Matériaux de construction en acier fait référence au terme général désignant divers matériaux qui sont principalement composés d'acier et sont traités et formés par fusion, laminage, soudage, pliage à froid et autres processus, et sont utilisés dans la structure principale ou le système d'enceinte des bâtiments et des structures. Ils ont dépassé les matériaux traditionnels en brique, en bois et en pierre et sont devenus le pilier central de l’industrie de la construction moderne.
Les membres principaux comprennent :
Acier de construction : tel que l'acier en forme de H laminé à chaud, l'acier en forme de I (acier en forme de I), l'acier d'angle, l'acier à canal, le tube carré/rectangulaire (acier en forme de boîte), le tube d'acier rond, la plaque d'acier, etc., qui constituent le squelette du bâtiment (poutres, colonnes, fermes).
Barres d'armature : L'acier fileté, les barres d'acier rondes simples, etc., sont noyés dans le béton pour former du béton armé, améliorant considérablement la résistance à la traction.
Acier à paroi mince plié à froid : des plaques d'acier minces sont pliées à froid en sections transversales en forme de C, en forme de U, en forme de Z et autres, utilisées pour les structures en acier légères (telles que les immeubles résidentiels de faible hauteur, les mezzanines) et les structures secondaires.
Plaques d'acier/plaques métalliques : utilisées pour le platelage de sol (plaques d'acier ondulées), les systèmes de clôture de mur/toit (plaques d'acier de couleur, panneaux sandwich).
Connecteurs : boulons à haute résistance, matériaux de soudage, plaques de connexion, etc., pour garantir l'intégrité et la stabilité de la structure.
Fonctionnalités principales :
Excellente résistance et légèreté : le rapport résistance/poids extrêmement élevé permet la construction de bâtiments avec de grandes portées et des dégagements élevés, réduisant ainsi la charge des fondations.
Homogénéité et fiabilité : le matériau est uniforme, les propriétés mécaniques sont stables, le contrôle qualité du processus de production est strict et les résultats des calculs de conception sont fiables.
Excellente ténacité plastique : il peut absorber une énergie énorme (telle que les tremblements de terre et les charges de vent) et n'est pas sujet aux fractures fragiles soudaines.
Préfabrication en usine et assemblage efficace : les composants sont préfabriqués avec précision en usine et la connexion par boulons ou le soudage est rapide sur site, ce qui réduit considérablement la période de construction.
Vert et durable : hautement recyclable (le taux de recyclage peut atteindre plus de 95 %) et la pollution de la construction est faible (principalement fonctionnement à sec).
Conception flexible et modélisation libre : forte plasticité, facile à réaliser des formes architecturales complexes et nouvelles et un grand espace requis.
1. Pourquoi choisir des matériaux de construction en acier ?
Parmi la concurrence de nombreux matériaux de construction, les matériaux en acier se démarquent et leurs avantages sont irremplaçables :
Excellents avantages économiques :
Période de construction courte = récupération rapide du capital : la vitesse de construction de la préfabrication et de l'assemblage dépasse de loin les structures en béton traditionnelles, ce qui permet d'économiser beaucoup de temps et de coûts de main-d'œuvre, et le projet est mis en service plus tôt pour générer des avantages.
Réduction des coûts globaux : la réduction du poids mort structurel permet d'économiser les coûts de fondation ; la production en usine réduit les déchets sur site ; les coûts de maintenance ultérieurs sont relativement faibles ; utilisation élevée de l'espace (grande grille de colonnes, petite section de poutre et de colonne).
Valeur à long terme : une forte durabilité réduit la fréquence des rénovations, a une longue durée de vie et une bonne valeur résiduelle (recyclable).
Avantages en termes de performances :
Sûr et fiable : haute résistance et haute ductilité offrent une excellente résistance aux tremblements de terre et au vent, ce qui est un choix idéal pour les zones sujettes aux tremblements de terre et aux typhons.
Qualité stable et contrôlable : l'environnement de production en usine est strict, les normes de contrôle de qualité sont élevées et la précision des composants est garantie.
Grande portée et grand espace : réalisez facilement des structures de grande portée avec peu ou pas de colonnes (telles que des gymnases, des usines, des halls d'exposition).
Facile à transformer et à agrandir : le système structurel est clair, ce qui est pratique pour un renforcement ultérieur, l'ajout d'étages ou la re-division de l'espace.
Un choix vert pour le développement durable :
Un modèle d’économie circulaire : l’acier est actuellement l’un des matériaux ayant le taux de recyclage le plus élevé. Il peut être recyclé presque à l'infini sans réduire les performances, ce qui réduit considérablement les déchets de construction et la consommation de ressources (selon les données de la World Steel Association).
