Phase avant-projet : Stratégie de sécurité-incendie pour bâtiments multi-étagés à usage résidentiel et commercial

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1 Phase avant-projet : Stratégie de sécurité-incendie pour bâtiments multi-étagés à Schématise les principaux impératifs pratiques pour la sécurité-incendie et les moyens d'évacuation. Introduit l'ingénierie incendie et couvre la protection passive au feu et l'utilisation d'une charpente en acier partiellement protégée et non-protégée. s Contenu 1. Principes de sécurité-incendie 2 2. Exigences relatives à la sécurité-incendie 3 3. Moyens d évacuation 4 4. Ingénierie de la sécurité-incendie 5 5. Formes de protection active 6 6. Formes de protection passive 7 2. Facteur de massiveté 8 3. Construction métallique non protégée 9 4. Sections mixtes 10 Page 1

2 1. Principes de sécurité-incendie Les exigences de base relatives à la sécurité-incendie des réglementations nationales sont : Permettre l évacuation en sécurité des occupants. Contrôler l évolution de l incendie. Prévenir la propagation de l incendie. Par exemple, il est possible qu il y ait des exigences particulières du fait du voisinage immédiat d autres constructions. Permettre une lutte efficace contre l incendie. Empêcher l effondrement du bâtiment. Toutefois, les relations entre ces principes et les dispositions spécifiques des réglementations varient d un pays à l autre. La structure doit posséder une résistance au feu suffisante pour satisfaire toutes ces exigences. La protection de la structure du bâtiment permettant d éviter des dégâts disproportionnés en cas de petit incendie est implicite dans les réglementations. Il est également reconnu que les mesures de protection «active» réduisent efficacement la sévérité des incendies ; elles ne sont cependant pas obligatoires, sauf dans certains pays pour les bâtiments dépassant 30 m de hauteur (bâtiments comprenant généralement 7 ou 8 étages). Page 2

3 2. Exigences relatives à la sécurité-incendie Les réglementations définissent les exigences suivantes pour la conception du bâtiment : Résistance au feu minimale (généralement par tranches de 30 minutes). La durée de résistance au feu est la durée nominale pendant laquelle un bâtiment résiste à un incendie nominal (normalisé) sans effondrement, destruction des éléments de compartimentage ou déformation excessive. Aire maximale des compartiments Distance maximale à parcourir jusqu aux moyens d évacuation. Les durées de résistance au feu pour les différents types de bâtiments sont données dans le 0 (Note : celles-ci dépendent des réglementations nationales et varient selon les pays en Europe). Tableau 1.1: Exigences de résistance au feu en fonction du type de bâtiment Type de bâtiment Résistance au feu (minutes) en fonction de la hauteur du bâtiment (m) < 5 5 à à 30 > 30 Résidentiel Bureaux avec sprinklers Magasins avec sprinklers 120 avec sprinklers Note : Ce tableau est basé sur les données britanniques ; les autres pays européens peuvent avoir des impératifs différents. La résistance au feu peut être obtenue au moyen d un ou de plusieurs des éléments suivants : Résistance propre de la structure. Utilisation d une protection incendie passive (par ex. : produits cimentiers projetés ou peintures intumescentes) pour limiter la hausse de la température de la structure. Utilisation d une protection incendie active (par ex. : sprinklers) pour limiter la sévérité de l incendie. Page 3

4 3. Moyens d évacuation La conception des moyens d évacuation dépend des distances à parcourir pour atteindre les zones protégées, telles qu indiquées dans le 0 ci-dessous. Ces distances dépendent des réglementations nationales. Pour les bureaux, les distances minimales à parcourir influencent la dimension maximale des compartiments. La réalisation d escaliers robustes protégés contre l incendie et l installation de multiples moyens d évacuation sont extrêmement importants, en particulier dans les bâtiments élevés. Pour les structures en acier, ceci peut conduire à l utilisation de noyaux en béton ou reconstitués en acier pour les bâtiments de plus de 20 étages. Tableau 3.1 : Distances maximales à parcourir pour atteindre les escaliers de secours ou les zones protégées Type de bâtiment Distance à parcourir (m) dans : Une direction Plusieurs directions Résidentiel 9 18 Bureaux Magasins Note : Ces distances à parcourir ne sont que des exemples. Elles sont basées sur les données britanniques ; les autres pays européens peuvent avoir des impératifs différents. Dans tout bâtiment multi-étagé, la prise en considération des moyens d évacuation influence le plan d implantation, en particulier les noyaux (voies de sortie verticales protégées). Pour la construction en acier il est intéressant de répartir ces noyaux en plan, là où ils pourront également être utilisés pour stabiliser le bâtiment et transmettre les forces horizontales aux fondations. Page 4

