Phase avant-projet : Sélection de la stratégie d'ingénierie incendie appropriée pour les Les présentes informations traitent des approches d'ingénierie incendie les plus appropriées dans des cas spécifiques concernant les bâtiments publics à un seul niveau. Sommaire 1. Introduction générale aux stratégies d'ingénierie incendie 2 2. Choix de la conception optimale 3 3. Description des méthodes 6 4. Conclusions 9 Page 1
1. Introduction générale aux stratégies d'ingénierie incendie Plusieurs stratégies d'ingénierie incendie sont possibles pour les bâtiments publics à un seul niveau. Le Tableau 1.1 récapitule les choix disponibles. Tableau 1.1 Sélection de la stratégie d'ingénierie incendie Choix de la stratégie globale Méthodologie Actions thermiques Modélisation (Comportement au feu) thermique (Transfert de chaleur) Modélisation structurelle (Réponse structurale) Méthodes de feu normalisé Ingénierie incendie basée sur les performances Utilisation de données précalculées issues d'essais normalisés (Données du fabricant) A Données tabulées à partir de EC4 B Méthodes de calcul simplifiées des Eurocodes Méthodes de calcul avancées (modèles) C D Méthodes de calcul simplifiées des Eurocodes Méthodes de calcul avancées (modèles) E F Les données du fabricant prennent en compte tous les aspects de l'ingénierie incendie Courbe ISO normalisée Courbe ISO normalisée Courbe paramétrique (feu de compartiment) Incendie des éléments externes Feu localisé Modèles de zone Calculs CFD (Computational Fluid Dynamics) 4.2 de l'en1994-1-2 Acier 4.2.5 de l'en1993-1-2 SD004 SD005 Mixte 4.3 de l'en1994-1-2 Acier et mixte Analyse par éléments finis Analyse par différences finies Acier 4.2.5 de l'en1993-1-2 SD004 SD005 Mixte 4.3 de l'en1994-1-2 Acier et mixte Analyse par éléments finis Analyse par différences finies Acier 4.2.3 & 4.2.4 de l'en1993-1-2 (Température critique, Modèle d'ingénierie simple) Modélisation par éléments finis Acier 4.2.3 & 4.2.4 de l'en1993-1-2 Modélisation par éléments finis Page 2
Le choix de la méthode optimale dépend des facteurs suivants : Les règlements explicites Trouver le juste équilibre entre la simplicité de la conception et l'économie du résultat La disponibilité des informations, par exemple la charge calorifique Les caractéristiques du bâtiment L'expertise disponible 2. Choix de la conception optimale Les répondent à un large éventail de fonctions et leurs conceptions structurales peuvent être très variées. La plupart des bâtiments industriels non publics à un seul niveau ne nécessitent aucune résistance au feu autre que celle consistant à veiller à ce que les murs à proximité des limites de la parcelle de terrain ne s'effondrent pas de manière prématurée, ce qui risquerait de propager l'incendie aux bâtiments voisins. Les bâtiments publics de réunion et de sport à un seul niveau comportent généralement des durées définies de résistance au feu permettant d'assurer une évacuation sécurisée du bâtiment. Les charges calorifiques peuvent toutefois être très faibles. Les centres commerciaux publics nécessitent des durées de résistance au feu définies pour assurer une évacuation sécurisée. Il est probable qu'il soit requis de contrôler la taille du compartiment au moyen de volets roulants. Face à une telle variété d'exigences, la première étape la plus importante consiste à définir les paramètres suivants, en les reliant le cas échéant aux organismes de réglementation compétents : les durées de résistance au feu, le cas échéant les exigences particulières visant à empêcher la propagation du feu, le cas échéant les attitudes vis-à-vis des approches spécifiques de l'ingénierie de la sécurité incendie L'attitude des autorités de réglementation aura un impact majeur sur le choix de l'approche de conception. Le Tableau 2.1Tableau 2.1 récapitule les approches globales disponibles et offre des directives pour le choix de la méthode dans le cadre défini par les organismes de réglementation. Il faut noter que le tableau est exhaustif ; seuls certains paramètres seront pertinents pour un bâtiment donné. Sous réserve des conseils d'expert appropriés, il peut être possible de combiner plusieurs méthodes pour différents aspects de l'ingénierie de la sécurité incendie. Par exemple, il peut être économique d'utiliser la courbe ISO normalisée (C) pour les actions thermiques avec des méthodes de calcul avancées (D) pour effectuer la modélisation thermique et structurale. Page 3
