger : un choix économique pour les bâtiments de petite et moyenne taille

Structure du noyau et caractéristiques mécaniques
Le portique en acier léger se compose d'un portique (assemblages rigides poutre-poteau en acier à section en H), d'un système de pannes (acier à section en C/Z) et d'un système de contreventement en acier, formant un système de structures en acier planes et porteuses. Son principal avantage réside dans sa conception à section variable : les sections des poutres et des poteaux en acier sont optimisées en fonction des variations de forces internes pour une utilisation optimale des matériaux. La toiture et les murs de la structure en acier sont en tôle d'acier profilée légère (d'un poids propre de seulement 0,1 à 0,3 kN/㎡), réduisant la charge des fondations de 40 à 60 % par rapport aux structures en béton.

Scénarios d'application typiques
Convient aux bâtiments industriels (structures en acier ateliers légers, entrepôts et logistique) et des installations commerciales (salles d'exposition, garages) d'une portée unique de 20 à 30 mètres et d'une hauteur d'avant-toit inférieure à 10 mètres. Les projets typiques incluent les entrepôts et ateliers de production en structures métalliques JD Logistics pour les PME, avec un délai de construction de seulement 4 à 8 semaines et un coût 20 à 30 % inférieur à celui des structures en béton.

Trois facteurs clés pour la sélection
Contrôle de la portée : lorsque la portée dépasse 30 mètres, des cadres rigides de type treillis ou des contreventements à mi-portée doivent être adoptés pour éviter une augmentation excessive des sections transversales des poutres et des colonnes.
Adaptation de charge : Pour les charges de grue ≤ 20 tonnes, les cadres rigides à âme pleine sont préférés ; pour les charges en surpoids, passez aux systèmes de cadres en acier.
Conception des joints : les joints poutre-colonne rigides doivent vérifier la capacité de transmission du moment de flexion ; les joints articulés ne conviennent qu'aux scénarios sans grues ou avec des charges légères. 

2. Structure à ossature d'acier - Un magicien de l'espace pour les bâtiments à plusieurs étages

Caractéristiques structurelles et avantages du système
Composé de poteaux en acier (structures en acier à section en H/tubes en acier circulaires) et de poutres en acier (structures en acier à section en H/poutres composites) par des assemblages rigides (structures en acier entièrement soudées/assemblages hybrides boulonnés-soudés), il forme un système porteur spatial permettant d'atteindre un espacement important des poteaux de plus de 9 mètres (par exemple, les grilles de poteaux de structures en acier de 8,4 mètres couramment utilisées dans les immeubles de bureaux). Grâce à des assemblages articulés et des systèmes de contreventement, il s'adapte avec souplesse aux différentes exigences de fortification sismique (fortification jusqu'à 8 degrés).

Types de bâtiments applicables
Bâtiments commerciaux à plusieurs étages : immeubles de bureaux à structure en acier de 5 à 15 étages (tels que la série SOHO), avec des plans librement divisibles pour répondre aux besoins de bureaux ouverts.
Bâtiments industriels : structures en acier Ateliers lourds (tels que les ateliers de transformation mécanique), pouvant supporter des ponts roulants de 50 tonnes ou plus.
Bâtiments sismiques : Sa grande ductilité en fait le premier choix pour les zones sujettes aux tremblements de terre (comme le Sichuan, au Japon).

Paramètres clés pour la sélection
Limite du rapport hauteur-largeur : lorsqu'il dépasse 1:5, les tubes centraux/fermes de contreventement doivent être réglés pour contrôler le rapport de dérive entre les étages ≤ 1/250.
Forme des joints : Dans les zones sismiques, la priorité est donnée à la conception des joints forts et des éléments faibles, et la capacité de dissipation d'énergie est améliorée grâce aux plaques de renforcement de la zone des joints.
Dalles de plancher composites : Les dalles de plancher composites en tôle d'acier profilée (80 à 150 mm d'épaisseur) peuvent réduire la hauteur des poutres en acier et améliorer l'utilisation de la hauteur du plancher.

3. Structure en grille d'acier - Un modèle de portance spatiale pour les bâtiments de grande portée

Composition géométrique et avantages mécaniques
Composé de tubes en acier (φ48-φ325) reliés par des joints sphériques (structures en acier soudées, sphères creuses boulonnées) disposés selon un quadrillage régulier (structures en acier pyramidales carrées, pyramidales triangulaires, etc.), il forme un système de portance spatial et assure une rigidité en flexion bidirectionnelle équilibrée. L'épaisseur des grilles plates représente environ 1/10 à 1/15 de la portée, tandis que celle des grilles courbes (comme les dômes) est de 1/6 à 1/8 de la portée. La consommation globale de la structure en acier est de seulement 30 à 50 kg/㎡.

Scénarios d'application marquants
Bâtiments sportifs : structures en acier Gymnases (comme la structure d'entretien extérieure du Nid d'Oiseau), structures en acier piscines, couvrant des portées super grandes de 80 à 150 mètres.
Pôles de transport : structures en acier Terminaux d'aéroport (toit du couloir de l'aéroport international de Pékin Daxing), réalisant un espace transparent sans colonnes.
Ateliers industriels : structures métalliques Ateliers de fabrication aéronautique (nécessitant une portée libre de plus de 300 mètres), associés à des systèmes de ponts roulants suspendus.

Points techniques pour la sélection
Adaptation du plan : des grilles pyramidales carrées sont sélectionnées pour les plans rectangulaires ; des grilles tridimensionnelles ou des structures en dôme sont sélectionnées pour les plans circulaires.
Sélection des joints : Pour les portées ≤ 60 mètres, des joints sphériques boulonnés sont utilisés (préfabriqués en usine, faciles à installer) ; pour les très grandes portées, des joints sphériques soudés sont utilisés (avec une capacité portante plus élevée).
Charge de toit : la charge de glissement de neige doit être vérifiée pour les toits à murs-rideaux en verre ; l'aspiration du vent (pression négative locale jusqu'à -1,5 kPa) doit être prise en compte pour les toits métalliques à structures en acier.