Faible empreinte carbone : bien que la consommation d'énergie de production soit élevée, sa longue durée de vie, sa recyclabilité et sa construction en préfabrication réduisent la consommation d'énergie et les émissions sur site, rendant les émissions de carbone de l'ensemble du cycle de vie compétitives. Le processus court d’utilisation de la ferraille d’acier dans un four à arc électrique peut réduire davantage les émissions de carbone.
Réduire la pollution sur site : le fonctionnement à sec est la méthode principale, qui réduit considérablement la pollution du bruit, de la poussière et des eaux usées de fonctionnement humide dans l'environnement.
Compatible avec la technologie verte : la structure en acier est une plate-forme idéale pour intégrer des technologies d'économie d'énergie telles que les panneaux solaires photovoltaïques et les toits verts.
Flexibilité de conception et de construction :
Liberté de forme : Concrétisez la créativité débridée de l'architecte et créez de nombreux bâtiments emblématiques (comme le Stade Nid d'Oiseau et la Tour Eiffel).
Préfabrication et assemblage : Une méthode de construction hautement industrialisée, moins affectée par les intempéries, avec une meilleure qualité et un meilleur contrôle de la période de construction, qui s'inscrit dans l'orientation de développement de l'industrialisation du bâtiment.
Haute précision : la production en usine garantit des dimensions précises des composants et de petites erreurs d'assemblage sur le chantier.
2. Domaines d'application clés des matériaux de construction en acier
La forte adaptabilité des matériaux en acier le fait apparaître dans toutes sortes de projets de construction :
Bâtiments industriels :
Usine/atelier : La forme structurelle préférée pour les usines à un ou plusieurs étages. De grandes portées et de grands espaces répondent à l'agencement des équipements de production et des lignes d'assemblage.
Entrepôt/centre logistique : la structure en acier est la solution parfaite pour une grande hauteur libre et un grand espacement des colonnes afin de faciliter le stockage des marchandises et une circulation efficace.
Installations industrielles lourdes : telles que les châssis, les plates-formes d'équipement et les supports de canalisations des centrales électriques, des raffineries et des usines chimiques.
Bâtiments commerciaux et publics :
Grands centres commerciaux/centres commerciaux : des espaces intérieurs spacieux et flexibles sont nécessaires pour attirer les clients.
Immeubles de bureaux/immeubles de grande hauteur : La structure combinée à structure en tube d'acier est la forme courante des immeubles modernes de très grande hauteur (tels que la tour de Shanghai).
Stades/Centres de congrès et d'expositions : réalisez des toits à très grande portée et des tribunes dégagées pour offrir une expérience spatiale choquante (comme le Nid d'oiseau et les grands terminaux d'aéroport).
Écoles/hôpitaux/aéroports/centres de transport : nécessitent une construction rapide, de faibles interférences et une disposition spatiale flexible.
Infrastructures :
Ponts : Les principaux câbles, pylônes et tabliers des ponts à grande travée (ponts suspendus et ponts à haubans) sont des éléments clés ; les ponts en acier de petite et moyenne portée sont de plus en plus utilisés.
Structures de mâts de tour : tours de puissance, tours de communication, tours d'éoliennes, etc.
Plateformes offshore : structure principale des plates-formes de forage pétrolier offshore.
Domaines émergents et à plusieurs étages :
Bâtiments à plusieurs étages : L'application de systèmes de quille en acier léger dans les immeubles de bureaux, les immeubles d'habitation et les hôtels (en particulier les bâtiments modulaires) connaît une croissance rapide.
Immeubles de faible hauteur et résidentiels :
Villas/résidences en acier léger : systèmes de quille en acier léger à parois minces pliés à froid, construction rapide, bonne isolation thermique et performances d'économie d'énergie, et excellente résistance aux tremblements de terre.
Bâtiments résidentiels à structure métallique à plusieurs étages : favorisez-les progressivement pour résoudre la « pénurie de main-d'œuvre » et améliorer la qualité des bâtiments et le niveau d'industrialisation.
Structures spéciales : Tours de transmission, sculptures, bâtiments temporaires (maisons mobiles, scènes), etc.
3. Foire aux questions (Q&A)
Q : Les bâtiments à structure en acier sont-ils plus chers que les bâtiments en béton armé ?
R : On ne peut pas généraliser. Le coût initial des matériaux peut être légèrement plus élevé, mais compte tenu du coût global (coûts financiers et de gestion économisés grâce à une période de construction raccourcie, coûts de base réduits, avantages apportés par une utilisation élevée de l'espace, faibles coûts de maintenance à long terme, valeur récupérable, etc.), les structures en acier présentent généralement des avantages économiques significatifs, en particulier dans les projets industriels, commerciaux et sensibles à la période de construction à grande échelle.
