Les systèmes d'amortissement en acier peuvent rendre les bâtiments de grande hauteur plus sûrs lors des tremblements de terre et réduire les -balancements induits par le vent-sans consommer d'espace au sol précieux.
À mesure que les villes se développent et que les prix de l’immobilier continuent d’augmenter dans le monde, les promoteurs construisent de plus en plus de structures plus hautes, plus minces et plus légères. Sur les marchés-à coûts élevés comme Londres, Hong Kong, New York, Toronto, Wellington et Manille, la demande pour vivre et travailler dans les quartiers centraux des affaires reste forte-alimentant la tendance vers la construction de grande hauteur-.
Les méthodes de construction modernes permettent aux gratte-ciel de s’élever sur des empreintes de plus en plus étroites, créant ainsi des profils architecturaux élégants. Bien que ces tours élancées répondent aux besoins d'hébergement, elles sont également plus sensibles aux mouvements induits par le vent.
"Cette influence est plus visible aux étages supérieurs", explique Michael Montgomery, directeur technique et directeur général chez Kinetica Dynamics. "Bien qu'il ne s'agisse pas d'un risque pour la sécurité, cela peut provoquer le mal des transports chez les occupants. C'est pourquoi les développeurs font de plus en plus appel aux ingénieurs pour développer des amortisseurs qui réduisent ce mouvement."
Le défi des amortisseurs traditionnels
Actuellement, deux types d'amortisseurs populaires sont installés au sommet des bâtiments : les amortisseurs de masse réglés (systèmes mécaniques qui absorbent les vibrations) et les amortisseurs de réservoir d'eau- (qui utilisent une masse supplémentaire pour contrecarrer le balancement).
Both solutions are bulky-often exceeding two full floors (>100 m²). Dans les marchés urbains-à forte valeur foncière et à forte valeur-, ce coût spatial est important.
Une solution intégrée-en acier : les amortisseurs à couplage viscoélastique (VCD)
Pour remédier à ces limitations, Kinetica Dynamics, basé à Toronto, s'est associé au producteur de matériaux 3M et au fabricant d'acier Nippon Steel & Sumitomo Metal Engineering pour développer un amortisseur qui supprime le balancement induit par le vent et les vibrations sismiques sans occuper une surface de plancher importante.
Le nouvel amortisseur de couplage viscoélastique (VCD) exploite la technologie des polymères viscoélastiques de 3M-utilisant la résistance au cisaillement, la résistance à la déformation et les propriétés de mémoire élastique-pris en sandwich entre des couches d'acier de construction à haute résistance-(équivalent SM490A/Q345).
Nippon Steel et Sumitomo Metal Engineering ont conçu le module VCD en laminant plusieurs couches viscoélastiques entre des plaques structurelles en acier au carbone, créant ainsi une unité d'amortissement compacte et hautes-performances.
Installation simplifiée avec des composants en acier standard
Ces modules sont expédiés sur site et coulés directement dans la structure en béton armé du gratte-ciel aux côtés de sections de construction en acier standard (Q235/Q345). Les « encastrements » sont fabriqués par des fabricants d'acier locaux en utilisant un coffrage simple comme protecteurs de tolérance, puis fixés avec des boulons en acier à haute résistance (équivalent A490 / 50CrVA) lors de l'assemblage final.
"Cela signifie que les entrepreneurs généraux peuvent installer des VCD sans équipes spécialisées", explique Montgomery. "L'utilisation de sections en acier de construction standard fabriquées localement comme encastrements rend le processus simple et évolutif."
Au cours de huit années de développement et de tests à l'Université de Toronto, Kinetica Dynamics, 3M et Nippon Steel ont développé la technologie VCD pour les-applications de béton armé de grande hauteur-et son adoption s'accélère désormais à l'échelle mondiale.
