Développement d'un programme paramétrique permettant de concevoir une structure réciproque 3D avec un minimum de connecteurs métalliques

(fre) Ce travail a pour objectif la réalisation d’un programme paramétrique de conception de structures réciproques 3D. Il s’inscrit dans le cadre d’un projet plus général ayant pour but de diminuer le coût de la construction en bois grâce à l’utilisation de troncs d’arbre bruts en tant qu’éléments structuraux. En effet, pour que le bois puisse rivaliser économiquement avec le béton ou l’acier dans le monde de la construction, il faut diminuer les coûts liés aux transformations avant son utilisation. Néanmoins, la limitation de la longueur des troncs nous impose de recourir à d’autres principes structuraux pour la couverture de grands espaces : les structures réciproques. Dans ce système constructif, les poutres se supportent les unes les autres et permettent de franchir des portées plus importantes que la longueur des poutres le constituant, sans appuis intermédiaires. La modélisation d’une telle structure étant complexe à cause de l’interdépendance des positions entre ses éléments, une approche numérique et paramétrique est nécessaire. Bien que de nombreuses recherches sur ce sujet ont déjà eu lieu, très peu de logiciels sont disponibles. Lors de ce travail, nous avons donc développé un programme pour Grasshopper qui facilite et automatise la conception de structure réciproque sur tout type d’enveloppe à couvrir. Celui-ci nous permet d’avoir un contrôle total sur la géométrie finale de la structure et nous permet, en plus, de minimiser le nombre d’assemblages métalliques entre nos poutres en maximisant le nombre d’assemblages fonctionnant par pression de contact.

(eng) The purpose of this work is the implementation of a parametric program for the design of 3D reciprocal structures. It is part of a larger goal aiming at reducing the cost of timber construction by using raw tree trunks as structural elements. Indeed, timber can only compete economically with other materials (concrete, steel, ...) in the construction world by reducing the costs associated with the transformations needed before it can be used. Nevertheless, the limitation of the length of the trunks forces us to rely on other structural principles to be able to cover large spaces. We introduce the reciprocal frame structures. Thanks to this concept, the beams support each other and allow to cross spans greater than the length of the beams constituting it without intermediate supports. The modeling of such a structure is complex due to the interdependence of the positions between its elements. A numerical and parametric approach is compulsory. Although a lot of research has been done on this subject, very few software is available. In this work, we have developed a Grasshopper program that facilitates and automates the design of reciprocal frame structures for any type of envelope. This program allows us to have a total control over the final geometry of the structure. It also minimizes the number of metallic connectors between our beams by maximizing the number of connections working by contact pressure.