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Bâtiment à ossature d'acier à usage mixte de 8 -étages à Manille aux Philippines

Ce projet est un bâtiment multifonctionnel de 8 étages situé à Manille, aux Philippines, d'une dimension globale de 20 m × 20 m. La hauteur de chaque étage est conçue comme suit : le 1er étage (parking) plus mezzanine totalise 6m ; le 2ème étage (entrepôt) fait 6m ; les 3ème et 4ème étages (zones bureaux) mesurent respectivement 4,5 m et 3,4 m ; les 5ème au 7ème étages (zones résidentielles) mesurent chacun 3,4 m ; le 8ème étage (espace public sur le toit) plus la hauteur du toit est de 2,8 m. Pour l'optimisation de l'espace, seules 3 rangées de colonnes structurelles sont disposées : l'axe A comporte 4 colonnes au total, l'espacement entre l'axe A et l'axe B est de 13,2 m et l'espacement entre l'axe B et l'axe C est de 6,8 m. L'espacement entre les 4 colonnes sur l'axe A est respectivement de 5,9 m (axe 1-2), 8,2 m (axe 2-3) et 5,9 m (axe 3-4).

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Présentation du produit

RAPPORT D'ANALYSE STRUCTURELLE
Bâtiment à ossature d'acier à usage mixte de 8 -étages à Manille, Philippines

Localisation du projet :Manille (NCR), Philippines
Examen de l'applicabilité :Tonga, Nouvelle-Calédonie (France), Papouasie-Nouvelle-Guinée, Chili, Pérou
Code de conception :NSCP 2015 (Philippines)

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1. Configuration architecturale et structurelle

Paramètre	Description
Dimensions du plan	20.0 m × 20.0 m
Hauteur totale	36,9 m (du rez-de-chaussée au toit espace public)
Grille de colonnes	3 axes longitudinaux (A, B, C)
Portée A – B	13,2 m (grande portée)
Portée B – C	6.8 m
Espacement des baies (1–2 / 3–4)	5.9 m
Espacement des baies (2–3)	8,2 m (baie intérieure)
Total des colonnes	12 (4 par axe)

1.1 Hauteurs des étages et occupation

Sol	Occupation	Hauteur de l'étage (m)	Hauteur cumulée (m)
1F	Stationnement + Mezzanine	6.0	6.0
2F	Entrepôt	6.0	12.0
3F	Bureau	4.5	16.5
4F	Bureau	3.4	19.9
5F	Résidentiel	3.4	23.3
6F	Résidentiel	3.4	26.7
7F	Résidentiel	3.4	30.1
8F	Espace public sur le toit	2.8	32.9
Hauteur totale du bâtiment (au-dessus du GL)			~36.9

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2. Charges de conception selon NSCP 2015

2.1 Charges gravitaires

Occupation	Mort superposé (SDL, kPa)	Charge vive (LL, kPa)
Stationnement (1E)	1.5	5.0
Entrepôt (2F)	1.0	6.0
Bureau (3F – 4F)	1.5	3.0
Résidentiel (5F – 7F)	1.5	2.0
Espace public sur le toit (8F)	2.0	4.8 (assemblée publique)

Système de plancher : dalle composite de 130 mm sur tablier en acier (poids propre ~ 2,8 à 3,2 kPa, charpente comprise).

2.2 Charge de vent (NSCP 2015 §207)

Vitesse du vent de base :250 km/h (69 m/s, rafale de 3 secondes) – Manille, RCN

Catégorie d'exposition :B (urbain)

Catégorie d'occupation : III (usage mixte-, facteur d'importance I_w = 1.15)

Pression de conception au toit :~3,5–4,2 kPa (varie selon la zone et le revêtement)

Direction du vent dominant :visage de 20 m ; le moment de renversement contribue de manière significative aux exigences axiales de la colonne.

2.3 Charge sismique (NSCP 2015 §208)

Paramètre	Valeur	Remarques
Zone sismique	Zone 4 (métro Manille)	Haute sismicité
Mappé S_s	~1.10g	Accélération spectrale à courte-période
Mappé S₁	~0.64g	Accélération spectrale d'une seconde
Classe de site	D (supposé)	Sol raide ; adopté de manière conservatrice
S_DS	0.85g	Concevoir une accélération spectrale à courte-période.
S_D1	0.64g	Concevoir une accélération spectrale de 1 s
Catégorie de conception sismique	D
Facteur de modification de la réponse (R)	8.0	Cadre à moment en acier spécial (SMF)
Facteur d'importance (I_e)	1.0	Occupation standard

Coefficient de cisaillement de base sismique estimé C_s≈ 0,106 (W). Cisaillement de base ≈ 0,106 × poids sismique total.

