Manuel de Conception pour Garde-corps

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1 Manuel de Conception pour Garde-corps Pour Concepteurs, Ingénieurs, Architectes, Entrepreneurs, Installeurs

2 Table de matière Introduction 2 Type de systèmes de garde corps.4 o Série o Série o Série o Série élégance.. 10 o Série héritage...12 o Série séville 14 o Série verre trempé (VT) Exigences générales selon normes 18 Propriétés mécaniques 18 Propriétés physiques 19 Chargement.. 22 o Surcharge due à l utilisation. 22 o Charge due au vent.. 23 o Combinaison de charges..23 Analyse structurale du système de garde-corps 24 o Étapes de conception.25 Ancrage 29 Résultats de tests au laboratoire. 30 Annexe I..34 Ce document est approuvé par : Simon B. Gosselin, Ing. Chargée de projet, Breault & Gosselin conseils Inc. Page 1

3 Introduction Les garde-corps sont des systèmes conçus pour protéger les personnes dans les espaces tels que les balcons, les terrasses et les escaliers. Ils comprennent des éléments porteurs verticaux (poteaux), des éléments porteurs horizontaux (mains-courantes) avec des éléments de remplissage soit des barreaux ou des vitres trempés. Figure 1. Un schéma d un système de garde-corps Les garde-corps sont fabriqués de différents matériaux, entre autres, le bois, l acier, l aluminium, les plastiques ou de deux ou plus de ces matériaux (hybrides). Au cours des dernières années, l utilisation de l aluminium dans le garde-corps a été accrue en raison de ses caractéristiques avantageuses telles que la légèreté, la résistance contre la corrosion, la résistance contre les intempéries et la détérioration environnementale, etc. Depuis 1989, Les entreprises Allium produisent sur mesure des garde-corps ainsi que d autres produits qui sont tous fabriqués en aluminium et recouverts d un émail acrylique très résistant. Ces produits d'allium conservent toujours leur fini Page 2

4 impeccable et leur couleur d origine. En outre, contrairement à d autres matériaux, ils garderont toujours leur résistance et leur rigidité. Des procédés de fabrication uniques, un contrôle de la qualité sévère à toutes les étapes de la production, une finition soignée ainsi que l'attention portée aux moindres détails rendent ces produits des plus attrayants. Ce manuel a pour objectif d aider les architectes, les concepteurs, les ingénieurs, les entrepreneurs et les installateurs à choisir les éléments du système de gardecorps en fonction de leurs besoins et à déterminer les éléments requis surtout les poteaux, les mains-courantes et l espacement entre les poteaux. Page 3

5 Type de systèmes de garde-corps Page 4

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19 Exigences générales selon normes Le code national du bâtiment du Canada (CNB 2010) impose certaines exigences générales, non structurales, en ce qui a trait à la protection contre l incendie dans la chapitre 3, incluant la protection contre l incendie, la sécurité des occupants et l'accessibilité (la section 3.4 comprend les exigences relatives aux sorties de secours, voir annexe I). Il est aussi recommandé de consulter la partie 9 du code national du bâtiment du Canada 2010 concernant les exigences pour petits bâtiments. Propriétés mécaniques Les caractéristiques mécaniques des éléments du système de garde-corps sont conformes à la norme CAN/CSA-S157-05, Calcul de la résistance mécanique des éléments en aluminium. Les éléments du système de garde-corps Allium selon les spécifications du fabricant sont en alliage 6360-T6 avec une résistance F u =205 MPa et F y =170 MPa. Page 18

20 Propriétés physiques Les propriétés physiques des alliages d aluminium sont les suivantes, conformément à la norme CSA S : Coefficient de dilatation thermique linéaire, α = 24 x 10-6 / C Module d élasticité, E= 70,000 MPa Coefficient de Poisson, ν=0,33 Module de cisaillement, G= 26,000 MPa Masse volumique, ρ=2700 kg/m 3 Les propriétés des sections des éléments communément utilisés pour les produits d Allium, les poteaux et les main-courants, figurent dans les tableaux 1 et 2. Page 19

21 Élément Poteau 1 ½ x1 ½ Poteau 1 ¾ x 1 ¾ Poteau 2 ¾ x 2 ¾ Alliage Surface (mm 2 ) Masse linéaire (Kg/m) Périmètre totale (mm) Ixx 10 6 (mm 4 ) Sxx 10 3 (mm 3 ) Iyy 10 6 (mm 4 ) Syy 10 3 (mm 3 ) Ixx, Iyy : moment inertie de la section par rapport à l axes x et y respectivement Sxx, Syy : module de section par rapport aux axes x et y respectivement Tableau 1 Caractéristique physiques des poteaux Page 20

