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Analyse structurelle et architecturale Hearst Tower, NYC

Analyse structurelle et architecturale Hearst Tower, NYC Auteurs : GabrielJaques MathieuFritzinger AleksandarTrifunović Assistant : RaffaeleCantone Professeurs : RobertoGargiani AurelioMuttoni PierreWahlen 16mai2016

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Cours Master : Structure et Architecture

Analyse structurelle et architecturale

Hearst Tower, NYCAuteurs :

GabrielJaques

MathieuFritzinger

AleksandarTrifunović

Assistant :

RaffaeleCantone

Professeurs :

RobertoGargiani

AurelioMuttoni

PierreWahlen

16 mai 2016

Hearst Tower

Table des matières

1 Introduction2

2 La tour et son histoire 3

2.1 Les années 1920 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3

2.2 Les années 2000 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5

2.3 Le design de la Hearst Tower . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6

2.4 Ses Concepteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9

3 Analyse structurelle 12

3.1 Description de l"objet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

12

3.2 Comportement structurel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

16

3.3 Système diagrid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

18

4 Structure et architecture 25

4.1 Une structure adaptée aux besoins architecturaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

25

4.2 Vérité structurale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

26

4.3 Lumière . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

27

4.4 "Birds" mouths» : vision panoramique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

28

4.5 Attentat 9/11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

29

5 Conclusion30Structure et Architecture 1/ 31

Hearst Tower

1 Introduction

Il n"existe, à ce jour, une seule approche quant à la valeur de la structure dans l"architecture. Cette

relation varie fortement suivant les périodes, les architectes, et même les programmes. De plus,

cette corrélation peut même changer ou être changée au fil du temps. Les temples grecs, que l"on

croyait avoir mis à nue avec l"étude et l"expertise des ruines léguées par l"histoire, ont depuis peu

bouleversé notre préconception de l"architecture monumentale grecque. Des traces de peintures

furent retrouvées dans de multiples sites archéologiques et documents attestant de l"utilisation

d"enduits pour décorer les lieux de cultes en pierre et sans doute également ceux précédant en

bois. Le temple n"était pas uniquement un 'abri pour les dieux", mais également une sculpture

leur étant dédiée. De même, les cathédrales gothiques et leur architecture jadis délaissés sont

de nos jours admirés par leur système structurel ingénieux et méticuleux qui les caractérisent;

"demander une église gothique sans arcs-boutants, c"est demander un navire sans quille; c"est pour

l"église comme pour le navire une question d"être ou de n"être pas" [1]. Plus tard, Jean-Nicolas

L. Durand, dans son ouvragePrécis de leçon d"architecture, apprend à ces étudiants une recettes

universelle permettant d"ériger n"importe quel édifice d"après une trame structurelle en s"appuyant

sur ces connaissances et interprétations de l"architecture monumentale antique. A l"opposé de

l"académie des beaux arts, qui elle se focalise sur les qualités et les relations spatiales que les

différentes pièces majeures et les pièces dites secondaires doivent entretenir, déterminant ainsi des

espaces servants et des espaces servis. Notion que Kahn reprendra dans plusieurs de ces oeuvres.

L"architecte américain d"origine estonienne est fasciné par la pièce et son agencement dans un

ensemble, une suite. Pour lui "la pièce est le commencement de l"architecture" [2]; l"entité de plus

petite échelle est l"élément caractéristique de la plus grande échelle. Kahn ne voit jamais la raison

d"une pièce dans la pièce elle-même mais dans ce qui la compose, la génère. Il dira à ce propos :

"la structure de la pièce doit être évidente dans la pièce même. C"est la structure, je crois, qui

fait la lumière". L"ensemble du patrimoine bâti fait part d"une discussion entre structure - ce qui

supporte - et architecture - ce que l"on voit - sans jamais vraiment en donner une réponse claire

du caractère de la relation. Les 'nouveaux" bâtiments du 21ème siècle donnent-ils une réponse?

