Phase avant-projet : Détails pour les portiques constitués de profilés laminés

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1 Phase avant-projet : Détails pour les portiques constitués de profilés laminés Ce document fournit des détails types et des conseils sur les composants élémentaires des portiques constitués de profilés laminés. Sommaire. Introduction. Portique à toiture en pente (à partir de sections en I). Types de boulons. Types de soudures.4 Détails d'assemblage 4. Renfort de jarret 4. Généralités 4. Assemblage platine d'extrémité-jarret 5. Détails 7. Renfort de faîtage 9. Généralités 9. Assemblage platine d'extrémité-faîtage 9. Détails 0 4. Maintiens 0 4. Généralités 0 4. Maintiens en torsion au sommet du poteau 0 5. Composants structurels secondaires 5. Poutre de rive 5. Sablière/tirant 5. Contrefiche de poteau et d arbalétrier 5.4 Contreventement 5 6. Références 6 7. Remerciements 7 Page

2 . Introduction Les portiques en acier sont une forme de construction économique et couramment employée pour les bâtiments à un seul niveau. Les portiques sont utilisés dans de nombreux aspects de la vie moderne, comme par exemple dans les magasins de détail, les entrepôts de distribution, les installations de production et les centres de loisirs. Portique à toiture en pente (à partir de sections en I) Un portique à double pentes symétriques et à portée unique (Figure.) présente généralement les caractéristiques suivantes : Une portée comprise entre 5 m et 50 m Une hauteur au jarret comprise entre 5 m et 0 m Une pente de toit comprise entre 5 et 0 (6 étant communément adoptée). Un espacement des portiques compris entre 5 m et 8 m (plus la portée du portique est grande, plus l'espacement est important). Des renforts dans les arbalétriers au niveau des jarrets et du faîtage. La plupart de ces caractéristiques sont imposées par les critères économiques des portiques par rapport à d'autres formes de construction. L'utilisation de renforts au niveau des jarrets et du faîtage permet à la fois de réduire la hauteur requise de l arbalétrier et d'obtenir un assemblage encastré efficace en ces points. Légende : Faîtage 6 Poteau Jarret 4 Renfort de faîtage 7 Pente du toit Renfort de jarret 5 Arbalétrier Figure. Portique symétrique à portée unique Page

3 Dans les bâtiments à portiques à portées multiples, il est courant d'utiliser des poutres chéneaux pour éliminer certains poteaux (voir la Figure.). (a) Avec poteau interne (b) Avec poutre chéneau Figure. Ossature à portées multiples. Types de boulons Les avis sont partagés quant au type de boulons à utiliser. En ce qui concerne les boulons non précontraints (généralement des boulons de 0 mm ou de 4 mm de diamètre disposés dans des trous de passage normaux), la catégorie des boulons utilisés dépend du pays de fabrication : des boulons de la classe 0.9 sont utilisés dans la majeure partie de l'europe, mais des boulons de la classe 8.8 sont utilisés au Royaume-Uni et des boulons de la classe 6.8 sont utilisés en France. Des boulons précontraints peuvent aussi être utilisés, surtout dans les cas de charges dynamiques importantes, comme par exemple lorsque la charpente est conçue pour supporter des appareils de levage. De tels boulons peuvent être utilisés au niveau des assemblages qui soutiennent directement l'appareil de levage, pour empêcher les attaches de s'user et les boulons de se desserrer. Les autres attaches susceptibles d'être sujettes à des vibrations peuvent être dotées de contre-écrous ou de rondelles à ressort pour empêcher les boulons de se desserrer. Pour les éléments secondaires de la charpente en acier, il est courant d'utiliser des boulons de la classe 4.6 de mm de diamètre.. Types de soudures Les soudures d'angle sont généralement préférées aux soudures bout à bout. Les soudures au niveau de l'âme de l arbalétrier et autour des raidisseurs peuvent pratiquement toujours être des soudures d'angle. Il est recommandé d'utiliser une gorge de soudure minimale de 4 mm (c'est-à-dire un côté de 6 mm). Dans certains pays, si les soudures d'angle au niveau de la semelle tendue de l arbalétrier sont importantes (c'est-à-dire si leur gorge est supérieure à 8 mm et donc que leur côté fait plus de mm), le fabricant peut leur préférer une soudure bout à bout à pleine ou partielle pénétration. Le cisaillement exercé le long du renfort est généralement suffisamment faible pour faire en sorte que des soudures d'angle discontinues, correctement conçues, assurent l'assemblage de l'âme du jarret à la semelle de l arbalétrier, bien que des soudures d'angle continues puissent être spécifiées pour des raisons esthétiques ou de corrosion. Page