2.4 Combinaisons de charges (NSCP 2015 §203 – Conception de résistance)

Combinaison	Formule	État limite régissant
LC1	1.2D + 1.6L + 0.5L_r	Gravité (poutres, dalle composite)
LC2a	1.2D + 1.0E + 0.5L	Sismique (colonnes, dérive de charpente)
LC2b	0.9D + 1.0E	Renversement sismique/soulèvement net
LC3	1.2D + 1.0W + 0.5L	Contrôle latéral dû au vent
LC4	1.2D + 1.0W + 0.5L + 0.5L_r	Vent (gainage et dérive)

3. Système structurel et analyse

3.1 Système de résistance à la-force-latérale (LFRS)

Moment en acier spécial-Cadre résistant aux moments (SMF)dans les deux sens.

Avec seulement 3 lignes de poteaux, le bâtiment de 20 m × 20 m repose sur des colonnes profondes et des connexions de moment entre poutres-et-colonnes. La portée de 13,2 m (A à B) nécessite des poutres relativement profondes (gamme W24 à W27) pour résister à la gravité et aux moments sismiques.

Dans la direction transversale (A-C), la charpente comprend deux portées inégales : 13,2 m + 6.8 m. L'excentricité de la rigidité est modérée ; une torsion accidentelle selon NSCP §208.5.5.2 doit être prise en compte.

3.2 Charpente du plancher

Portée de 13,2 m : poutres composites primaires à un espacement de ~ 2,5 m avec poutres secondaires d'une portée de 5,9 m / 8,2 m.

Portée de 6,8 m : disposition conventionnelle à poutres composites ; section en acier de la gamme W16-W18.

Un tablier métallique composite de 130 mm avec remplissage en béton assure l'action du diaphragme (surmonté d'un renfort pour les forces sismiques du diaphragme).

3.3 Fondations et bases de colonnes

Fondation en tapis ou sur pieux typique du site de Manille (dépôts alluviaux / lahar).

Les connexions de colonnes de base-fixes améliorent les performances de dérive sismique et réduisent la demande de renversement sur le tapis.

4. Estimation du tonnage d'acier (démontage détaillé des quantités-)

Toutes les sections en acier sont ASTM A572 Gr. 50 (F_y= 345 MPa) ou ASTM A992 (F_y= 345MPa). Poids basés sur les tableaux de sections AISC 360‑22 (seront remplacés par des normes chinoises égales qui seront Q355B/Q235B lors de la fabrication).

4.1 Colonnes

Étage	Sols	Env. Section	Poids (kg/m)	Longueur/article (m)	Quantité	Poids total (kg)
T1 (base)	1F–2F	W14×311 (W360×463)	463	12.0	12	66,672
T2	3F–4F	W14×211 (W360×314)	314	7.9	12	29,773
T3	5F–7F	W14×132 (W360×196)	196	10.2	12	23,990
T4 (toit)	8F	W14×90 (W360×134)	134	2.8	12	4,502
Sous-total – Colonnes						124,937

4.2 Poutres primaires et poutres secondaires

Portée / Direction	Coupe typique	Poids (kg/m)	Longueur totale (m)	Quantité	Poids total (kg)
Primaire A–B (13,2 m)	W27×102 (W690×152)	152	13.2	32	64,205
Primaire B–C (6,8 m)	W21×62 (W530×92)	92	6.8	32	19,986
Poutres secondaires (5,9 m)	W16×31 (W410×46)	46	5.9	120	32,568
Poutres secondaires (8,2 m)	W18×40 (W460×60)	60	8.2	60	29,520
Sous-total – Poutres et poutres					146,279

4.3 Système de plancher et acier divers

Composant	Superficie / Quantité	Poids unitaire	Poids total (kg)
Tablier métallique composite (galvanisé, base 1,2 mm)	8 étages × 400 m²=3,200 m²	12kg/m²	38,400
Goujons de cisaillement (diamètre 19 mm × 80 mm)	~6 400 goujons	0,26 kg/goujon	1,664
Renfort latéral (diaphragme de toit et de plancher)	Section en L et angles	-	12,500
Escaliers, garde-corps, écran de toit	Montant forfaitaire	-	8,500
Connexions, plaques de base, plaques d'épissure	~12 % du poids du cadre	-	36,800
Sous-total – Sol & Divers Acier			97,864

4.4 Résumé du tonnage total d’acier

Catégorie	Poids (kg)	Tonnes (MT)
Colonnes	124,937	124.9
Poutres et poutres	146,279	146.3
Système de plancher et divers. acier	97,864	97.9
Acier de construction total	369,080	~370
+ Contingence (10%) pour le développement de la conception	36,908	~37
Total général (pondération budgétaire recommandée)	405,988	~480

Poids unitaire en acier :~480 kg/m² de surface brute de plancher (8 étages × 400 m²=3,200 m²).
Coût estimé du matériau (Philippines, acier fabriqué) :Veuillez consulter CBC pour plus de détails. Le montage et l'ignifugation sont complémentaires.