Sans doute non. Mais comme cela fut le cas au moyen-âge, certains édifices au caractère social

particulier, à travers une expérimentation sur la forme et la matière, ont "considéré les membres

du squelette avec le même amour de la perfection et de recherche pour la clarté du but" [3]. La

structure ne porte pas seulement l"architecture mais l"embellie également. Le suivant rapport va

appuyer ces propos à l"aide d"une étude de cas d"un bâtiment récent des années 2000 : la Hearst

Tower implantée à New York, ville où structure rime avec extravagance.Structure et Architecture 2/ 31

Hearst Tower

2 La tour et son histoire

2.1 Les années 1920

Les origines de la Hearst Tower peuvent être retracées, il y a maintenant près d"un siècle de cela,

au début des années 1920 et au baron médiatique William R. Hearst. Après avoir fondé la "Hearst

Corporation" en 1887, ce dernier envisage de s"installer à New York City devenue capital média-

tique des Etats-Unis après avoir détrôné Chicago. En 1921, Hearst réunie les fonds nécessaires afin

d"acquérir une parcelle au 959 Eighth Avenue - parcelle toujours en possession de la fondation au

jour d"aujourd"hui -, emplacement du futur siège social de la corporation portant son nom. L"archi-

tecte autrichien Joseph Urban et le bureau d"architectes américains Georges B. Post & Sons furent

sollicités pour la réalisation de cet édifice devant à la fois répondre à une problématique fonction-

nelle, rassembler sous une même structure les douze publications appartenant à la corporation, et

une problématique d"image, afficher la présence et l"élan journalistique montant de William Hearst

dans le monde des médias. Le résultat de la collaboration des deux architectes prit la forme, sous

le nom de l"International Magazine Building, d"un bâtiment Art-déco de six étages centré autour

d"une cour intérieure. Des bureaux occupaient les quatre étages supérieurs alors que les deux étages

inférieurs étaient occupés par des commerces. La construction de cette structure de faible hauteur,

imaginée comme base d"un immeuble de bureaux de neufs étages par Joseph Urban et Wiliam R.

Hearst, fut terminée au courant de l"année 1928. La grande dépression de 1929 coupa néanmoins

court au projet d"immeuble de bureaux.Figure1 - Photo historique de l"ouvrage d"origineStructure et Architecture 3/ 31

Hearst Tower

Figure2 - Plan de situationStructure et Architecture 4/ 31

Hearst Tower

2.2 Les années 2000

L"entrée dans le 21ème siècle avec les attentats du World Trade Center le 11 septembre 2001 à New York sera, sans aucun doute et à jamais, marquée dans l"histoire comme l"une des plus

tragiques du monde moderne. Après ces événements tragiques, il a fallut du temps pour persuader

la population mondiale, et surtout la population newyorkaise, de la sécurité et des avantages de

tels gratte-ciels. Pour preuve, la première tour réalisée après les attentats de 2001 n"est autre que

la Hearst Tower inaugurée en octobre 2006, c"est à dire cinq ans plus tard. Cette dernière est, à

ce jour, l"unique contribution à la skyline newyorkaise de l"architecte anglais Norman Foster, qui

pour l"occasion collaborera avec l"ingénieur, du bureau d"ingénierie newyorkais WSP Cantor Seinuk,

Ahmad Rahimian. Cette extension de la base historique, appartenant depuis 1988 aux "monuments

importants de l"héritage architectural de New-York", vient ressusciter la vision des années 1920 du

baron médiatique William R. Hearst et de l"architecte Joseph Urban, qui envisageaient la structure

du 959 Eighth Avenu - alors appelée International Magazine Building - comme éventuelle base d"un immeuble de bureaux futurs. Néanmoins, l"envergure du bâtiment actuel dépasse de loin

celle du projet initial. En l"espace de 80 ans l"immeuble de neuf étages laissa place à une tour

de quarante-deux étages, assurant la superficie nécessaire afin d"accueillir dans un même édifice

l"intégralité de deux milles employés jusque là éparpillés sur neufs adresses différentes. Comme

en 1928, cette construction high-tech, recouverte par une enveloppe de verre et d"inox, accueille l"ensemble des employers de Hearst, tout en communiquant également les valeurs de la compagnie

et sa prééminence en tant qu"organisation du 21ème siècle.Figure3 - Photo de la skyline newyorkaise après 2006Structure et Architecture 5/ 31

