Ingénierie verticale : L'intérieur du bâtiment modulaire le plus haut du monde avec Michael Hough de MJH Structural Engineers
Entretien avec Michael Hough, fondateur de MJH Structural Engineers
La carrière d'ingénieur de Michael Hough a débuté dans l'industrie hors site, chez un fabricant de béton préfabriqué basé à Dublin, à la fin des années 1980.
"J'ai commencé ma carrière d'ingénieur dans une entreprise de fabrication d'éléments préfabriqués et j'ai acquis des connaissances et un intérêt pour la nature hors site de la construction", explique M. Hough. "Même si je me suis orienté vers le conseil en ingénierie, lorsque je regarde en arrière, je constate que j'ai toujours été intéressé par les détails, par la compréhension de la manière dont les éléments s'assemblent et par la création de solutions sur mesure pour les connexions et les assemblages. Cet intérêt m'a encouragé à m'orienter vers le domaine de la construction hors site, qui englobe la construction modulaire".
Après un certain nombre d'années, Michael a rejoint Barrett Mahony Consulting Engineers à Dublin et a progressé pour devenir l'un des partenaires de gestion. Puis, après avoir été initié à la construction modulaire en 2003, Michael s'est mis à son compte et a fondé MJH Structural Engineers en 2015 afin de se concentrer sur la fourniture de solutions pour l'industrie de la construction modulaire.
Trouver le partenaire modulaire idéal
Depuis la création de MJH, la construction modulaire a connu un véritable essor, tant au niveau local au Royaume-Uni que sur la scène internationale, en partie grâce aux services d'ingénierie structurelle fournis par MJH. Depuis 2015, MJH a assuré la conception de l'ingénierie structurelle pour Vision Modular Systems (VMS), le fabricant à l'origine de plusieurs projets modulaires de grande hauteur qui ont repoussé les limites de la construction modulaire en termes de hauteur de construction, de délai d'achèvement du projet et de complexité de l'ingénierie structurelle.
"Nous avons travaillé en étroite collaboration avec VMS, et en particulier avec John Fleming, pour développer le système depuis ses débuts jusqu'aux solutions de grande hauteur que VMS utilise aujourd'hui", déclare M. Hough. "John a toujours fait preuve d'une grande motivation et n'a cessé de repousser les limites de nos réalisations antérieures, en finançant continuellement la recherche et le développement pour étudier de nouvelles possibilités. Avec VMS, nous avons créé des solutions pour les éléments du système structurel ou les connexions, puis nous avons analysé, conçu et testé ces solutions jusqu'à ce que nous soyons satisfaits de la solidité et de la simplicité de la construction.
"Nous avons dû relever de nombreux défis", ajoute M. Hough, "élaborer des solutions d'ingénierie qui tiennent compte de tous les aspects de la construction, créer des connexions qui fonctionnent avec la nature hors site de la construction et s'assurer qu'elles fournissent la résistance structurelle nécessaire, et développer des niveaux de détails beaucoup plus élevés que ce qui pourrait être exigé d'un bureau d'ingénieurs-conseils traditionnel".
Les collaborations de Hough avec VMS ont inclus des projets tels que Apex House (28 étages de modules), Mapleton Crescent (25 étages de modules), 101 George Street (43 étages de modules), Lewisham Exchange (33 étages de modules), ont tous été menés du concept à l'achèvement et à l'occupation depuis 2017, 101 George Street étant actuellement le bâtiment modulaire le plus haut du monde avec 136 mètres de hauteur. Ce chiffre sera bientôt dépassé par un projet sur lequel MJH travaille avec VMS à College Road (44 étages de modules), qui mesurera environ 150 mètres de haut. Plusieurs autres projets d'une hauteur similaire sont en cours de réalisation, notamment Marsh Wall, Walthamstow et Castle Pub, qui comptent entre 33 et 50 étages.
MJH continue de travailler avec VMS pour créer et faire progresser le système structurel modulaire afin d'améliorer l'efficacité, de simplifier la connectivité et le travail sur le site, et de minimiser l'utilisation des matériaux et les déchets. Le système de construction modulaire se prête à la fabrication avec des détails et des systèmes répétés. Cela permet de réaliser des économies d'échelle tout au long des phases de conception, d'élaboration des détails et de construction.
Maîtriser la conception modulaire
MJH a développé ses connaissances en ingénierie sur plusieurs années, en commençant par une variété de projets modulaires de faible hauteur. La construction d'immeubles de taille moyenne, puis de grande hauteur, s'est ajoutée au fur et à mesure que les connaissances et l'expérience de MJH s'accroissaient.
Le 101 George Street se dresse à Londres et est actuellement le bâtiment modulaire volumétrique le plus haut du monde. College Road, un autre bâtiment modulaire, est en construction juste derrière.
Conception de bâtiments modulaires de grande hauteur 101
Connexion des blocs
La construction modulaire de grande hauteur utilise un élément clé emprunté à de nombreux gratte-ciel traditionnels : le noyau central. Le noyau du bâtiment est construit en béton armé et abrite les cages d'ascenseur, les cages d'escalier de secours et les principaux services publics. Les unités modulaires qui jouxtent le noyau central sont reliées structurellement au noyau avant l'installation des unités adjacentes. Les modules sont tous interconnectés et toutes les charges horizontales du bâtiment sont transférées à travers les modules et supportées par le noyau en béton.
