La tour du Lakhta Center, plus haut gratte-ciel du Nord du Monde, s’érige en BIM près de Saint-Petersbourg

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La Tour russe du lakhta Center est le plus haut gratte-ciel dans les régions nord de notre planète, s’élevant à plus de 300 mètres de hauteur au-dessus de Saint-Pétersbourg.
L’impossible est souvent demané aux ingénieurs pour ériger des IGH. Cependant, la construction de la tour russe du Lakhta Center, le plus haut bâtiment d’Europe a nécessité une véritable créativité et prouesse technique pour surmonter les grands défis architecturaux et environnementaux de notre époque.

La société de conception moscovite Gorproject a conçu ce complexe polyvalent de 4,3 millions de pieds carrés (371000m2) situé dans un secteur riverain de Saint-Pétersbourg. La tour s’élève à 1 516 pieds (462m) au-dessus du golfe de Finlande et servira de siège au géant gazier russe Gazprom. Le PDG de Gorproject, Sergey Lakhman, Ph.D., ingénieur et nommé constructeur honorifique par l’un des ministères Russes, a passé plus de 15 ans à développer son entreprise de conception et d’ingénierie avec une spécialisation dans la conception de tours de grande hauteur.

Monsieur Lakhman considère le Lakhta Center comme «l’objet le plus complexe du portefeuille de Gorproject». Cet imposant pilier d’un nouveau centre économique durable a été construit pour résister aux conditions climatiques les plus extrêmes d’Europe et dépasser les exigences rigoureuses de la Russie en matière d’énergie et de sécurité (et obtenir la certification LEED Platinum ). C’est un exploit technique audacieux. Voici les cinq des défis de conception et d’ingénierie les plus impressionnants auxquels l’équipe de Gorproject a été confrontée.

Tour Lakhta – Avec l’aimable autorisation de Gorproject

1/ Créer une architecture iconique
La forme organique du Lakhta Center se compose de cinq ailes qui se vrillent de presque 90 degrés (0,82 degrés par étage), ainsi, aucun de ses 89 niveaux ne se répète ; La géométrie extrêmement complexe de cette sculpture habitable ne peut être traitée que par la modélisation 3D et le processus BIM (Building Information Modeling), dans ce cas Autodesk Revit.

La conception architecturale, dirigée par l’architecte en chef de Gorproject et originaire de Saint-Pétersbourg, Philipp Nikandrov, s’inspire des flèches et des dômes historiques de la ville. Nikandrov a conçu l’emblématique Tour de l’Evolution de Moscou, un autre gratte-ciel torsadé de Gorproject. Il a mis à profit cette expérience et obtenu un effet similaire grâce à un processus de fabrication appelé «cintrage à froid». Étant donné que le verre trempé peut être courbé à une certaine limite, les panneaux de murs-rideaux peuvent être façonnés en courbes convexes à mesure qu’ils sont pressés dans des cadres, formant ainsi une enveloppe lisse. «Le cintrage à froid nécessite une consommation d’énergie bien inférieure à celle du cintrage à chaud, ce qui entraîne un coût inférieur et une plus grande durabilité du processus de construction du bâtiment», explique Lakhman.

L’équipe de conception de Gorproject a utilisé une modélisation paramétrique avec Revit pour optimiser la mise en panneau des façades afin d’augmenter le nombre de panneaux standard de 118 pieds carrés, et aussi de réduire les coûts et erreurs lors de l’installation.

Tour Lakhta – Avec l’aimable autorisation de Gorproject

2 / Atteindre la certification durable au niveau platinum
En tant que société mondiale du domaine e l’énergie, Gazprom souhaitait que son siège social reflète la norme LEED en matière de développement durable. Gorproject répondait à des critères exigeants en matière d’efficacité énergétique, d’économie d’eau et de recyclage, ce qui lui a finalement valu la certification Platinum.

La conception écoénergétique du centre Lakhta met en avant des systèmes de chauffage, de traitement des déchets et d’éclairage de pointe, ainsi qu’une «façade intelligente» qui réduit la consommation d’énergie. À l’intérieur, des radiateurs infrarouges remplacent les appareils de chauffage classiques. L’excès de chaleur généré par les équipements mécaniques, électriques et de plomberie du bâtiment est acheminé vers le système de chauffage.

Les eaux de pluie sont recyclées pour l’irrigation et le bâtiment utilise un système d’élimination des déchets pneumatique-aspirant. Un système d’éclairage à LED informatisé maximise l’énergie lumineuse à l’intérieur et à l’extérieur. «Chaque appareil d’éclairage consomme 10 fois moins d’énergie par mètre linéaire que les lampes à incandescence», explique Lakhman.

Étant donné que le centre Lakhta se situe sur les chemins de migration des oiseaux, Gorproject a été chargé de dissuader les groupes de s’écraser sur sa façade réfléchissante. «Les oiseaux percutent généralement les vitres des gratte-ciel en miroir, car ils ne remarquent pas, à certains angles, la différence entre le ciel et son reflet dans le verre», explique Lakhman. «Nous avons proposé des éclairages architecturaux assez économes, qui n’aveuglent pas les oiseaux.»