Hearst Tower

2.3 Le design de la Hearst Tower

Une des première contraintes, et sans doute la plus significative pour le projet, à laquelle archi-

tectes et ingénieurs ont du se confronter fut donc la nécessité de préserver la structure existante

(la façade) considérée depuis 1988 'monument important de l"héritage architectural de New York".

Les architectes eu obligation de maintenir les façades extérieures et il fut déterminer que l"ancienne

structure devait agir comme plinthe, socle au nouveau bâtiment - comme imaginé originellement

par Urban et Post. La Tour pris ainsi place dans la cour de l"ancien bâtiment à l"extrême Ouest

de la parcelle adjacent au Shefield Building.

En plus de la façade et de valeur patrimoniale, d"autres facteurs ont influencé la position de la

tour, cette fois plus dans l"horizontale, mais dans la verticale. La hauteurs des étages de l"existant

n"étant pas adaptée pour un espace de bureaux contemporain et par une perte considérable de

lumière dans les premiers étages de la tour si cette dernière était imbriqué dans la cour existante.

La hauteur du 'socle" eu tendance à pousser la base de la tour vers le haut où elle ne libére pas

uniquement la partie supérieur du 'socle" mais tend à 'flotter" au dessus. Cet agencement à permis

une arrivé importante de lumière dans le socle, ainsi qu"une séparation horizontale de la structure

ancienne massive et la nouvelle structure légère nouvelle. Cette juxtaposition des deux structures permit de traiter la partie existante avec une grande li-

berté. Cette dernière peut être découpée en deux parties. Une première partie que l"on pourrait

appelé côté rue, où une position traditionaliste fut privilégiée : la façade fut conservée et seul

l"entrée au bâtiment et l"accès au métro forment des exceptions dans la succession de magasins.

Ces magasins occupent les deux premier étages de la structure existante, le reste fut évidé laissant

place à un grand atrium. Du point de vue de l"architecte Norman Foster, la Hearst Tower peut être

comparée à un petit village, et l"atrium à sa place centrale. L"atrium joue le rôle d"aimant sociale.

Tous les différents mondes des étages de la tour se retrouvent dans son coeur afin d"échanger, de

se détendre et de profiter des divers commodités offertes.(a) (b)

Figure4 - Photo de l"ouvrage construit dans les années 1920 (a) et photo de l"ouvrage actuel (b)Structure et Architecture 6/ 31

Hearst Tower

Figure5 - Hearst Tower actuelleFigure6 - Coupe de l"ouvrage dans son ensembleStructure et Architecture 7/ 31

Hearst Tower

(a) (b)

Figure7 - Elevation (a) Coupe (b)aaaaaaaa

(c) (d) Figure8 - Plan d"atrium (c) Plan d"étage type (d)Structure et Architecture 8/ 31

Hearst Tower

2.4 Ses Concepteurs

Norman Foster

Norman Foster compte aujourd"hui parmis les grands noms de l"architecture moderne et particu-

lièrement de l"architecture dite High-Tech. Diplômé de l"université de Manchester en 1961, il se

rend, après l"obtention d"une bourse d"étude, aux États-Unis où il obtiendra en 1962 son diplôme

d"architecte de l"université de Yale. De retour à Londres en 1963, Norman Foster fonde le cabinet

d"architecture, Team 4, en compagnie de Richard Rogers et de leurs épouses respectives Wendy

