La construction en bois (1 ère partie) Congrès annuel de l OIFQ Pavillon Gene H. Kruger, Québec 23 septembre 2010

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1 La construction en bois (1 ère partie) Congrès annuel de l OIFQ Pavillon Gene H. Kruger, Québec Christian Dagenais, ing., M.Sc. Conseiller technique Centre d expertise sur la construction commerciale en bois 979 Ave de Bourgogne, bureau 520 Québec, Qc, G1W 2L4 Tél: (418) Fax: (418) Objectif Sensibiliser aux principes de conception des charpentes en bois conformément au Code national du bâtiment 2005 Prendre connaissance Des méthodes de conformité au CNB Des charges de conception Des systèmes structuraux en bois Centre d expertise sur la construction commerciale en bois 1

2 Plan de la présentation (CNB) a) Partie 9 b) Partie 4 c) Partie 3 selon CSA O86 a) Systèmes gravitaires b) Systèmes latéraux 3. Conclusion Code national modèle axé sur les objectifs Principaux avantages Clarté : plus facile à comprendre et à appliquer Souplesse : meilleure adaptabilité aux innovations de conception, aux rénovations et aux nouvelles technologies Centre d expertise sur la construction commerciale en bois 2

3 Volume 1 Division A Application, objectifs et énoncés fonctionnels Division B Solutions acceptables Méthode traditionnelle Division C Dispositions administratives Volume 2 Annexes, données climatiques, etc. Guide de l utilisateur Partie 4 Conformité au CNB selon SOLUTIONS ACCEPTABLES (division B, parties 1 à 10) Côté PRESCRIPTIF et la voie facile!! (1 ère partie de cette présentation) SOLUTIONS DE RECHANGE Côté OBJECTIF plus innovateur!!! (2 e partie de cette présentation) Centre d expertise sur la construction commerciale en bois 3

4 Partie 9 : Maisons et petits bâtiments Applicable selon ces critères Usages principaux Groupe C Habitations Groupe D Bureaux Groupe E Commerces Groupe F-2 et F-3 Industriels à risques moyens et faibles Hauteur de bâtiment 3 étages Aire de bâtiment 600 m² (~6455 pi²) Portée libre 12,2 m (40 pi) 9.23 Construction à ossature de bois Applicable à l ossature légère de bois seulement Tout autre système doit être calculé selon la partie 4 Ossature légère de bois Éléments répétitifs (espacement 610 mm (24 po)) Portées libres 12,2 m (40 pi) Surcharge de plancher 2,4 kpa (50 lb/pi²) Degré de résistance au feu d au plus 45 min Centre d expertise sur la construction commerciale en bois 4

5 Partie 4 : Règles de calcul Applicable selon ces critères Tous les bâtiments de «Protection civile» Tous les usages principaux (groupes A à F-3) Groupe A Réunion (salles de spectacle, restaurants, arénas ) Groupe B Soin et de détention Groupe F-1 Industriel à risques élevés Groupes C, D, E, F-2 et F-3 tel que précédemment Toute non conformité à la partie 9 Hauteur de bâtiment > 3 étages Aire de bâtiment > 600 m² (~6455 pi²) Portée libre > 12,2 m (40 pi) Partie 4 : Règles de calcul Charge d utilisation Charge permanente Charge de neige Charge de vent Charge sismique Centre d expertise sur la construction commerciale en bois 5

6 Partie 4 : Règles de calcul Ne fait pas de distinction entre les matériaux Chaque structure est conçue selon des charges à supporter Pas de matériau plus fort qu un autre!!! Charge d utilisation Selon l usage anticipé des surfaces de planchers Musées : 4,8 kpa (100 lb/pi²) Bureaux : 2,4 kpa (50 lb/pi²) Planchers résidentiels : 1,9 kpa (40 lb/pi²) Etc... Charge permanente Inclut le poids total de la charpente, incluant le revêtement extérieur et la finition intérieure Plus elle est élevée, plus elle sera pénalisante pour le sismique! Partie 4 : Règles de calcul Charge de neige Selon la configuration et l accumulation de neige possible Toit plat Toit à 2 versants Toit en contrebas Etc... + VENT = Centre d expertise sur la construction commerciale en bois 6

7 Partie 4 : Règles de calcul Charge de neige Partie 4 : Règles de calcul Charge de vent Selon la configuration et l exposition au vent du bâtiment Terrain ouvert Terrain rugueux Centre d expertise sur la construction commerciale en bois 7