4 La soudure entre la semelle du jarret et la semelle de l arbalétrier est généralement une soudure d'angle, dont le côté est généralement de la même dimension que l'épaisseur de la semelle du jarret..4 Détails d'assemblage L'espacement des boulons, la dimension des boulons et l'épaisseur de la tôle doivent être en accord les uns avec les autres. Une solution efficace consiste à faire en sorte que l'épaisseur de la tôle soit à peu près égale au diamètre du boulon. Pour le dimensionnement et les détails initiaux, il peut être nécessaire de se reporter aux renseignements disponibles dans un pays donné. Au Royaume-Uni, il est possible d'obtenir des estimations préliminaires de dimensions et de détails sur les assemblages à partir du document «Joints in steel construction: Moment connections (P07/95)[]», qui présente tout un ensemble d'assemblages ordinaires sous la forme de tableaux faciles à utiliser. En principe, l'approche donnée est généralement en accord avec l EN En Allemagne, la publication concernée est «DStV/DASt: Typisierte Verbindungen im Stahlhochbau, Stahlbau-Verlags []», appelée également «DASt Ringbuch», et celle-ci est parfaitement conforme à l EN Renfort de jarret. Généralités Le renfort de jarret doit remplir les fonctions suivantes : Augmenter la résistance à la flexion de l arbalétrier au niveau du moment le plus élevé, pour pouvoir ainsi utiliser un arbalétrier de plus petite taille. Fournir suffisamment de hauteur au niveau de l'interface arbalètrier/poteau, pour que l'assemblage soit efficace. La hauteur du renfort est souvent déterminée par le bras de levier requis au niveau des boulons afin d'obtenir la résistance à la flexion nécessaire. Le renfort de jarret peut être découpé dans un profilé laminé à chaud ou il peut être fabriqué dans de la tôle. Il est généralement préférable d'utiliser des découpes de profilés laminés et il est pratique d'utiliser un profilé similaire au poteau ou à l arbalétrier, bien que des considérations de stabilité et d'assemblage puissent influer sur sa dimension définitive. Une tôle de remplissage peut être utilisée si la section laminée choisie n'est pas suffisamment haute pour permettre d'obtenir une hauteur de renfort suffisante. Il est important de noter que si le renfort est fait du même profilé et pèse le même poids que l arbalétrier, l'assemblage risque parfois de ne pas atteindre la résistance à la flexion requise. En termes de conception d'assemblage, un renfort plus haut et plus lourd peut alors être préférable. Celui-ci permet en effet de réduire l'effort de traction subi par les boulons ainsi que l'effort exercé dans la zone de compression au bas du renfort, et ainsi donc de diminuer la dimension des boulons et les exigences de raidissage. Il permet en outre de diminuer l'effort de cisaillement (provoqué par la traction au niveau des boulons), en haut du poteau. Le fait d'agrandir le profilé à partir duquel le renfort est découpé renforce dans le même temps la stabilité du renfort. Page 4