22 Élément No.0 No.02 No.03 No.07 No.08 Alliage Surface (mm 2 ) Masse linéaire (Kg/m) Périmètre totale (mm) Ixx 10 6 (mm 4 ) Sxx 10 3 (mm 3 ) Iyy 10 6 (mm 4 ) Syy 10 3 (mm 3 ) Ixx, Iyy : moment inertie de la section par rapport à l axes x et y respectivement Sxx, Syy : module de section par rapport aux axes x et y respectivement Tableau 2 Caractéristique physiques des main-courantes Page 21

23 Chargement Manuel de conception - Garde-corps - Allium Inc. Les charges appliquées sur le système de garde-corps, selon le code national du bâtiment du Canada 2010, sont mentionnées au chapitre 4, Règle de calcul. Les charges à considérer sont les surcharges dues à l utilisation et les charges dues au vent pour le modèle avec le verre trempé (série VT). D autres charges telles que la charge permanente, la charge de la neige, la charge séismique sont négligeables en raison du peu d'ampleur de ces charges par rapport aux surcharges dues à l utilisation ou dues au vent. Surcharges dues à l utilisation Voici l article qui suit : Garde-corps La charge spécifiée minimale appliquée horizontalement, vers l extérieur ou l intérieur, sur la hauteur minimale requise d un garde-corps exigé est de : o 3,0 kn/m pour les tribunes ouvertes sans siège fixe et pour les moyennes d évacuation des tribunes, des stades, des bancs-gradins et des arénas; o 1,0 kn concentrée à n importe quel point du garde-corps, des passerelles d accès aux plates-formes d équipement, des escaliers contigus et des autres endroits similaires où il est peu probable que des personnes se rassemblent en grande nombre; et o 0,75 kn/m ou 1,0 kn concentrée à n importe quel point du garde-corps, si la situation s applique aux endroits autres que ceux décrits aux alinéas a) et b). Les éléments constitutifs des garde-corps, y compris les panneaux pleins et les lattes verticales, doivent être conçus pour résister à une charge de 0,5 kn, s exerçant sur un carré de 100 mm de côté, à n importe quel point de l élément ou des éléments où elle produit un effet maximal. Il n est pas obligatoire de considérer que les charges mentionnées au paragraphe 2) agissent en même temps que celles qui sont mentionnées aux paragraphes 1) et 4). La charge spécifiée minimale appliquée verticalement sur la partie supérieure de tout garde-corps exigé est de 1,5 kn/m et il n est pas obligatoire de considérer que cette charge agisse en même temps que la charge horizontale qui est mentionnée au paragraphe 1). Les charges spécifiées pour les mains-courantes se trouvent aux paragraphes ). Page 22

24 Charge due au vent Pour le système de garde-corps avec le verre trempé (série VT), la charge due au vent doit être considérée conformément à la partie 4 du code national du bâtiment ainsi que le commentaire de code. p= I w.q.c e.c g.c p p est la pression statique appliquée verticalement sur la surface du verre, Iw est le coefficient de risque qui est égal à 1 pour la calcul de l état limite ultime et égal à 0.75 pour le calcul de l état limite au service, q est la pression dynamique de référence qui change selon la région (voir CNB 2010). C e est le coefficient d exposition au vent qui dépend de la hauteur du garde-corps. Pour une hauteur de référence de 1.06 m (42po) de garde-corps, pour la pression de base de vent maximale de q=0.70 kpa ( à titre d exemple pour Montréal q=0.42 kpa et pour Québec q=0.41), un C e maximale de 1.0 et C g.c p. maximale de 1.8, la valeur de la charge uniforme pondérée appliquée sur la garde-corps est 0.93 kn/m étant inférieur à la valeur minimale de la surcharge recommandée par la norme soit kn/m. Donc, on peut dire dans tout les cas où la hauteur de garde corps est égal ou inférieur à 1.06 m (42po), on n a pas besoin de prendre en considération l effet de vent. Si la hauteur de garde-corps dépasse de 1.06m (42 po) les coefficients de modification sont appliqués pour la charge de vent (tableau 5). Combinaison des charges Dans les cas où la seule charge est la surcharge due à l utilisation, selon le CNB2010, c'est-à-dire pour tout type de système de garde-corps sauf en verre trempé, la combinaison de charge est comme suit : Calcul de résistance aux états limites ultimes : 1.5L Calcul de déflection aux états limites de service : 1.0 L Page 23

