Le contreventement résiste aux efforts horizontaux (vent EC1-1-4 et séisme EC8) en transmettant les charges du diaphragme (plancher) à la fondation. Cinq familles dominent la conception bâtiment : ① portique rigide, ② portique contreventé triangulé, ③ voiles BA, ④ tube périphérique, ⑤ méga-portique + outriggers. Chaque famille a un domaine d'emploi en hauteur, une rigidité caractéristique, et une ductilité (coefficient q EC8) propres. Cette page panoramique les systèmes pour faciliter le choix structurel en phase APS.
① Portique rigide (Moment Resisting Frame, MRF). Poteaux et poutres encastrés avec assemblages rigides (BA monolithique, ou acier soudé/boulonné de catégorie ductile). Reprise des efforts horizontaux par flexion locale des poteaux et poutres. Avantages : grande liberté architecturale (pas de voile gênant), excellente ductilité (coefficient q EC8 jusqu'à 6,5 acier DCH). Inconvénients : rigidité faible (drifts importants), domaine d'application limité à R+10 environ. Cas type : Empire State (1931), Lever House NY (1952), bâtiments tertiaires français années 1960-80.
② Portique contreventé triangulé (Braced Frame, BF). Portique métallique + croix de Saint-André (X), V inversé, K, ou D (diagonale unique). Les diagonales reprennent l'effort horizontal par compression / traction (effet treillis). Avantages : rigidité × 3-5 vs portique rigide, économique, calculs simples. Inconvénients : moins de ductilité (q EC8 = 2,5-4), encombrement des diagonales en façade. Cas type : Marina City Chicago, bâtiments industriels acier, Empire State (mixte).
③ Voiles BA (Shear Walls). Voiles continus en béton armé sur toute la hauteur, généralement formant un noyau central (cage d'escalier-ascenseur). Rigidité exceptionnelle (× 20-50 vs portique). Avantages : meilleur ratio rigidité/coût, compartimentage feu, gainage technique. Ductilité moyenne (q EC8 = 3-4,5). Inconvénients : moins de liberté en plan, ouvertures limitées. Cas type : 95 % des bâtiments R+5 à R+20 en France.
④ Tube périphérique (Framed Tube). Poteaux serrés en façade (entraxe 1-3 m) reliés par des poutres-allèges (« spandrel beams ») de grande raideur. La façade entière devient un tube en flexion verticale — comparable à une console creuse. Rigidité maximale pour minimum de matière. Avantages : IGH efficient (H > 30 étages), pas de noyau intérieur obligatoire. Cas type : World Trade Center 1973 (110 étages), AON Center Chicago (Sears Tower 1973 — tube bundled).
⑤ Méga-portique + outriggers. Système hybride pour IGH (> 50 étages) : un noyau central rigide couplé à des méga-poteaux en façade via des outriggers (ceintures rigides à mi-hauteur). Les outriggers transforment la flexion globale du noyau en effort normal sur les méga-poteaux extérieurs — rendant l'inertie globale × 4-6 par rapport au noyau seul. Cas type : Burj Khalifa 828 m (Dubai 2010), Taipei 101 (Taïwan 2004), Shanghai Tower 632 m (2015).
Tableau comparatif synthétique :
| Système | H_max | q EC8 max | Drift typ. | Coût / m² |
|---|---|---|---|---|
| ① Portique rigide BA | 30-50 m | 4-5,85 | 1/300-1/200 | moyen |
| ① Portique rigide acier | 40-100 m | 6,5 DCH | 1/400-1/250 | élevé |
| ② Portique contreventé X/V | 100-150 m | 4 DCH (X), 2,5 (V) | 1/500-1/300 | économique |
| ③ Voiles BA + noyau | 100-200 m | 3-4,5 | 1/600-1/400 | économique |
| ④ Tube périphérique | 200-400 m | 3,5-4,5 | 1/600-1/400 | élevé |
| ⑤ Méga-portique + outriggers | > 400 m | 3-4 | 1/800-1/500 | très élevé |
Évolution historique des IGH :
| Année | Bâtiment | Hauteur | Système |
|---|---|---|---|
| 1885 | Home Insurance Bldg, Chicago | 42 m (10 ét) | Premier portique métallique rivé |
| 1931 | Empire State Building, NY | 381 m (102 ét) | Portique rigide acier |
| 1965 | Lake Point Tower, Chicago | 197 m (70 ét) | Tube + voiles béton armé |
| 1969 | John Hancock Center, Chicago | 344 m (100 ét) | Tube X-braced (innovation Khan) |
| 1973 | World Trade Center, NY | 417 m (110 ét) | Tube framed dense |
| 1973 | Sears Tower / Willis, Chicago | 442 m (108 ét) | Bundled tubes (9 tubes) |
| 1990 | Bank of China, Hong Kong (Pei) | 315 m (72 ét) | Méga-portique avec diagonales |
| 1998 | Petronas Towers, KL | 452 m (88 ét) | Voiles BA + outriggers |
| 2004 | Taipei 101, Taïwan | 508 m (101 ét) | Méga-portique + outriggers + TMD |
| 2010 | Burj Khalifa, Dubai | 828 m (163 ét) | Buttressed core BA (en Y) |
| 2015 | Shanghai Tower | 632 m (128 ét) | Méga-portique BA + outriggers |
Coefficient de comportement q (EC8 §5.2.2.2 / §6.3.2) — mesure de la ductilité du système :
q est le facteur de réduction de l'effort sismique élastique vs l'effort de conception
Plus q est élevé, plus le système peut absorber l'énergie par déformation plastique
Catégorie DCM (Ductilité Moyenne) :
Portique BA q = 3,9 (multi-étages)
Portique acier q = 4 (avec assemblages soudés)
Voiles BA q = 3
Contreventé X acier q = 4
Catégorie DCH (Ductilité Haute) :
Portique BA q = 5,85
Portique acier q = 6,5
Voiles BA q = 4,5
Contreventé X acier q = 6 (selon dispositions)
Catégorie DCL (Ductilité Limitée) :
q = 1,5 (sans dispositions ductiles) — autorisé uniquement zone 1-2
Règles d'irrégularité EC8 §4.2.3 :
Irrégularité en plan → q × 0,8 (pénalité)
Irrégularité en élévation → q × 0,8
Les deux → q × 0,64
Critères d'irrégularité :
— Pas de symétrie par rapport à 2 axes orthogonaux
— Rapport entre dimensions L/B > 4
— Retrait en élévation > 20 %
— Étage souple (rigidité < 70 % de celle au-dessus)
Lien avec d'autres modules. Distribution des efforts entre voiles et portiques : RDM 2 E5. Calcul de l'effort sismique global : Contrev. 2. Distribution verticale : Contrev. 3. Torsion en plan : Contrev. 4.