Phase avant-projet : Structure verticale pour bâtiments multi-étagés destinés à un usage commercial et résidentiel

Transcription

1 Phase avant-projet : Structure verticale pour bâtiments multi-étagés destinés à un Décrit différents types de poteaux et éléments de contreventement vertical utilisés dans les bâtiments multi-étagés, et fournit des renseignements utiles à leur conception initiale. Contenu 1. Modes de construction 2 2. Sections en H 3 3. Sections en H partiellement enrobées 4 4. Profils creux remplis de béton 4 5. Ingénierie incendie des poteaux 5 6. Joints de poteaux 6 7. Contreventement vertical 7 Page 1

2 1. Modes de construction Les poteaux et autres éléments structuraux verticaux porteurs sont généralement conçus de façon à ce que leur impact sur l espace utile du bâtiment soit minimal. On cherche donc à leur donner les dimensions les plus petites possibles. Les dimensions des poteaux dépendent manifestement de la hauteur du bâtiment et de la superficie de plancher supportée. Le recours à une meilleure nuance d acier et à l intégration, dès la conception, d un dispositif de résistance au feu présente également un avantage (voir Section 5). Les différents types de poteaux, illustrés en Figure 1.1, sont : Les sections en H (généralement avec des plaques de protection). Les profils creux structuraux Les poteaux partiellement enrobés. Les sections tubulaires remplies de béton. (1) (2) (3) (4) (5) Légende : 1. Section HE ou UC 2. Profils creux pour la construction 3. Section en H partiellement enrobée 4. Poteau mixte à profil creux carré 5. Poteau mixte à profil creux circulaire Figure 1.1 Types de poteaux Page 2

3 2. Sections en H Les sections en H sont généralement orientées de façon à ce que les plus grosses poutres (poutres principales) soient assemblées sur les ailes des poteaux. Cela facilite énormément la conception des détails d assemblages. L emploi de sections en H comme poteaux est la solution la plus simple. On donne habituellement à un poteau la même hauteur de section sur toute la hauteur du bâtiment, avec la possibilité de faire varier l aire de la section (ex : HEA- HEB-HEM). Cette approche simplifie énormément les assemblages de poteau par couvrejoint. Par souci d économie et pour faciliter l installation des poteaux, ceux-ci sont livrés en longueurs équivalentes à deux ou trois fois la hauteur d étage. Deux tableaux servant à la conception et au calcul de poteaux HE et UC sont présentés ci-dessous (voir 0 et 0). On considère que les planchers sont soumis à une charge d exploitation de 4 kn/m 2, à laquelle s ajoute une charge permanente totale (incluant le poids propre) de 4 kn/m 2. La hauteur de plancher à plancher est prise égale à 4 m. Tableau 2.1 Dimensions-type de poteaux HE dans des ossatures contreventées. (Les dimensions indiquées correspondent aux longueurs de poteaux les plus petites, la capacité étant réduite pour les plus grandes longueurs). Grille de poteaux 6 6 m 6 9 m 6 12 m 6 15 m 4 HE 220 B HE 280 B HE 240 M HE 260 M 6 HE 280 B HE 240 M HE 260 B HE 300 M 8 HE 300 B HE 260 M HE 300 M HE 320 M 10 HE 240 M HE 300 M HE 320 M HD 400 x 347 Tous les aciers sont de nuance S Charges d exploitation = 3 kn/m plus 1 kn/m pour les cloisons Tableau 2.2 Dimensions-type de poteaux UC dans des ossatures contreventées. (Les dimensions indiquées correspondent aux longueurs de poteaux les plus petites, la capacité étant réduite pour les plus grandes longueurs). Grille de poteaux 6 x 6 m 6 x 9 m 6 x 12 m 6 x 15 m UC UC UC UC 198 S275 S275 S275 S UC UC UC UC 240 S275 S275 S275 S UC UC UC UC 235 S275 S275 S355 S UC UC UC UC 340 S275 S355 S355 S355 Nuance d acier telle qu indiquée 2 2 Charges d exploitation = 3 kn/m plus 1 kn/m pour les cloisons Des conseils supplémentaires sur le prédimensionnement des poteaux sont disponibles dans le document SN012. Page 3

4 3. Sections en H partiellement enrobées L enrobage partiel des poteaux, entre les ailes, augmente à la fois leur résistance en compression et leur résistance au feu. Un tableau servant au calcul et à la conception de sections HE partiellement enrobées est présenté ci-dessous. Dans ce tableau, la dimension maximale de la section est HE 450B. Tableau 3.1 Dimensions-type de sections en H partiellement enrobées dans des ossatures contreventées Grille de poteaux 6 x 6 m 6 x 9 m 6 x 12 m 6 x 15 m 4 HE 240A HE 240B HE 280B HE 300B 6 HE 240B HE 280B HE 340B HE 400B 8 HE 280B HE 340B HE 450B HE 300B HE 400B Tous les aciers sont de nuance S Charges d exploitation = 3 kn/m plus 1 kn/m pour les cloisons En règle générale, la résistance au feu des poteaux partiellement enrobés peut atteindre 60 ou 90 minutes, en fonction du nombre de barres d armatures qu ils contiennent (se référer à EC4-1-2). 4. Profils creux remplis de béton Les profils creux circulaires ou carrés remplis de béton jouent un rôle très important d un point de vue architectural. Leurs propriétés composites sont excellentes, du fait du confinement du béton dont ils sont remplis. Un tableau de pré-dimensionnement est présenté ci-dessous (voir 0). La résistance au feu des sections tubulaires remplies de béton s avère également excellente, car les efforts de compression sont transmis au béton, plus froid, et à ses barres d armatures. Les sections tubulaires de grand diamètre peuvent être remplies de béton par leur base, tandis que la plupart des sections tubulaires de petit diamètre sont remplies par leur extrémité supérieure. Tableau 4.1 Dimensions-type de profils creux remplis de béton dans des ossatures contreventées Grille de poteaux 6 x 6 m 6 x 9 m 6 x 12 m 6 x 15 m x x 12,5 273 x 12,5 323 x 12, x 12,5 273 x x x x 12,5 323 x x x x 12,5 355 x x x 20 Diamètre (mm) x épaisseur (mm) Tous les aciers sont de nuance S Charges d exploitation = 3 kn/m plus 1 kn/m pour les cloisons Page 4

