Technique de construction – Bâtiments de grande hauteur en ossature légère en bois L’étudiant a modélisé le comportement structural de deux hyperstructures de 20 étages, l’une en lamellé-collé et l’autre en béton, en respectant le Code du bâtiment du Canada. Source : Nicolas Labrecque

Curieux de savoir si une structure en ossature légère pouvait être utilisée dans des bâtiments de plus grande hauteur, Nicolas Labrecque a mené un projet de maîtrise à la Chaire industrielle de recherche sur la construction écoresponsable en bois (CIRCERB) de l’Université Laval, plus précisément au sein de l’Initiative sur la construction industrialisée (ICI). En réponse à cette problématique, l’étudiant a conçu un système structural pour les bâtiments en bois atteignant une hauteur entre 10 et 20 étages, adapté à l’utilisation de la préfabrication en ossature légère en bois.

L’essor de la construction de bâtiments en bois a été freiné avec l’arrivée du Code national du bâtiment du Canada en 1941. À cause des risques d’incendie, la hauteur des bâtiments en bois a été limitée à quatre étages, ce qui a priorisé l’utilisation de l’acier et du béton. Plusieurs décennies se sont écoulées durant lesquelles des enjeux ont surgi, notamment ceux des changements climatiques. Entre autres, la réduction des émissions de carbone émises par le secteur de la construction fait partie d’un plan d’action rédigé par le gouvernement du Québec. On y stipule de favoriser l’utilisation de matériaux à faible empreinte carbone, tels que le bois. Dans la suite, une nouvelle réglementation augmente la limite de la hauteur des bâtiments en bois à six étages.

Curieux de savoir si une structure en ossature légère pouvait être utilisée dans des bâtiments de plus grande hauteur, Nicolas Labrecque a mené un projet de maîtrise à la Chaire industrielle de recherche sur la construction écoresponsable en bois (CIRCERB) de l’Université Laval, plus précisément au sein de l’Initiative sur la construction industrialisée (ICI). En réponse à cette problématique, l’étudiant a conçu un système structural pour les bâtiments en bois atteignant une hauteur entre 10 et 20 étages, adapté à l’utilisation de la préfabrication en ossature légère en bois.

 

Le système proposé est composé de sous-structures en ossature légère en bois atteignant quatre étages pouvant se superposer et s’insérer dans des hyperstructures. Ce type de système structural est inspiré du bâtiment Treet, complété en 2015 à Bergen en Norvège.

 

Modélisation 3D des sous-structures en ossature légère en bois. Les diagonales représentent les murs de refend en ossature légère des modules préfabriqués.

 

Les hyperstructures ont comme fonction de reprendre les charges gravitaires des sous-structures de quatre étages et d’assurer la stabilité latérale globale du bâtiment. Au cours de son projet, l’étudiant a voulu évaluer l’interaction entre le système de sous-structure et l’hyperstructure.

L’analyse de l’interaction entre les deux systèmes a révélé qu’il est possible dans les deux cas d’atteindre les performances structurales requises avec certaines contraintes. Pour les deux systèmes, celui du lamellé-collé et celui du béton, il est impératif de connecter les sous-structures modulaires à la base des planchers de l’hyperstructure. Dans le cas du béton, il est aussi primordial des connecter les sous-structures aux colonnes extérieures ainsi qu’aux noyaux à tous les étages. Les résultats indiquent aussi que des configurations standards de murs de refend sont convenables pour résister aux efforts de cisaillement soumis aux modules en ossature légère en bois sous les charges sismiques et de vent. Les résultats obtenus sont représentatifs pour une limite géographique précise – celle de la ville de Québec dans ce cas-ci.

 

Insertion des sous-structures en ossature légère en bois dans les deux hyperstructures, lamellé-collé à gauche et en béton à droite.

 

Choisir de concevoir des sous-structures modulaires en ossature légère en bois permet de bénéficier des avantages que propose la préfabrication. Rapidité et efficacité sont les maîtres-mots pour un potentiel chantier d’une telle ampleur. Les étapes de construction des deux systèmes, béton et lamellé-collé, sont sensiblement les mêmes, à la différence que le noyau du béton doit d’abord être coulé. Cette différence coûte cher en béton en raison du temps de séchage particulièrement long qui engendre des coûts financiers importants.

En résumé, ce système pourrait répondre positivement aux enjeux actuels. La réduction des émissions de carbone, avec l’utilisation du matériau bois à faible empreinte environnementale et la technique de préfabrication, contribue à diminuer et à revaloriser les déchets, et représente également une solution à la problématique du manque de logements qui s’abat sur le Québec depuis plusieurs années. La densification verticale apportée par ce système permettrait de loger de nombreuses familles.

Ces avantages corrélés aux résultats indiquent qu’une hauteur de 20 étages pour un bâtiment en bois répond à la performance structurelle requise, ce qui pourrait permettre potentiellement d’assouplir la réglementation sur la hauteur des bâtiments en ossature légère en bois, actuellement limités à six étages.

Les étapes de construction du système étudié, en béton en haut et lamellé-collé en bas. En jaune, l’introduction du système de sous-structure.

 

La conception des connexions reliant les sous-structures à l’hyperstructure a une importance capitale sur le comportement global et devrait être étudiée conjointement à la sécurité incendie et au comportement dynamique de tels systèmes, pour ne nommer que ceux-ci. En effet, plusieurs aspects restent à étudier en vue du déploiement d’un tel type de système structural dans nos villes. Enfin, le développement de façons innovantes de construire en hauteur en bois amènera peut-être un assouplissement de la réglementation sur la hauteur des bâtiments en ossature légère en bois.

 

Références
LABRECQUE, Nicolas. Adapter l’ossature légère en bois pour la construction en hauteur en misant sur la préfabrication, 2021. https://www.quebechabitation.ca/innovation/adapter-lossature- legere-en-bois-pour-la-construction-en-hauteur-en-misant-sur-la-prefabrication/
LABRECQUE, Nicolas. Conception d’un système permettant l’utilisation de l’ossature légère modulaire dans les bâtiments de grande hauteur, mémoire de maîtrise, Université Laval, 2021. https://corpus.ulaval.ca/entities/publication/e13db34c-01fc-4d2e-bb17-b4670ce61df1
LABRECQUE, Nicolas, Sylvain MÉNARD, Marc OUDJENE et Pierre BLANCHET, 2022. Using hyperstructure system for modular light-frame construction in high-rise buildings. https://corpus.ulaval.ca/server/api/core/bitstreams/784a7335-7538-4d16-8b10-9976101c56ec/content

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