Pour répondre à la fois à la croissance de la population urbaine mondiale et aux changements climatiques, de nouveaux systèmes structurels à haut niveau de préfabrication et utilisant des matériaux renouvelables doivent être développés. L'ossature légère peut avoir un taux de préfabrication très élevé, mais est actuellement limitée à 6 étages. Un nouveau système structurel qui pourrait permettre l'utilisation de la construction modulaire à ossature légère dans les immeubles de grande hauteur est modélisé et analysé. Ce système est composé d'une hyperstructure supportant les charges de sous-structures superposées de 4 étages en ossature légère. Des hyperstructures de 20 étages, en glulam, en béton et hybride bois-béton sont conçues selon le Code national du bâtiment du Canada 2015 et comparées. Un modèle simplifié pour les modules à ossature légère selon la norme CSA O86-19 est proposé. L'interaction entre les deux systèmes et l'impact sur les sous-structures sont analysés. Les résultats de l'analyse du spectre de réponse sismique et de l'analyse dynamique du vent montrent qu'avec une hyperstructure en glulam, les modules peuvent être reliés aux colonnes et aux planchers ou seulement aux planchers. Avec une hyperstructure en béton, les modules doivent être connectés aux colonnes et aux noyaux. Pour les murs de refend, des compositions standards suffisent à résister au cisaillement induit par les charges gravitationnelles, de vent et sismiques. L'analyse indique que le système pourrait être viable, mais des recherches plus approfondies devraient être menées, en particulier sur les connexions et la résistance incendie. / To respond to both global urban population growth and climate change, new structural systems with a high level of prefabrication and renewable materials need to be developed. Light-frame construction can have a very high prefabrication rate but is currently limited to 6 storeys. A new structural system that could allow the use of light-frame modular construction in high-rise buildings is modeled and analysed. This system consists of a hyperstructure supporting the loads of 4-storey light-frame superimposed substructures. Twenty-storey hyperstructures, in glulam, concrete and wood-concrete hybrid are designed according to the 2015 National Building Code of Canada and compared. A simplified model for the light-frame modules according to the CSAO86-19 is proposed. The interaction between the two systems and the impact on the substructures are analysed. The results of the seismic response spectrum analysis and the dynamic wind analysis show that with a glulam hyperstructure, the modules can be connected to the columns and floors or only to the floors. With a concrete hyperstructure, the modules must be connected to the columns and the cores. Standard shearwall assemblies are sufficient to resist the shear induced by gravity, wind and seismic loads. The analysis indicates that the system could be viable, but further research should be carried out, particularly on connections and fire resistance.

Cette thèse porte sur l'architecture des grands immeubles canadiens au cours des quatre premières décennies du XXe siècle en prenant pour étude de cas, la production de l'agence Ross et Macdonald. Alors que l'historiographie a insisté sur l'académisme de l'architecture de cette période, cette thèse-ci vise à montrer comme la problématique du gigantisme architectural a forcé les architectes à concilier des considérations nouvelles, principalement le fonctionnalisme et les rivalités métropolitaines. Le choix des architectes Ross et Macdonald s'est imposé dans la mesure où cette agence montréalaise, l'une des plus importantes de son temps, était spécialisée dans l'architecture commerciale et a réalisé des œuvres plus ou moins standardisées, plusieurs remarquables, dans une dizaines de villes canadiennes.