5 Le renfort peut avoir des répercussions sur la hauteur globale de la charpente : les clients peuvent en effet demander qu'une hauteur libre soit laissée en-dessous du renfort. De ce point de vue, il est important de minimiser la hauteur du renfort. Il est généralement convenu que le renfort sera généralement plus efficace en termes de conception globale du portique si : La hauteur du renfort sous l arbalétrier est à peu près égale à celle de l arbalétrier. La longueur du renfort à partir de l'axe du poteau correspond à environ 0 % de la portée du portique.. Assemblage platine d'extrémité - jarret La Figure. présente une platine d'extrémité type, non débordante et débordante, pour un portique à renfort. La Figure. présente d'autres détails de l'assemblage de jarret L'assemblage au niveau du jarret doit être un assemblage résistant au moment et doit conférer à la fois une rigidité adéquate et de la résistance à la flexion. Il n'est pas nécessaire d'effectuer la conception dans le détail des assemblages lors des étapes préliminaires de la conception, bien qu'il faille prévoir un assemblage de la hauteur adéquate pour résister au moment appliqué. De plus, il faut que le poteau résiste au cisaillement induit par les efforts de traction dans les boulons au sommet du renfort. Dans certains cas, il peut être nécessaire de renforcer l'âme. La procédure de conception d'un assemblage de jarret est donnée dans le document SN04 et un exemple d'application dans le document SX0. Par la présence d'une hauteur accrue disponible, il est possible d'être plus souple avec le cheminent des charges qui traversent l'assemblage. Les principaux boulons en traction sont abaissés le long de l'attache, comme l'illustre la Figure., transférant ainsi l'effort de traction depuis l'axe de la semelle de l arbalétrier vers la partie supérieure des âmes de l arbalétrier et du poteau. Cela signifie généralement qu'il est possible d'éviter tout raidissage en traction de l'âme du fait de la plus grande répartition de la traction sur le plan vertical, tant dans les âmes des poteaux que dans celles des arbalétriers. Des raidisseurs de petite taille peuvent toutefois s'avérer nécessaires pour renforcer la résistance à la flexion de la semelle du poteau soumise aux efforts locaux des boulons, tout particulièrement si le poteau est un profilé laminé allégé. Page 5

6 VEd M j,ed VEd M j,ed (a) Assemblage jarret - platine d'extrémité non débordante - Détails Légende : Poteau 6 Boulons en traction Renfort de jarret 7 Platine d'extrémité Arbalétrier 8 Boulons en cisaillement 4 Soudure de la semelle 9 Raidisseurs de traction optionnels 5 Soudure de l'âme 0 Raidisseur de compression (b) Assemblage jarret - platine d'extrémité débordante - Détails Figure. Assemblages types de jarret - platine d'extrémité dans un portique Page 6

7 4 5 5 Légende : Poteau 4 Raidisseur en traction Renfort de jarret 5 Raidisseur en compression Arbalétrier Figure. Autre possibilité d'assemblage de jarret dans un portique. Détails Les détails types d'un assemblage de jarret sont illustrés à la Figure.. Un autre détail possible au niveau de l'extrémité pointue du renfort est illustré à la Figure.4 Toute une série de tableaux de conceptions types pour des assemblages à renfort est donnée dans P07/95[]. Ces tableaux ne couvrent pas tous les cas de conception mais constituent un point de départ utile. La conception définitive peut être exécutée en s'appuyant sur l'approche simplifiée et sécuritaire qui figure dans le document SN04 ou en se servant d'un logiciel approprié facilement disponible. Page 7

8 Légende : 6 Boulons en traction Poteau 7 Platine d'extrémité Renfort de jarret 8 Boulons en cisaillement Arbalétrier 9 Raidisseurs en traction 4 Soudure de la semelle 5 Soudure de l'âme 0 Raidisseur en compression Raidisseur optionnel Figure. Détails d'un assemblage de jarret type dans un portique Figure.4 Autre détail à l'extrémité pointue du renfort de jarret Page 8

9 . Renfort de faîtage. Généralités Le renfort de faîtage a pour finalité de présenter un assemblage efficace entre les éléments de l arbalétrier. Il est généralement fabriqué en tôle et sa conception détaillée s'inscrit dans la conception des assemblages. Il n'est généralement pas nécessaire d'en envisager la dimension et les détails au stade de la conception préliminaire.. Assemblage platine d'extrémité - faîtage L'assemblage au niveau du faîtage doit être un assemblage résistant au moment et doit conférer à la fois une rigidité adéquate et de la résistance à la flexion. Il n'est pas nécessaire d'effectuer une conception dans le détail des attaches lors des étapes préliminaires de la conception, bien qu'il faille prévoir un assemblage de la hauteur adéquate pour résister au moment appliqué. La Figure. présente les types élémentaires d'assemblages par platine d'extrémité débordante. A la Figure.(a), la platine d'extrémité se contente de déborder vers le bas. A la Figure.(b), le débordement est doté d'un renforcement par un simple gousset vertical et à la Figure. (c) des jarrets complets sont prévus. (a) (b) (c) Figure. Assemblages types de faîtage - platine d'extrémité dans un portique Page 9

