GCI-215 Charpentes métalliques I Hiver 2010 Projet de session Mardi 2 février Contexte général

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1 GCI-215 Charpentes métalliques I Hiver 2010 Projet de session Mardi 2 février 2010 Contexte général Suite à de récents développements dans une municipalité du Québec, une grande compagnie de vente au détail compte y implanter un magasin de grande surface dans un secteur commercial. Votre firme de génie-conseil a décroché le mandat de conception et de surveillance des travaux relatifs à ce magasin. Avec votre collaboration, une firme d architectes a élaboré une structure répondant aux exigences de la compagnie (voir plans en annexe). Il faut maintenant procéder au dimensionnement de la structure. Le bâtiment est principalement constitué d une vaste aire de magasinage et d entreposage. La partie centrale est recouverte d un toit incliné, vitré à l avant. La structure est érigée sur une fondation de béton sans sous-sol. Premier et deuxième mandats du projet de session Le projet est divisé en deux mandats (25% de la session en tout). Le premier mandat consiste à faire le calcul des charges sur des éléments structuraux (poutres, poteaux, contreventements) et à les dimensionner (15% de la session). Le deuxième mandat consistera à faire l analyse détaillée de la ferme de toit incliné en utilisant notamment un logiciel de calcul qui sera présenté ultérieurement, et à vérifier des poteaux-poutres dans les murs de la structure (10% de la session). Les charges calculées au premier mandat seront nécessaires à la réalisation du deuxième mandat. IMPORTANT : Pour les étudiantes et étudiants inscrits au cours à option Structures 2, l étude de la poutrelle à treillis ajourée dans le deuxième mandat sera plus élaborée que pour les autres équipes. Spécifications Structure Le plan général (feuille S1) et les coupes A-A et B-B (feuille S2) montrent les détails principaux de la structure. Les pièces principales et les contreventements majeurs sont indiqués. Les dimensions d1, d2 et d3 sont différentes pour chaque équipe. Vous devez inscrire les noms des quatre membres de votre équipe pour obtenir les valeurs de d1, d2 et d3 qui vous sont assignées. L architecte propose un revêtement mural en panneaux préfabriqués, constitués de parois en tôle rainurées et d isolant en fibre de verre. On estime le poids des panneaux à 0,45 kpa. Des lisses de bardage horizontales sont situées sur les faces est et ouest (voir la coupe B-B), fournissant localement des appuis latéraux aux poteaux-poutres. Sur les faces nord et sud du bâtiment, on a choisi d installer du colombage d acier. On considère que le colombage achemine les pressions latérales directement au toit et aux fondations, passant outre les poteaux.

2 La coupe type du toit plat est présentée au Détail 1. Le toit incliné est composé de fermes de toit, illustrées au Détail 2, qui reposent sur une poutre faîtière (Note : la poutre faîtière n est pas à l étude). Une estimation de certaines composantes contribuant aux charges permanentes présentes dans les toitures est fournie en annexe. Les contreventements sur le plan horizontal (vue en plan) situés au sud et au nord servent à la stabilité latérale des poutrelles ajourées et ne sont pas à l étude. Les ouvertures totalisent une superficie de 30 mètres carrés. Mécanique / électricité Ni l architecte ni les ingénieurs en mécanique n ont communiqué leurs décisions finales, mais il est probable qu un échangeur de chaleur avec compresseur soit installé sur le toit, sur l axe B, entre les axes 2 et 4 (voir la vue en plan). Le poids estimé de cet équipement est, pour le moment, de 3,3 tonnes. Une allocation minimale additionnelle pour gaines de ventilation, éclairage, etc doit être prévue sur le toit. Un pont roulant ayant une capacité de 8250 kg est également prévu sur l axe 6 entre les poteaux des axes B et C. La charge doit être considérée statiquement et peut s approcher à 725 mm de la face extérieur de chaque poteau. Données climatiques La municipalité où sera implanté le bâtiment est différente pour chaque équipe; elle est assignée avec les valeurs de d1, d2 et d3. Le Code National du Bâtiment du Canada (CNBC 2005) s applique et contient les informations nécessaires pour le calcul des charges de neige et de vent. On prend pour acquis que les effets des séismes ne seront pas critiques et on ne calculera pas leurs effets dans le cadre de ce projet. Exigences de présentation Votre rapport doit comprendre des pages numérotées, des titres aux sections, tableaux et calculs, de même qu une table des matières présentée au début. Pour ce projet, un rapport bien structuré devrait inclure (1) une partie principale où seront regroupés, sous une forme bien organisée et facile à consulter, des sommaires des exigences de design et des tableaux de résultats, et (2) d une série d annexes comprenant les calculs détaillés. Ces annexes numérotées, auxquelles la partie principale fait référence, peuvent comprendre des pages écrites à la main, des dessins à la main, des calculs, etc. Ces pages doivent être rédigées sur le papier quadrillé du département, disponible au secrétariat. Une identification de la personne qui a effectué les calculs et de celle qui a vérifié ceux-ci doit être présente sur chaque page où cela est approprié. Vos hypothèses de calcul ainsi que les références aux livres, normes, codes et autres documents doivent être clairement indiquées dans les feuilles de calcul, dans les tableaux résumant vos calculs de charge et vos sélections d éléments structuraux. Si différentes données vous apparaissent contradictoires ou incompatibles entre elles, prenez l approche la plus prudente et indiquez vos choix d une manière appropriée dans les résultats et notes de calcul. Tous les membres de l équipe doivent signer le rapport sur la page couverture.

