Influence de la couche limite sur la sollicitation et les réponses d'un bâtiment de grande hauteur

Abstract

In the field of civil engineering, the design of high-rise buildings represents a complex challenge due to the multiple stresses to which these structures are subjected. Among these stresses, wind plays a predominant role, influencing the stability and safety of the building, as well as the comfort of its occupants. Accurate understanding and prediction of the effects of wind on these structures is essential to guarantee their performance and durability over time.

When an engineer is given the task of dimensioning such a structure, his or her first instinct is often to consult building codes, such as the Eurocode, to carry out an initial pre-dimensioning. This process relies on the use of theoretical models and standardized formulas to estimate the wind loads that apply to the structure. These initial estimates, while essential, are based on simplifications that do not always capture the complexity of actual conditions.

These theoretical estimates need to be verified and refined before construction. At this stage, wind tunnel tests or complex numerical simulations are carried out to faithfully simulate wind conditions and obtain accurate empirical data. These tests provide more detailed modeling of wind-structure interactions, taking into account the specific effects of terrain roughness, building geometry or other more subtile factors. Little is known about the difference between theoretical and empirical results.

This report explores this duality. We look at the difference not only in terms of solicitation but also in terms of responses within the structure. Particular attention is paid to the influence of atmospheric boundary layers.

Dans le domaine de l’ingénierie civile, la conception des bâtiments de grande hauteur représente un défi complexe en raison des multiples sollicitations auxquelles ces structures sont soumises. Parmi ces sollicitations, le vent joue un rôle prépondérant et influence la stabilité et la sécurité du bâtiment, ainsi que le confort des occupants. La compréhension et la prédiction précises des effets du vent sur ces structures sont essentielles pour garantir leur performance et leur durabilité dans le temps.

Lorsqu’un ingénieur se voit confier la tâche de dimensionner une telle structure, son premier réflexe est souvent de consulter les codes de construction, tels que l’Eurocode, pour réaliser un prédimensionnement initial. Ce processus repose sur l’utilisation de modèles théoriques et de formules standardisées pour estimer les charges de vent qui s'appliquent à la structure. Ces estimations initiales, bien qu’essentielles, sont toutefois basées sur des simplifications qui ne captent pas toujours la complexité des conditions réelles.

Avant toute réalisation, il est impératif de vérifier et d’affiner ces estimations théoriques. À ce stade, on réalise alors des essais en soufflerie ou des simulations numériques complexes pour simuler fidèlement les conditions de vent et obtenir des données empiriques précises. Ces essais fournissent une modélisation plus détaillée des interactions entre le vent et la structure, tenant compte des effets spécifiques de la rugosité du terrain, des particularités géométriques du bâtiment ou d’autres facteurs plus subtils. La différence entre les résultats théoriques et empiriques reste peu connue.

La présent rapport se propose d’explorer cette dualité. On examine la différence non seulement en termes de sollicitation, mais aussi en termes de réponses au sein de la structure. On porte une attention toute particulière à l'influence des couches limites atmosphériques.