Kumar is generously offering his precious time and invaluable expertise to Mother Meera’s City College project in Madanapalle, India. We are very grateful for his volunteer contribution in design, in extensive research for innovative ways of construction, and specially for his large experience in structural building engineering.

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Kumar offre généreusement  de son temps précieux et de son inestimable expérience au project de la Cité Collégiale de Mère Meera à Madanapalle en Inde. Nous sommes très reconnaissants pour sa contribution volontaire dans la conception (design), dans la recherche de méthodes innovantes de construction et spécialement pour sa grande expérience en ingénierie structurale en bâtiments.

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Structural engineering

The Structural Engineer in buildings will review the architectural plans of all the City College Campus buildings. He will calculate the loads of the support walls, the beams (wood, steel, or reinforced concrete) and the reinforced concrete columns. He will keep an eye on the work in progress or even on the design of more complex concrete or steel structures with a large span.

The most important task of the Structural Engineer is to elaborate a solid skeleton of the work structure to ensure its stability; he will participate firstly before the construction starts. His role will consist of different tasks.

From the architectural plans, he will determine the dimensioning of the different parts composing the building structure to be built keeping in mind:

• The size of the work structure
• The nature and quality of material proposed
• The climate conditions
• The nature of the soil
• The standards in use and principally the ones concerning the durable development.

The Structural Engineer will confirm, assisted by CAD software, the resistance, deformation, and elasticity simulations he will note on his design plan. He will elaborate the framing plans and indicate le wall locations, the columns, the staircase, the elevator cage, and the footings. These plans will be analysed by the Construction Estimator to evaluate the costs of the project.

During construction, the Structure Engineer will regularly visit the construction site to verify the proper layout of the elements and will point out any deviations or changes from the original architectural plans.

The buildings of the City College Campus will be subjected to outside forces such as gravity, wind, temperature changes and possible earthquakes. The Structural Engineer will take these forces into account as well as the construction material stresses produced by the construction weight and span of the supporting beams.

The Structural Engineer will have the knowledge, the training and the experience in sciences and mathematics relating to analysing and designing force-resisting systems for the building structures. He will perform and supervise the analysis, design, and document preparation for the building structures, and he will know the requirements for the load carrying structural systems.

The Structural Engineer will be responsible for the design of the primary structural system which is the complete combination of elements which will serve to support the building’s self-weight, the applicable live load which is based upon the occupancy and use of the spaces, the environmental loads such as wind, seismic, and thermal until its safe realisation.

The Structural Engineer will design the precast concrete elements, the tilt-up concrete columns, the open web steel joists, the pre-engineered cold-formed steel, or wood trusses when used and metal reinforcing rods structures.

It is important that the Structural Engineer be involved in the project as early as possible, before concepts for architectural, mechanical, and electrical systems have been finalized. He will then be able to provide valuable input into these decisions, addressing such factors as:

• The type of construction - The selection of the structural system (frame, bearing walls, etc.) depends on the function and dimensions of the buildings, as limited by the building code and any zoning restrictions, as well as the local availability and relative cost of each material (reinforced concrete, precast concrete, reinforced masonry, structural steel, cold-formed steel, wood, etc.)
• Column locations - A uniform grid facilitates repetitive members sizes, reducing the cost and increasing the speed of construction.
• Bracing or shear wall locations - Horizontal forces due to wind, earthquakes, etc. must be transferred down from the superstructure to the foundations.
• Floor and roof penetrations - Special framing is often required to accommodate stairs, elevators, mechanical chases, exhaust fans, and other openings.
• Floor to floor heights - Adequate space must be provided for not only the structure itself, but also raised floors, suspended ceilings, ductwork, piping, lights, and cable runs for power, communications, computer networks, etc. This may affect the type of floor system (reinforced concrete beams, joists or flat plates; structural steel beams or open web steel joists; cold-formed steel or wood joists or trusses) that is selected.
• Exterior cladding - The exterior appearance of a building is not only an architectural aspect of the design but is also a barrier between the inside and the outside world. It must also resist to the wind and the weather effects while permitting people, light, and air to pass through openings such as doors, windows, and louvers.
• Equipment and utility arrangements - Large equipment (air handling units, condensers, chillers, boilers, transformers, etc.) and suspended utilities (ductwork, piping, light fixtures, conduits, cable trays, etc.) require adequate support, especially in areas subject to seismic activity that can induce significant horizontal forces.
• Roofing - The type of roofing material and design structures to support air conditioning equipment, water distribution systems (tanks, pumps, and conduits), rainwater collect facilities, and skylight architectures.