3 Premier mandat Au terme du premier mandat, votre équipe doit fournir les livrables suivants : [A] En ce qui concerne le calcul des charges : 1) L analyse et le calcul, conformément au CNBC 2005, des charges appliquées en kpa sur les murs, planchers et toitures de la structure pour tous les cas pertinents (a) de charges permanentes, (b) de charges d occupation, (c) de charge de neige et/ou de pluie et (d) de vent. On vous demande de fournir au minimum des croquis représentant les charges de neige selon chaque cas ainsi qu un croquis représentant les grandes résultantes en kn des pressions dues au vent sur les différentes zones pour les calculs de vent (NB : ne présentez que la pire charge de neige pour chaque zone et ne fournissez le vent que pour la toiture le vent sur les murs sera analysé plus loin). 2) Les estimations des charges permanentes, d occupation, de neige et pluie, et de vent en kn/m non pondérées, pour (a) les poutrelles de toit et (b) sur les pannes de toit, en utilisant des aires et largeurs tributaires bien identifiées. 3) Le calcul des charges concentrées en kn sur les fermes de toit, en provenance des pannes, qu elles soient dues au poids propre estimé, au vent (pire soulèvement), à la neige et/ou à la pluie (pire gravité). Identifiez clairement les charges non-pondérées. N analysez que le cas de neige débalancée sur la toiture. Seules les fermes des axes 10, 9, 8 et 5 doivent être analysées; elles sont représentatives de l ensemble du bâtiment. La ferme F6 n est pas à l étude. 4) Présentez un schéma clair du cheminement des charges horizontales dues au vent afin de calculer l effort pondéré en kn dans les contreventements. Considérez seulement les contreventements qui agissent en traction et ne tenez pas compte des contreventements dans le plan du toit. 5) Calculez les différentes combinaisons de charges à considérer pour les éléments suivants : poutrelles J1, poutres P1, P2 et P3; colonnes intérieures; contreventements. Les résultats des calculs doivent être présentés dans un tableau qui identifie le ou les cas qui produisent l effort critique (par ex. Vent du Nord et neige débalancée). 6) Identifiez toutes les combinaisons possibles de charges qui seront appliquées sur les colonnes A3 à A8, en vue d une vérification au cours du mandat 2. [B] En ce qui concerne le dimensionnement de certains éléments structuraux: 1) Dimensionnez les poutres P1, P2 et P3 en acier 350W en choisissant des profilés économiques pour chaque cas. On prendra pour acquis que les poutres secondaires (qui sont généralement des poutrelles à treillis ajourées) peuvent fournir un appui latéral ponctuel à la semelle supérieure des poutres. 2) Choisissez des colonnes intérieures avec des profilés HSS canadiens de type C, pour les zones où il n y a pas d accumulation de neige (prenez une colonne typique, par exemple à la position B8). Vérifiez si les colonnes supportant l échangeur de chaleur et le pont roulant nécessitent des sections différentes et faites une sélection appropriée si nécessaire.

4 3) Dimensionnez les contreventements en acier 300W. Utilisez aux axes A, G, 1 et 10 des fers plats soudés sur chantier, présumant qu ils seront cachés dans les murs et protégés. (Note : les membrures protégées peuvent ne pas être soumis à des vérifications de l élancement, selon l article de la norme S16.1). Les contreventements sur les axes C et E seront non protégés contre les chocs (non recouverts) et composés de cornières doubles boulonnées. Des boulons A324 M20 seront utilisés pour les assemblages. Notes additionnelles : a) Pour calculer les charges permanentes sur la toiture, choisissez un pontage métallique approprié à partir du catalogue Canam (voir le site web du cours); accordez une préférence au profil P-3615, si possible. Pour les zones plus sollicitées, conservez le même profil de pontage; il est possible de changer le calibre du pontage ou l espacement des poutrelles. b) Les poutrelles à treillis ne seront pas dimensionnées dans ce projet. Cependant, vous devez sélectionner une profondeur (hauteur) économique et déterminer quel serait le poids approximatif des poutrelles pour la section plate de la toiture (i.e. les poutrelles J1). Utilisez le catalogue CANAM (disponible sur le site web du cours). Indiquez dans vos tableaux de résultats les valeurs pondérées critiques en kn/m, en soulèvement et en gravité, qui devront être prises en considération par le fabricant.

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