8 Partie 4 : Règles de calcul Charge sismique Selon la configuration du bâtiment et la qualité du sol Type de système résistant aux forces sismiques (SRFS)» Murs de refend et diaphragme cloués» Ossature à ductilité moyenne (ex: assemblages avec rivets)» Ossature à ductilité restreinte (ex: assemblages avec boulons) Partie 4 : Règles de calcul Charge sismique Directement proportionnel au poids du bâtiment (D + 0,25 S) Bois est plus léger que l acier ou le béton, donc nécessairement un poids de bâtiment plus faible» Acier : kg/m³» Béton : kg/m³» Bois : 550 kg/m³ Indirectement proportionnel aux coefficients de ductilité (R d ) et de sur-résistance (R o ) du SRFS Ossature de bois = les plus performants (pour catégorie où R d = 3)» Murs de refend et diaphragmes cloués : R d R o = 5,1» Ossature à ductilité moyenne : R d R o = 3,9» Ossature à ductilité restreinte : R d R o = 2,6 Centre d expertise sur la construction commerciale en bois 8

9 Partie 3 : Protection contre l incendie, sécurité des occupants et accessibilité Classifie tout bâtiment, ou toute partie de bâtiment, ainsi que le type de construction autorisé selon: Son usage principal, sa hauteur et son aire Le nombre de façades sur rue L utilisation, ou non, d un système de protection incendie (gicleurs automatiques) Construction et dimensions des bâtiments selon l usage Prescrit le type de construction afin de prévenir la propagation du feu et l effondrement dû au feu Construction INCOMBUSTIBLE Construction COMBUSTIBLE Photo : ICCA-Québec Photo : Cecobois Centre d expertise sur la construction commerciale en bois 9

10 3.1.5 Construction incombustible Type de construction dans laquelle un certain degré de sécurité incendie est assuré grâce à l utilisation de matériaux incombustibles pour les éléments porteurs Permet toutefois que la plupart des matériaux de finition et d éléments non-porteurs soient combustibles Photo : La Sécurité Incendie dans les Bâtiments, CCB Construction incombustible Photo : C. Dagenais (2010) Centre d expertise sur la construction commerciale en bois 10

11 Photo : Forest Product Laboratory Construction incombustible Photos : V.K.R. Kodur (1999) Photos : Construction incombustible Centre d expertise sur la construction commerciale en bois 11

12 Photo : Cecobois Photo : ICCA-Québec INGF : La construction en bois (1 ère partie) Matériaux combustibles autorisés dans une construction incombustible Matériaux de couverture ( ) Fenêtres en bois ( ) Composants et revêtements extérieurs de murs extérieurs non-porteurs ( et ) Menuiseries, portes, cadres, armoires ( ) Éléments de plancher ( ) Revêtements intérieurs de finition ( ) Isolants combustibles ( ) Cloisons ( ) Autorisés selon leur indice de propagation de la flamme (3.1.13) Palais Montcalm Hôtel de ville de Baie St-Paul Centre d expertise sur la construction commerciale en bois 12

13 3.1.4 Construction combustible Se dit d une construction réalisée avec des matériaux combustibles (qui peuvent «potentiellement» alimenter un incendie au sens du CNB) Comprend 1) La construction à ossature légère de bois 2) La construction en gros bois d œuvre Gymnase de l école Vision (Québec) Centre d expertise sur la construction commerciale en bois 13

14 Usine de La Charpenterie (Chicoutimi) Résidence du Domaine Baie-Jolie (Pointe-du-Lac) Centre d expertise sur la construction commerciale en bois 14

15 Hôtel Holiday Inn (St-Hyacinthe) Construction en gros bois d œuvre Type de construction combustible dans laquelle on assure un certain degré de sécurité incendie en : Spécifiant les dimensions minimales des éléments structuraux Spécifiant l épaisseur et la composition des planchers et des toits de bois Inclut le bois massif, le bois lamellé-collé et le Parallam Centre d expertise sur la construction commerciale en bois 15

16 Manège équestre à Magog (Qc) Complexe de soccer intérieur du Parc Chauveau à Québec (Qc) Centre d expertise sur la construction commerciale en bois 16