Foster et Su Rogers. L"année 1967 marque la fin de quatre années de collaboration entre les deux

couples. Rogers travaille alors avec Renzo Piano tandis que Norman Foster et sa femme Wendy Foster fonde le cabinet d"architecture Foster Associates, depuis renommé Foster Partners afin de

refléter au mieux l"influence des nouveaux architectes associés. La renommée, Lord Foster, la doit

à la réalisation de projets variés et célèbres tel que le viaduc de Millau, le siège de la Swiss RE à

Londres, la coupole du Reichstag à Berlin, ou encore l"ancien siège de la HSBC à Hong-Kong pour

n"en cité que quelques un.Figure9 - Photo de l"architecte Norman FosterStructure et Architecture 9/ 31

Hearst Tower

Ahmad Rahimian

Ahmad Rahimian est aujourd"hui le directeur général du cabinet d"ingénierie WSP Cantor Seinuk,

un bureau newyorkais d"ingénierie structurelle en tête de fil et un membre du groupe WSP, entre-

prise d"ingénierie mondiale avec plus de cinq cents bureaux sur les cinq continents. Arrivé au début

des années 1980 comme immigré iranien avec une licence en ingénierie civile, il poursuivit son édu-

cation et obtiendra quelques années plus tard son Master of Science de l"institut polytechnique de

l"université de New York. Ce n"est que peu de temps après l"obtention de son diplôme, qu"Ahmad

Rahimian fait ces débuts dans le cabinet d"ingénierie newyorkais Cantor Seinuk, fondé en 1971

par Irwin G. Cantor et Ysrael Seinuk, qui par la suite rejoindra le groupe WSP (William Sale

Partnership) dans les années 2000. Ces années chez Cantor Seinuk le confronteront à de nombreux

défis, comme ce fut le cas pour la Torre Mayor à Mexico City, tour de bureaux de 55 étages venant

surplomber un parking de 12 étages, ou encore la Freedom Tower à New York, mégastructure de

105 étages.Figure10 - Photo de l"ingénieur Ahmad RahimianStructure et Architecture 10/ 31

Hearst Tower

Turner Construction

Turner construction est une des plus grandes entreprises de gestion de la construction mondiale.

Fondée en 1902 par Henry C. Turner à New York, la compagnie s"étend en 1907 et 1908 respective-

ment à Philadelphie et Boston, afin de maintenir son extension géographique. Aujourd"hui, l"entre-

prise Turner Construction est composée de 46 bureaux aux État-Unis et est active dans une ving-

taine de pays autour du globe. La société doit sa reconnaissance à la réalisation de grands projets

complexes, favorisant l"innovation, embrassant les technologies émergentes, et faisant preuve d"une

volonté à faire une différence pour leurs clients, les employés et la communauté. Deux exemples cé-

lèbres sont le sièges des Nations Unis et le Lincoln Center for Perfoming Arts, tous les deux à New

York, et le Burj Khalifa aux Émirats Arabes Unis, pour un exemple international. La compagnie

traite une moyenne de 1500 projets par an, que les quelques 5200 employés se partagent.Figure11 - Photo prise lors de la visite du chantierStructure et Architecture 11/ 31

Hearst Tower

3 Analyse structurelle

3.1 Description de l"objet

3.1.1 Le socle

La première étape du projet a été réalisé en soutenant la façade patrimoniale Art-déco de l"archi-

tecte Joseph Urban et en détruisant l"intérieur de ce bâtiment de la fin des années 1920. La façade

a été renforcée afin d"avoir la résistance suffisante pour le nouveau élancement; la hauteur de 6