The Structural Engineer should continue to be involved in the building project until the construction phases are completed. It will also be necessary to up-date the documents as the construction progresses, mainly in the possible conflicts between disciplines or misinterpretations by the main contractor or the subcontractors at a point in time when it is still possible to correct them with minimal cost and schedule impacts.

The Structural Engineer will have in mind the public protection in the structural design regarding architectural, mechanical and electrical failures as a result of miscalculation in the material resistance and other characteristics concerning the structure design. It is also important to consider fast evacuation and structure resistance to fire hazards.

The Structural Engineer will evaluate the work done by subcontractors, specially when they are responsible for the design and construction of prefabricated elements and supervise their final installation. For example, pre-cast concrete beams, reinforced concrete columns or pre-welded steel beam.

The Structural Engineer could submit certain elements of the global structure to specialised subcontractors responsible for a part of the design as well as their construction. In this case, he will verify the load calculations and the characteristics of the designated materials. He will also verify the subcontracted elements to make sure that the specifications indicated on the plans are respected. He will also validate the documents supplied by the subcontractors for the required standards. He will harmonise the documentation supplied by the subcontractors with the original project plans.

To be continued

Ingénierie en structure

L’Ingénieur en structure de bâtiments révisera les plans d’architecture des bâtiments du Campus de la Cité Collégiale. Il fera les calculs des charges pour les murs porteurs, les poutres (en bois, en acier ou en béton) et les colonnes en béton armé. Il fera la vérification des travaux ou même la conception de structures plus complexes sur mesure et des structures de béton ou d’acier à grande portée.

L’Ingénieur en structure a pour tâche principale d’élaborer le squelette de l’ouvrage en garantissant sa stabilité ; il intervient dans un premier temps en amont de la construction. Son rôle comporte différentes tâches.

À partir des plans d’architecture, il déterminera le dimensionnement des différentes parties composant la structure du bâtiment à construire en tenant compte :

• De la taille de l’ouvrage
• De la nature et la qualité des matériaux utilisés
• Des conditions climatiques
• De la nature du sol
• Des normes en vigueur, notamment celles concernant le développement durable.

L’Ingénieur en structure réalise, à l’aide d’un logiciel CAQ (CAD), des simulations de résistance, de déformation et d’élasticité qu’il note dans son plan de conception. Il établit les plans de coffrage indiquant l’emplacement des murs, des colonnes, des escaliers, des cages d’ascenseur et des empattements. Ces plans seront analysés par l’Estimateur en bâtiment pour évaluer les coûts du projet.

Pendant la construction, l’Ingénieur en structure visitera régulièrement le chantier pour vérifier la mise en place des éléments et interviendra à toutes déviations ou changements apportés à l’architecture planifiée.

Les bâtiments du Campus de la Cité Collégiale feront l’objet des forces extérieurs comme la gravité, le vent, les changements de température et possiblement des tremblements de terre. L’Ingénieur en Structure tiendra compte de ces forces ainsi que celles du stress des matériaux de construction produit par le poids et la portée des poutres de support.

L’Ingénieur en Structure aura la connaissance, la formation et l’expérience en sciences et en mathématique relatives à l’analyse et à la conception des systèmes de renforts pour les structures des bâtiments. Il aura à accomplir et à superviser les analyses, la conception et la préparation des documents pour les structures des bâtiments et devra connaître les normes pour les charges des systèmes structurels.

L’Ingénieur en structure aura la responsabilité de la conception et le suivi des systèmes structurants qui seront une combinaison complète des éléments servant à supporter la charge du bâtiment même, des charges mobiles basées sur l’occupation et l’utilisation des espaces, des forces environnementales telles que le vent, le climat et les conditions sismiques jusqu’à leur réalisation sécuritaire.

L’Ingénieur en structure fera la conception des éléments en béton précontraint, des colonnes coulées avant l’installation, des solives en acier entrelacées, des fermes pré-usinées en acier formé à froid lorsque nécessaire et des structures renforcées par armatures.