10 . Détails Les détails types d'un assemblage de faîtage sont illustrés à la Figure.. Toute une série de tableaux de conceptions types pour des assemblages à renfort est donnée dans P07/95[]. Ces tableaux ne couvrent pas tous les cas de conception mais constituent un point de départ utile. La conception définitive peut être exécutée en s'appuyant sur l'approche simplifiée et sécuritaire qui figure dans le document SN04 ou en se servant d'un logiciel approprié facilement disponible Légende : Arbalétrier Renfort de faîtage 0 Figure. Détails d'un assemblage de faîtage type dans un portique 4. Maintiens 4. Généralités Pour les portiques conçus plastiquement, la présence d'un maintien en torsion au sommet du poteau, c'est-à-dire au bas du renfort de jarret, est obligatoire. Par ailleurs, un autre maintien en torsion peut être nécessaire sur la hauteur du poteau, du fait que les lisses sont fixées à la semelle tendue (extérieure) plutôt qu'à la semelle comprimée. Des maintiens similaires peuvent être prévus pour des portiques conçus élastiquement, ou sinon la position du maintien supérieur peut être remontée plus vers le sommet du poteau. 4. Maintiens en torsion au sommet du poteau Au niveau de la rotule plastique Plusieurs méthodes existent pour assurer le maintien en torsion ; en voici quelques-unes : Pour les poteaux de moins de 600 mm de hauteur, une contrefiche de poteau semblable à celles illustrées à la Figure 4. peut être utilisée. Pour assurer une rigidité adéquate, il est recommandé que la hauteur de la lisse soit égale à au moins 5 % de la hauteur du poteau. Pour toutes les portées, une méthode envisageable consiste à prévoir un élément longitudinal à proximité de la semelle comprimée, au bas du jarret, qui est attaché avec le Page 0

11 contreventement vertical (Figure 4. ). Le profil creux circulaire, agissant avec les lisses sur la face extérieure du poteau, peut alors conférer la résistance en torsion nécessaire. Il est important de pourvoir au contreventement horizontal de ces composants, à un endroit ou un autre sur la longueur de la structure. Pour les portiques conçus élastiquement Si un portique est conçu élastiquement, le maintien en torsion au haut du poteau peut s'appuyer sur la même conception que celle susvisée, ou sinon il est possible de placer le maintien supérieur plus haut encore sur le poteau. (Avec la permission de Caunton Engineering Ltd) Légende : Poteau Lisse Contrefiche de poteau Figure 4. Détail d'un jarret type doté d'une contrefiche de poteau Page

12 Légende : Poutre de rive profilée à froid Lisse Profil creux circulaire Figure 4. Détail de jarret type utilisant un profil creux circulaire comme élément de contreventement longitudinal 5. Composants structurels secondaires 5. Poutre de rive La poutre de rive assemble les portiques individuels au niveau du jarret (Figure 5.) Sa fonction principale consiste à soutenir la couverture, les murs latéraux et le chéneau le long du jarret, mais elle peut également servir à assurer le maintien latéral de la semelle extérieure du poteau à son sommet. 5 4 Légende : Raidisseur Couverture simple ou composite 4 Profil creux circulaire agissant comme sablière/tirant Poutre de rive profilée à froid 5 Contrefiche d arbalétrier Figure 5. Détail de jarret avec poutre de rive Page