5 En ce qui concerne la résistance au feu, la quantité minimale de barres d armature doit, en règle générale, satisfaire aux limites données dans la norme EN En règle générale, aucune armature n est nécessaire pour conférer aux poteaux une résistance au feu de 60 minutes. 5. Ingénierie incendie des poteaux Les poteaux en H sont généralement équipés d une protection incendie passive qui se présente, la plupart du temps, sous forme de systèmes de plaques, pour des raisons esthétiques. Cependant, et si cela s avère nécessaire d un point de vue architectural, ils peuvent également être protégés par des peintures intumescentes. Le recours à l ingénierie incendie des poteaux, en vue d éviter leur protection passive au feu, est possible dans les cas : De bâtiments ayant une charge d incendie faible. De structures métalliques extérieures. où la résistance au feu est prise en compte au niveau de la conception, notamment par le biais de profils creux partiellement enrobés ou remplis de béton. De poteaux à section tubulaire remplis d eau. Page 5

6 6. Joints de poteaux Les joints de poteaux se font généralement à environ 1 m au-dessus du plancher, afin de faciliter la mise en place des boulons. Quatre configurations de joints sont illustrées en Figure 6.1. Dans le cas d extrémités de poteaux non usinées, les charges axiales sont transmises par le biais de couvre-joints à multiples boulons. Il est possible d utiliser des boulons à tête fraisée là où l aile est suffisamment épaisse et là où les têtes des boulons sont susceptible de nuire à l aspect fini des poteaux. Une plaque d extrémité peut être utilisée pour les poteaux soumis à de faibles charges. Les poteaux de 8 à 12 m de longueur sont les plus économiques et correspondent à une hauteur de 2 ou 3 étages. (1) (2) Légende : (3) (4) 1. Assemblage par couvre-joint effort de cisaillement transmis par les boulons 2. Assemblage d appui d extrémité avec boulons à tête fraisée 3. Assemblage par couvre-joint poteaux de dimensions différentes 4. Assemblage par plaque d extrémité dimensions des poteaux différentes Figure 6.1 Détails d assemblages de continuité de poteaux Page 6

7 7. Contreventement vertical Le contreventement vertical de forme V, X ou K est placé dans le plan des poteaux. Les éléments de contreventement en V et en K sont généralement des profils creux (des cornières peuvent également être utilisées, mais nécessitent généralement plus d espace dans des zones encombrées), tandis que les éléments de contreventement en X sont généralement plats. Les 0 et 0 peuvent être utilisés pour le pré-dimensionnement des contreventements verticaux de forme V ou X dans les bâtiments à ossature métallique de forme rectangulaire simple, en fonction de la longueur du bâtiment (façade exposée au vent) et du nombre d étages. Tableau 7.1 Dimensions des éléments de contreventement de section tubulaire de forme V (diamètre épaisseur) Longueur du bâtiment (m) , , , , , ,5 Le contreventement est réalisé aux deux extrémités du bâtiment; 2x signifie 2 travées contreventées à chaque extrémité 2 La hauteur de plancher à plancher est de 4 m et les charges dues au vent sont de 1 kn/m. Tableau 7.2 Dimensions des éléments plats d un contreventement de forme X (largeur du plat épaisseur) Longueur du bâtiment (m) x x x x x Le contreventement est réalisé aux deux extrémités du bâtiment; 2x signifie 2 travées contreventées à chaque extrémité 2 La hauteur de plancher à plancher est de 4 m et les charges dues au vent sont de 1 kn/m. Page 7

8 Enregistrement de la qualité TITRE DE LA RESSOURCE Phase avant-projet : Structure verticale pour bâtiments multi-étagés destinés à un Référence(s) DOCUMENT ORIGINAL Nom Société Date Créé par R.M. Lawson SCI jan 05 Contenu technique vérifié par G.W. Owens SCI mai 05 Contenu rédactionnel vérifié par D.C. Iles SCI mai 05 Contenu technique approuvé par les partenaires : 1. Royaume-Uni G.W. Owens SCI 26/5/05 2. France A. Bureau CTICM 26/5/05 3. Suède A. Olsson SBI 26/5/05 4. Allemagne C. Mueller RWTH 5. Espagne J. Chica Labein 6. Luxembourg M. Haller PARE 11/5/05 20/5/05 26/5/05 Ressource approuvée par le Coordonnateur technique G W Owens SCI 28/7/06 DOCUMENT TRADUIT Traduction réalisée et vérifiée par. eteams International Ltd 09/1/06 Ressource traduite approuvée par CTICM Page 8