La science directrice dans la conception en acier
Construire le bâtiment de hauteur moyenne le plus durable et le plus rentable
Utiliser l'analyse scientifique pour guider la construction
Des immeubles résidentiels de hauteur moyenne se trouvent dans les villes d'Amérique du Nord et d'autres sont en construction chaque jour. Avec des espaces commerciaux au niveau de la rue et des unités résidentielles au-dessus, ce style de structure plaît aux promoteurs, aux locataires et aux responsables municipaux.
Les hauteurs moyennes sont moins imposantes que les gratte-ciel, tant pour les résidents qui les appellent chez eux que pour les piétons dans la rue à l'extérieur. Pour les villes qui cherchent à augmenter la densité et à préserver les espaces verts, les immeubles de taille moyenne sont une solution attractive.
En raison de leur taille, les immeubles de hauteur moyenne se prêtent à diverses méthodes de construction, notamment le bois, le béton et l'acier. Chaque approche présente des avantages et des inconvénients.
Tim Smith a passé 35 ans dans le secteur de la construction à travailler sur des bâtiments institutionnels et commerciaux avant de devenir consultant. Il dit : "C'est un mélange de la façon dont les immeubles à mi-hauteur sont construits ... Je pense que ce qui se passe généralement, c'est que les gens restent dans leur zone de confort. »
Pour aider à déterminer quel matériau est le meilleur pour divers projets de construction, ArcelorMittal a développé SteligenceMD. Ce système combine à la fois la technologie et les connaissances pratiques d’un panel indépendant d’experts pour analyser différentes méthodes de construction. Il détermine quelle approche aboutit au bâtiment le plus durable et le plus rentable.
ArcelorMittal Dofasco a récemment utilisé SteligenceMD pour analyser un hypothétique immeuble commercial et résidentiel à usage mixte de six étages situé dans la région du Grand Toronto et de Hamilton. Le bâtiment mesurait 6 916 m2 et comportait un podium au rez-de-chaussée pour un espace commercial séparé par une passerelle piétonne et 75 unités résidentielles aux niveaux supérieurs
L'équipe d'étude comprenait un concepteur, des ingénieurs en structure, en électricité, en mécanique et des consultants en planification et en coûts. Ils ont analysé trois scenarios de conception différents pour la construction en acier, en béton et en bois. Aux fins de l'étude, seuls les éléments structurels du noyau, des niveaux supérieurs et du toit ont été modifiés de manière significative.
Willems Ransom, concepteur principal chez mcCallumSather, faisait partie de l'équipe SteligenceMD. Il dit : « Cette étude de cas portait sur la conception d'un bâtiment fonctionnellement équivalent et sur la façon dont les chiffres relèvent de trois options de construction différentes. Y a-t-il un basculement des échelles en termes de performances ? »
M. Ransom a veillé à ce que le bâtiment soit aussi typique que possible. Il a utilisé les conditions les plus souvent trouvées dans les environnements urbains et a rendu l'architecture similaire à ce que l'on voit sur le marché. « La conception ne se prête pas à un système ou à un autre, explique-t-il. Il s'agit davantage de promouvoir une compréhension du matériel et des options disponibles. »
L'objectif de SteligenceMD est de fournir des preuves scientifiques pour aider l'industrie de la construction à atteindre la plus petite empreinte environnementale et le coût le plus bas.
Le processus comprend une analyse du cycle de vie, des estimations détaillées des coûts et des échéanciers et d'autres évaluations.
« Au cours des vingt dernières années…, les secteurs public et privé ont été plus en phase avec les coûts du cycle de vie d'un bâtiment par rapport aux coûts en capital, explique Tim Smith. Ce qui est mis dans le bâtiment, sa durabilité et sa performance énergétique… est plus la façon dont les gens pensent maintenant quand ils pensent aux investissements en capital. Ce n’est pas seulement le projet le moins cher. »
La conscience environnementale croissante et le désir d'être plus durables tant pour la construction que pour l'exploitation influencent également l'industrie.
