De plus en plus vert

De toute évidence, pourquoi s’agrandir verticalement et non horizontalement est la bonne réponse.

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Que préféreriez-vous : 55 pâtés de maisons ou un verger pouvant produire 22 millions de pommes ?

Ils occupent tous les deux le même espace de 121 hectares (300 acres), mais l’un augmente l’étalement urbain, encourage plus de voitures et augmente la pollution, tandis que l’autre cultive de la nourriture tout en aspirant le CO2 de l’atmosphère.

C’est une réponse facile, non ?

C’est ce que découvrent de plus en plus de villes alors qu’elles cherchent des solutions à l’expansion de l’étalement urbain. Les gens seront toujours attirés par les villes pour les opportunités qu’elles offrent, et ils devront trouver des endroits où vivre et travailler. Le défi consiste à savoir comment gérer la croissance de manière durable. Pour la plupart des centres urbains, cela signifie grandir – dans le ciel – au lieu de s’étaler.

Les gratte-ciel sont devenus une option de logement incontournable dans la plupart des villes, mais ils changent aussi vite que les endroits où ils sont construits. Le béton a longtemps été le matériau de construction dominant pour les immeubles de grande hauteur, mais les progrès récents dans les nuances d’acier formées à froid et la conception innovante des éléments signifient que la tôle d’acier peut être utilisée comme alternative dans de nombreux aspects de la construction de bâtiments.

« Il y a eu une grande poussée de la part de nombreuses entreprises de fabrication au cours des vingt dernières années où... le produit devient plus complexe parce que vous résolvez des problèmes plus importants et qu’ils fournissent des solutions, explique Greg Parlardg, chef de produit chez Bailey Metal Products. L’acier a toujours existé, mais maintenant la communauté du design et les fabricants adoptent ce type de matériau de construction et créent de nouveaux produits qui peuvent atteindre des valeurs plus élevées qu’auparavant. »

Une histoire de deux bâtiments

Qu’est-ce que l’acier fait que le béton ne peut pas faire ?

Une nouvelle étude Steligence🅫 d’ArcelorMittal Dofasco visait à le découvrir. Steligence rassemble des équipes d’experts indépendants de l’industrie ainsi que les dernières technologies de modélisation des informations du bâtiment pour analyser l’impact des différentes méthodes de construction.

L’étude a comparé deux scénarios de conception pour une tour résidentielle de 12 étages construite dans la région du Grand Toronto et de Hamilton : le béton et l’acier.

Chaque bâtiment de grande hauteur mesurait 26 655 mètres carrés et comptait 209 unités résidentielles d’une ou deux chambres réparties sur 11 étages. Le rez-de-chaussée abritait l’entrée principale, les commodités, les services, les services publics et l’accès au parking souterrain au sous-sol.

Les seules différences entre les deux bâtiments étaient les éléments structurels et les matériaux qu’ils utilisaient.

Les deux conceptions utilisaient des colonnes et des dalles en béton coulé sur place (CIP) pour le sous-sol et les étages inférieurs, une ossature légère charpente en acier pour les murs intérieurs et des murs isolés réalisés avec une ossature en acier formé à froid et avec des panneaux métalliques à l’extérieur.

Steligence🅫 fournit aux propriétaires de bâtiments, aux architectes et aux ingénieurs une approche factuelle pour collaborer, concevoir et construire des bâtiments durables et plus rentables.

AcierBéton
Fondations et stationnement souterrainColonnes et dalles en béton coulé sur place (CIP)Colonnes et dalles en béton coulé sur place (CIP)
Étages inférieurs (1 et 2)Colonnes en béton CIP, dallesColonnes en béton CIP, dalles
Étages supérieurs et balconsCOMSLAB🅫, balcons en béton préfabriquéDalles et balcons en béton CIP
Système structurelMurs à ossature métallique légère, colonnes HSS, poutres en HColonnes et poutres en béton CIP
Murs intérieursCharpente légère en acierCharpente légère en acier
Noyau, murs de cisaillementCOMWALL🅪Béton CIP
ExtérieurMurs isolé à ossature légère en acier, panneau métallique, vitrage de mur de fenêtreMurs isolé à ossature légère en acier, panneau métallique, vitrage de mur de fenêtre
ToitCOMSLAB🅫Dalles de béton CIP

Mais les choses ont changé au deuxième étage. Le bâtiment en acier utilisait un plancher composite par rapport aux mêmes dalle de béton coulé en place du bâtiment en béton. Dan Van Gageldonk, représentant technico-commercial chez Bailey, explique qu’avec les planchers composites « vous utilisez environ 50 % de béton en moins et 70 % de barres d’armature en moins, spécifiquement pour les sols. »

Moins de matériaux, explique Dan Van Gageldonk, signifie moins de transport, moins de coûts et moins d’impact sur l’environnement.

Le système structurel de la tour en acier utilisait des murs à ossature légère en acier, des colonnes tubulaires et des poutres en H, éliminant à nouveau le besoin de béton CIP. Les murs centraux et de cisaillement ont utilisé le mur composite préfabriqué de Bailey, nommé COMWALL🅪.