étages, sans aucun soutient latéral hors de son plan. Elle a donc été renforcée de l"intérieur en lui

juxtaposant un mur en béton armé. Ce dernier assure le maintien des murs d"enceinte existants et

leur apparence sur toute leur hauteur sans nécessité d"appuis intermédiaire tout en respectant les

nouvelles normes sismiques.Une fois le bâtiment existant évidé de son contenu, ses fondations ont été modifiées et renforcées afin de pouvoir accueillir les 42 étages de la nouvelle Hearst Tower. Les caractéristiques du site urbain ont obligé d"exécuter l"entier des travaux de fon- dation dans l"enceinte du bâtiment. Le bâtiment, dans son ensemble, est soutenu par deux type de fondations afin de répondre à la géo- logie atypique formée par un lit rocheux irrégulier le long de la parcelle. En effet, la roche se trouve en surface sur la moitié du bâtiment, tandis que sur l"autre moitié du bâtiment, le roche se trouve environ 10 mètre sous le niveau de la rue. Ainsi des semelles superficielles ont été utilisées là où la roche était en superficie, alors que des caissons en béton armé ont été utilisés pour atteindre le massif rocheux plus profond.

La tour, qui commence au-dessus de l"ancienne fa-

çade, est supportée par des 'méga-colonnes" et sta- bilisée par des 'méga-diagonales" posées à la base sur 12 points d"appuis générant et créant un atrium très dégagé spatialement (sur 10 étages virtuels), dont le volume est uniquement obstrué/coupé par ces mégastructures. Le plan de ces megastrucutres est perpendiculaire au plan de la façade de la tour qu"elles supportent. Ces dernières sont composées d"éléments mixtes : tubes carrés en acier haute performance composés soudés de 1,12m x 1,12m x 100mm, comblés avec du béton.(a) (b)

Figure12 - Méga-structure de la base (a) & (b)

Système pour déviation des forces obliquesStructure et Architecture 12/ 31

Hearst Tower

3.1.2 La tourLa structure porteuse de la tour, reposant sur ces

mégastructures formant l"atrium, est principale- ment réalisée par le système de cadres triangulés, communément nommé diagrid. Ce système por- teur est dans le cas présent très lisible et présente plusieurs avantages. Principalement, il permet d"assurer la stabilité d"un tel édifice en façade. Ce système structurel particulier interconnecte les quatre façades de l"extension, générant ainsi une structure tubulaire. Chaque façade est composée de modules triangu- laires isocèles d"une hauteur constante de quatre étages assemblés afin d"atteindre la hauteur légitime de la tour dans son entier. La section constante des poutres en I de ces triangles facilite et favorise une préfabrication et montage ordonné, planifié. La géométrie de l"ensemble rend néan- moins l"assemblage délicat et compliqué avec des noeuds et pièces d"assemblage complexe.

La séparation en plans horizontaux de la tour

est assurée par un conventionnel système poutre- plancher. Dans le cas de la Hearst Tower, une dalle mixte (acier-béton) appuyée sur des poutres en acier a été utilisée. Ces différents niveaux de planchers sont appuyés en façade sur le système diagrid, au noyau et à une couple de colonne supplémentaire contenant les portées à des dimen- sions raisonnables.Figure13 - Vue de l"intérieur de l"étage en construction(a) (b)

Figure14 - Photo du chantier (a) & (b)

Photo de l"intérieur de la baseStructure et Architecture 13/ 31

Hearst Tower

Figure15 - Elevation schématique de la structure de la tourStructure et Architecture 14/ 31

Hearst Tower

Figure16 - Plans types des étages de la tourStructure et Architecture 15/ 31

Hearst Tower

3.2 Comportement structurel

3.2.1 Diagrid : poutres et colonnesLa reprise des charges verticales par le

système diagrid s"établie de manière sui- vante. Chaque module de triangle reprend

4 niveaux de plancher en plus des charges

des étages supérieures. Les membrures du diagrid agissent comme une 'colonne inclinée" et comme une 'poutre" dont les extrémités sont encastrées. L"encastrement des membrures réduit le moment maximal en générant des moments opposés près des appuis. Également, en plus des appuis latéraux provenant des planchers appuyés, l"encastrement à l"angle de chaque triangle réduit la longueur de flambage de cet élé- ment hautement sollicité à la compression (sous les charges gravitaires seules).