3/ Protection contre les conditions météorologiques extrêmes
La silhouette en forme de flamme de Lakhta (conçue pour ressembler au logo de Gazprom) contredit le fait que les températures à Saint-Pétersbourg sont proches du point de congélation sept mois par an. Le froid extrême et l’humidité font que les nuages ​​qui recouvrent la flèche se condensent en glace sur sa surface, ce qui présente un risque potentiel de chute de glaçons. Pour éviter la formation excessive de glace, l’équipe de conception a proposé un système antigel sous la forme de plaques de treillis métalliques rayonnantes recouvrant la zone de la flèche.

Avec des températures estivales atteignant les 70 degrés Fahrenheit, les conditions météorologiques extrêmes constituent un défi majeur pour le chauffage et le refroidissement écoénergétiques. La façade à double peau du bâtiment est équipée de stores automatiques qui assurent une ventilation naturelle afin d’éviter la surchauffe de sa zone tampon naturelle entre les peaux. Et les jours ensoleillés d’hiver, la zone tampon utilise l’effet de serre pour réduire les charges thermiques.

4/ Assurer la résistance structurelle et la sécurité
Dans un bâtiment qui s’élève à 400 mètres au-dessus du sol, les systèmes de protection contre le feu sont complexes. Tous les éléments, des supports structurels aux systèmes de lutte contre le feu, sont conçus et testés pour répondre à des normes de sécurité rigoureuses. Le noyau central peut résister à un incendie de quatre heures sans subir de dommages structurels. La tour va tenir même si 10 poteaux porteurs devaient s’effondrer.

Le projet a débuté en 2011, une décennie après les attentats du 11 septembre 2001, qui ont nécessité des mesures de protection qui permettent aux occupants de l’immeuble le temps d’évacuer. «Nous devions nous poser des questions telles que :« Le bâtiment sera-t-il sûr et restera-t-il en place si un tel impact se produisait ? », Déclare Lakhman. Pour tester cela, Gorproject a créé des modèles 3D BIM pour simuler des scénarios extrèmes.

Dans la Tour Lakhta, les poteaux mixtes acier-béton composites du Lakhta Center offrent une résistance cinq fois supérieure à celle des poteaux classiques.
La solution de conception choisie empêche l’effondrement progressif en renforçant la résistance aux chocs. «Supposons qu’un impact se produise et qu’il en résulte qu’un élément porteur de charge verticale se brise», explique Lakhman. «Le bâtiment doit résister. Il peut y avoir de très grandes contraintes, et probablement après cela, il devrait même être reconstruit. Mais les gens là-bas doivent survivre et avoir le temps de s’enfuir.

Gorproject a opté pour des poteaux composites acier-béton offrant une résistance cinq fois supérieure à celle des poteaux claissiques et occupant moins de surface au sol. La structure acier forme une sorte de hamac : si un étage s’effondre, les étages supérieurs et inférieurs ne seront pas impactés et resteront sans danger.


Tour Lakhta – Avec l’aimable autorisation de Gorproject

Les fondations de la tour comptent 264 pieux enfoncés à 915 pieds de profondeur et 9 600 tonnes d’armatures métalliques sur 15 niveaux de trames. Quinze poteaux périmétriques stabilisants répartissent le poids du bâtiment loin du noyau. Ainsi, même avec des vitesses de vent atteignant les 100 kms/h au sommet, le gratte-ciel restera stable. Afin de contrôler en permanence la verticalité, Lakhman et son équipe ont conçu un système de surveillance automatisé, le premier du genre, utilisant 3 000 capteurs installés dans tout le bâtiment.

5/ Faire une transition en douceur vers la gestion du bâtiment
Après avoir utilisé des technologies 2D et 3D, y compris Autodesk AutoCAD et Autodesk Revit, tout au long du cycle de vie du projet, Gorproject a transmis le modèle BIM au propriétaire/Maître d’ouvrage pour son exploitation et sa maintenance.

«Le modèle BIM a été développé avec un niveau de développement (LOIN/LOD) de 400», explique Lakhman. «Le BIM est la boîte à outils qui a permis d’éviter un grand nombre d’erreurs graves lors de l’installation. Nous avons constamment travaillé sur les conflits géométriques entre différents éléments et systèmes dans le processus de conception. Il y avait tellement d’éléments uniques – architecturaux, structurels et techniques – que nous avons dû développer plus de 6 000 nouvelles familles (objets de bibliothèques) Revit. ”

En conclusion, concevoir le centre Lakhta était un défi de taille, mais l’équipe Gorproject vit de ce genre de passion. «Lorsque vous entreprenez une tâche aussi ambitieuse que personne n’a jamais réussi aaupravant, vous ne pensez plus que votre vie sera vaine», déclare Lakhman. «C’est pourquoi, dans Gorproject, nous essayons de créer des objets pouvant faire partie de la vie et nous rendre fiers à jamais de ces créations.»

A lire en intégralité avec les illustrations sur le site Redshift ici.

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