17 Poste frontalier à Armstrong (Qc) Construction en gros bois d œuvre Construction supportée Toit seulement Planchers, planchers et toits Élément structural Bois massif (mm) Lamellé-collé (mm) Bois rond (mm) Poteaux 140 x x Arcs partant du sommet des murs ou aboutements 89 x x Poutres et fermes 89 x x Arcs partant du niveau du plancher ou à proximité 140 x x Poteaux 191 x x Poutres, fermes et arcs 140 x x x x 190 Dimensions minimales indiquées sont jugées «acceptables» pour procurer un DRF d au plus 45 minutes - Centre d expertise sur la construction commerciale en bois 17

18 Construction en gros bois d œuvre Toits en gros bois d œuvre Centre d expertise sur la construction commerciale en bois 18

19 Toits en gros bois d œuvre 1) Sauf indications contraires aux articles à , le toit d un bâtiment d au plus 2 étages de bâtiment peut être de construction en GBO, quel que soit l aire Tous du les bâtiments ou d un le type étage de construction requise, entièrement pourvu que protégés le bâtiment par gicleurs soit entièrement protégé peuvent par être gicleurs d une construction en 2) Éléments porteurs gros bois mis d œuvre en œuvre à l étage situés (bois massif, lamellé-collé ou en PSL) immédiatement au-dessous d une ossature de toit qui peut être de construction en GBO peuvent également être de construction en GBO Centre d expertise sur la construction commerciale en bois 19

20 Selon cette partie 3 du CNB, les bâtiments commerciaux (groupes D et E) peuvent atteindre : 3 étages sans système de gicleurs 4 étages avec système de gicleurs 90% des constructions ont moins de 3 étages!!! Selon le nombre d étages, avec gicleurs, la superficie maximale permise est de m² (groupe D) 75% des constructions ont moins de m²!!! Sources : O Connor, J. (2006), McKeever et al (2006), cecobois (2007) Centre d expertise sur la construction commerciale en bois 20

21 CNB exige que les charpentes en bois soient conçues selon CSA O86 2 catégories de systèmes Gravitaires : résistent aux charges verticales Poutres, colonnes, fermes, arches, poutrelles et murs Latéraux : résistent aux charges horizontales Murs de refend cloués Diaphragmes en panneaux structuraux cloués Contreventements en X ou en K Diaphragmes en platelage de madriers CSA O86 fournit les équations et les résistances des produits afin de concevoir les 2 types de systèmes Bois d œuvre Bois de sciage, bois MSR et gros bois Bois lamellé-collé Panneaux structuraux Contreplaqué et OSB Murs de refend et diaphragmes cloués Attaches Boulons, tire-fond, rivets, clous, vis, etc... Produits structuraux propriétaires Poutrelles en I et bois de charpente composite LVL, PSL et LSL Centre d expertise sur la construction commerciale en bois 21

22 1. Ossature légère (fermes légères, poutrelles, murs à colombages) Avantage: coût 2. Poutres et poteaux (bois lamellé-collé, gros bois) Avantage: esthétisme 3. Combinaison des 2 systèmes Avantages: esthétisme et coût 4. Arches et fermes en gros bois d œuvre Avantages : esthétisme et longues portées 5. Structure hybride (bois/acier ou bois/béton) Avantages : esthétisme, très longues portées et SRFL en acier/béton a) Systèmes gravitaires Gymnase de l école Vision (Québec) Fermes légères de 45 Murs à colombages et Murs de refend cloués de 16 de hauteur Centre d expertise sur la construction commerciale en bois 22

23 a) Systèmes gravitaires Gymnase de l école Vision (Québec) a) Systèmes gravitaires Usine de La Charpenterie (Chicoutimi) Fermes légères de 80 Murs à colombages et Murs de refend cloués de 16 de hauteur Centre d expertise sur la construction commerciale en bois 23

24 a) Systèmes gravitaires Résidence du Domaine Baie-Jolie (Pointe-du-Lac) Poutrelles ajourées OpenJoist 2000 Murs à colombages et murs de refend a) Systèmes gravitaires Hôtel Holiday Inn (St-Hyacinthe) Poutrelles en I Murs à colombages et murs de refend Centre d expertise sur la construction commerciale en bois 24

25 a) Systèmes gravitaires Chalet de parc Les Salines (St-Hyacinthe) Platelage en madriers Bois lamellé-collé a) Systèmes gravitaires Centre communautaire (Betsiamites) Platelage en madriers Bois lamellé-collé Centre d expertise sur la construction commerciale en bois 25

26 a) Systèmes gravitaires Poste frontalier (Armstrong) Bois Parallam (PSL) a) Systèmes gravitaires Pavillon Gene H. Kruger (Université Laval) Poutrelles en I Bois en placages stratifiés (LVL) Bois lamellé-collé Centre d expertise sur la construction commerciale en bois 26

