École de technologie supérieure Département de génie de la construction Responsable(s) du cours : Crédits : 3 Lotfi Guizani CTN785 ANALYSE ET CONCEPTION DES STRUCTURES Préalable(s) : CTN508 PLAN DE COURS SESSION AUTOMNE 2013 1. Coordonnées de l enseignant Groupe 01: Lotfi Guizani (Lotfi.Guizani@etsmtl.ca) 2. Descriptif officiel du cours À la suite de ce cours, l étudiant sera en mesure : d analyser et dimensionner les structures de différents ouvrages et plus particulièrement des bâtiments multi-étages en béton armé selon les exigences du Code national du bâtiment (CNB) et de la norme de béton armé ACNOR A23.3; d intégrer les données et contraintes relatives au projet, de prédimensionner et modéliser la structure; d évaluer les charges y compris les charges sismiques; d effectuer différents types d analyses de la structure complète à l aide de logiciels d analyse spécialisés; de dimensionner et détailler les éléments primaires et critiques du système de résistance aux forces gravitaires (SRFG), aux forces latérales (SRFL) et aux forces sismiques (SRFS). Notions de dynamique des structures et de calcul sismique, exigences parasismiques du CNB, ductilité et conception par capacité, dalles bidirectionnelles, bielles et tirants, colonnes, murs de refend, fondations superficielles et dalles sur sol. Simulation d un projet de conception d une structure de bâtiment en béton armé passant par les étapes suivante: 1) interprétation de documents, codes et règlements; 2) calcul des charges de gravité et latérales (vent, séisme), pré-dimensionnement et confection de plans préliminaires pour des portions d ouvrage spécifiées par le professeur; 3) modélisation de la structure, génération des charges, réalisation de différentes analyses (statiques et dynamiques) détaillées; 4) finalisation de la conception des éléments primaires et critiques des systèmes de résistance (SRFG, SRFL et SRFS), recommandations pour plans et devis. Séances de travaux pratiques reliés à la simulation du projet et à des exemples d application des différentes notions introduites, présentations et critiques des projets. Session automne 2013 CTN785 ANALYSE ET CONCEPTION DES STRUCTURES 1
3. Objectifs spécifiques du cours Ce cours vise à permettre à l étudiant d approfondir ses connaissances en analyse et conception de structures et de connaître les rouages les plus importants de l élaboration des projets de conception et de calcul des structures. À la fin de ce cours, l étudiant sera familiarisé avec : L étude des plans d implantation et d architecture, des rapports d études de sol et des rapports de spécialistes, des divers codes et des exigences spécifiques au projet. Les éléments de base du calcul dynamique des structures. La philosophie et les principaux éléments de calcul et conception parasismique des structures en béton selon le CNB et la norme ACNOR/ CSA- A23.3. Le choix et la conception des systèmes de résistance aux charges verticales et aux charges latérales. L analyse et le dimensionnement préliminaire des principaux éléments de la charpente et de fondation. Des méthodes de conception additionnelles (non couvertes dans le cours de base, CTN-508) des structures en béton armé : bielles et tirants, dalles 2D, murs de contreventement. Analyse structurale, vérification informatisée et manuelle des éléments structuraux, préparation des notes de calcul et des recommandations pour l élaboration de plans et devis techniques. 4. Stratégies pédagogiques utilisées L apprentissage se fera à l aide de cours magistraux et de séances de travaux pratiques.la simulation d un projet de conception d un bâtiment servira de base pour les fins de l application des notions introduites. 39 heures d enseignement magistral (trois (3) heures par semaine) pour rappeler les notions acquises, acquérir de nouvelles notions et compléter certains points importants à la bonne compréhension du projet simulé. 24 heures de travaux pratiques (6 séances de 4h à toutes les 2 semaines). Ces heures seront utilisées pour l application des notions et concepts étudiés et pour le calcul et la conception, manuels et informatisés, des éléments du projet simulé. Le projet est réalisé par équipes, formées au début de session et dont la composition ne peut être modifiée par la suite. Pour assurer un bon déroulement du cours et de la réalisation du projet simulé, il est possible que durant les séances de travaux pratiques, des notions théoriques soient présentées et couvertes et que durant les cours magistraux, des exemples de calcul soient présentés lors des cours magistraux. Le professeur pourra ainsi personnaliser sa formation selon les besoins. Session automne 2013 CTN785 ANALYSE ET CONCEPTION DES STRUCTURES 2
