Phase avant-projet : Effet diaphragme dû à l'enveloppe

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1 Phase avant-projet : Effet diaphragme dû à l'enveloppe Ce document donne des informations sur les points importants à considérer lorsque l'on prend en compte l'effet diaphragme. Il présente également les principales étapes à observer dans le calcul d'un diaphragme. Sommaire 1. Généralités 2 2. L utilisation de l effet diaphragme 2 3. Calcul avec prise en compte de l effet diaphragme 3 4. Références 4 Page 1

2 1. Généralités Beaucoup de bâtiments sont pourvus d'une toiture métallique. Dans de nombreux pays, une conception utilisant l effet de diaphragme de l enveloppe du bâtiment relève d'une pratique admise qui permet de construire des toitures dépourvues de contreventement. Toutefois, pour des raisons d'assurance, certains pays interdisent l'utilisation de la conception avec effet diaphragme. Lorsque pour des raisons architecturales et économiques, le contreventement n'est pas souhaité dans des toitures plates, la conception par diaphragme présente un moyen judicieux de l'éviter. Elle permet de dégager des économies considérables tant en termes de matériaux que de main-d'œuvre. Une conception utilisant l enveloppe nécessite d'envisager le système structural du bâtiment dans sa globalité. Il est donc nécessaire de stipuler clairement à qui incombe la responsabilité de la stabilité de la structure. Le projeteur doit disposer de suffisamment de connaissances sur la conception détaillée des bacs métalliques et les entrepreneurs doivent bien comprendre le comportement des diaphragmes et les conséquences de tout défaut au niveau de la construction. Figure 1.1 Bâtiment industriel conçu avec utilisation de l effet diaphragme 2. L utilisation de l effet diaphragme La couverture et le bardage constitués de tôles nervurées présentent dans leur plan une capacité portante considérable. L enveloppe du bâtiment lui confère une rigidité accrue et peut servir de système de stabilité. Elle peut être utilisée pour transmettre les actions de vent et d'autres charges horizontales (comme par exemple celles des appareils de levage mobiles) vers les pignons, ainsi que pour transférer les charges de toiture vers les fondations. Le contreventement des pannes, lisses, traverses et poteaux de taille moyenne qui sont adjacents Page 2

3 aux parois peut être assuré par effet diaphragme de l enveloppe. Le bardage peut lui aussi être utilisé pour supporter une partie des charges verticales telles que la neige ou le poids propre dans le cas de toitures en pente, ou pour répartir les charges latérales des appareils de levage mobiles vers plusieurs portiques. En cas d'utilisation de l effet diaphragme, il est important de prendre en considération ce qui suit : Si la longueur du bâtiment est supérieure à cinq fois sa largeur, les flèches risquent de devenir tellement importantes que le bac ne parviendra pas à rester en contact avec les têtes des poteaux. La conception par effet diaphragme ne convient pas à des bacs soumis à des contraintes induites provenant de différences de températures entre la structure et le bardage. La présence de petites ouvertures, d'une superficie totale égale à moins de 15 % de la superficie du bardage, est permise sans procéder à d'autres calculs, à condition que ces ouvertures soient disposées à l'intérieur d'une zone dont le bord est situé à une distance égale à au moins un quart de la plus petite longueur. Des ouvertures de plus grosse taille sont acceptées à condition d'effectuer des calculs supplémentaires, voir [1, 2, 3]. Il ne faut pas que l'emploi d'une conception utilisant l effet diaphragme empêche une extension future du bâtiment ou un changement d'usage. Le montage peut nécessiter un contreventement provisoire. Dans les parois verticales extérieures, l'effet diaphragme dans le bardage peut servir de système de contreventement à la place d un contreventement en croix. Ce système est rarement utilisé dans la pratique, du fait que le projeteur ne peut pas être sûr qu'à l'avenir, le bardage continuera à servir de contreventement. Des portes et fenêtres de grandes dimensions ouvertes dans le bardage peuvent, elles aussi, être une raison pour laquelle il est souhaitable d'éviter l utilisation de l effet diaphragme comme système de contreventement dans les parois verticales. Par ailleurs, puisque le montage nécessite souvent un contreventement temporaire, celui-ci peut être conservé comme contreventement permanent, auquel cas l'utilisation de l effet diaphragme n'est pas nécessaire. 3. Calcul avec prise en compte de l effet diaphragme Le calcul avec utilisation de l effet diaphragme comprend normalement les principales étapes décrites ci-dessous. Une description plus complète est donnée en [1, 2, 3, 4]. Beaucoup de fabricants réalisent, à titre gratuit, l étude du diaphragme pour vendre leurs produits. Déterminer les charges et les combinaisons de charge concernées Déterminer le type de diaphragme Calculer les efforts tranchants et les moments Déterminer la résistance du bardage (d'après les données du fabricant) Déterminer la résistance des fixations (d'après les données du fabricant) Concevoir le bardage pour une action transversale Page 3

4 Déterminer les actions qu'exerce le vent sur le diaphragme Calcul du bardage Calcul des attaches Étudier les effets de température (si le bâtiment n'est pas isolé) Concevoir des appuis pour les pannes (si les pannes sont incluses) Vérifier les déformations 4. Références 1 Höglund, T., Stabilisation by stressed skin diaphragm action, SBI Publication 174, Västervik, European recommendations for the application of metal sheeting acting as a diaphragm, ECCS Publication No 88, Bryan, E. R., and Davies, J. M., Steel diaphragm roof decks, Granada, Davies, J. M., and Bryan, E. R., Manual of stressed skin diaphragm design, Granada, 1982 Page 4

5 Enregistrement de la qualité TITRE DE LA RESSOURCE Phase avant-projet : Effet diaphragme dû à l'enveloppe Référence(s) DOCUMENT ORIGINAL Nom Société Date Créé par Emma Unosson SBI Contenu technique vérifié par Anders Olsson SBI Contenu rédactionnel vérifié par Contenu technique approuvé par les partenaires : 1. Royaume-Uni G W Owens SCI 23/05/06 2. France A Bureau CTICM 23/05/06 3. Suède B Upfeldt SBI 23/05/06 4. Allemagne C Müller RWTH 23/05/06 5. Espagne J Chica Labein 23/05/06 Ressource approuvée par le Coordonnateur technique G W Owens SCI 27/09/07 DOCUMENT TRADUIT Traduction réalisée et vérifiée par : eteams International Ltd. 28/09/06 Ressource traduite approuvée par : A. Bureau CTICM 07/05/07 Page 5