Parmi les éléments clés à prendre en compte dans la conception structurelle des modules figurent l'assemblage des modules et la conception des connexions entre les modules. Outre leur capacité à construire des bâtiments modulaires de grande hauteur, des connexions bien placées offrent aux architectes une certaine souplesse d'agencement. Cette philosophie de flexibilité permet de réaliser des projets qui, une fois achevés, ne ressemblent pas à la perception traditionnelle des bâtiments modulaires.
L'importance et la complexité des connexions utilisées dans le système modulaire augmentent à mesure que le bâtiment devient plus haut, à la fois en accord avec les règles traditionnelles pour les classes d'exécution et avec les difficultés accrues associées à la construction de bâtiments plus hauts en général. Lors de la conception des connexions pour les bâtiments modulaires, outre leur capacité structurelle, l'emplacement des connexions à l'intérieur des modules est un élément important à prendre en compte. L'accès à ces connexions pendant l'installation permet de minimiser la perturbation des finitions à l'intérieur des modules.
L'importance de la BIM
Pour les bâtiments de grande hauteur, la conception computationnelle est employée parallèlement à la modélisation BIM pour créer un modèle de bâtiment complet qui est utilisé pour la fabrication des modules. Chaque module est référencé individuellement et fait partie d'un assemblage avec des informations partagées. Avant la fabrication, tous les services sont entièrement coordonnés par mur, module et assemblage de modules. La priorité est donnée à l'espace nécessaire pour les connexions, l'accès, l'évitement des collisions et la simplicité du travail sur le site.
Le processus commence par des dessins détaillés de la structure et s'intensifie avec les informations provenant d'autres disciplines et la coordination jusqu'à l'installation sur le site. À chaque étape de la conception, de la fabrication et de la construction, les informations pertinentes sont présentées de la manière la plus appropriée en utilisant la technologie la plus adéquate. Cette méthodologie permet une liaison directe avec les machines à commande numérique pour améliorer la fabrication, ainsi que la capacité du fabricant à déterminer les itinéraires de service les plus efficaces à travers les modules.
Depuis le début de leur partenariat en 2015, MJH a travaillé en étroite collaboration avec VMS pour développer des systèmes structurels et des connexions avec suffisamment de précision et de flexibilité pour permettre la construction en hauteur. Contrairement à la construction traditionnelle, les modules livrés sont des unités rigides avec des finitions internes qui limitent la capacité d'alignement et de nivellement. Cette exigence doit être intégrée dans le système.
Le poids est un autre facteur dont l'équipe de Michael a dû tenir compte lors de la conception de projets de plus grande envergure. Par exemple, les modules du projet Croydon pèsent plus de 20 tonnes chacun.
"Chaque module doit être construit en usine, transporté sur le site et mis en place à l'aide d'une grue", explique M. Hough. "La possibilité de travailler avec des unités lourdes nous permet de maximiser la taille du module et d'en minimiser le nombre sur une plaque de sol. Cela permet d'améliorer l'efficacité de la construction en termes de nombre d'éléments fabriqués, d'éléments transportés par grue sur le site, de connexions, de finition et de rapidité de l'ensemble des opérations".
En raison de la nature de la construction modulaire et de son exigence de précision, les poids des bâtiments sont très prévisibles. Cette capacité à prévoir le poids des bâtiments permet de garantir une conception technique précise et un assemblage sur site rationalisé.
101 George Street : Une grande réussite
MJH s'est efforcé de s'établir en tant que leader dans le domaine de la conception structurelle pour la construction modulaire et, grâce à sa relation avec VMS, son parcours a abouti à ce que 101 George Street reçoive la reconnaissance de plusieurs organismes professionnels dans des catégories ouvertes pour la construction traditionnelle. Le 101 George Street a reçu le prix du meilleur grand bâtiment en 2020 lors des UK Tall Building Awards, pour lequel MJH a également reçu le prix du meilleur ingénieur en structure pour son travail sur ce projet. Le 101 George Street a également été finaliste des IStructe Awards 2021 dans les catégories Tall and Slender Building et a reçu un prix d'excellence dans les catégories Best Tall Building 100-199m, Best Tall or Residential Building, Innovation, Construction et Structural Engineer pour les prochains CTBUH awards qui se tiendront en novembre à Chicago.
"Le 101 George Street a fait entrer la construction modulaire dans le monde des gratte-ciel et est reconnu aux côtés de certains des nouveaux bâtiments les plus étonnants du monde", a déclaré M. Hough. "Le fait de remporter le prix du meilleur ingénieur en structures pour un bâtiment modulaire est un grand pas en avant pour le secteur et fait entrer la construction modulaire dans le courant dominant au Royaume-Uni.
A propos de l'auteur : Curtis Dennis est un rédacteur indépendant spécialisé dans le secteur de la construction.
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