Les immeubles de grande hauteur (IGH) sont des constructions symboliques liées, le plus souvent, aux problématiques de la rareté du foncier, aux défis de la densification urbaine dans les grandes villes et aussi au questionnement de la construction durable. Pourtant, un IGH ne se limite pas seulement à ces seuls points :quel impact en terme de risque représente un IGH sur son environnement ?Quelle démarche d'analyse d'un éventuel péril lié à la présence de ces constructions sur leur environnement faut-il considérer ?<p><p>La conception d'un IGH ne peut être effectuée sans une analyse des risques engendrés par la présence de tels immeubles sur leur environnement et sur le développement urbain. En effet, quand un événement indésirable y survient, un IGH peut se révéler être une menace pour ses occupants et son <p>voisinage immédiat. Les IGH sont des immeubles où plusieurs centaines de personnes sont présentes, ce qui engendre de nombreuses contraintes au niveau de la sécurité incendie notamment. En cas d'accident comme un incendie, diverses matières toxiques peuvent être libérées dans l'atmosphère, endommageant l'environnement de l'immeuble.<p><p>C'est ici que peut intervenir une méthode d'analyse des risques environnementaux permettant à un expert d'évaluer différentes situations envisagées pour l'immeuble même et son environnement. Le modèle proposé est une nouvelle méthode quantitative issue d'une approche semi-quantitative. Des matrices d'évaluation et une formulation quantitative permettent de quantifier le risque environnemental. Ce risque est déterminé pour différents secteurs autour de l'IGH car chaque environnement étudié est hétérogène et différent.<p><p>La méthode proposée reprend un ensemble de paramètres déterminés à l'aide de critères d'évaluation et de paramètres géométriques tels que la différence d'altitude entre les immeubles, la distance, etc. Nous verrons comment ces paramètres influencent le modèle et l'analyse de risques environnementaux. Un ensemble de simulations numériques seront effectuées sur un panel de cas d'études simples afin de valider le programme. Deux IGH actuellement détruits ont été étudiés avec pour objectif de comparer les résultats obtenus avec la réalité de la situation ainsi que les différentes propositions correctives. Pour chaque étude, des critiques et commentaires seront produits afin de se rattacher à la réalité des situations décrites.<p><p>The high-rise buildings (HRB) are symbolic constructions linked most often to scarce building lands, urban density challenges for big cities and the problematic of sustainable construction. However, an HRB is not limited to just these items alone: what risk impact does an HRB have on the environment? What analysis method of possible risk on the environment is to be considered for the presence of constructions?<p><p>HRB design cannot be done without any environmental risk assessment for such buildings on their environment or their impact on urban development. When an unwanted event occurs, an HRB can be a threat to its occupants and its immediate vicinity. The presence of large numbers of people in those building definitely generates a lot of problems at the level of fire safety, for example. Accidents such as a fire can release toxic materials, which will thus impact the environment of the building.<p><p>In such circumstances, a method of analysis of environmental risks come useful to experts to assess the different situations to be considered for the building itself. The proposed model is a new quantitative method which is the result of a semi-quantitative approach. Quantifying the environmental risk is made possible by evaluation matrices and quantitative formulation. This risk is determined for various sectors around HRB because every environment is heterogeneous and different.<p><p>The proposed method incorporates a set of parameters which were determined by means of evaluation criteria and geometrical parameters such as the difference in height between the buildings, distance, etc. We will see how these parameters affect the model and analysis of environmental risks. A set of simulations are performed on a range of simple models to validate the program. Two HRBs which have now been demolished were studied so as to compare the results obtained with the real-life of the situation and the corrective different proposals. For each study, criticism and comments will be produced to relate to the reality of the situations which has been described.