L étudiant est incité à utiliser les livres employés dans les autres cours et de nombreux ouvrages de référence. Il est également appelé à utiliser un logiciel de calcul structural pour l analyse et le dimensionnement de la structure. 5. Contenu du cours La matière de ce cours est subdivisée en groupes de sujets (thèmes), est la suivante, les durées indiquées étant approximatives : Contenus traités dans le cours Introduction : Processus de conception et principes. Études des plans d architecture. Codes utilisés. Capacité portante du sol. Heures 1h Études des charges non sismiques : Surcharges dues à l utilisation. Charge permanente. Surcharges dues à la neige, à la glace et à la pluie. Surcharges dues au vent : sur l ensemble du bâtiment, sur le revêtement extérieur. Combinaison des charges. 2h Calcul dynamique et sismique : Introduction au calcul dynamique des structures : réponse d un système à 1DDLD et à plusieurs DDLD, analyse modale, analyse spectrale, analyses dans le temps linéaire et non linéaire. Philosophie de conception sismique du CNB 2005. Approche de conception par capacité, notions de spectre, calcul spectral, ductilité, mécanisme de ruine, Principales dispositions sismiques du CNB 2005. Choix du système structural, modélisation et analyses: Choix du système de résistance aux charges de gravité et descente des charges. Choix du système de résistance aux charges latérales et acheminement des charges. Choix du logiciel de calcul structural. Choix du logiciel de calcul structural. Configuration du projet Modélisation de la charpente. Types d analyses sur ADA. Définition des éléments structuraux (dimensions, sections, matériaux), éléments poutre colonne, éléments murs de refends. Appuis, conditions frontières et arrangement structural. 9h 6h Session automne 2013 CTN785 ANALYSE ET CONCEPTION DES STRUCTURES 3
Définition des charges, combinaisons de charges. Types d analyses. Effet P- Valeurs requises pour le dimensionnement. Survol du dimensionnement des éléments structuraux, vérification de l arrangement structural : Éléments de planchers et du toit. Dalles et tabliers. Poutres : principale, secondaire, de rive. Détails d armature. Efforts axiaux, efforts tranchants, moments fléchissant, efforts de contact, efforts combinés. Déformations des éléments, déformations du bâtiment. Fondations (types de fondations). Calcul des dalles 2D Calcul par la méthode directe Autres méthodes : portique équivalent. Dimensionnement des dalles sur sol. Semelle continue sous deux poteaux et poutre de redressement. 4h 3h 2h 3h Calcul en cisaillement. Méthode générale. Méthode des bielles et tirants. Murs de cisaillement et murs couplés, conception de la zone de rotule plastique. Plans, devis et divers. Plans de structures. Bordereaux d armature. Devis techniques. Vérification et approbation des dessins de fabrication. Coordination, surveillance, modifications, plans tel que construit. 3h 5h 1h Total 39 Session automne 2013 CTN785 ANALYSE ET CONCEPTION DES STRUCTURES 4
6. Laboratoires ou travaux pratiques Description Les séances des travaux pratiquent sont essentiellement consacrées au projet de session (conception d un bâtiment). Cependant, quelques séances sont allouées à présenter des exemples d application des notions additionnelles étudiées et des exemples de calcul utiles à la réalisation du projet de session. Total Heures 24 24h 7. Utilisation d outils d ingénierie Logiciel ADA (Visual Design) de Graitec, pour l analyse et la conception de structures 3D Logiciel SP (Structure Point), particulièrement les modules suivants sont recommandés à titre de complément à la version de base d ADA, pour la réalisation du projet : - spslab pour le calcul et la conception des dalles 2D en béton armé - spcolumn pour la conception des colonnes en béton armé sous sollicitation composée. Alternativement, les modules équivalents de ADA (non activés dans la License disponible à l ETS) peuvent être utilisés. 8. Évaluation Activité % Examen Couvrant une sélection de matière et pour une durée de 2h ½. 20 final Noté individuellement. Rapport d étape Couvrant approximativement la matière des 18 premières heures de travail selon le contenu ci-dessus, à remettre vers la mi-session à une date qui sera précisée durant la session vers la 30 Rapport final fin de la septième semaine. Noté par équipe. Contenant les notes de calculs, les résultats informatiques et les annexes, à remettre à la fin de la session. Noté par équipe. L examen final est d une durée de deux heures et demi (2h ½ ) Retard de remise d un travail Des pénalités s appliquent sur les retards dans la remise des travaux. Elles seront indiquées au cours de la session et/ou dans l énoncé du travail en question 50 Session automne 2013 CTN785 ANALYSE ET CONCEPTION DES STRUCTURES 5