Les charges verticales gravitaires induisent

des efforts de compression, des efforts de flexion et des efforts normaux dans les mem- brures du diagrid. Les efforts de cisaillement et de flexion causés par ces charges sont similaires d"un module du diagrid à un autre.

A l"opposé, les efforts normaux engendrés

par les charges verticales se cumulent à chaque module du diagrid.

Tandis que, les charges horizontales induites

par le vent et le séisme, sont reprises par les planchers et transmises aux membrures du diragrid. Ces charges induisent, elles aussi, des efforts de cisaillement, des efforts de flexion et des efforts normaux dans les membrures du diagrid. Ces efforts provenant des charges horizontales s"additionnent aux efforts des charges verticales. Dans certains cas de chargement, la combinaison des efforts est favorable et, pour d"autres cas, défavorable.(a) (b) Figure17 - Sollicitations du diagrid sous charges ver- ticales (gravitaires) (a) & (b) Sollicitations du diagrid sous charges horizontalesStructure et Architecture 16/ 31

Hearst Tower

3.2.2 Tour : effet du vent

Pour la reprises des charges latérales du vent

et séisme, la tour agit comme une énorme poutre en porte à faux vertical encastrée à la base. Cette "poutre» doit donc résister

à des efforts de flexion et de cisaillement,

en plus d"efforts axiaux. La figure suivante illustre bien les efforts engendrés par flexion.

En effet, une partie de la tour se retrouvera

en traction tandis que l"autre partie se retrouvera en tension afin de résister au renversement de la tour. De plus, la tour est cisaillée par les efforts latéraux.Figure18 - Sollicitations du diagrid sous charges laté- rales(a) (b) (c)

Figure19 - Noeud du système de façade (a) Passage des forces verticales (b) horizontales (c)Structure et Architecture 17/ 31

Hearst Tower

3.3 Système diagrid

3.3.1 Démarche de l"analyse

Le système porteur principale de la tour est lisible sur ses façades. Il s"agit d"une structure tubu-

laire formé en façade à l"aide de triangles s"étendant en hauteur découpés horizontalement par 4

niveaux d"étages.

Ce système, diagrid, évolue à travers les 4 façades pour former un tube redondant, permettant de

stabiliser correctement la tour entière puisque le noyau de l"ouvrage a été volontairement disposé

de côté de la façade ouest, car celle ci donne sur un bâtiment existant. Ce système structurel a

permis de réduire de 20% la quantité d"acier par rapport à une structure conventionnel, cadres

stabilisés horizontalement par le noyau central. Également, il est important d"évoquer que Hearst

Tower est le premier projet major inauguré à Manhattan suite à l"effondrement des tours de World

Trade Center et les concepteurs ont dû s"adapter aux nouveaux standards de sécurité structurels

imposés pour les tours dès lors en construction et le choix s"est porté à ce système hautement

redondant, diagrid, qui n"est pas très usuel pour des tours d"environ 40 étages, car même si l"éco-

nomie de matière est réalisable, les détails constructifs et le montage plus difficile efface rapidement

économiquement cet avantage. Mais l"argument le plus pertinent en faveur de ce système a été une

résilience comparable aux autres systèmes relativement à sa masse et à son échelle. En vertu de sa

rigidité et force, ce système combine la stabilisation et colonne dans un seul élément et permet de

réduire la sollicitation de la base en répartissant la charge sur tous les éléments de la base.Figure20 - La tour vue depuis la rue

Une analyse et comparaison de ce système diagrid disposé ici et des systèmes usuellement disposés

dans les bâtiments-tours est présenté dans les pages suivante.Structure et Architecture 18/ 31

Hearst Tower

3.3.2 Analyse statique

Système cadre

Cadre stabilisé

Système Diagrid

Système Diagrid sans montants de bords

Figure21 - Comparaison des systèmes statiques par la descente de chargeStructure et Architecture 19/ 31

Hearst Tower

Figure22 - Comparaison statique

Une analyse de descente des efforts, voir figure 21, permet de comprendre le fonctionnement d"un système statique.