<p> / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La construction d'immeubles de grande hauteur reste, malgré les débats qu'elle génère, un projet d'actualité dans de nombreuses villes en France. Fort des expériences passées, nombreux sont les projets se tournant aujourd'hui vers le concept de ville verticale. Ces tours multifonctionnelles, mieux ancrées territorialement et ouvertes au public ont alors pour objectif de mieux s'intégrer dans la ville et de permettre une forme d'urbanité. La mise en œuvre de la mixité à l'échelle du bâtiment, la grande hauteur, ainsi que la recherche de qualité urbaine génèrent de nouvelles contraintes techniques, socio-institutionnelles et territoriales peu étudiées à ce jour. En particulier, la complexification des montages de projet, l'enjeu territorial élargi ainsi que le statut particulier des espaces ouverts au public de la tour provoquent de nouveaux questionnements et enjeux public-privé à la fois spatiaux et organisationnels. Dans ce contexte, comment les tours peuvent-elles contribuer à l'urbanité de la ville contemporaine ? En s'appuyant sur une étude comparative de trois projets de tours mixtes franciliens (Phare, Triangle et Duo), ainsi que sur un état de l'art sur la grande hauteur et le concept d'urbanité, nous proposons une typologie des tours au regard de leur contribution à la ville. En développant une approche dynamique de la dimension urbaine des projets de tours au cours de leur fabrication, nous proposons ensuite un outil d'analyse des «trajectoires de projet» dans le temps. Une corrélation apparaît finalement entre ces trajectoires urbaines et les étapes de leur fabrique, et permet une montée en généralité sur les processus de production des différents idéaux-types de tours et de leur urbanité / Despite a controversial scientific and societal debate, building skyward is experiencing a new rise in French cities. This is reflected in the emergence of new high-rise forms: mixed-use towers and even “vertical cities“. Both are usually conceived as more accessible to the public, more linked to the ground, and more “urban». The implementation of mixed-use, height and urban quality in skyscrapers generates a system of specific technical, social and territorial constraints which are little studied so far. New public-private issues concerning both spatial and organisational considerations are caused by the very complexity of the project, the significant impact of the building on its surroundings, as well as the special status of its privately-owned spaces that are open to the public. In this context how can high-rises be produced and contribute to the urbanity of contemporary cities ? First based on a comparative study of three mixed-use tower projects within the Paris region (Phare, Triangle and Duo), then on a literature review of high-rise buildings and the concept of urbanity, we establish a typology of “urban towers“. These are classified according to their relation and their impact on the city. By developing a new dynamic approach of the urban issue of tower projects during their fabrication, we create an analytical tool which can identify temporal “project trajectories“.Finally, we find a correlation between these project trajectories and the stages of their implementation. This allows us to analyse the production process of each class of tower and their urbanity

L’architecture de grande hauteur appelle un ensemble de mythologies urbaines et de constructions historiques qui, indéfiniment, valorisent sa charge symbolique ou débattent de sa définition, de son lieu de naissance et de sa place dans le cours de la modernité. Le gratte-ciel, la tour sont des objets de fascination souvent pris dans la trame de grands récits qui, en relevant les manifestations les plus éclatantes, omettent les traces mineures qui sont autant d’écho fondamentaux de l’émission et de la réception de l’architecture, susceptibles de rééquilibrer les discours. Grâce à un large corpus d’œuvres et de sources, ce travail de recherche a l’ambition de comprendre la situation idéologique et urbaine de l’architecture de grande hauteur à Paris, de son émergence dans l’opinion française en 1893 (exposition internationale de Chicago) à sa condamnation au début des années 1970, sous l’action de critères convergents : la circulaire du 21 mars 1973 d’Olivier Guichard (Tours et barres) et l’arrêt des tours proclamé un an plus tard par le président de la République Valéry Giscard d’Estaing. / High-rise architecture raises a whole set of urban mythologies and historical constructions that, indefinitely, value its symbolic dimensions or debate its definition, its place of birth and its place in modern times. The skyscraper, the tower are objects of fascination often taken in the frame of great narratives which, by noting the most striking manifestations, omit the minor traces which are so fundamental echoes of the emission and the reception of architecture, likely to rebalance the speeches. Thanks to a large body of works and sources, this research project aims to understand the ideological and urban situation of high-rise architecture in Paris, its emergence in the French opinion in 1893 (World Fair of Chicago) to its condemnation in the early 1970s, under the action of convergent criteria: Olivier Guichard's Circular of March 21, 1973 (Tours and Barres) and the stop of the towers proclaimed a year later by the president of the Republic Valéry Giscard d'Estaing.