Tableau 2.1 Directives pour le choix de l'approche de calcul d'un bâtiment donné à un seul niveau comportant une exigence de résistance au feu Méthodes de feu normalisé Méthodes basées sur les performances Commentaires 1. Taille du bâtiment - superficie au sol A. Données du fabricant B. EC4 Données pour une construction mixte C. Calculs simples D. Calculs avancés Petite, < 1 000 m 2 Moyenne Grande, > 10 000 m 2 E. Calculs simples F. Calculs avancés Celle-ci se rapporte aux économies potentielles, qui seront plus importantes par rapport au travail de calcul supplémentaire pour les bâtiments de plus grande taille. 2. Réglementation des constructions Approche dans la limite autorisée Les approches normatives ne peuvent être utilisées qu'au sein de domaines spécifiques Approche à l'extérieur de la limite autorisée X 3. Provision de mesures actives de lutte contre les incendies Détection, alarmes et évacuation des fumées Sprinklers Certains règlements nationaux et/ou autorités locales autorisent la présence de mesures actives destinées à réduire les charges calorifiques 4. Proximité des bâtiments Les règlements nationaux peuvent voisins ou des limites de imposer un traitement particulier la parcelle Proche Distant 5. 6. Période de résistance au feu Très courte (15 min) Courte (30 min,) Moyenne (60 min,) Longue > 90 min Intensité du feu Inconnue Charge calorifique type connue Charge calorifique faible connue Incendie local X Il peut être économique de prévoir des périodes très courtes de résistance au feu en appliquant des approches normatives simples. Pour des périodes plus longues, il est possible de justifier une protection moindre par le calcul L'intensité du feu est liée à la charge calorifique ou au type d'utilisation et aux caractéristiques du bâtiment ou du compartiment Page 4
Méthodes de feu normalisé Méthodes basées sur les performances Commentaires A. Données du fabricant B. EC4 Données pour une construction mixte C. Calculs simples D. Calculs avancés E. Calculs simples F. Calculs avancés Structure Le vent et la neige régissent le «calcul à l'état froid» Réserve supplémentaire provenant d'un comportement non utilisé pour la conception à l'état froid, par exemple un déplacement important provenant de l'action de chaînette Poteaux externes au compartiment Caractéristiques particulières Construction métallique non protégée X Des réserves implicites de résistance, par exemple en réduisant la charge pour la condition d'incendie et l'exposition à l'incendie, permettent d'accroître la valeur potentielle d'approches plus avancées Des conditions inhabituelles nécessitent généralement une étude plus détaillée Compartiment de grande taille Risques spéciaux Typologie spéciale Centre commercial Bâtiment de grande hauteur > 15 m Accès à l'expertise Absence d'expertise X X X X Disponibilité limitée d'expertise X X X En cas d'absence d'expertise appropriée, il n'est pas possible d'employer des méthodes plus avancées Expertise Légende Solution la plus économique Solution probablement économique Le paramètre n'influence pas cette méthode de conception X Ce paramètre exclut l'emploi de cette méthode Page 5
3. Description des méthodes 3.1 Emploi de données précalculées pour des essais normalisés : (A et B) Données du fabricant et données issues de l'en1994 Cette méthode sous-entend un feu normalisé et une réponse structurale et thermique supposée, issue d'essais normalisés. Elle est généralement appliquée à des éléments structuraux isolés. Des conditions d'incendie indéterminées (par exemple : charge calorifique incertaine ou susceptible de changer sensiblement) Aucune caractéristique thermique potentielle susceptible de réduire sensiblement les températures de l'acier dans un incendie, par exemple la protection inhérente des poutres en acier de la dalle de plancher Aucune caractéristique structurale potentielle susceptible d'améliorer sensiblement la performance en cas d'incendie, par exemple la réduction des charges Aucune exigence de conception particulière, telle que, par exemple, une structure métallique exposée Conditions essentielles assurant la validité de ces approches : Conformité générale aux exigences relatives aux aspects de la conception du bâtiment, comme par exemple les exigences de compartimentation (volume maximum des espaces individuels), les distances d'évacuation en cas d'incendie, etc. En cas d'absence d'expertise, il s'agit là des seules méthodes qui peuvent être adoptées en pratique pour la conception. Résultat : niveaux standards de protection incendie 3.2 Méthodes de calcul simplifiées des Eurocodes : Feu normalisé (C) ou ingénierie incendie basée sur les performances (E) Il s agit d employer des calculs simples pour modéliser l évolution température-temps de l'incendie (E seulement), l'échauffement des éléments individuels et/ou la réponse structurale. L analyse incendie est appliquée au compartiment, alors que les analyses thermique et structurale sont appliquées aux éléments isolés. Page 6
Pour la modélisation du feu : Il est possible d'adopter soit une courbe de feu normalisé, soit l'ingénierie incendie basée sur les performances. Des conditions d'incendie déterminées (par ex. : charge calorifique claire et peu susceptible de changer de manière significative) Une taille de compartiment fixée dans les limites définies par la norme Expertise limitée d un spécialiste requise. Pour la modélisation thermique : Caractéristiques thermiques des matériaux connues Susceptibles d'être avantageuses pour les détails de construction qui se traduisent par une réduction sensible des températures de l'acier, par exemple des poteaux encastrés dans les murs Expertise limitée d un spécialiste requise Pour la modélisation structurale Éléments sensiblement surdimensionnés, conférant une réserve de résistance efficace Expertise limitée d un spécialiste requise Conformité générale aux exigences relatives aux aspects de la conception du bâtiment, comme par exemple les exigences de compartimentation (volume maximum des espaces individuels), les distances d'évacuation en cas d'incendie Conditions essentielles pour que les calculs simplifiés soient utilisables : Présence d'un certain degré d'expertise Acceptation par les autorités Résultat : réduction potentielle des niveaux de protection incendie appliquée. 