Des tests rigoureux valident les performances
Les protocoles de test VCD comprenaient des essais d'amortisseurs à grande échelle pour valider à la fois les performances du substrat en acier et du polymère viscoélastique, confirmant ainsi l'efficacité de l'amortissement et la robustesse à long terme. Les résultats ont démontré des performances d'amortissement considérablement améliorées par rapport aux systèmes structurels conventionnels-, que ce soit pour les événements vents/sismiques courants ou pour des scénarios extrêmes comme les ouragans et les tremblements de terre majeurs.
"Nous avons passé des années à rechercher et à tester de manière approfondie ces VCD", note Montgomery. "Le module VCD est fabriqué à partir d'acier de construction japonais SM490A standard avec un polymère viscoélastique 3M-une combinaison très durable."
"Lors des tests, nous avons constaté que l'amortisseur fonctionnait mieux sans couches adhésives supplémentaires entre l'acier et le polymère. Les boulons de fixation sont des boulons hexagonaux japonais standard A490 en acier de construction, offrant une force de serrage exceptionnelle."
Placement stratégique pour une protection maximale
La distribution et le positionnement des registres autour de la tour dépendent de la conception structurelle et sismique. Dans les régions-sismiques élevées, les VCD réduisent non seulement l'intensité des vibrations, mais minimisent également les besoins de réparation après-l'événement.
"Lorsque la capacité VCD est conçue pour des seuils de charge prédéterminés, les éléments de connexion agissent comme des 'fusibles structurels'-protégeant les composants structurels adjacents contre les dommages", ajoute Montgomery. "Après un événement sismique majeur, seuls ces fusibles doivent être inspectés et éventuellement remplacés-simplifiant la récupération."
Déploiements dans le monde réel-
Kinetica Dynamics, 3M et Nippon Steel ont déjà déployé la technologie VCD dans des développements importants situés dans des zones de-vents forts et-sismiques élevés :
- Tour Central Park, Manille : deux tours (267 m et 217 m) dans une région sujette aux typhons-, située à des kilomètres des principales lignes de faille. Chaque tour intègre 32 VCD-amortissant efficacement les charges éoliennes et sismiques sur l'ensemble de la structure.
- Y+C Condominiums, Toronto : Un développement de 62 étages comprenant 42 VCD qui remplacent les poutres de couplage en acier conventionnelles dans le noyau central du bâtiment.
Pourquoi l'acier est essentiel à la performance des VCD
Le succès de la technologie VCD repose sur une sélection précise des matériaux :
| Composant | Spécification matérielle | Fonction |
| Boîtier du module | Acier au carbone structurel SM490A / Q345 | Fournit l’intégrité structurelle, la soudabilité et la résistance à la fatigue |
| Boulons de connexion | Acier allié A490 / 50CrVA | Offre une force de serrage élevée et une résistance aux charges cycliques |
| Sections d'intégration | Profilés en acier de construction Q235/Q345 | Permet une intégration transparente avec la construction en béton locale |
| Protection contre la corrosion | Revêtement riche en zinc-ou matériel en acier inoxydable 304/316L | Garantit une durabilité à long terme-dans les environnements humides ou côtiers |
>Informations sur la sélection des matériaux : pour l'amortissement sismique et les applications structurelles de grande hauteur nécessitant une résistance à la fatigue, une soudabilité et une durabilité tout au long du cycle de vie :
- Acier au carbone structurel (Q235/Q345/Q355 / SM490A / ASTM A572) : idéal pour les boîtiers de registres, les encastrements et les charpentes
- Boulons en acier allié (A490/50CrVA/42CrMo) : essentiels pour les connexions à force de serrage-élevée-en charge dynamique
- Acier inoxydable (304/316L) : recommandé pour la quincaillerie dans les environnements côtiers ou à forte humidité-
- Toutes les qualités prennent en charge la certification EN 10204 3.1usine, la découpe personnalisée et l'emballage prêt à l'exportation-pour les projets mondiaux.
Alors que les gratte-ciel deviennent de plus en plus la solution privilégiée pour la vie et le travail en milieu urbain, la technologie d'amortissement intégrée à l'acier telle que VCD offre une combinaison puissante : une sécurité renforcée, un confort amélioré des occupants et une surface locative maximisée. Le potentiel de croissance est important.
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