25 Pour le type en verre trempé, les combinaisons suivantes sont considérées : Calcul de résistance aux états limites ultimes : max (1. 5L, 1.4W) Calcul de déflection aux états limites de service : max (L, W) Analyse structurale du système de garde-corps La distribution de la charge et l analyse structurale des différents systèmes de garde-corps sont déterminées en fonction des paramètres suivants : Les types d éléments du garde-corps tels que les mains-courantes, les poteaux, la base de mains-courantes, le rail inférieur et les barreaux. La géométrie du système de garde-corps telle que la hauteur et l espacement des poteaux. Les conditions limites : le type de connexion et la fixation aux extrémités du système de garde-corps ainsi que la rigidité de l ancrage des poteaux au sol. La continuité de mains-courantes, la rigidité relative des mains-courantes et les poteaux, le type de barreau et l espacement, etc. Étant donné les conditions suivantes et selon les charges spécifiées plus tôt, les différentes charges sont calculées selon le code de calcul de la résistance mécanique des éléments en aluminium CAN/CSA-S Les tableaux de conception tiennent compte des types de poteaux, la charge pondérée et l espacement entre les poteaux. Ces tableaux de calcul sont établis pour une hauteur de 1.06 mm (42 po). Pour une hauteur différente, les espacements spécifiés sur chaque tableau sont modifiés selon le tableau de modification de la hauteur par les coefficients multiplicateurs (tableau 5). Page 24

26 Étapes de conception 1. Choisir le type de système de garde-corps 2. S il s agit d un garde-corps pour : a. un espace publique ( CNB2010), considérer la surcharge de l utilisation de 3 kn/m b. sinon 0.75 kn/m 3. Selon les combinaisons de charge, calculer la charge pondérée. 4. Pour la charge pondérée de kn/m et selon le poteau choisi, choisir un nombre de section (n) et l espacement (s) économique d après le tableau 3. Pour la charge pondérée de 4.0 kn/m choisir un nombre de section (n) et l espacement (s) économique d après le tableau Si la hauteur du garde-corps se diffère de 1.06m (42po), modifier l espacement selon le tableau Dans le cas de garde-corps avec verre trempé, a. L effet de vent est négligeable si la hauteur est égale ou moins que 1.06 m (42po) et poursuivre les étapes de 2 à 4. b. Sinon appliquer les coefficients de modification d après le tableau 5 pour l effet de vent. Page 25

27 Figure 2 Schémas de système de garde corps concernant les tableaux de conception Page 26

28 Poteau 1 ½ x 1 ½ Nombre de porté n Espacement entre les poteaux s mm(po) mm( 84po) 1778 mm( 70po) 1422 mm( 56po) 1067 mm( 42po) Poteau 1 ¾ x 1 ¾ Nombre de porté n Espacement entre les poteaux s mm(po) mm( 96po) 2235 mm( 88po) 2032 mm( 80po) 1829 mm( 72po) Poteau 2 ¾ x 2 ¾ Nombre de porté n Espacement entre les poteaux s m m(po) mm( 96po) 2439 mm( 96po) 2439 mm( 96po) 2439 mm( 96po) Tableau 3 tableau de charge et de conception Charge pondérée kn/m( non pondérée 0.75 kn/m) Poteau 2 ¾ x 2 ¾ Nombre de porté n Espacement entre les poteaux s mm(po) mm( 60 po) 1270 mm( 50po) 1016 mm( 40po) 762 mm( 30po) Tableau 4 tableau de charge et conception Charge pondérée 4.0 kn/m( non pondérée 3.0 kn/m) Page 27

29 Hauteur 500 mm (20 po) 600 mm (24 po) 700 mm (28 po) 800 mm (32) 900 mm (36 po) 1067 mm (42 po) 1100 mm (44 po) 1200 mm (48 po ) 1300 mm (52 po) 1400 mm (56 po) 1500 mm (60 po) 2000 mm (78 po) Coefficient de hauteur pour surcharge due à l utilisation Coefficient de hauteur pour la charge due au vent Tableau 5 Coefficient de modification pour la hauteur du garde-corps Page 28

30 Ancrage L ancrage de base des poteaux au plancher du balcon sont très important afin d assurer un comportement adéquat de système de garde corps. Selon le type de plancher (béton ou bois) ainsi que le système de garde-corps, il faut respecter les ancrages proposés cidessous. Page 29

31 Résultats de tests au laboratoire Certain des systèmes de garde-corps Allium sont testés en laboratoire spécialisé. Les résultats de ces essais, qui sont réalisé selon les normes en vigueur, démontrent une conformité entre nos procédures de conception et les résultats des essais en laboratoire. Page 30