Le présent travail propose et développe une méthode originale de dimensionnement vis-à-vis de l'incendie de parois de bâtiments industriels, en s'intéressant plus spécifiquement au cas des panneaux en béton armé de grande hauteur. Soumis à un fort gradient thermique, ces derniers subissent en effet des déplacements hors plan importants qui, du fait de l'excentrement du poids propre qui en résulte, vont engendrer des efforts de flexion venant s'ajouter aux efforts de compression déjà existants. Un tel changement de géométrie, d'autant plus prononcé que le panneau est de grande hauteur, combiné à une dégradation simultanée des propriétés de résistance des matériaux sous l'effet de l'élévation de température, peut conduire à un effondrement de la structure sous poids propre, bien avant par exemple l'apparition d'une instabilité de type flambement. L'approche proposée repose très largement sur la théorie du Calcul à la Rupture, appliquée d'une part à la détermination d'un diagramme d'interaction au feu caractérisant la résistance du panneau en chacune de ses sections, d'autre part à l'analyse de la ruine globale du panneau dans sa configuration déformée. Cette démarche est d'abord mise en œuvre et complètement explicitée dans le cas où le panneau peut être modélisé comme une poutre unidimensionnelle, conduisant à la détermination exacte d'un facteur adimensionnel caractérisant la stabilité de ce dernier. La généralisation de la méthode de calcul à la configuration plus réaliste, mais plus complexe, d'un panneau schématisé comme une plaque rectangulaire, est ensuite développée. Elle aboutit à un certain nombre de résultats préliminaires qui devront être confortés et affinés dans un travail ultérieur. L'approche théorique ici présentée est par ailleurs complétée par un volet expérimental (essais de flexion quatre points de dalles dans un four à maquette) qui a permis de valider au moins partiellement les évaluations du diagramme d'interaction prédites par le calcul / In this contribution, an original and comprehensive method aimed at designing vertical concrete walls submitted to fire loadings, is proposed and developed, with a special emphasis on high rise panels used in industrial buildings. Indeed, when subjected to high thermal gradients, such slender structures exhibit quite significant out-of-plane movements, resulting in an eccentricity of the gravity loads and thus to bending moments in addition to the pre-existing compressive forces. It is such a change of geometry, which is all the more pronounced as the panel is tall, combined with a temperature-induced degradation of the constituent materials strength properties, which may explain why an overall collapse of the structure may occur, well prior to buckling instability. The proposed approach is fundamentally based on the theory of yield design. This theory is first applied to the determination of an interaction diagram, characterizing the fire resistance of a reinforced concrete panel cross-section. It is then implemented as a design method for analysing the stability of the panel in its previously calculated deformed configuration. The whole procedure is explained in full details in the simplified situation when the high rise panel can be modeled as a one-dimensional beam, leading to the exact determination of a dimensionless factor characterizing the stability of the panel. The method is then extended to deal with a more realistic, but somewhat more complex, configuration of a rectangular panel. Some preliminary results, which need to be further validated in a subsequent work, are finally produced. As a necessary complement to the mostly theoretical and computational approach presented in this work, a series of four-point bending tests has been performed on reduced scale slabs placed in a furnace. The results of these tests partially validate the predicted interaction diagram of a fire loaded panel section

L'objectif de cette thèse est de simuler l'histoire temporelle de la réponse d'un bâtiment de grande hauteur sous sollicitation sismique et de proposer des méthodologies simplifiées qui reproduisent correctement une telle réponse. Initialement, un modèle tridimensionnel par éléments finis est produit afin de valider sa fiabilité pour simuler le comportement réel du bâtiment pendant les mouvements du sol, enregistrés à l'aide d'accéléromètres. Il est proposé d'améliorer la précision du modèle numérique en imposant de multiples excitations, compte-tenu des effets de basculement et de la variabilité spatiale sur la sollicitation d'entrée. L'utilisation de fonctions de Green empiriques est proposée pour simuler la réponse sismique directement à partir d'enregistrements d'événements passés, sans avoir besoin de dessins de construction ni d'étalonnage des paramètres mécaniques. Une méthode de sommation stochastique, déjà utilisée pour prédire les mouvements du sol, est adoptée pour générer des signaux synthétiques à des hauteurs différentes du bâtiment, par extension