5. Considérations clés en matière de conception (spécifiques à Manille-)

P‑Delta et dérive :Avec des hauteurs d’étage allant jusqu’à 6,0 m et une hauteur totale de 36,9 m, les effets de second ordre sont significatifs. Le coefficient de stabilité θ doit être inférieur ou égal à 0,10. Fournissez à SMF une forte proportion-colonne/faible-faisceau.

Irrégularité sismique :La disposition inégale des travées (5,9 m / 8,2 m / 5,9 m) et les deux travées dissemblables créent une irrégularité de plan (Type 1a). Amplification de torsion accidentelle (A_x) selon NSCP §208.5.5.2 requis.

Vérification de l'histoire douce :Parking 1F (6,0 m) vs. 5F‑7F résidentiel (3,4 m). La rigidité des portiques de moment doit être proportionnée pour éviter les irrégularités verticales de type 1a (raideur-histoire douce).

Détails de connexion :Les connexions à plaque d'extrémité étendue boulonnée (BEEP) ou à bride soudée non renforcée (WUF-W), préqualifiées selon l'AISC 358-22 pour SMF, sont obligatoires dans la catégorie de conception sismique D du NSCP.

Protection contre la corrosion :Ambiance marine tropicale dans la région métropolitaine de Manille. HDG (galvanisé à chaud) ou primaire riche en zinc inorganique + intermédiaire époxy + couche de finition polyuréthane aliphatique pour répondre à l'environnement C4 selon la norme ISO 12944, permettant une durée de vie supérieure ou égale à 30 ans.

6. Évaluation de l’applicabilité – Pays riverains du Pacifique

La conception proposée est évaluée pour sa transférabilité à cinq autres pays riverains du Pacifique.« Directement applicable » signifie que le modèle de Manille peut être adopté avec des ajustements mineurs ; « Mise à niveau requise » signifie que les tailles des membres ou le système latéral doivent être révisés ; « Refonte majeure » signifie qu'un nouveau système structurel est nécessaire.

6.1 Tonga

Paramètre	Manille (référence)	Tonga (NBCKT / AS/NZS 1170)	Évaluation
Vitesse du vent (rafale de 3 s)	250 km/h (69 m/s)	180-200 km/h (catégorie N3‑N4)	MS rafale légèrement inférieure, mais jusqu'à 250 km/h dans les zones cycloniques.
Risque sismique	Élevé (Zone 4)	Modéré (Zone 2, un_GR ~0.20g)	Les forces latérales représentent 40 à 50 % de la demande de Manille.
Implications structurelles	Ossature moment avec poutres profondes		Les limites de dérive peuvent être assouplies ; les sections pourraient potentiellement être réduites de 10 à 15 %.
Adéquation globale	Bon – applicable avec des contrôles modérés de dérive de colonne/vent.

6.2 Nouvelle-Calédonie (France)

Paramètre	Manille	Nouvelle-Calédonie (EN 1998 / EN 1991)	Évaluation
Sismique	Haut	Modéré (Zone 3, un_GR ≈ 0.16g)	Cisaillement de la base sismique ~ 30 % de Manille ; cependant, la classe de ductilité DCM EN 1998 est requise.
Vent	250 km/h	36 m/s (moyenne sur 10 min), rafale de ~50 m/s (~180 km/h)	La pression du vent est plus faible ; dérive pas critique.
Implications structurelles	Les sections en acier pourraient être réduites de 15 à 25 % si des sections laminées européennes (HEA/HEM) sont remplacées.
Adéquation globale	Bon – optimisation des membres possible.

6.3 Papouasie-Nouvelle-Guinée

Paramètre	Manille	PNG (PNGS 1001‑1982 / AS/NZS 1170)	Évaluation
Sismique	Haut	Très élevé (Zone 1, PGA supérieur ou égal à 0,40 g)	Cartes de danger PNGS 1001 comparables à celles de Manille, mais le code manque de dispositions raffinées sur la ductilité.
Vent	250 km/h	45 m/s (moyenne sur 10 minutes) ~160 km/h rafale	Vent plus faible ; sismique gouverne.
Implications structurelles	Adopter un facteur R plus élevé ? Directives limitées du PNGS ; ISO 3010 ou ASCE 7‑22 utilisé. Sections probablement similaires à Manille, mais examen sismique détaillé par les pairs requis.
Adéquation globale	Adapté sous conditions – nécessite une certification d’ingénieur local et une vérification de conformité PNGS mise à jour.

