Le quartier de Lokstadt à Winterthur, ancien siège de l’usine suisse de locomotives et de machines, a été progressivement transformé, depuis 1990, en un quartier à multiples vocations comprenant des logements, des commerces et des bureaux. Le bâtiment « Elefant » est apparu dans la Zürcherstrasse, un immeuble de bureaux de sept étages, nommé d’après un type de locomotive qui était autrefois fabriqué dans cette usine. L’ossature en bois qui jouxte une façade, le « Portikus », classée aux monuments historiques fait référence à ce passé industriel par sa devanture longitudinale et sa conception sérielle. La partie historique du bâtiment a en outre été rénovée et renforcée à l’occasion des travaux de construction et les anciennes poutres métalliques et rails de grue ont été conservés dans un souci de préservation du patrimoine.

Cette partie sert maintenant, par rapport à l’ensemble du complexe, de zone d’accueil et de conseil pour les clients de l’Assurance maladie et accidents suisse SWICA qui loue le bâtiment pour son nouveau siège régional. Ce bâtiment abrite sur une surface d’environ 11 000 m^² une multitude de postes de travail différents. A quoi s’ajoutent des salles de réunion, des cafétérias, le restaurant du personnel, qui est aussi ouvert au public, et des terrasses. Le travail du projet et de création se situe dans des zones spéciales dans la partie historique avant, le rez-de-chaussée sert de centre de formation et de conférence. L’ensemble du projet de construction a été réalisé selon les directives de la Société à 2 000 watts et certifié selon la norme Minergie des objectifs d’efficacité énergétique de la SIA.

La structure porteuse en un coup d’œil

Deux tours d’accès en béton servent de noyau de renforcement pour le nouveau bâtiment, qui a été développé à l’aide du BIM et du Lean Construction Management. Tout le reste a été édifié sous forme d’ossature en bois avec des éléments porteurs en bois de hêtre lamellé-collé qu’on appelle BauBuche. Les poteaux forment la base du système porteur. Ils sont alignés les uns avec les autres selon une trame de 5,40 m à 5,70 m dans le sens de portée des solives et selon une trame de 7,41 m et 8,94 m dans le sens de tension du plancher. Dans le prolongement, la portée atteint 11,80 m. De ce fait, les solives avec le béton au-dessus ont été conçues comme une structure mixte. Sur les poteaux se trouvent des solives de rive et des poutres, constituées comme des solives continues, sur lesquelles reposent des planchers mixtes bois-béton (MBB). Ces planchers MBB, qui font office de poutres à travée unique entre les solives, assurent le renforcement nécessaire dans le sens horizontal grâce à leur effet de plaque.

La conception de la structure porteuse du bâtiment de sept étages et le choix des matériaux reposaient également sur le fait que le système classique poteaux-poutres privilégié, avec de grandes portées sur les solives, devait permettre une flexibilité maximale pour l’agencement de l’espace.

Il s’agissait de développer une structure porteuse pouvant supporter des charges extrêmement élevées à la fois horizontalement et verticalement – une attention toute particulière fut alors portée aux poteaux du rez-de-chaussée. En même temps, les hauteurs d’étages limitées par le droit de l’urbanisme et de la construction exigeaient une hauteur structurelle des poutres et plafonds aussi faible que possible. Ces deux exigences pouvaient être satisfaites avec le BauBuche de classe de résistance GL75. Grâce à la haute résistance mécanique de ce matériau en bois fabriqué industriellement et actuellement le plus performant, il a été possible de minimiser la hauteur des poutres et donc l’utilisation de matériaux. Il a également été possible d’augmenter la performance grâce à l’effet de continuité des planchers MBB en bois lamellé-collé de 20 cm de hauteur et d’un béton appliqué de 12 cm. Pour les poteaux du rez-de-chaussée, le BauBuche s’est même révélé être l’unique matériau bois possible en raison des charges énormes qui s’exercent sur les poteaux, alors que pour les poteaux moins sollicités des étages supérieurs, l’épicéa ou le sapin étaient également possibles. Pour obtenir une apparence homogène, le bois lamellé-collé de hêtre a toutefois été utilisé ici aussi.

Du point de vue de la protection incendie, toutes les sections de la structure porteuse – poteaux, poutres et solives – sont dimensionnées pour une combustion de 60 minutes (R 60). Des évidements ont été prévus dans les solives pour les tracés de ventilation, de refroidissement et d’électricité qui traversent la structure porteuse.

Des solutions de détails en BauBuche

La section des poteaux en BauBuche le long de la façade et dans les zones moins sollicitées du bâtiment est de 31,5 cm x 32 cm. Dans les parties plus fortement sollicitées, les sections des poteaux sont de 31,5 cm x 48 cm. Une tolérance de 5 mm a été prévue entre la membrure supérieure et le poteau le long de la façade.