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35 Annexe I Exigence de la norme CNB2010 Code nationale du bâtiment (CNB 2011, chapitre 3 concernant la protection contre l incendie, la sécurité des occupants et l'accessibilité et la section 3.4 concernant les exigences relatives aux sorties de secours) : Mains-courantes Les escaliers doivent être munis d une main-courante d un côté au moins et, si leur largeur est de 1100 mm ou plus, d une main-courante de chaque côté. 1) Si la largeur exigée pour une rampe ou une volée d escalier est supérieure à 2200 mm, il faut prévoir une ou plusieurs mains-courantes intermédiaires ininterrompues d un palier à l autre sans que l intervalle entre deux mainscourantes ne dépasse 1650 mm. 2) Les mains courantes doivent être faciles à saisir sur toute leur longueur et : a) si elles ont une section circulaire, avoir au moins 30 mm et au plus 43 mm de diamètre; ou b) si elles ont une section non circulaire, avoir au moins 100 mm et au plus 125 mm de périmètre et une section transversale dont la plus grande dimension est d au plus 45 mm. 3) La hauteur des mains-courantes des escaliers et des rampes doit être mesurée verticalement à partir du dessus de la main-courante : a) jusqu à une tangente au nez des marches de l escalier desservi par la maincourante (voir la note A ); ou b) jusqu à la surface de la rampe, du plancher ou du palier desservie par la main-courante. Sous réserve des paragraphes 6) et 7), les mains-courantes des escaliers et des rampes doivent avoir une hauteur: a) d au moins 865 mm; et b) d au plus 965 mm. 6) Il n est pas obligatoire que les mains-courantes installées en plus des mainscourantes exigées soient conformes au paragraphe 5). Page 34

36 7) Lorsque des garde-corps sont exigés, les mains-courantes des paliers ne doivent pas avoir plus de 1070 mm de hauteur. 8) Sauf lorsqu elle est interrompue par des balustrades aux changements de direction ou par des baies de portes, au moins une main-courante doit être continue sur toute la longueur de l escalier ou de la rampe, y compris les paliers (voir l annexe A). 9) les mains-courantes doivent se terminer de manière à ne pas nuire au passage des piétons ni constituer un risque (voir la note A ). 10) Les escaliers et les rampes doivent avoir au moins une main-courante latérale qui se prolonge horizontalement sur au moins 300 mm à chaque extrémité (voir la note A ). 11) Le dégagement entre les mains-courantes et toute surface située derrière elles doit être : a) d au moins 50 mm; ou b) de 60 mm si la surface située derrière les mains-courantes est rugueuse ou abrasive. 12) Les mains courantes et leurs supports doivent être calculés et construits pour résister à la plus élevée des charges suivantes : a) une charge concentrée d au moins 0,9 kn appliquée en n importe quel point et dans n importe quelle direction, pour toutes les mains-courantes; ou b) une charge uniforme d au moins 0,7 kn/m appliquée dans n importe quelle direction, pour les mains-courantes qui ne sont pas situées à l intérieur d un logement. 13) Il faut installer des mains-courantes des deux côtés d une rampe Garde-corps 1) Toutes les sorties de secours doivent être protégées de chaque côté par un mur ou un garde-corps solidement fixé. 2) Sous réserve du paragraphe 4), les garde-corps des escaliers des sorties de secours doivent avoir une hauteur d au moins 920 mm mesurée à la verticale depuis le nez de marche jusqu au sommet du garde-corps, et d au moins 1070 mm au pourtour des paliers. 3) Les garde-corps des rampes de sortie de secours et de leurs paliers doivent avoir une hauteur d au moins 1070 mm mesurée à la verticale depuis la surface de la rampe jusqu au sommet du garde-corps. 4) Les garde-corps des escaliers et paliers extérieurs à plus de 10 m au-dessus du niveau du sol adjacent doivent avoir une hauteur d au moins 1500 mm mesurée à la Page 35

37 verticale depuis la surface du palier ou le nez de marche jusqu au sommet du gardecorps. 5) Les parties ajourées du garde-corps d une sortie de secours ne doivent pas permettre le passage d un objet sphérique de plus de 100 mm de diamètre, à moins qu il ne puisse être démontré que les parties ajourées dont la dimension dépasse cette limite ne présentent pas de risque. 6) Les fenêtres des cages d escalier dont l appui est à moins de 900 mm de hauteur par rapport au nez de marche ou à moins de 1070 mm de hauteur par rapport à un palier doivent : a) être protégées par un garde-corps dont la partie supérieure est située : i) à une hauteur d environ 900 mm par rapport à une ligne reliant le nez des marches; ou ii) à au moins 1070 mm au-dessus du palier; ou b) être assujetties et conçues pour résister aux charges latérales mentionnées pour les garde-corps et les murs aux articles et ) Les garde-corps doivent être conçus de manière qu aucun élément, support ou ouverture situé entre 140 et 900 mm au-dessus du niveau protégé par ces garde-corps n en permette l escalade, à moins qu il ne puisse être démontré que la position et la dimension des parties ajourées qui dépassent cette limite ne présentent pas de risque. Page 36