4.5 Coefficients de pression et de forces Ecoulement de l air autour d une construction

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1 4.5 Coefficients de pression et de forces Pour les bâtiments, il convient de déterminer les coefficients de pressions extérieure et intérieure. Les coefficients de pression extérieure permettent de calculer l effet du vent sur les surfaces extérieures des bâtiments en fonction des parois (ou des zones de parois) ; les coefficients de pression intérieure donnent l effet du vent sur les surfaces intérieures des bâtiments. Les coefficients de pression extérieure c pe dépendent de l aire de la surface chargée A qui est la surface de la paroi produisant l action du vent dans l élément que l on étudie. Ils sont répartis en coefficients globaux et en coefficients locaux. Les coefficients locaux (c pe,1 ) permettent de calculer la pression pour les surfaces chargées d aire inférieure ou égale à 1m 2. Ils peuvent être utilisés pour le calcul des petits éléments de façade et de toiture et de leurs fixations. Les coefficients globaux (c pe,10 ) permettent de calculer la pression pour les surfaces chargées d aire supérieure ou égale à 10m 2. Ils peuvent être utilisés pour le calcul de la structure portante générale des bâtiments. La formule d interpolation c pe =c pe,1 -(c pe,1 -c pe,10 )log 10 A permet de traiter les surfaces pour lesquelles 1m 2 < A<10m 2. Les valeurs des c pe indiquées dans les tableaux suivants pour les directions orthogonales du vent, sont les valeurs les plus défavorables pour une gamme de directions à ± 45, de chaque côté de la direction orthogonale considérée. Pour les toitures isolées, les murs isolés, les acrotères et les clôtures, il convient d utiliser les coefficients de pression nette ou résultante c p,net qui donnent l effet résultant du vent par unité d aire sur une construction, un élément de construction ou un composant. Pour les murs et les surfaces parallèles à l action du vent, il convient de déterminer les coefficients de frottement c fr. Pour les panneaux de signalisation, les éléments structuraux de section transversale rectangulaire, de section à arêtes vives, de section polygonale régulière, les cylindres à base circulaire, les sphères, les structures en treillis,, il convient d utiliser les coefficients de force c f. Les coefficients de force donnent l effet global du vent sur une construction, un élément ou un composant de la construction, considéré dans sa totalité, y compris le frottement, lorsqu il n est pas spécifiquement exclu. Pour les avancées de toit, la pression exercée sur la face inférieure de l avant-toit est égale à la pression applicable à la zone du mur vertical directement relié à l avancée de toit ; la pression exercée sur la face supérieure de l avant-toit est égale à la pression de la zone définie pour la toiture elle-même Ecoulement de l air autour d une construction Lorsqu on étudie l écoulement de l air autour d une construction disposée perpendiculairement à la direction du vent, on constate que la présence de l obstacle a pour effet de créer un coussin d air de pression élevée sur la face «au vent» ; l écoulement s incurve graduellement à l approche de la construction, se divise pour l envelopper et se réunit ensuite à une certaine distance à l arrière de la construction, y délimitant une zone relativement stagnante et en dépression appelée «sillage». Cette déviation de l écoulement s accompagne d un certain nombre de mouvements turbulents : - à la base de la construction, un tourbillon d axe horizontal se forme au niveau du sol sur la face «au vent», dans lequel l air est conduit du centre vers l extérieur ; - le frottement de l air à la surface de l obstacle crée une couche limite turbulente intermédiaire entre l écoulement et le sillage. Les tourbillons, qui forment cette couche limite, prennent naissance aux points de séparation se situant aux arêtes du bâtiment, et grandissent en se déplaçant vers l aval ; - lorsque le vent souffle en oblique sur un bâtiment avec toiture «terrasse», l écoulement forme deux tourbillons coniques le long des bords de la toiture, exerçant localement de fortes dépressions. Actions vent sur les struct. - Deh