Q : Que dois-je faire si l’acier est sujet à la rouille et à la corrosion ?
R : Cela est évitable et contrôlable. Les structures en acier modernes adoptent de multiples mesures de protection :
Prétraitement de surface : Sablage pour éliminer la rouille jusqu'au niveau spécifié.
Revêtement anticorrosion à long terme : apprêt en spray, peinture intermédiaire, couche de finition (telle qu'une couche de finition en polyuréthane de peinture intermédiaire en fer micacé époxy riche en zinc), concevoir le système de revêtement et l'épaisseur en fonction du niveau de corrosion environnementale.
Galvanisation à chaud : Très efficace pour les petits composants ou pièces dans des environnements difficiles.
Acier patinable : une couche de rouille stable et dense se formera dans certaines conditions atmosphériques pour protéger le substrat, éliminant ainsi le besoin de peinture et d'entretien (souvent utilisé pour les structures exposées).
Protection cathodique : utilisée pour les structures sous-marines ou souterraines (telles que les fondations sur pieux de plateformes offshore). Une conception standard, une construction soignée et une inspection et un entretien réguliers peuvent garantir le service à long terme des structures en acier.
Q : L’acier n’est pas résistant au feu, que dois-je faire en cas d’incendie ?
R : Bien que l'acier soit ininflammable, sa résistance chutera fortement à des températures élevées (au-dessus d'environ 550°C). Par conséquent, la protection incendie est une exigence obligatoire pour la conception des structures en acier. Les méthodes courantes incluent :
Revêtement ignifuge : Revêtement ignifuge intumescent (se dilate au feu pour former une couche de carbone isolante) ou non intumescent (isolation épaisse).
Emballage de panneaux ignifuges : tels que les panneaux de gypse, les panneaux de silicate de calcium, les panneaux de laine de roche, etc.
Enrobage béton/mortier : Former une couche protectrice.
Structure remplie d'eau (veste d'eau).
Grâce à une conception et une construction scientifiques, la limite de résistance au feu des structures en acier peut pleinement répondre aux exigences des réglementations de protection incendie des bâtiments.
Q : L’effet d’isolation phonique et thermique des bâtiments à structure métallique est-il bon ?
R : L'acier lui-même est un bon conducteur de chaleur (conduction thermique rapide), mais les performances d'isolation thermique et acoustique des bâtiments à structure métallique dépendent principalement de son système de clôture et de ses matériaux de remplissage (tels que la laine d'isolation des murs/toits, les panneaux sandwich, les panneaux décoratifs muraux internes et externes, la structure d'isolation phonique du sol). Les systèmes modernes de structure en acier peuvent pleinement satisfaire, voire dépasser, les exigences de confort des bâtiments traditionnels grâce à une conception raisonnable des couches d'isolation, à l'utilisation de la technologie des ponts brisés (bloquant les ponts thermiques), au remplissage avec des matériaux d'isolation phonique haute performance et à d'autres mesures. Le mur de quille en acier léger rempli de laine de verre ou de laine de roche constitue une excellente structure d'isolation thermique et phonique.
Q : La structure en acier est-elle adaptée à un usage résidentiel ?
R : Très approprié et l’une des futures orientations de développement.
Le système de quille en acier léger est largement utilisé dans les villas de faible hauteur, les maisons rurales, les appartements, les maisons modulaires, la reconstruction après catastrophe, etc., avec les avantages d'une bonne résistance aux tremblements de terre, d'une construction rapide, d'économies d'énergie et de protection de l'environnement, ainsi que d'un espace flexible.
La technologie des bâtiments résidentiels à plusieurs étages à structure en acier est mature et largement utilisée à l'étranger, et elle est également activement promue en Chine. Ses avantages sont une vitesse de construction rapide (environ 1/3 plus courte que les constructions traditionnelles), une haute qualité des composants produits en usine, un tarif élevé pour les logements, des performances sismiques supérieures et une réalisation plus facile de bâtiments écologiques et de construction industrialisée (bâtiments préfabriqués).
Les matériaux de construction en acier ont profondément changé le visage de l’architecture moderne grâce à leur résistance, leur ténacité, leur rapidité de construction, leur flexibilité de conception et leur durabilité sans précédent. Des magnifiques bâtiments emblématiques aux installations industrielles efficaces et pratiques, des ponts traversant des douves naturelles aux maisons chaleureuses et confortables, les structures en acier construisent silencieusement des espaces plus sûrs, plus efficaces et plus verts pour les humains. Avec les progrès continus de la science des matériaux, de la technologie de fabrication et des concepts de conception, l’acier, en tant que squelette central des bâtiments, jouera un rôle de plus en plus essentiel dans la création d’un futur environnement de vie durable. Choisir l’acier, c’est choisir un avenir architectural solide, efficace et vert.