Un système cadre, qui est ici le moins redondant, ne permet pas la diffusion de l"effort dans le sys-

tème global, son élément auquel s"applique la force, encaisse pratiquement l"entière unité. Tandis

que les systèmes plus redondants (avec diagonales), permettent une diffusion d"effort, particulière-

ment avantageux pour la sollicitation (ainsi plus petite) des éléments se trouvant en de sous et la

répartition des charges dans les fondations.

Concernant le système diagrid, on aperçoit que avec l"avantage de ne pas avoir des "colonnes", les

efforts dans les éléments obliques ne sont pas dramatiquement augmentés.

Quant au système diagrid, sans montant aux bords de façade, système disposé dans la Hearst

Tower, on aperçoit qu"il est un peu moins efficace, principalement sous sollicitation horizontale

que le système diagrid avec les montants de bord, mais il offre l"avantage architectural de n"avoir

aucun élément vertical.Structure et Architecture 20/ 31

Hearst Tower

Système cadre Cadre stabilisé Système Diagrid Syst. Diagrid sans montants

Figure23 - Analyse de la structure d"une façadeFigure24 - Comparaison de rigidité horizontale d"une façade

Le graphique de ci-dessus, la figure 24, présente la rigidité horizontale d"une façade en fonction des

système statique. On voit que le système diagrid (avec montant de bord) a une rigidité identique

au système avec cadres stabilisés. Le système de façade de la Hearst Tower, diagrid sans montants

de bords a une rigidité environ 2 fois plus petite, mais il reste tout de même environ 5 fois plus

rigide que le système "Cadres seuls".Structure et Architecture 21/ 31

Hearst Tower

Tour Syst. Cadre Tour Cadre Stabil. Tour Syst. Diagrid Tour Syst. Diag. sans montants

Figure25 - Analyse de la structure de la tour (tube)Figure26 - Comparaison de rigidité horizontale de la tour

En analysant les façades reliées, formant ainsi une structure à 3 dimensions, un tube, la rigidité

horizontale est semblable pour les 3 systèmes hautement redondants, à savoir "Tour Cadres sta-

bilisés, Tour Système Diagrid et Tour Système Diagrid sans colonne de bord". La différence entre

"Tour Cadres stabilisés" et Tour Système Diagrid sans colonne de bord" est de 20% en faveur du premier système cité.

Ainsi, on aperçoit que le système de la tour est très efficace, même avec cette élimination des

éléments verticaux aux coins de la tour. "Tour Système Diagrid sans colonne de bord" est de 25

fois plus rigide horizontalement que "Tour Cadres seuls"; le système de façade formé par des cadres

(poutres et colonnes avec connexions rigides aux intersections).Structure et Architecture 22/ 31

Hearst Tower

Syst. de la Hearst Tower Syst. avec base plus logique

Figure27 - Analyse global avec le système à la baseFigure28 - Comparaison de rigidité horizontale de l"ouvrage entierStructure et Architecture 23/ 31

Hearst Tower

Syst. de la base de la H.Tower Syst. base plus logique

Figure29 - Analyse global avec le système à la baseFigure30 - Comparaison de rigidité rotationel (torsion) de la base

Comme déjà mentionné, le système statique à la base de la Hearst Tower se différencie complète-

ment de la structure de la tour, ce qui est une volonté architecture de la ville de New York City,

mais également de l"architecte Foster, séparant ainsi les volumes et donnant l"harmonie par ces

cassures qui "font oublier" l"immense différence de la façade patrimoniale Art-déco et la tour Hight

Tech verre et acier.

