La commune d’Alfter et tous les acteurs de la construction de cette nouvelle halle culturelle et sportive ont réussi à créer un projet innovant sous de multiples aspects. Ainsi, la halle n’est pas seulement la première étape déterminante dans le processus de développement de l’attractivité du centre-ville d’Alfter et de son renforcement, elle apporte aussi des notions intéressantes en matière de construction. L’innovation porte par exemple sur la surface du toit de la halle qui est elle aussi utilisée : En effet, sur le toit, il est possible de jouer et faire du sport, avec en conséquence les charges statiques correspondantes. En outre, le site devait satisfaire à des spécifications de charges sismiques plus importantes (zone sismique 3). Malgré ces charges particulières, la halle n’est nullement massive, nullement volumineuse. Elle est au contraire étonnamment filigrane grâce à ses poteaux en V avec des baies vitrées périphériques et une construction en poutres de charpente pour le toit. L’utilisation de BauBuche pour les solives et les poteaux contribue également aux sections particulièrement fines de la construction.

De plus, la halle de 7 m de haut a été abaissée. Cela signifie que la zone de sport avec le sol de la halle de 17 m de large et de 34 m de long, qui peut accueillir jusqu’à 400 personnes lors des événements, est située à moins 3,40 m en sous-sol. Au rez-de-chaussée et au niveau du foyer, on trouve les tribunes et un café de quartier et enfin, au niveau du toit, à 6 mètres à peine de hauteur, un terrain pour les sports de balle et un parcours fitness. La superficie totale du bâtiment de la halle est de 1 050 m².

La toiture réalisée en poutres de charpente est une construction mixte bois

Le sous-sol est une cuvette en béton armé. Les baies vitrées périphériques du rez-de-chaussée apporte ici la lumière naturelle du jour au niveau inférieur. La cage d’ascenseur et les escaliers à l’intérieur du bâtiment sont réalisés en béton armé ou en structure d’acier. Mais par ailleurs, toute la construction depuis le bord supérieur du terrain est en bois.

Les 14 poutres de charpente de la structure du toit constituent l’élément essentiel du bâtiment, leurs entraxes sont d’environ 3 m. Les poutres, d’une longueur totale de 28 m, ont une portée de 24 m et dépassent de 2 m des deux côtés de leur support, formant ainsi une avancée de toit. Ce qui est inhabituel, ce sont les poutres de charpente qui sont une construction mixte en BauBuche, bois lamellé-croisé et bois lamellé-collé. L’idée des planificateurs était d’utiliser les propriétés les plus avantageuses de chaque matériau en bois. Les membrures inférieures, soumises à de fortes contraintes de traction, sont fabriquées en BauBuche, tout comme les entretoises diagonales, soumises à de fortes contraintes de compression. Les entretoises diagonales, qui doivent absorber moins de pression, sont fabriquées en bois lamellé-collé, ce qui était suffisant pour la charge en question et du même coup plus économique. Les barres de tension sont en bois lamellé-croisé. Le résultat de ce choix de construction mixte en bois lamellé-collé avec bois lamellé-croisé combinés au BauBuche est étonnant : Tandis qu’une poutre de charpente d’une portée de 24 m mesurerait environ 2,40 m de hauteur, les poutres de charpente utilisées ici ne mesurent que 1,30 m de hauteur système statique (remarque : la hauteur système statique correspond aux axes des sections transversales de la poutre de charpente). Les forces sont calculées sur la base de cette hauteur système. La hauteur système diffère de la hauteur effective des éléments de construction). Cette hauteur système relativement faible ou hauteur totale réelle de la poutre de charpente crée également une déformation plus importante des poutres. Elles ont donc été fabriquées en usine avec une surélévation de 90 mm pour compenser la déformation globale.

Au total, 22 poteaux en BauBuche en forme de V portent le toit, sept sur les côtés longitudinaux et quatre sur les côtés frontaux. Des panneaux en bois lamellé-croisé avec encoches sont fixés entre les poutres de charpente. Ils reposent sur les membrures supérieures sur lesquelles ils sont vissés. Les éléments en bois lamellé-croisé sont reliés à une dalle de toit et rigidifient le bâtiment horizontalement. Les supports en V absorbent les forces horizontales par les membrures de bord pour les dévier dans le sous-sol. Les poutres dites « de pignon » sur les petits côtés de la halle sont à angle droit par rapport aux poutres de charpente, de sorte que le toit présente une large avancée de 2 mètres, comme sur les grands côtés. Les baies vitrées sur toute la hauteur d’étage donnent presque l’impression que le toit flotte. Cet effet renforce également l’étonnante légèreté du bâtiment, malgré un volume de construction de 9 023 m³ (BRI).

L’embrèvement en escalier permet un raccord de compression hautement résistant

Les exigences de la protection incendie pour la construction en bois ont pu être satisfaites ici par le biais de la combustion, c’est-à-dire avec des sections transversales proportionnellement plus importantes. La surface de l’élément de construction carbonisée en cas d’incendie, dont la profondeur est calculée comme couche de combustion et ajoutée à la section transversale porteuse, protège les sections centrales porteuses comme un manteau. Étant donné que dans ce projet, il fallait tenir compte sur le plan statique, non seulement de la protection incendie, mais aussi de la sécurité sismique et de l’utilisation de la surface du toit, cela aurait entraîné une construction relativement massive. Les concepteurs de la structure porteuse de Pirmin Jung ont donc eu l’idée d’utiliser non seulement du BauBuche, un bois dur hautement résistant, mais aussi de recourir à une ancienne technique de charpenterie : l’embrèvement, certes sous une forme spéciale, appelée embrèvement en escalier. Il s’agit de l’assemblage de deux éléments de construction en bois, déjà utilisé au Moyen-Âge, pour pouvoir réduire les sections des éléments de construction. Toutefois, alors qu’au Moyen Âge, l’embrèvement en escalier était réalisé à la main, moyennant beaucoup de temps, les charpentiers utilisent aujourd’hui en général les techniques de CAO et de CNC.