du chemin de propagation des ondes du sol à la structure. Une représentation simplifiée du bâtiment comme une poutre homogène Timoshenko est proposée pour simuler la réponse sismique directement à partir des enregistrements des vibrations ambiantes. Des paramètres mécaniques équivalents sont identifiés à l'aide de l'interférométrie par déconvolution en termes de dispersion des ondes, de fréquences naturelles et de rapport de vitesse des ondes de cisaillement et de compression dans le milieu / The aim of this thesis is to simulate the time history response of a high rise building under seismic excitation and provide simplified methodologies that properly reproduce such response. Firstly, a detailed three-dimensional finite element model is produced to validate its reliability to simulate the real behavior of the building during ground motions, recorded using accelerometers. It is proposed to improve the accuracy of the numerical model by imposing multiple excitations, considering rocking effect and spatial variability on the input motion. The use of empirical Green's functions is proposed to simulate the seismic response directly from past event records, without the need of construction drawings and mechanical parameters calibration. A stochastic summation scheme, already used to predict ground motions, is adopted to generate synthetic signals at different heights of the building, extending the wave propagation path from the ground to the structure. A simplified representation of the building as a homogeneous Timoshenko beam is proposed to simulate the seismic response directly from ambient vibration records. Equivalent mechanical parameters are identified using deconvolution interferometry in terms of wave dispersion, natural frequencies and shear to compressional wave

Climate change and densification of cities are two major global challenges. Inthe building and construction industry, there are great expectations that tall timberbuildings will constitute one of the most sustainable solutions. First, verticalurban growth is energy and resource-efficient. Second, forest-based productsstore carbon and have one of the highest mechanical strength to density ratios.If the structural substitution of concrete and steel with wood in high-rise buildingsawakens fears of fire safety issues, engineers and researchers are particularlyworried about the dynamic response of the trendy tall timber buildings.Indeed, due to the low density of wood, they are lighter, and for the same height,they might be more sensitive to wind-induced vibrations than traditional buildings.To satisfy people’s comfort on the top floors, the serviceability design oftall timber buildings must consider wind-induced vibrations carefully. Architectsand structural engineers need accurate and verified calculation methods,useful numerical models and good knowledge of the dynamical properties oftall timber buildings. Firstly, the research work presented hereby attempts to increase the understandingof the dynamical phenomena of wind-induced vibration in tall buildings andevaluate the accuracy of the semi-empirical models available to estimate alongwindaccelerations in buildings. Secondly, it aims at, experimentally and numerically,studying the impact of structural parameters – masses, stiffnesses anddamping – on the dynamics of timber structures. Finally, it suggests how talltimber buildings can be modeled to correctly predict modal properties and windinducedresponses. This research thesis confirms the concerns that timber buildings above 15-20stories are more sensitive to wind excitation than traditional buildings with concreteand steel structures, and solutions are proposed to mitigate this vibrationissue. Regarding the comparison of models from different standards to estimatewind-induced accelerations, the spread of the results is found to be very large.From vibration tests on a large glulam truss, the connection stiffnesses are foundto be valuable for predicting modal properties, and numerical reductions withsimple spring models yield fair results. Concerning the structural models of conceptualand real tall timber buildings, numerical case studies emphasize the importanceof accurately distributed masses and stiffnesses of structural elements,connections and non-structural building parts, and the need for accurate dampingvalues. / Klimatförändringar och förtätning av städer är två stora globala utmaningar. Inom bygg- och anläggningsbranschen finns det stora förväntningar på att höga trähus ska utgöra en av de mest hållbara lösningarna. Dels är vertikal förtätning i städer energi- och resurseffektiv, dels lagrar skogsbaserade produkter kol och har dessutom ett av de högsta förhållanden mellan mekanisk styrka och densitet. Om den strukturella ersättningen av stål och betong med trä i höghus väcker farhågor ur brandsäkerhetssynpunkt, är ingenjörer och forskare särskilt oroliga för den dynamiska responsen i de trendiga högre trähusen. På grund av träets låga densitet blir