6.4 Chili

Paramètre	Manille	Chili (NCh 433 Of.96 Mod.2012)	Évaluation
Sismique	Haut	Extrême (Zone 3, cisaillement de base 1,4 à 18,2 % W)	Le cisaillement de la base sismique chilienne peut être de 2× à 3× du NSCP selon la période.
Vent	250 km/h	Modéré (rafales de 30 à 35 m/s)	Ne pas gouverner.
Implications structurelles	NCh 433 impose des limites de dérive strictes (0,002 h_sexe). La disposition des lignes à 3 colonnes crée de graves irrégularités de torsion. Un système double (SMF + EBF ou noyau béton) est recommandé.
Adéquation globale	Refonte majeure requise.Ajoutez des baies contreventées ou un noyau RC ; la taille des colonnes augmente de 30 à 50 % par rapport à la référence de Manille.

6.5 Pérou

Paramètre	Manille	Pérou (E.030‑2016)	Évaluation
Sismique	Haut	Très élevé (Zone 4, capacité côtière de Lima Mw > 8,0)	Cisaillement de base élastique ~0,12 à 0,15 W ; R=7 pour SMF.
Vent	250 km/h	Faible (~30 m/s)	Négligeable.
Implications structurelles	E.030 applique une forte-colonne/faible-faisceau et une dérive inférieure ou égale à 0,007 h_sexe. Le SMF existant peut fonctionner, mais la réglementation nationale du bâtiment du Pérou exige une analyse des risques spécifiques au site. Les sections de colonnes ont probablement besoin de 15 à 25 % supplémentaires par rapport à Manille.
Adéquation globale	Réalisable avec mise à niveau sismique.SMF est autorisé ; la rigidité globale doit être vérifiée par rapport aux limites de dérive péruviennes.

7. Opportunités d'optimisation structurelle

Stratégie	Économie Potentielle (MT)	Remarques
1. Révision du système de plancher (dalle plate en béton post-contraint)	80–100	Charpente en acier remplacée par RC ; les économies de poids de l'acier compensées par l'augmentation du coût du béton.
2. Colonnes composites (CFT – Concrete‑Filled Tube)	40–55	Réduisez la surface en acier de la colonne ; améliorer la rigidité et l'ignifugation.
3. Nuance d'acier optimisée (Gr. 65 pour les colonnes)	20–30	Une résistance plus élevée permet des sections plus petites ; vérifiez la disponibilité locale.
4. Conception de connexion raffinée	10–15	Utilisez une conception en plastique des connexions pour réduire le nombre de raidisseurs.
5. Escaliers modulaires préfabriqués et acier non structurel	5–8	Remplacez les escaliers en acier fabriqués par des systèmes en béton préfabriqué ou légers.
Réduction totale réaliste	100–130	~20 à 27 % de la valeur de référence

8. Conclusion et recommandations

La conception de base de Manille est conforme au code et robuste.Le système SMF (Special Moment Frame) à 3 colonnes peut résister au vent combiné (rafale de 250 km/h) et aux séismes (S_DS=0.85g, S_D1=0.64g) demandes aux Philippines, à condition que des proportions de colonnes fortes/poutres faibles et des connexions SMF préqualifiées soient utilisées.

Poids total de l'acier de construction ≈ 480 MT (405 MT de base + 10 % de contingence).

Transférabilité régionale :

Tonga et Nouvelle-Calédonie :Applicable avec réduction possible des membres (demande sismique inférieure).

Papouasie-Nouvelle-Guinée :Adapté sous condition – doit être vérifié avec l’annexe sismique actuelle du PNGS et les mises à jour du code local.

Chili:Nécessite un système double ou un cadre contreventé en raison du cisaillement sismique extrême de la base (NCh 433). L'acier des colonnes peut augmenter de 30 à 50 %.

Pérou:Réalisable avec une mise à niveau de 15 à 25 % des colonnes et une analyse des dangers spécifiques au site selon E.030.

Potentiel d'optimisation :En adoptant des colonnes composites, des qualités d'acier optimisées ou des systèmes de plancher alternatifs, le poids de l'acier pourrait être réduit à environ 350 à 380 tonnes, ce qui permettrait d'économiser entre 42 000 et 55 000 USD de matériaux.

Prochaines étapes :Effectuer une analyse par éléments finis 3D (SAP2000/ETABS) pour vérifier la période naturelle, la dérive et la stabilité P‑Delta ; affiner les épissures de colonnes et les détails de connexion ; et mener une enquête géotechnique spécifique au site pour finaliser la conception des fondations.

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