4. Structure câble-membrane – Un pionnier flexible dans la modélisation architecturale

SComposition du système aPrincipe de support de force
Composé de câbles en acier haute résistance (φ12-φ100), de membranes tendues (membranes PTFE/ETFE) et de structures porteuses en acier (mâts/poutres circulaires), il forme un hyperboloïde stable grâce à la précontrainte. La membrane, d'une épaisseur de seulement 0,5 à 1,5 mm et d'un poids propre inférieur à 1 kg/㎡, offre une résistance à la traction de 50 à 150 MPa. Associé au réseau de câbles, il permet d'atteindre des portées sans support de plus de 200 mètres.

Domaines d'application innovants
Architecture paysagère : structures en acier, auvents de stade (comme le pare-soleil du stade de Shanghai), auvents de places commerciales.
Architecture écologique : structures en acier Serres de jardin botanique (The Eden Project au Royaume-Uni), utilisant la haute transmission lumineuse (95%) des membranes ETFE pour obtenir un éclairage naturel.
Bâtiments temporaires : structures en acier Grandes salles d'exposition (Pavillons Nationaux de l'Exposition Universelle), démontables et réutilisables (durée de vie du matériau membranaire : 15-30 ans).

Considérations fondamentales pour la sélection
Sélection du matériau de la membrane : les membranes PTFE (autonettoyantes, forte résistance aux intempéries) conviennent aux bâtiments à structures permanentes en acier ; les membranes PE (économiques) conviennent aux installations temporaires.
Conditions de charge : la contrainte de surface de la membrane dans des conditions météorologiques extrêmes doit être vérifiée (les zones de typhon doivent résister à une pression de vent de 1,2 kPa, les zones de neige ont besoin d'une charge de neige de 1,0 kPa).
Conception de recherche de forme : Déterminer la courbure de la surface de la membrane grâce à la modélisation 3D, en garantissant une pente de drainage ≥ 5 % pour éviter l'accumulation d'eau formant des poches "water".

5. Structure tubulaire en treillis - Un acteur transfrontalier dans l'industrie et les ponts

Caractéristiques structurelles et avantages des matériaux
L'utilisation de tubes d'acier circulaires (tubes sans soudure ou à joint droit pour structures en acier) assemblés par des soudures croisées (intersection et découpe directes des éléments pour structures en acier) ou des goussets permet de former un système porteur de type treillis. La rigidité à la flexion des tubes d'acier est de 30 à 50 % supérieure à celle des profilés en H, et la section fermée présente d'excellentes performances anticorrosion (durée de vie jusqu'à 50 ans après galvanisation), ce qui la rend particulièrement adaptée aux environnements humides et corrosifs.

Scénarios d'application diversifiés
Ateliers industriels : Toits d'usines de structures métalliques de machines lourdes (portée de 40 à 60 mètres), capables de supporter des charges suspendues de plus de 30 tonnes.
Ingénierie des ponts : ponts à structure en acier à treillis pour autoroutes (tels que le pont Gutian de Wuhan), d'une portée allant jusqu'à 150 mètres, 60 % plus légers que les ponts en béton.
Bâtiments d'exposition : Halls d'exposition à structures en acier de grande portée (pavillon de la Foire de Canton), réalisant une esthétique linéaire simple avec des fermes tubulaires rectangulaires.

Spécifications techniques pour la sélection
Forme de ferme : fermes triangulaires pour les portées courtes (< 30 mètres), fermes trapézoïdales pour les portées moyennes et fermes à cordes parallèles pour les portées longues (facilitant la standardisation des nœuds).
Disposition des éléments Web : La longueur du panneau doit être contrôlée entre 1,5 et 3 mètres pour éviter un rapport d'élancement excessif des éléments (éléments de compression λ≤150, éléments de traction λ≤300).
Technologie des joints : les joints d'intersection doivent être traités avec des machines de découpe de lignes d'intersection CNC, et l'angle entre les tuyaux de dérivation et les tuyaux principaux doit être ≥ 30° pour garantir la qualité du soudage.

Décision de sélection en cinq étapes - Un guide pratique pour les débutants

Clarifier les classes de portée :
Petite portée (<30 mètres) : Structures portiques en acier léger (priorité à l'économie).
Portée moyenne (30-60 mètres) : Structure en acier/treillis tubulaire (équilibre entre fonction et coût).
Grande portée (chuuuuuuu60 mètres) : Structures en acier grille/membrane-câble (dominée par la performance spatiale).

Analyser les caractéristiques de charge :
Charge statique dominante (charge de toit) : priorité à la grille/ferme.
Charge dynamique dominante (grue/séisme) : Priorité à la charpente acier (bonne ductilité).
Sensible à la charge du vent/de la neige : les structures en acier à membrane-câble doivent être conçues avec une pré-tension renforcée.

Fonctions de création de correspondances :
Exigences de cloisonnement flexibles : Cadre en acier (petites sections de poutres et de colonnes, utilisation élevée de l'espace).
Exigences de transparence visuelle : structures en acier Structure câble-membrane (transmission lumineuse du matériau de la membrane en option 20%-90%).
Porteur d'équipements lourds : structures en acier Treillis tubulaire (avantage d'une grande rigidité).

Tenez compte des conditions de construction :
Taux de préfabrication en usine : Les grilles sphériques boulonnées (80 % de traitement en usine) conviennent à la construction de structures en acier préfabriquées.
Capacité de levage sur site : les composants de très grande taille (tels que les fermes de structures en acier de 50 tonnes) nécessitent des grues de 500 tonnes.

Bilan des indicateurs économiques :
Coût unitaire de référence : Portique en acier léger (800-1200 yuans/㎡) < ossature en acier (1500-2500 yuans/㎡) < ferme tubulaire (2000-3000 yuans/㎡) < grille en acier (2500-4000 yuans/㎡) < structures en acier à membrane-câble (3000-8000 yuans/㎡).

Le charme des structures en acier réside dans l'harmonie parfaite entre force et forme. Les différentes formes de structures en acier ne sont pas seulement le fruit de lois mécaniques, mais aussi le fruit d'une créativité architecturale. Les débutants doivent se rappeler qu'il n'existe pas de structure en acier idéale, mais seulement la plus adaptée. Grâce à l'adéquation tridimensionnelle de la portée, de la charge et de la fonction, combinée aux conditions de construction et aux indicateurs économiques, des décisions scientifiques peuvent être prises pour des projets concrets.