Phase avant-projet : Construction hybride constituée d'éléments en acier minces et d'éléments en acier laminés à chaud pour constructions résidentielles Ce document introduit le concept de l'utilisation localisée d'éléments en acier laminés à chaud pour renforcer la capacité structurale des constructions résidentielles légères en acier. Il étudie l'emploi de systèmes hybrides comportant des sous-systèmes tridimensionnels et bidimensionnels ainsi que des éléments séparés. Sommaire 1. Introduction 2 2. Construction hybride avec des éléments laminés à chaud et des éléments formés à froid 2 3. Systèmes hybrides 5 4. Détails de l'assemblage entre les éléments minces en acier et les éléments laminés à chaud 7 Page 1
1. Introduction A l'heure actuelle, dans le domaine de la construction légère en acier, le terme «construction hybride» a deux significations, ce qui porte quelque peu à confusion. Elles sont définies comme suit : L'utilisation de profilés laminés à chaud à l'intérieur d'une structure globale constituée principalement d'une ossature légère en acier. La section qui suit parle alors de «construction hybride à éléments laminés à chaud et formés à froid». L'usage combiné de différents sous-systèmes dans un système structural global. On parle alors de «systèmes hybrides». 2. Construction hybride avec des éléments laminés à chaud et des éléments formés à froid La possibilité d'intégrer des éléments structuraux en acier laminés à chaud au sein d'une ossature légère en acier présente des avantages notables pour les constructions résidentielles multi-étagées : elle permet d'élargir le domaine d'application des ossatures légères en acier. Ces avantages sont tout particulièrement utiles dans le cas d'une construction modulaire. La conception hybride permet : D'intégrer des balcons dans la conception, comme l'illustre la Figure 2.1 Plus généralement, de créer des consoles lorsque la conception architecturale l'exige De résister à de fortes charges concentrées, au-delà de la capacité des éléments légers en acier tels que, par exemple, les poteaux dans des constructions modulaires ; voir la Figure 2.2. D'intégrer plus facilement les cages d'escaliers et d'ascenseurs en acier à l'intérieur de la construction légère en acier, comme l'illustre la Figure 2.3 De créer des portées plus importantes dans les endroits critiques ; voir la Figure 2.4. Les modules de taille importante peuvent nécessiter la pose de poutres de rive laminées à chaud pour franchir la distance d'un poteau (laminé à chaud) à l'autre Page 2
Figure 2.1 Balcons en laminés à chaud, incorporés dans une structure légère en acier Figure 2.2 Modules préfabriqués associés à une ossature porteuse en acier, dans un système de constructions résidentielles populaire en Suède. Page 3
Figure 2.3 Tour d'escalier et modules préfabriqués en laminés à chaud, intégrés dans une structure légère en acier Figure 2.4 Utilisation de poutres d'appui en acier laminé à chaud pour un plancher léger en acier Page 4
3. Systèmes hybrides Différents types de systèmes hybrides peuvent être envisagés : L'emploi mixte de modules tridimensionnels, de panneaux et planchers bidimensionnels. Les modules sont conçus en tant qu'éléments porteurs et les planchers franchissent l espace entre les murs porteurs et le côté des modules, comme l'illustre la Figure 2.2 L'emploi mixte d'une ossature en acier, de modules et de cassettes de plancher, illustré par la Figure 3.1 Des structures de podium en acier laminé à chaud, sur lesquelles sont posées des modules ou des structures légères en acier, comme l illustre la Figure 3.2 L'emploi de noyaux contreventés en acier pour assurer une stabilité globale, comme l'illustre la Figure 3.3 Figure 3.1 Emploi d'une structure primaire en acier pour soutenir les modules et les cassettes de plancher Page 5
Figure 3.2 Structure de podium en acier pour soutenir les modules qui la surmontent Figure 3.3 Des noyaux contreventés en acier pour assurer une stabilité globale Page 6
4. Détails de l'assemblage entre les éléments minces en acier et les éléments laminés à chaud Pour une conception hybride avec des éléments laminés à chaud et des éléments formés à froid, tout comme pour les systèmes hybrides, les assemblages entre éléments minces en acier et éléments laminés à chaud risquent d'être nombreux. Les types d'assemblage utilisés dépendent des formes particulières de la construction hybride. Les éléments primaires en acier laminés à chaud sont généralement boulonnés et leur assemblage aux éléments minces en acier doit également tenir compte de la facilité d'installation sur le chantier ainsi que des provisions pour les tolérances de construction. Les deux types d'assemblage génériques sont donc les suivants : par boulons, généralement de 16 ou 20 mm de diamètre, conçus pour agir en cisaillement plutôt qu'en traction, afin d'éviter la déformation des éléments minces en acier. par vis ; de multiples petits trous sont préperçés dans la plaque d'assemblage en acier. Le diamètre de la vis est généralement compris entre 4,8 et 6,3 mm, en fonction du type de vis et d'outil utilisé. Ici encore, les vis doivent être conçues pour agir uniquement en cisaillement. La résistance à la pression diamétrale d'un boulon de 20 mm dans un acier de 2 mm d'épaisseur est généralement de 20 kn, ce qui correspond à peu près au tiers de sa résistance au cisaillement ; la pression diamétrale de l'acier mince détermine donc la résistance. La résistance au cisaillement d'une vis de 4,8 mm de diamètre dans un acier de 2 mm d'épaisseur est de 6,5 kn ; en conséquence, 3 vis équivalent à peu près à un boulon. Les types d'assemblage les plus répandus sont les suivants : goussets soudés aux poteaux ou aux poutres au moyen d'un minimum de 2 boulons ou de 6 vis à trous préperçés. cornières, plaques ou semelles de poutre où les cassettes de plancher sont soutenues à partir du dessous et où les fixations confèrent donc un effort de solidarisation. C'est également le cas pour les exemples illustrés à la Figure 2.4 Les soudures sont rarement utilisées avec des éléments minces en acier, en raison des risques pour la santé qu'occasionnent les émanations de gaz émises lorsque le zinc est brûlé. Les techniques de fixation par rivets et clous ne sont généralement utilisées qu'en usine. Elles sont susceptibles d offrir des possibilités d économies dans un environnement de fabrication approprié et peuvent être utilisées pour faire la liaison entre des éléments laminés à chaud et des éléments laminés à froid. D'autres techniques spécialisées, comme par exemple le sertissage, sont également émergentes, alors que les techniques d'ingénierie de production deviennent de plus en plus adaptées aux constructions modulaires en 2D et 3D. Elles servent avant tout à faire la liaison entre deux éléments légers en acier et ne sont pas utilisées dans les constructions hybrides. Page 7
Enregistrement de la qualité TITRE DE LA RESSOURCE Phase avant-projet : Construction hybride constituée d'éléments en acier minces et d'éléments en acier laminés à chaud pour constructions résidentielles Référence(s) DOCUMENT ORIGINAL Nom Société Date Créé par J Baker SCI Contenu technique vérifié par G W Owens SCI Contenu rédactionnel vérifié par Dr R M Lawson SCI 22/03/06 Contenu technique approuvé par les partenaires : 1. Royaume-Uni G W Owens SCI 18/04/06 2. France A Bureau CTICM 18/04/06 3. Suède B Uppfeldt SBI 11/04/06 4. Allemagne C Müller RWTH 18/04/06 5. Espagne J Chica Labein 18/04/06 Ressource approuvée par le Coordonnateur technique G W Owens SCI 13/07/06 DOCUMENT TRADUIT Traduction réalisée et vérifiée par : eteams International Ltd. 10/07/06 Ressource traduite approuvée par : A Bureau CTICM 20/07/06 Page 8