de lättare, och för samma höjd kan de vara känsligare för vindinducerade vibrationer än traditionella byggnader. För att tillfredsställa människors komfort på de översta våningarna måste projektören av höga trähus noga överväga vindinducerade vibrationer i bruksgränstillstånd. Arkitekter och byggnadsingenjörer behöver noggranna och verifierade beräkningsmetoder, användbara numeriska modeller och goda kunskaper om höga träbyggnaders dynamiska egenskaper. För det första avser detta forskningsarbete att öka förståelsen för den dynamiska effekten av vindinducerade vibrationer i höga byggnader och utvärdera noggrannheten hos de semi-empiriska modeller som finns tillgängliga för att uppskatta byggnadens accelerationer i vindriktningen. För det andra syftar det till att, experimentellt och numeriskt, studera effekterna av strukturella parametrar – massor, styvheter och dämpning – på träkonstruktioners dynamik. Slutligen undersöks hur höga träbyggnader kan modelleras för att korrekt förutsäga modala egenskaper och vindinducerade respons. Denna forskningsuppsats bekräftar farhågorna om att träbyggnader över 15-20 våningar är mer känsliga för vindexcitation än vanliga byggnader med betong- och stålstomme. Några lösningar föreslås för att mildra detta vibrationsproblem. När det gäller jämförelsen av modeller från olika standarder för att beräkna vindinducerade accelerationer visar sig spridningen av resultaten vara mycket stor. Från tester på ett stort limträfackverk visar sig förbandsstyvheterna vara viktiga för att förutsäga modala egenskaper och numeriska reduktioner med enkla fjädermodeller ger rättvisande resultat. När det gäller de strukturella modellerna av konceptuella och verkliga höga träbyggnader, betonar numeriska fallstudier vikten av exakt fördelade massor och styvheter hos byggnadselement, förband och icke-strukturella byggnadsdelar, samt behovet av exakta dämpningsvärden. / Le changement climatique et la densification des villes sont deux défis mondiaux majeurs. Dans le domaine de la construction, les bâtiments en bois de grande hauteur sont perçus comme l'une des solutions les plus durables. D'une part la croissance urbaine verticale est économe en énergie et en ressources, d'autre part les produits forestiers stockent le carbone et ont l'un des rapports résistance mécanique/densité les plus élevés. Si la substitution structurelle du bois au béton ou à l’acier dans les immeubles de grande hauteur suscite des craintes pour les problèmes de sécurité incendie, les ingénieurs et les chercheurs s'inquiètent particulièrement de la réponse dynamique des immeubles en bois de grande hauteur à la mode. En effet, du fait de la faible densité du bois, ils sont plus légers, et à hauteur égale, ils pourraient être plus sensibles aux vibrations induites par le vent que les immeubles traditionnels. Pour satisfaire le confort des personnes aux étages supérieurs, la conception des bâtiments en bois de grande hauteur doit tenir compte judicieusement des vibrations induites par le vent. Les architectes et les ingénieurs en structure ont besoin de méthodes de calcul précises et vérifiées, de modèles numériques utiles et d'une bonne connaissance des propriétés dynamiques des bâtiments en bois de grande hauteur. Premièrement, les travaux de recherche présentés ici tentent d’approfondir la compréhension des phénomènes dynamiques des vibrations induites par le vent dans les immeubles de grande hauteur et d'évaluer la précision des modèles semi-empiriques disponibles pour calculer les accélérations dans la direction du vent. Deuxièmement, ils visent à étudier expérimentalement et numériquement les impacts des paramètres structuraux – masses, rigidités et amortissements – sur la dynamique des structures bois. Finalement, ils suggèrent comment modéliser les bâtiments en bois de grande hauteur pour prédire correctement les propriétés modales et les réponses induites par le vent. Cette thèse de recherche confirme les inquiétudes selon lesquelles les bâtiments en bois de plus de 15-20 étages sont plus sensibles à l'excitation du vent que les bâtiments traditionnels en béton armé ou en acier, et des solutions sont proposés pour atténuer ce problème vibratoire. Concernant la comparaison de différentes méthodes normalisées pour estimer les accélérations induites par le vent, la grande dispersion des résultats n'est pas négligeable. À partir d'essais expérimentaux sur un grand poteau-treillis en lamellé-collé, les rigidités de connexion s’avèrent importantes pour prédire les propriétés modales et les réductions numériques avec de simples modèles à ressort donnent des résultats acceptables. Concernant la précision des modèles structuraux de bâtiments en bois de grande hauteur conceptuels ou réels, des études de cas numériques soulignent l'importance des répartitions exactes des masses et des rigidités des éléments structuraux, des connexions et des éléments de construction non structuraux, ainsi que la nécessité de valeurs d'amortissement précises.