Des solives en BauBuche de 52 cm de haut et 25,5 cm de large reposent sur les poteaux de la façade aux étages réguliers. Des lattes en BauBuche (6 x 12 cm) fixées latéralement par collage à la presse à vis servent d’appui aux éléments en bois lamellé-collé des planchers MBB. Des barres d’armature (diamètre 2 cm, longueur 1,50 m) sont insérées à une distance de 1 m et de chaque côté des poteaux pour empêcher la torsion sous l’effet de la forte contrainte. Ces barres sont fixées par des plaques de tête (110 x 110 x 15 mm) et des vis sur les faces extérieures des solives et les relient au béton du dessus. Les solives de rive sous le parapet présentent des dimensions plus importantes (jusqu’à 96 x 31,5 cm) en raison de la charge plus élevée et ont en outre été réalisées avec une surélévation de 15 mm dans certaines parties.

Au milieu du bâtiment, les poutres respectent les hauteurs standards de 65 cm pour une largeur de 31,5 cm ; dans les parties moins sollicitées, une hauteur de 40 cm pour une largeur de 31,5 cm suffit. Des encoches de 20 x 6,5 cm de profondeur dans les parties bordures du haut servent de support aux éléments en bois lamellé-collé appliqués. Une tolérance de construction de 8 mm a été prévue pour l’assemblage et une bande comprimée de 8 mm pour sceller le mortier fluide. Le mortier fluide sert à son tour à réaliser une structure de plancher avec une liaison parfaite. Ainsi, le plancher MBB pouvait faire fonction de système à solives continues.

L’extension de l’ancienne usine, dont les portées dominantes peuvent aller jusqu’à 11,80 m, comportent des poutres de 31,50 cm de largeur pour une hauteur de 84 cm et une surélévation de 25 mm qui, combiné au béton appliqué, ont pu être réalisées sous forme de solives en T. La jonction est assurée par des cames de cisaillement en acier avec des boulons à tête, qui ont été vissés sur les solives.

Aux points de jonction poteau/poutre continue, les poutres ont été renforcées avec des pièces d’acier rondes traversant les poteaux. En combinaison avec des plaques de répartition de charge situées au pied ou à la tête des poteaux, les charges verticales ont pu être transmises directement de poteau à poteau sans pression transversale sur les fibres de bois des poutres. En fonction de la charge exercée, un, deux ou trois profilés ronds en acier massif de 80 mm de diamètre relient chaque poteau à la poutre correspondante par l’intermédiaire de plaques de tête et de pied (d = 30 mm). La longueur des pièces d’acier rondes tient compte, là où les planchers MBB sont tendus de poutre à poutre, également de la hauteur du béton appliqué du plancher MBB ultérieur de sorte que ces pièces dépassent respectivement de 12 cm des poutres dans la construction brute en bois.

Tous les avant-trous et évidements pour les supports ont déjà été réalisés lors de l’assemblage (voir à ce sujet la remarque dans le cadre d’information). Pendant les cinq mois qu’a duré le montage, un toit de secours permanent tendu au-dessus de l’immeuble de bureaux a protégé le matériel contre les intempéries. Pour soulever les éléments de construction et tous les autres matériaux à l’aide d’une grue, le toit de secours a toutefois été en partie ouvert à plusieurs reprises.

Résumé

Grâce au BauBuche, une structure porteuse efficace et économique a pu être réalisée, une structure qui répond à toutes les exigences d’un immeuble de bureaux moderne et qui offre une souplesse d’utilisation sur toute sa durée de vie. Le bois dur très résistant apportent véritablement des avantages : Les grandes portées permettent une conception sur plans très souple et la haute résistance permet de réaliser avec efficacité les éléments de construction fortement sollicités.

Encadré d’information :

En Allemagne, les évidements et les ouvertures dans les éléments de construction en BauBuche ne sont pas réglementés et ne peuvent de ce fait pas être réalisés ; il en va de même pour les tiges filetées collées. En Suisse, c’est le concepteur de la structure porteuse qui porte la responsabilité de déterminer si des ouvertures peuvent être envisagées dans les éléments de construction en BauBuche. S’il peut mettre en évidence, selon la norme suisse en vigueur, que la capacité portante nécessaire des éléments de construction en BauBuche est préservée même avec des évidements et des ouvertures, ceux-ci peuvent être réalisés, comme ce fut le cas pour le bâtiment Elefant.

text by: Susanne Jacob-Freitag, Karlsruhe

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Photos :beate bühler fotografie gmbh, SWICA/Michael Haug