Quel est exactement le « secret » de l’embrèvement en escalier ? Pour les raccords de compression, tels que le raccord des entretoises diagonales de compression d’une poutre de charpente sur ses membrures, l’embrèvement est l’assemblage le plus utilisé. Le double embrèvement ou l’embrèvement multiple, c‘est-à-dire l’embrèvement en escalier, sont plus performants que l’embrèvement simple. Dans ce dernier cas, plusieurs petits embrèvements créent une sorte de denture entre l’entretoise et la membrure. Les embrèvements de talon sont moins profonds qu’il ne serait nécessaire pour un embrèvement de face. L’embrèvement en escalier présente ainsi des capacités de charge comparables à celles du double embrèvement, mais ne nécessite qu’un tiers environ de sa profondeur d’encoche. Ainsi, la section de la membrure est proportionnellement moins affaiblie. Pour des raisons de sécurité de positionnement, dans la halle culturelle et sportive d’Alfter, les assemblages par embrèvement en escalier sont partiellement vissés, ce qui n’aurait pas été nécessaire en raison de la simple charge de compression. Le cas n’était pas le même pour les deux poutres extérieures de charpente qui ont dû en outre être vissées au niveau de l’embrèvement en escalier, car les charges des places dans les tribunes sur le toit peuvent ici entraîner une inversion des charges dans les raccords et des forces de traction doivent alors être absorbées. Lors du raccordement des tirants en bois lamellé-croisé sur les membrures supérieures et inférieures, la force est alors transmise par des vis à filetage intégral et non par l’embrèvement en escalier. Étant donné qu’il s’agit de raccords F90, les concepteurs ne voulaient pas travailler ici avec des plaques à fente, c’est-à-dire qu’un raccord de plaque à fente aurait considérablement élargi les sections pour les F90 en raison des distances à respecter jusqu’à la première plaque de chaque côté. En revanche, les vis pouvaient être entièrement enfoncées dans le bois et fixées avec des chevilles en bois. Pour les assemblages vissés, le bois lamellé-croisé offrait un énorme avantage pour transmettre les forces de façon optimale grâce aux lamelles décalées à angle droit.

Ordre de montage de la construction en bois

Après le bétonnage de la cuvette en béton armé, le montage de la construction en bois a été réalisé. Étant donné que le terrain au niveau de la halle est légèrement incliné côté sud-ouest vers côté nord-est, il a fallu en outre compenser par un socle plus élevé en conséquence. Les blocs de montage des poteaux en V ont été placés sur ce socle. Pour ce faire, l’entreprise de construction métallique mandatée par Holzbau Amann avait fourni les pieds en acier au fabricant de béton, qui les a ensuite coulés dans le béton et qui a livré les plots sur le chantier sous forme d’éléments préfabriqués. Les poteaux en BauBuche ont ensuite été glissés et vissés sur place sur les brides en acier des blocs de montage. Lors du montage, deux poteaux en V étaient toujours placés et sécurisés par une structure en bois temporaire. Les poutres de charpente préfabriquées en usine par l’entreprise Holzbau Amann ont ensuite pu être soulevées et posées, et les cloisons et les panneaux en bois lamellé-croisé ont pu être suspendus entre les outres jusqu’à ce que l’ensemble du toit principal soit terminé. À chaque point d’appui des poutres de charpente sur les poteaux, des tiges filetées sont collées, ce qui garantit que les charges verticales peuvent être inversées en cas de tremblement de terre et que les charges de soulèvement, c’est-à-dire de traction, sont également « absorbées ». Une fois le toit principal terminé, il a été possible de fixer les poutres de pignon, de suspendre les fenêtres de pignon et de poser la poutre de parapet périphérique.

La décision de créer une avancée de toit présente divers avantages : D’une part, cette avancée apporte de l’ombrage aux baies vitrées verticales du rez-de-chaussée et évite la surexposition à la chaleur de l’intérieur. D’autre part, l’avancée de toit sert de protection structurelle du bois. Et cela a permis d’utiliser le BauBuche hautement porteur à l’extérieur.

Concept architectural très abouti avec un focus sur la recyclabilité

L’utilisation du bois comme matériau de construction principal, la réduction de l’exposition aux rayons directs du soleil de midi en été grâce à des mesures conceptuelles et l’utilisation de la surface du toit témoignent d’un concept architectural durable et très abouti. La recyclabilité du bâtiment, c’est-à-dire des matériaux utilisés, et la technologie de construction montrent également l’approche respectueuse de l’environnement. Notamment le matériau principal utilisé, le bois, se démonte très facilement. En outre, ont été majoritairement utilisés des assemblages démontables tels que des assemblages vissés, et les concepteurs ont largement évité les collages et les matériaux composites.

text by: Susanne Jacob-Freitag, Karlsruhe

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Photos:  Margot Gottschling Photographin, Constantin Meyer, Holzbau Amann, Pirmin Jung Deutschland

Plans: Königs Architekten, Holzbau Amann, Pirmin Jung Deutschland