Concernant la rigidité horizontale, le système disposé à la base dans la Hearst Tower, le système

qui change de plan brusquement, n"a pas de grande influence, voir figure 26. Par contre, concernant

une rigidité torsionnelle, c"est logique que ce système est moins performant, car comme déjà dit,

le plan a un changement brusque de 90 à la base, ainsi un système de la base qui suit le plan de

la tour serait beaucoup plus adapté, voir figure 30.Structure et Architecture 24/ 31

Hearst Tower

4 Structure et architecture

4.1 Une structure adaptée aux besoins architecturaux

La volonté de l"architecte concernant l"aménagement des surfaces de plancher de la tour a grande-

ment influencé le choix de la structure. En effet, la présence d"une tour d"habitation à la bordure

Nord-Ouest du site, obligea l"architecte Norman Foster de déplacer le corps de circulation. La jux-

taposition du noyau de circulation permet effectivement d"éviter d"obtenir une zone insuffisamment

éclairée naturellement et sans dégagement visuel vers l"extérieur. De plus, il permet d"accroître la

surface utilisable du coté Sud-Est, c"est à dire un des cotés les plus favorables pour des bureaux,

tout en gardant une distance corps façade appropriée. Néanmoins, ce choix décisif pour le bon

fonctionnement du monde intérieur de la tour a un impact non négligeable sur le comportement

statique de cette dernière. Le centre de torsion de la tour se voit ainsi déplacé et par conséquent

incapable de reprendre les charges horizontales pouvait engendrer de grands efforts de torsion non

désirés. En effet généralement, le noyau structurel d"un tel bâtiment, correspondant aux différentes

cages de distribution verticale (ascenseur, escalier, vide technique,...) reprend la grande majorité

des charges horizontales et des charges verticales. Ici, c"est la façade qui remplit l"entièreté de

ce rôle structurel; le noyau pouvant dès lors être une construction légère servant uniquement à

réduire les portées à l"intérieur du bâtiment. L"élément porteur étant repoussé en façade et en

façade uniquement, les ingénieurs ont opté pour un système, à la fois, hautement stable, rigide et

distinctif, un système diagrid. Ce dernier permet d"assurer la stabilité de la tour en interconnectant

les quatre faces du bâtiment par une juxtaposition méticuleuse d"un même module triangulaire et

lui donnant ainsi également un visage uniforme où structure et contreventements se mêlent.Figure31 - Noyau juxtaposé au côté ouest du bâtimentStructure et Architecture 25/ 31

Hearst Tower

4.2 Vérité structurale

La vie et l"influence d"un gratte-ciel dépendent essentiellement de l"apparence de ce dernier. Ceci

est particulièrement vrai à New York et sur sa mythique presqu"île de Manhattan. La Hearst Tower

ne déjoue pas cette règle. "Le diagird travaille à l"échelle urbaine et établit un profil distinctif sur

la ligne d"horizon", (voir [4]). Ce système structural si particulier devient ainsi la caractéristique

primaire de ce bâtiment, celle qui "le démarque et qui l"explique", (voir [4]). En effet, l"architecte

Norman Foster prit le parti de montrer et de distinguer la structure périphérique de l"enveloppe du

bâtiment. Ce contraste est ici souligné par le choix des matériaux différents, respectivement l"inox et

le verre. Les quatre façades font foie d"une vérité structurelle, d"une transparence compositionnelle;

le bâtiment s"explique de lui même. Un socle historique en maçonnerie est surplombé d"une tour

high-tech en acier. Entre ces deux structures une 'jupe", un bandeau de verre horizontal, fait office

de transition. Cette transition est accentuée par un changement de structure, le diagrid laisse place

à un simple un système de colonnes contreventées plus traditionnel. Cette variation structurelle

est une conséquence directe des normes de préservation de la ville de New York selon lesquels une nouvelle structure devrait exprimer son propre temps tout en respectant et en renforçant

l"existant. L"innovation structurelle est donc laissée à la nouvelle tour et le système de porteurs

verticaux - solution plus traditionnelle - au socle. La transition structurelle marque donc également

une transition programmatique, l"espace public laisse place aux étages de bureaux.Figure32 - Maquettes d"étude du projetStructure et Architecture 26/ 31

Hearst Tower

4.3 Lumière

Norman Foster prend la problématique de la lumière naturelle très au sérieux et en a fait au fil des

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