Le système Steligence® combine à la fois la technologie et les connaissances pratiques d'un panel indépendant d'experts de l'industrie pour analyser différentes méthodes de construction et déterminer quelle approche aboutit au bâtiment le plus durable et le plus rentable.
Pour évaluer l'impact environnemental de la conception, le processus SteligenceMD comprenait une analyse du cycle de vie (ACV) sur la durée de vie utile pour l'ensemble du bâtiment de hauteur moyenne, qui couvre la production de matières premières, la fabrication, le transport, l'installation, la maintenance et le recyclage / fin-de-vie pour une durée de vie de 60 ans. L'ACV a évalué le réchauffement climatique, l'acidification, l'eutrophisation, l'appauvrissement de la couche d'ozone, la formation de smog et l'énergie primaire. La conception en acier a surpassé le béton et le bois dans la majorité des catégories.
Sur le plan financier, les gens pensent souvent que les bâtiments écologiques sont plus chers ou que certains matériaux sont plus durables que d'autres. M. Ransom voit SteligenceMD comme une opportunité de dissiper certains de ces mythes.
Dans l'étude de cas de hauteur moyenne, des estimations de coûts ont été obtenues pour les trois scénarios de conception. En termes de coût total, la conception en acier était la plus économique à 16 millions de dollars (CAD). L’estimation du béton était de 2 % plus élevée, tandis que le bois massif l’était plus encore à 19 %, principalement en raison de l’augmentation des coûts de matériaux et d’installation des étages supérieurs.
SteligenceMD a également permis à l'équipe d'estimer le nombre de jours ouvrables requis pour la construction. Tim Smith a dirigé cette partie de l'étude, et il explique : « Les données pour la planification étaient de véritables contributions des utilisateurs de l'industrie. »
Le calcul comprenait le nombre d'ascenseurs par jour et le temps moyen requis pour la coulée du béton, l'installation des dalles, du platelage, des panneaux muraux et des éléments. Le calendrier de la façade et le chevauchement avec la structure se sont avérés identiques pour les trois conceptions.
À 153 jours de construction au total, la conception en acier a été la plus rapide, battant le bois de huit jours et le béton de 20.
En fin de compte, l'acier a été déterminé comme la solution la plus durable et la plus économique pour la construction de taille moyenne, un résultat qui, selon Tim Smith, sera apprécié par l'industrie.
« Ils ont définitivement exploré toutes les possibilités. Ils ont testé différentes théories. Ils écoutaient quand les choses n’étaient pas pratiques. C'était un très bon équilibre entre la science et l'aspect pratique de l'industrie », dit-il. Il considère l'étude de cas comme un point de départ pour les développeurs, les concepteurs et les ingénieurs pour comprendre quelles sont leurs options et si l'acier convient à leurs projets.
Alors que la technologie de la construction et les systèmes de développement de bâtiments continuent d'évoluer, de nouveaux produits arrivent sur le marché et changent radicalement l'industrie.
M. Ransom espère qu'une telle analyse deviendra une pratique courante. « Cette analyse est très facile à intégrer dès le début du processus de conception. Cela nous permet de choisir les solutions les plus performantes et les plus rentables dès le départ. Cette analyse n'est pas étrangère. C'est très important pour prendre des décisions de conception. »
Les gens pensent souvent que les bâtiments écologiques sont plus chers ou que certains matériaux sont plus durables que d'autres. M. Ransom voit SteligenceMD comme une opportunité de dissiper certains de ces mythes.
ÉQUIPE D'ÉTUDE DE CAS
Conception
mcCallumSather
519-966-6750
Ingénierie structurelle
WSP
416-489-7888, poste 237
Ingénierie mécanique
mcCallumSather
519-737-1577
Ingénierie électrique
Seguin Engineering
519-564-297
Consultants en matière de coûts
Groupe Altus
416-759-4133
Consultants en planification
MPA Consulting
1-800-668-2154