13 5. Sablière/tirant Si la structure de la paroi latérale est pourvue à ses deux extrémités d'un contreventement vertical, capable de résister en traction et en compression, la présence d'une sablière peut se limiter aux travées d'extrémité. Toutefois, une bonne pratique consiste à poser un élément entre les poteaux pour servir de tirant pendant le montage et pour conférer de la robustesse supplémentaire à la structure. Si un profil creux circulaire est utilisé pour maintenir la rotule plastique au bas du renfort de jarret (Figure 5.), celui-ci peut remplir le rôle de sablière/tirant longitudinal ainsi que de maintien de la rotule plastique. Si l'élément destiné à servir de sablière/tirant est posé audessus de ce niveau (Figure 5.), il n'a aucune efficacité à assurer le maintien de la rotule plastique au bas du renfort. Légende : Lisse Sablière/tirant Contrefiche de poteau Figure 5. Détail du jarret où la sablière/tirant ne confère pas de maintien au bas du renfort 5. Contrefiche de poteau et d arbalétrier Une contrefiche de poteau ou d arbalétrier constitue un moyen pratique d'assurer le contreventement d'une semelle comprimée qui est éloignée de la semelle à laquelle sont assemblées les pannes ou les lisses. Elle confère un maintien en torsion à l'endroit où elle est assemblée à une panne ou une lisse adéquate (voir Figure 5. et Figure 5.4). Des plats ou des cornières peuvent servir de contrefiches. Si des plats servent de contrefiches, il faut supposer qu'ils ne sont sollicités qu'en traction. Il faut donc en poser un de chaque côté de l arbalétrier ou du poteau. Si, pour des raisons de détail, il n'est possible de poser qu'une seule contrefiche, il faut alors utiliser une cornière de 40 x 40 mm au minimum. La contrefiche et ses attaches doivent être conçues pour résister à des efforts égaux à,5 % de l'effort maximum exercé dans la semelle comprimée du poteau ou de l arbalétrier entre les maintiens adjacents. Il est important que les pannes ou les lisses soient suffisamment grosses pour conférer la rigidité requise afin de servir de maintien à l arbalétrier/au poteau. A titre grossièrement Page

14 indicatif, il convient que la hauteur de la panne ou de la lisse soit égale à au moins 5 % de la hauteur de l'élément qui est maintenu. 4 5 Légende : Contrefiche de l arbalétrier Couverture simple ou composite 4 Contrefiche du poteau Poutre de rive profilée à froid 5 Raidisseur Figure 5. Détails des contrefiches de l'assemblage poteau-arbalétrier Page 4

15 Figure 5.4 Détails des contrefiches de l arbalétrier (Avec la permission de Caunton Engineering Ltd) 5.4 Contreventement Le contreventement doit être assuré dans le plan horizontal des arbalétriers et dans le plan vertical des murs latéraux (voir la Figure 5.5) pour conférer : De la stabilité, tant pendant le montage qu'une fois le bâtiment achevé. De la résistance aux charges de vent exercées dans le sens longitudinal. Un ancrage adéquat des pannes et des lisses, pour qu'elles remplissent leur fonction de maintien des arbalétriers et des poteaux. Page 5

16 Figure 5.5 Détails du contreventement (Avec la permission de Caunton Engineering Ltd) 6. Références () Joints in Steel Construction Moment Connections (P07/95). The Steel Construction Institute and The British Constructional Steelwork Association Ltd., 995. () DStV/DASt: Typisierte Verbindungen im Stahlhochbau, Stahlbau-Verlags. GmbH, Köln, 984 (neu bearbeitete Auflage 00). Page 6

17 7. Remerciements Caunton Engineering Ltd (UK) pour la Figure 4., Figure 5.4 et Figure 5.5 Page 7

18 Enregistrement de la qualité TITRE DE LA RESSOURCE Phase avant-projet : Détails pour les portiques constitués de profilés laminés Référence(s) DOCUMENT ORIGINAL Nom Société Date Créé par A S Malik SCI Contenu technique vérifié par G W Owens SCI Contenu rédactionnel vérifié par Contenu technique approuvé par les partenaires :. Royaume-Uni G W Owens SCI /05/06. France A Bureau CTICM /05/06. Suède B Uppfeldt SBI /05/06 4. Allemagne C Müller RWTH /05/06 5. Espagne J Chica Labein /05/06 Ressource approuvée par le Coordonnateur technique G W Owens SCI 9//08 DOCUMENT TRADUIT Traduction réalisée et vérifiée par : eteams International Ltd. 8/09/06 Ressource traduite approuvée par : JP Grimault CTICM 08//06 Page 8