3.3 Méthodes de calcul avancées : Feu normalisé (D) ou Ingénierie incendie basée sur les performances (F) Cette méthode emploie des calculs pour modéliser l évolution température-temps de l'incendie (F seulement), l'échauffement d'éléments isolés et/ou la réponse structurale. L analyse incendie est appliquée au compartiment, alors que l analyse thermique est appliquée aux éléments isolés et les analyses structurales sont appliquées à un ensemble structural (mais pas forcément à la structure complète). Page 7
Pour la modélisation du feu : Les méthodes et leur conditions d utilisation sont généralement les mêmes que pour les approches basées sur des calculs simples. Il est préférable de choisir la méthode conjointement avec l'autorité concernée ; par exemple, les modèles de zone sont généralement acceptés par un plus grand nombre d'autorités que les feux paramétriques. La méthode CFD peut être utile lorsqu'il est nécessaire de prendre en compte des mouvements de fumée. Des conditions d'incendie déterminées (par ex. : une charge calorifique claire et peu susceptible de changer de manière significative) La taille du compartiment dépasse les limites imposées par la norme Les issues de secours se trouvent au-delà des distances limites imposées par la norme Expertise disponible de spécialistes Pour la modélisation thermique : Les méthodes et leur conditions d utilisation sont généralement les mêmes que pour les approches basées sur des calculs simples. Il existe rarement un avantage significatif à utiliser des approches analytiques plus complexes pour les éléments en acier ; les sections mixtes nécessitent obligatoirement l'emploi de méthodes avancées. Caractéristiques thermiques des matériaux connues - noter qu'il peut être difficile de les obtenir, notamment en ce qui concerne les revêtements intumescents. Susceptibles d'être avantageuses pour les détails de construction qui se traduisent par une baisse sensible des températures, par ex. : poteaux encastrés dans les murs Expertise disponible de spécialistes Pour la modélisation structurale Actions structurales secondaires (par ex. : assemblages semi-rigides), qui sont habituellement ignorées dans les calculs, apportant une réserve de résistance effective Conditions essentielles pour que les calculs avancés soient utilisables : Expertise disponible de spécialistes Acceptation par les autorités Conditions qui rendent cette approche obligatoire : Le bâtiment ne se conforme pas aux exigences de configuration telles que la compartimentation (volume maximum des espaces individuels) ou les distances d'évacuation en cas d'incendie Résultat : des niveaux nettement réduits de protection incendie appliquée et dans beaucoup de cas l'acier peut être laissé sans protection Page 8
4. Conclusions Beaucoup de bâtiments non publics à un seul niveau ne nécessitent aucune résistance au feu. Une résistance au feu est obligatoire pour la plupart des bâtiments publics à un seul niveau. Les périodes de résistance au feu et autres exigences annexes doivent être déterminées en consultation avec les autorités de réglementation. Le choix de la méthode optimale d'ingénierie incendie pour un bâtiment individuel à un seul niveau dépend d'une combinaison de données concrètes et d'expériences subjective. Dans la plupart des cas, une approche normative de la conception suffira, mais dans certains cas, des calculs simplifiés peuvent engendrer un certain degré d'efficacité. Les méthodes plus avancées doivent être réservées aux cas où les investigations préliminaires indiquent qu'elles offrent un avantage significatif. En se rapportant au Tableau 2.1 et à la Section 3, l'ingénieur sera en mesure de faire un choix informé sur la méthode, sans pour autant disposer de connaissances spécialisées. En cas d'emploi de méthodes de calcul plus avancées, l'ingénieur devra veiller à avoir accès à l'expertise appropriée. Page 9
Enregistrement de la qualité TITRE DE LA RESSOURCE Phase avant-projet : Sélection de la stratégie d'ingénierie incendie appropriée pour les Référence(s) DOCUMENT ORIGINAL Nom Société Date Créé par Roger Plank University of Sheffield Contenu technique vérifié par Ian Simms, SCI Contenu rédactionnel vérifié par Contenu technique approuvé par les partenaires : 1. Royaume-Uni G W Owens SCI 25/04/06 2. France A Bureau CTICM 25/04/06 3. Suède B Uppfeldt SBI 25/04/06 4. Allemagne C Müller RWTH 25/04/06 5. Espagne J Chica Labein 25/04/06 6. Luxembourg M Haller PARE 25/04/06 Ressource approuvée par le Coordonnateur technique G W Owens SCI 28/01/08 DOCUMENT TRADUIT Traduction réalisée et vérifiée par : eteams International Ltd. 12/08/06 Ressource traduite approuvée par : A Bureau CTICM 29/08/06 Page 10