2 4.6 Coefficients de pression extérieure c pe Coefficients de pression extérieure pour murs verticaux de bâtiments rectangulaires Dans ce cas, les valeurs des coefficients de pression extérieure dépendent du rapport de la hauteur totale du bâtiment h à sa dimension en plan, parallèle à la direction du vent d, donc h/d ; on distingue cinq zones sur les parois du bâtiment où les coefficients prennent des valeurs différentes : une zone D pour la paroi «au vent» dans sa totalité, une zone E pour la paroi «sous le vent» dans sa totalité et trois zones A, B, et C pour les deux parois «parallèles au vent». Dans les zones D et E, une interpolation en fonction de la valeur du rapport h/d peut être nécessaire. Les valeurs ci-dessus s appliquent aussi bien aux bâtiments à toitures plates, à toitures inclinées à un ou deux versants. Pour les bâtiments avec h/d > 5, la charge totale du vent peut être calculée à partir du coefficient de forme c f. Dans les cas où la force aérodynamique s exerçant sur un bâtiment est calculée par l application des coefficients de pression c pe sur les faces «au vent» et «sous le vent» (zones D et E) du bâtiment de manière simultanée, le défaut de corrélation entre les pressions aérodynamiques, au vent et sous le vent, peut être pris en considération comme suit : - pour les bâtiments avec h/d = 5, la force résultante est multipliée par 1 ; - pour les bâtiments avec h/d = 1, la force résultante est multipliée par 0,85 ; - il convient d appliquer une interpolation linéaire pour les valeurs intermédiaires de h/d. Les dimensions et répartition des zones A, B, C figurent sur les croquis suivants. Elles dépendent de la dimension e qui est la plus petite des deux dimensions b ou 2h. Ces croquis sont valables quelle que soit la direction du vent (transversale ou longitudinale), seul le rapport h/d change car d est la dimension du bâtiment parallèle au vent. Actions vent sur les struct. - Deh

3 Lorsque les fluctuations instantanées du vent sur les surfaces peuvent entraîner une asymétrie significative de pressions ou forces et lorsque le type de structure est susceptible d être sensible à un tel chargement (par exemple torsion dans le cas de bâtiments à noyau unique nominalement symétriques), il convient alors de prendre en compte leur effet. On pourra procéder comme suit : a) pour les constructions rectangulaires sensibles aux effets de torsion, il est recommandé d appliquer la répartition de la pression indiquée à la figure ci-dessous pour la représentation des effets de torsion dus à un vent oblique ou à l imparfaite corrélation entre les forces aérodynamiques agissant aux différents points de la construction ; b) pour les autres cas, la prise en compte de lasymétrie du chargement est généralement obtenue en éliminant entièrement l action de calcul du vent des parties de la construction sur lesquelles ladite action produit un effet bénéfique. Actions vent sur les struct. - Deh

4 4.6.2 Coefficients de pression extérieure pour toitures-terrasses Les toitures plates ou toitures terrasses sont définies comme ayant une pente a comprise entre 5 et +5. Il convient de diviser la toiture en zones F, G, H et I comme indiqué ci-dessous. Actions vent sur les struct. - Deh

5 Les coefficients à utiliser dans chaque zone figurent au tableau ci-dessous : Coefficients de pression extérieure pour toitures-terrasses Remarque : Les croquis et coefficients de zones précédents sont valables quelle que soit la direction du vent (transversale ou longitudinale), seul le rapport h/d change, d étant la dimension du bâtiment parallèle au vent. En cas de vent transversal, d est donc la «largeur» du bâtiment et en cas de vent longitudinal, d est la «longueur» du bâtiment! Actions vent sur les struct. - Deh

6 4.6.3 Coefficients de pression extérieure pour toitures à un versant Il convient de diviser la toiture, y compris les avancées de toiture, en zones F, G, H et I comme indiqué ci-dessous. Il faut bien noter que, dans ce cas, les croquis de zones sont différents selon la direction du vent. La direction transversale est notée «θ = 0 ou 180» et la direction longitudinale «θ = 90». Actions vent sur les struct. - Deh

7 Les coefficients à utiliser dans chaque zone figurent au tableau ci-dessous : Coefficients de pression extérieure pour toitures à un versant Actions vent sur les struct. - Deh

8 4.6.4 Coefficients de pression extérieure pour toitures à deux versants Il convient de diviser la toiture, y compris les avancées de toiture, en zones F, G, H, I et J comme indiqué ci-dessous. Il faut bien noter que, dans ce cas également, les croquis de zones sont différents selon la direction du vent. La direction transversale est notée «θ = 0 ou 180» et la direction longitudinale «θ = 90». Actions vent sur les struct. - Deh

9 Les coefficients à utiliser dans chaque zone figurent au tableau ci-dessous : Coefficients de pression extérieure pour toitures à deux versants Actions vent sur les struct. - Deh

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