9. Ouvrages de référence Aucun ouvrage de référence n est obligatoire pour ce cours. Cependant, le cours fait appel à plusieurs cours du baccalauréat et à des notions complémentaires. L étudiant est encouragé à consulter les notes de cours de CTN-408 et CTN-508 et de consulter les ouvrages suivants pour recueillir les informations requises et pour approfondir leurs connaissances : Manuels et ouvrages de référence CNRC, Code national du bâtiment du Canada, 2005. CNRC, Supplément du Code national du bâtiment du Canada, 2005. CPCA, Concrete Design Handbook, 3ième edition, 2006 (A23.3-04) Omar Chaallal, Structures en béton armé- Calcul selon la norme ACNOR A23.3-04, 2ième édition, avril 2012. Logiciels de calcul structural ADA (Visual Design anciennement), logiciel général d analyse de structure, par Craitec, disponible dans les laboratoires d informatique assignés. spslab, spcolumn : logiciels de conception de dalles et colonnes en béton, par Structure Point, disponibles dans les laboratoires d informatique assignés. Informations & directives Des informations et des directives complémentaires seront communiquées par courriel et/ou déposées sur le réseau de l ETS, dans le sous-répertoire CTN785 du répertoire des cours M:/ Session automne 2013 CTN785 ANALYSE ET CONCEPTION DES STRUCTURES 6
CTN785 ANALYSE ET CONCEPTION DES STRUCTURES ANNEXE I 1. Caractéristiques du cours Responsable(s) du cours : Lotfi Guizani Coordonnées de l enseignant : Groupe 01: Lotfi Guizani (Lotfi.Guizani@etsmtl.ca) Préalables : CTN508 Crédits : 3 2. Descriptif officiel du cours À la suite de ce cours, l étudiant sera en mesure : d analyser et dimensionner les structures de différents ouvrages et plus particulièrement des bâtiments multi-étages en béton armé selon les exigences du Code national du bâtiment (CNB) et de la norme de béton armé ACNOR A23.3; d intégrer les données et contraintes relatives au projet, de prédimensionner et modéliser la structure; d évaluer les charges y compris les charges sismiques; d effectuer différents types d analyses de la structure complète à l aide de logiciels d analyse spécialisés; de dimensionner et détailler les éléments primaires et critiques du système de résistance aux forces gravitaires (SRFG), aux forces latérales (SRFL) et aux forces sismiques (SRFS). Notions de dynamique des structures et de calcul sismique, exigences parasismiques du CNB, ductilité et conception par capacité, dalles bidirectionnelles, bielles et tirants, colonnes, murs de refend, fondations superficielles et dalles sur sol. Simulation d un projet de conception d une structure de bâtiment en béton armé passant par les étapes suivante: 1) interprétation de documents, codes et règlements; 2) calcul des charges de gravité et latérales (vent, séisme), pré-dimensionnement et confection de plans préliminaires pour des portions d ouvrage spécifiées par le professeur; 3) modélisation de la structure, génération des charges, réalisation de différentes analyses (statiques et dynamiques) détaillées; 4) finalisation de la conception des éléments primaires et critiques des systèmes de résistance (SRFG, SRFL et SRFS), recommandations pour plans et devis. Séances de travaux pratiques reliés à la simulation du projet et à des exemples d application des différentes notions introduites, présentations et critiques des projets. Session automne 2013 CTN785 ANALYSE ET CONCEPTION DES STRUCTURES 7
3. Répartition des unités d agrément du BCAPG Maths Sciences naturelles Études complémentaires Science du génie Conception en ingénierie Total 0,0 0,0 0,0 14,70 44,10 58,8 4. Évaluation Absence à un examen Dans les cinq (5) jours ouvrables suivant la tenue de son examen, l étudiant devra justifier son absence d un examen durant le trimestre auprès de la coordonnatrice Affaires départementales qui en référera au directeur du département. Pour un examen final, l étudiant devra justifier son absence auprès du Bureau du registraire. Toute absence non justifiée par un motif majeur (maladie certifiée par un billet de médecin, décès d un parent immédiat ou autre) à un examen entraînera l attribution de la note zéro (0). Plagiat et fraude Les clauses du «Chapitre 10 : Plagiat et fraude» du «Règlement des études de 1 er cycle» s appliquent dans ce cours ainsi que dans tous les cours du département. Afin de se sensibiliser au respect de la propriété intellectuelle, tous les étudiants doivent consulter la page Citer, pas plagier! http://www.etsmtl.ca/etudiants-actuels/cycles-sup/realisationetudes/citer-pas-plagier Session automne 2013 CTN785 ANALYSE ET CONCEPTION DES STRUCTURES 8