Finaliste du projet de l'année et meilleur sport/divertissement : exposition agricole de Tianfu

Les voûtes en flèche sont les plus grandes structures en bois d'Asie, certaines avec des portées libres de plus de 450 pieds. Photo avec l'aimable autorisation de StructureCraft

En tant que représentation du potentiel de la construction en bois, l'exposition agricole de Tianfu repousse les limites de ce qui est possible. La plus grande structure en bois d'Asie et l'une des plus grandes au monde, les cinq voûtes du projet sont composées de cordes en bois en flèche ancrées avec des sangles en acier, toutes enfermées dans des membranes ETFE précontraintes.

Les structures en bois massif sont rares en Chine, mais les concepteurs de la société de conception China Architecture Design & Research Group (CADG) voulaient quelque chose qui représenterait le message durable et le cadre naturel de l'exposition agricole. CADG a travaillé avec l'ingénieur en structure StructureCraft sur les conceptions distinctives des voûtes, qui comprennent 3 500 éléments en bois lamellé-collé aux courbes uniques. "La restriction au feu pour les matériaux de structure en Chine est le plus grand obstacle à la promotion des structures en bois", explique Cui Kai, architecte en chef chez CADG. "Ce qui a rendu ce projet possible, c'est que les espaces sous les voûtes sont définis comme des espaces extérieurs. Ce n'est que lorsque les voûtes ont été considérées comme des structures non constructibles que nous avons pu contourner les restrictions des codes d'incendie." Cette "extériorisation" de l'espace correspond également à la vocation des structures en tant qu'espaces d'exposition pour les produits de la ferme et autres activités semi-extérieures, ajoute-t-il.

Après avoir répondu aux préoccupations concernant la sécurité incendie et les problèmes sismiques, le principal défi était de savoir comment traduire les conceptions 3D en quelque chose qui pourrait être assemblé par des équipes de travail qui peuvent avoir une expérience limitée dans la construction en bois massif. De plus, les restrictions de voyage liées au COVID-19 ont limité les possibilités pour les ingénieurs de StructureCraft, basé au Canada, de visiter le site en personne.

« Nous avons créé un modèle de fabrication complet et très détaillé dans Rhino, capable de piloter la quasi-totalité de la séquence de construction », explique Lucas Epp, vice-président et responsable de l'ingénierie de l'entreprise basée à Abbotsford, en Colombie-Britannique. "Mais comment dites-vous à des centaines de travailleurs en Chine comment construire cela, alors que nous n'avons pu faire venir qu'une seule personne de notre entreprise en Chine pendant la construction?"

Photo: Kang Kai

StructureCraft avait déjà travaillé à distance sur d'autres projets en Chine, mais le projet de Tianfu était à une autre échelle. L'entreprise a décidé de préfabriquer entièrement les segments en bois lamellé-collé en Europe, puis de les conteneuriser et de les expédier en Chine prêts à être assemblés. "Tous les éléments étaient pré-CNC, prédécoupés à la taille, jusqu'aux trous de vis et tout", explique Epp.

Mais cela n'a pas rendu les éléments structurels moins difficiles à concevoir. "Un système de treillis normal serait la conception traditionnelle, mais l'architecte voulait retirer la sangle de la treillis", explique Epp. La conception résultante a chaque arc composé d'une seule membrure inférieure avec deux membrures supérieures reliées par une simple sangle en acier. Les connexions de base en acier à chaque extrémité d'une arche transfèrent les forces de la membrure à travers des plaques d'acier encastrées dans les fondations en béton des voûtes. La conception simplifiée a permis d'expédier les éléments en lamellé-collé dans des conteneurs d'expédition standard.

Photo: JI Li

Arrivant d'Europe, les composants préfabriqués des arches ont été assemblés hors site en Chine, puis mis en place par des grues sur place. Les plus grandes des arches ont des portées libres allant jusqu'à 450 pieds et mesurent près de 150 pieds de haut. "Ce sont d'énormes structures, nous avons donc pu automatiser la création des dessins d'atelier [à partir du modèle 3D]", explique Epp. "C'était près de 15 000 dessins d'atelier, tous automatisés."

Grâce à Procore, StructureCraft a pu se coordonner avec les travailleurs en Chine sur l'état de chaque pièce des arches, documentant tout dommage ou erreur de fabrication. "L'utilisation de Procore nous a permis d'avoir chaque pièce hyperliée, de plonger dans n'importe quel assemblage spécifique, de percer cette pièce et de voir le dessin d'atelier", explique Epp. Les travailleurs en Chine téléchargeaient des photos de chaque pièce au fur et à mesure de son arrivée et de son installation, en ajoutant les images dans Procore. "Ils téléchargeaient une photo dans Procore et nous la voyions sur notre iPad une minute plus tard", explique Epp.

Photo: Structurecraft

L'assemblage des voûtes en bois massif a également été compliqué par un calendrier de projet agressif qui a vu les espaces intérieurs des voûtes être construits alors que les voûtes étaient encore érigées au-dessus d'eux. Selon Epp, cela a conduit à quelques révisions rapides de l'effort de mise en scène, car les tours d'étayage prévues pour les arches se sont avérées situées à des endroits qui ne sont plus accessibles. "Nous avons utilisé ces tours d'étayage dynamiques, avec de nombreux vérins et charnières réglables afin qu'elles puissent fonctionner sous différents angles des membrures", dit-il. L'assemblage des voûtes a nécessité six des 15 grues du chantier, dont quelques grues sur chenilles de 500 tonnes.

Photo: Structurecraft

Alors que le bois massif est toujours de plus en plus accepté en Chine, où l'acier de construction et le béton sont largement utilisés, Epp affirme que le projet de Tianfu attire déjà l'attention. "C'est un point de repère pour le bois en Chine", dit-il. Les comités nationaux d'examen des normes sismiques et anti-incendie qui ont approuvé le projet comprenaient des architectes et des ingénieurs de toute la Chine, qui ont vu que c'était possible, ajoute Epp. « Nous voulions ce que l'architecte voulait : une vision durable. Et nous avons trouvé que les défis techniques étaient surmontables.

Cui Kai de CADG est d'accord. "Le succès de ce projet a attiré l'attention d'un grand nombre de clients, y compris les gouvernements locaux et les promoteurs, car il est conforme aux stratégies nationales de développement vert et à faible émission de carbone", a-t-il déclaré. "Je crois que les approches de conception en bois massif auront plus d'opportunités d'application à l'avenir."

Jeff Rubenstone est rédacteur en chef adjoint pour les nouvelles et la technologie au Engineering News-Record. En tant que directeur de l'information d'ENR, il supervise la couverture de l'actualité de la publication et couvre également les technologies émergentes et les innovations dans le domaine de la construction. Avec plus d'une décennie d'expérience dans les reportages sur l'industrie, Jeff possède une vaste expérience en journalisme d'ingénierie et de construction. Il est basé à New York.