Il est important que l’Ingénieur en structure se joigne au projet aussitôt que possible, même avant que la finalisation de l’architecture, de la mécanique et de l’électricité, soient complétée. Il sera alors en mesure de fournir des informations essentielles pour prendre les décisions concernant des facteurs comme :

• Le genre de construction - Le choix du système structural (la charpente, les murs porteurs, etc.) dépendamment de la fonction et des dimensions des bâtiments, selon le code du bâtiment et des restrictions de zonage, ainsi que la disponibilité locale et les prix relatifs des matériaux comme le béton armé, les éléments de béton précontraint, la maçonnerie renforcée, l’acier de structure, l’acier formé à froid, le bois, etc.
• L’emplacement des colonnes - Une grille uniforme facilite grandement les éléments de même grosseur et réduit les coûts en augmentant la rapidité de la construction.
• L’emplacement des renforcements et des contre-murs - Les forces horizontales dues au vent, aux tremblements de terre, etc. doivent être transférées de la structure principale aux fondations.
• Les ouvertures dans les planchers et la toiture - Un coffrage spécial est souvent nécessaire pour accommoder les escaliers, les ascenseurs, les enchâssements mécaniques, les échappements de ventilateurs, et d’autres ouvertures.
• La hauteur du plancher au plafond - Un espace suffisant doit être prévu, non seulement pour la structure, mais aussi pour les planchers surélevés, les plafonds suspendus, les conduits d’aération, l’éclairage, les conduits de câbles pour l’électricité, les communications, les systèmes numériques, etc. Ceux-ci peuvent affecter le type de plancher et de plafond comme les poutres en béton armé, les solives ou les dalles, les poutres structurelles en acier ou les solives en acier formé à froid ou les charpentes en bois qui ont été choisies.
• Le revêtement extérieur - L’apparence extérieure d’un bâtiment n’est pas seulement essentielle pour l’aspect architectural de la conception mais aussi pour créer une barrière entre le monde intérieur et le monde extérieur. Le revêtement doit aussi résister au vent et à tous les effets climatiques tout en permettant aux gens, à la lumière naturelle et à l’air de pénétrer par des ouvertures telles les portes, les fenêtres et les orifices de service.
• L’équipement et les rangements utilitaires - Les gros équipements tels les conditionneurs d’air, les condensateurs, les refroidisseurs, les bouilloires, les transformateurs, etc. et les équipements suspendus comme les conduits d’aération, le tuyautage, les appareils d’éclairage, les différents conduits et les supports de câblage, etc. auront besoin de supports d’attache particuliers, surtout dans des endroits susceptibles d’activités sismiques ou d’événements produisant des forces horizontales significatives.
• La toiture - Le type de matériaux et la conception des structures pour supporter les équipements de conditionnement d’air, de distribution d’eau potable et de service (les réservoirs, les pompes et les conduits), les équipements correspondants à la collecte d’eau de pluie, et les architectures de puits de lumière.

L’Ingénieur en structure devra continuer de s’impliquer dans le projet de construction jusqu’à ce que toutes les phases soient complétées. Il lui sera aussi nécessaire de garder les documents à jour durant la progression des travaux de construction, surtout durant les conflits probables entre les différentes disciplines ou lors des interprétations erronées par l'entrepreneur principal ou les sous-traitants au moment où il est encore possible de les corriger à moindres coûts et sans trop d’impact sur le calendrier.

L’Ingénieur en structure sera conscient de la protection du public dans la conception de la structure par rapport aux possibles défaillances architecturales, mécaniques et électriques résultant de mauvais calculs dans la résistance des matériaux et d’autres caractéristiques concernant la conception de la structure. Il est aussi important de considérer une évacuation rapide en cas d’incendie et aussi la résistance de la structure aux incendies.

L’ingénieur en structure évaluera les travaux des sous-traitants, surtout lorsqu’ils sont responsables d’une partie de la conception et fabrication de certains éléments préfabriqués et surveillera leur installation finale. Par exemple, des poutres de béton précontraints, l’armature des colonnes ou les poutres d’acier présoudées.

L’Ingénieur en structure peut déléguer certaines parties de la structure globale à des concepteurs indépendants qui ont la main-d’œuvre spécialisée nécessaire. Dans ce cas, il devra vérifier le calcul des charges et les caractéristiques des matériaux utilisés. Il vérifiera aussi si l’œuvre sous-traitée est confrome aux normes inscrites sur les plans et devis. Il devra aussi valider les documents fournis par le sous-traitant pour l’exactitude des normes requises. Il aura la charge d’harmoniser la documentation venant de différents sous-traitants.

À suivre