5 4. Ingénierie de la sécurité-incendie Dans de nombreux pays, l EN et l EN sont les premiers documents de référence présentant l ingénierie de la sécurité-incendie comme outil de conception. L ingénierie incendie est une philosophie de conception basée sur un processus holistique qui prend en compte le risque d incendie, la sévérité de l incendie (en considérant des scénarios d incendie), les moyens d évacuation (en sécurité), le contrôle des fumées (par des mesures actives et des systèmes d activation) et la réponse de la structure au feu. Elle est souvent utilisée comme alternative aux méthodes normatives basées sur la résistance au feu des composants individuels quand le bâtiment possède une charge d incendie intérieure faible et que les moyens d évacuation en cas d incendie sont bons. Dans les immeubles de bureaux, l ingénierie incendie peut être utilisée de façon efficace dans les cas suivants, où : des sprinklers ou d autres systèmes actifs réduisent le risque et la sévérité d un feu des systèmes d alarme et de détection permettent une évacuation plus rapide un atrium ou une autre enceinte intérieure de grande dimension permet un compartimentage efficace du feu une réduction de l exigence de résistance au feu peut être justifiée en fonction de la charge calorifique et des conditions de ventilation les moyens d évacuation et le contrôle des fumées dans les couloirs d évacuation protégés sont bons. Par exemple pour des bureaux, il peut être démontré qu à niveau de sécurité égal, une conception fondée sur l ingénierie incendie permet de justifier une réduction de la résistance au feu de 90 à 60 minutes pour les poutres secondaires et les dalles de plancher (voir plus loin). L ingénierie incendie est très probablement avantageuse là où : la structure est de grande dimension et les économies potentielles justifient l effort de conception. la structure est non courante et pourrait être insuffisamment couverte par les méthodes normatives traditionnelles. Page 5

6 5. Formes de protection active Les systèmes de protection active sont ceux qui détectent la fumée ou les incendies et qui activent un système d extinction. Les systèmes de protection active les plus couramment utilisés sont les sprinklers qui produisent une aspersion d eau localisée, pour empêcher le développement de fumée ou de faibles incendies avant qu ils ne conduisent à un «embrasement généralisé» : ils peuvent en fin de compte éteindre complètement l incendie. Trois types de systèmes sprinkler peuvent être prévus selon le danger (risque) et l application (destination du bâtiment) ; ils sont définis dans l EN12845:2004 Systèmes d extinction des incendies, systèmes de sprinklers automatiques. Conception, installation et fabrication, comme suit : Risque faible Bâtiments généralement à usages commerciaux et non industriels. Risque moyen Groupes I et IV, où le Groupe I comprend les sous-sols et les zones d entreposage des bâtiments commerciaux Risque élevé Zones dont le contenu est hautement combustible Les sprinklers sont habituellement munis de «réservoirs» en verre qui se brisent en cas d échauffement et se déversent sur une zone de plancher afin d éteindre l incendie sans causer de dégât d eau disproportionné. Pour les immeubles de faible hauteur, la canalisation peut être remplie d eau (système «sous eau»), mais pour les bâtiments plus élevés, la canalisation est «sous air» jusqu à ce qu elle soit activée par une source secondaire. Les sprinklers classés «risque faible» sont généralement prévus dans les bureaux, les hôpitaux ou les bâtiments de petite taille et leur nombre ne dépasse généralement pas 500 par installation dans un système sous eau ou 250 dans un système sous air. Pour les bâtiments élevés, il convient de limiter la différence d altitude entre les sprinklers les plus hauts et les plus bas d une installation à 45 m. Pour un risque faible, le débit minimal est de 255 l/min, il est porté à 375 l/min pour un risque moyen ; le diamètre nominal de la canalisation est de 65 mm. Parmi les autres systèmes actifs, on trouve : Le halon (pour les équipements où l eau n est pas appropriée) Les écrans automatiques, les volets Les systèmes d extraction de fumée Les sprinklers et les autres systèmes actifs ont un taux de succès élevé pour l extinction et la prévention des incendies et peuvent permettre une réduction des exigences de résistance au feu, d agrandir les aires de zone compartimentage ou d augmenter l espacement des gaines anti-feu. Page 6