COMWALL🅪 est un système de coffrage permanent qui utilise des éléments de charpente en acier formés à froid pour construire des murs en béton pour les murs de cisaillement et noyaux. Il peut également être installé par l’entrepreneur en charpente d’acier, ce qui augmente l’efficacité du processus de construction.

« Si vous utilisez de l’acier dans tout le bâtiment, vous réduisez le besoin de certains métiers, explique Dan Van Gageldonk. Les personnes qui installent les murs et les planchers peuvent souvent installer vos noyaux. Si vous ne le faites pas..., vous aurez besoin d’une équipe pour venir mettre en place ces murs. L’acier permet une intégration transparente. »

Se mettre au vert sans frais supplémentaires

L’étude Steligence a évalué le temps de construction pour les deux conceptions et a constaté que le temps de montage était similaire, le béton prenant 412 jours et l’acier 415. Ils coûtent presque exactement le même aussi : le bâtiment en béton a coûté 56,1 millions de dollars et la version en acier en a totalisé 55,9.

La vraie différence est apparue lorsque les bâtiments ont été évalués pour leur impact environnemental.

L’équipe Steligence a utilisé le plug-in Tally🅫 pour Autodesk Revit afin de comparer les deux scénarios de conception du berceau à la tombe pour la durée de vie de 60 ans de chaque structure.

3D Building Rendering

Moins de matériaux = moins de transport, moins de coût et moins d’impact environnemental.

L’évaluation a utilisé la nomenclature et les déclarations environnementales de produits (EPD) nord-américaines de l’inventaire du cycle de vie de GaBi et a examiné le réchauffement climatique, l’acidification, l’eutrophisation, la formation de smog et les énergies non renouvelables.

Les résultats ont montré que les deux conceptions étaient comparables pour quatre des cinq indicateurs d’impact, mais la conception à base d’acier a montré un avantage significatif en termes de potentiel de réchauffement climatique. L’acier a permis d’économiser environ 1,1 million de kg d’équivalent CO2 par rapport à la conception en béton.

Cela équivaut à un seul bâtiment retirant 220 voitures de la circulation.

La diminution était principalement due aux économies de poids de 27 % dans la conception à base d’acier. Le béton dans les deux conceptions était le plus grand contributeur de matériaux pour les cinq indicateurs d’impact environnemental.

G. Parlardg considère l’acier comme un choix clair pour faire progresser des pratiques de construction plus durables. L’acier utilisé dans la construction aujourd’hui est fabriqué à partir d’un contenu majoritairement recyclé, alors même que les méthodes de fabrication deviennent plus efficaces et plus écologiques.

« Vous pouvez construire un bâtiment avec de l’acier. Vingt ans plus tard, vous pouvez remodeler ce bâtiment, soit réutiliser ce produit parce qu’il n’y aura pas de dégradation de ses performances, soit vous pouvez le mettre dans votre bac bleu... et il peut être fondu et transformé à nouveau en poteaux d’acier pour un autre projet. À ma connaissance, aucun autre matériau de construction n’a ce type d’histoire », explique G. Parlardg avec enthousiasme.

Les résultats sont aussi clairs que du verre.

Cependant, G. Parlardg et Dan Van Gageldonk admettent que la durabilité n’est qu’une partie de l’histoire.

« L’histoire verte est très belle, mais elle ne peut coûter plus cher à personne. Et cela ne peut en aucun cas réduire les performances », admet G. Parlardg.

Raconter toute l’histoire du bâtiment en acier de grande hauteur est l’un des objectifs de l’étude Steligence. En analysant les conceptions de bâtiments à partir de plusieurs facteurs, l’étude montre que l’acier est une alternative qui ne renonce pas à la qualité, au coût ou au temps de montage.

Bien qu’il y ait eu un avantage financier limité entre les deux conceptions, la durabilité de la construction en acier était claire avec une réduction de 15 % du potentiel de réchauffement global.

Emissions Graph

La construction en acier a eu une réduction de PRG de 15 %.

Les conclusions sont claires : l’acier devrait être le premier choix de conception car l’industrie du bâtiment vise à réduire son empreinte carbone.

Les conclusions sont claires : l’acier devrait être le premier choix de conception car l’industrie du bâtiment vise à réduire son empreinte carbone.


ÉQUIPE D'ÉTUDE DE CAS

CONCEPTION:

mcCallumSather // mccallumsather.com

INGÉNIERIE DES STRUCTURES:

WSP (concrete) // wsp.com Atkins + Van Groll (steel) // atkinsvangroll.com Bailey Metal Products (steel) // bmp-group.com

MODÉLISATION ÉNERGÉTIQUE:

mcCallumSather // mccallumsather.com

GÉNIE MÉCANIQUE:

mcCallumSather // mccallumsather.com

GÉNIE ÉLECTRIQUE:

Seguin Engineering // sei-ee.com

CONSEIL EN COÛTS:

Altus Group // altusgroup.com

CONSEIL EN CALENDRIER:

MPa Consulting

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