27 a) Systèmes gravitaires Laboratoire de l Est de FPInnovations (Québec) Bois en placages stratifiés (LVL) a) Systèmes gravitaires Laboratoire de l Est de FPInnovations (Québec) Poutrelles ajourées à connecteurs métalliques Bois lamellé-collé Centre d expertise sur la construction commerciale en bois 27

28 a) Systèmes gravitaires Pavillon de service du Parc St-Sacrement (Québec) Bois lamellé-collé Poutrelles en I a) Systèmes gravitaires Collège Marie Victorin (Montréal) Arches en bois lamellé-collé Images : Nordic Structures Bois Centre d expertise sur la construction commerciale en bois 28

29 a) Systèmes gravitaires Stade de soccer Chauveau (Québec) Arches en bois lamellé-collé a) Systèmes gravitaires Manège équestre (Magog) Platelage en madriers Fermes en gros bois d œuvre Centre d expertise sur la construction commerciale en bois 29

30 a) Systèmes gravitaires Hangar Exeltech (Dorval) Fermes hybrides en bois lamellé-collé et tirants métalliques a) Systèmes gravitaires Pavillon UQAC (Chicoutimi) Fermes hybrides en bois lamellé-collé et tirants métalliques Centre d expertise sur la construction commerciale en bois 30

31 a) Systèmes gravitaires Centre de tri des matières résiduelles (Roberval) Platelage en bois lamellé-collé Fermes hybrides en bois lamellé-collé et tirants métalliques a) Systèmes gravitaires Pavillon UNB (Fredericton, N.-B.) Fermes hybrides en bois lamellé-collé et tirants métalliques Centre d expertise sur la construction commerciale en bois 31

32 b) Systèmes latéraux Contreventement en K Usine Cascades, Lachute b) Systèmes latéraux Contreventement en X en bois Pavillon Gene H. Kruger (Université Laval), Québec Centre d expertise sur la construction commerciale en bois 32

33 b) Systèmes latéraux Contreventement en X en acier Pavillon Gene H. Kruger (Université Laval), Québec b) Systèmes latéraux Contreventement en X en acier Pavillon de service du Parc St-Sacrement, Québec Centre d expertise sur la construction commerciale en bois 33

34 b) Systèmes latéraux Contreventement en béton (cage d ascenseur) Édifice FondAction CSN, Québec b) Systèmes latéraux Contreventement en béton (cage d ascenseur) Édifice FondAction CSN, Québec Centre d expertise sur la construction commerciale en bois 34

35 b) Systèmes latéraux Contreventement d une ossature légère Charges latérales b) Systèmes latéraux Contreventement d une ossature légère Charges latérales Centre d expertise sur la construction commerciale en bois 35

36 b) Systèmes latéraux Contreventement d une ossature légère Charges latérales Mur de refend Mur de refend b) Systèmes latéraux Contreventement d une ossature légère Centre d expertise sur la construction commerciale en bois 36

37 b) Systèmes latéraux Mur de refend b) Systèmes latéraux Murs de refend Résistances au cisaillement selon l agencement et l épaisseur des panneaux de revêtement, l essence de bois de l ossature, la présence ou non d entremises, ainsi que l espacement et la dimension des clous. J ub = 1 avec entremises J ub 1 sans entremises (Hs 4,88 m) Centre d expertise sur la construction commerciale en bois 37

38 b) Systèmes latéraux Murs de refend Essence ou densité du bois a un effet dans le calcul de la résistance du mur de refend (coefficien J sp ) Source : CSA O86-09 b) Systèmes latéraux Ancrage de retenue Boulon d ancrage Centre d expertise sur la construction commerciale en bois 38

39 b) Systèmes latéraux Ancrages de murs de refend 3. Conclusion Est-ce que ça se fait en bois? OUI Qui peut le faire? TOUTE BONNE VOLONTÉ A-t-on les fournisseurs au Québec? OUI A-t-on l expertise technique au Québec? OUI Est-ce plus dispendieux en bois? NON Centre d expertise sur la construction commerciale en bois 39

40 3. Conclusion Le bois est un produit noble, écologique et fait au Québec Le bois est le plus vieux matériau...et pourtant le matériau du futur!!! Le bois doit être considéré dès le devis préliminaire au même titre que l acier et le béton Les produits et l expertise existent au Québec Centre d expertise sur la construction commerciale en bois 40

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