7 6. Formes de protection passive Une construction métallique est habituellement protégée contre le feu, bien que l ingénierie incendie puisse être utilisée pour justifier le comportement d une construction métallique non protégée. Il existe cinq formes de protection passive au feu : Protection par projection appliquée autour de la section. Protection par plaques formant un «caisson». Revêtement intumescent appliqué autour de la section. Enrobage de béton formant une enveloppe rectangulaire autour de l élément. Elément mixte par exemple, remplissage de poteaux tubulaires. Pour les produits projetés, les plaques ou les revêtements intumescents, les paramètres importants sont la durée de résistance au feu et le taux d échauffement de l élément défini par sa massiveté et sa forme (voir la définition du Facteur de massiveté ci-dessous). Les épaisseurs habituelles de protection sont présentées dans le Tableau 6.1 pour les produits projetés ou les plaques, et pour les revêtements intumescents. Les revêtements intumescents sont appliqués en une seule couche pour les épaisseurs allant de 0,6 mm à 1,8 mm et en deux couches pour les épaisseurs allant de 2,0 mm à 3,5 mm. Ces couches gonflent lors de l échauffement pour isoler l élément. Les revêtements intumescents peuvent être appliqués hors du chantier de façon à augmenter l efficacité du procédé de construction. Ils constituent une solution efficace pour obtenir une résistance au feu allant jusqu à 90 minutes (même si les autorités nationales de certains pays ne reconnaissent qu une résistance au feu de 60 minutes pour ces revêtements). Ils sont de plus en plus populaires car ils simplifient, et donc accélèrent, la production sur le site. Tableau 6.1 Epaisseurs habituelles de protection au feu (pour les poutres) Système Résistance au feu (min) Épaisseur (mm) pour le Facteur de massiveté de l élément en m m m m -1 Projection/Plaques * Revêtements intumescents 30 0,6 * 0,6 0,9 60 0,6 1,1 1,5 90 1,2 2,1 3,4 Note : Ces épaisseurs dépendent du produit utilisé et sont données seulement à titre indicatif. Ce tableau est basé sur les données britanniques ; les autres pays européens pourraient avoir des exigences différentes. * Epaisseur Minimale Page 7

8 2. Facteur de massiveté Le facteur de massiveté d un élément définit son taux d échauffement en fonction de sa forme, du caractère partiel de sa protection, et de la nature de cette protection. Par simplicité, il est défini comme suit : Facteur de massiveté = Surface exposée au flux thermique par unité de longueur (A)/Volume par unité de longueur (V) Ce paramètre prend en compte la différence entre l exposition sur 4 faces (par exemple, pour les poteaux) et l exposition sur 3 faces (pour les poutres supportant des dalles). Les formules permettant de calculer les facteurs de massiveté sont présentées en Figure 2.1. t f b t w h A/V = 2b + h - t w (b - wt ) t f + 0.5ht w A/V = b + h (b - wt ) t f + 0.5ht w (1) (2) t f t w h b A/V = 1.5b + h - t w (b - t w ) t f + 0.5ht w A/V = 0.5b + h (b - t w ) t f + 0.5ht w (3) (4) Légende : (1) Exposition sur 4 faces protection par revêtement de la section (2) Exposition sur 4 faces protection par caisson (3) Exposition sur 3 faces protection par revêtement de la section (4) Exposition sur 3 faces protection par caisson Figure 2.1 Définition du facteur de massiveté pour différents types de protection incendie Page 8

9 3. Construction métallique non protégée Le calcul de structure à l état limite d incendie peut être utilisé pour justifier la résistance au feu des poutres en acier non protégées dans les cas suivants : aires de circulation, où les charges d incendie sont faibles et les moyens d évacuation sont bons. poutres mixtes, avec dalle armée pour résister aux effets de traction de membrane. poutres partiellement protégées, comme dans les poutres des planchers de type «slim floor» ou les poutres intégrées. sections en acier, totalement ou partiellement enrobées, et poteaux tubulaires remplis de béton. construction métallique extérieure ou partiellement protégée par la façade ou par un écran. Pour ce type d étude, il convient de s assurer le concours d un spécialiste. Un exemple de structure en acier non protégée, contreventée verticalement est montré en Figure 3.1. Figure 3.1 Structure verticale contreventée déterminée selon les principes de l ingénierie incendie pour éliminer la protection au feu Page 9

10 4. Sections mixtes Les sections mixtes - sections en acier totalement ou partiellement enrobées, sections creuses remplies de béton - peuvent atteindre une résistance au feu de 60 à 90 minutes grâce à l effet isolant du béton. Cette résistance au feu peut être augmentée jusqu à 120 minutes à l aide d armatures supplémentaires. Des exemples de sections mixtes sont présentés en Figure 4.1. (1) (2) (3) (4) Légende : (1) Poteau tubulaire rempli de béton (2) Section en H partiellement enrobée (3) Plancher de type «slim floor» ou poutre intégrée (4) Poutre mixte partiellement enrobée Figure 4.1 Sections mixtes en acier possédant une résistance propre vis-à-vis de l incendie Page 10

11 Enregistrement de la qualité TITRE DE LA RESSOURCE Phase avant-projet : Stratégie de sécurité-incendie pour bâtiments multi-étagés à 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 STEEL : 1. Royaume-Uni G.W. Owens SCI France A. Bureau CTICM Suède A. Olsson SBI Allemagne C. Mueller RWTH Espagne J. Chica Labein Luxembourg M. Haller PARE Ressource approuvée par le Coordonnateur technique G.W. Owens SCI DOCUMENT TRADUIT Traduction réalisée et vérifiée par : eteams International Ltd. Ressource traduite approuvée par : CTICM Page 11