Plan
1. Bâtiment métallique
2. Principes de vérification aux états
limites
3. Actions sur les structures
4. Caractéristiques des matériaux
5. Combinaisons d’actions
1.
Bâtiment
métallique
Ensemble de l'enveloppe du bâtiment
Eléments principaux
Eléments secondaires
Portique courant
Portique triangulé
2.
Principes
de vérification aux états limites
Une structure est conçue pour une durée de vie
donnée.
Elle doit être dimensionnée et réalisée de
manière à satisfaire :
• aux conditions de résistance aux actions
extrêmes, à l'incendie et aux charges accidentelles ;
• aux conditions d’utilisation en présentant
certaines aptitudes au service, avec le niveau de fiabilité requis.
La vérification des structures se fait suivant
le principe de calcul aux états limites, en envisageant toutes les situations
de projet possibles telles que :
• les situations de projet durables :
conditions normales d’utilisation ;
• les situations de projet transitoires :
exécution, réparation ;
• les situations de projet accidentelles :
incendie, choc, défaillance d’un élément ;
• les situations de projet sismiques : séisme.
Il existe deux natures d’états limites :
- les « Etats Limites Ultimes » (ELU) ;
- et les « Etats Limites de Service » (ELS).
Etats Limites Ultimes
Les ELU visent la sécurité des personnes et des
structures et font l’objet de vérifications portant sur :
• une perte d’équilibre (EQU) ;
• une rupture (STR) ;
• une défaillance provoquée par la fatigue
(FAT).
La vérification à l'ELU considère la résistance
structurale sous des combinaisons d’actions pondérées traduisant les situations
extrêmes susceptibles d'agir sur l’ouvrage durant sa vie.
Une vérification ELU se traduit généralement
par une condition du type :
Ed £Rd
Ed: valeur de calcul de l’effet des actions
(sollicitation, contrainte…),
Rd : valeur de calcul de la résistance
(capacité résistante).
Etats Limites de Service
Les ELS considèrent l’aptitude au service des
structures et font l’objet de vérifications portant sur :
• le fonctionnement de la structure (condition
de déformation en utilisation normale),
• le confort de personnes (vibrations),
• l’aspect de la construction.
Les vérifications aux ELS, portant sur la
déformation des structures, se fait sous combinaisons d’actions non pondérées
(censées représenter, avec le niveau de fiabilité requis, les situations
normales d’utilisation).
Une vérification ELS se traduit généralement
par une condition du type :
Ed £Cd
Ed: valeur de calcul de l’effet des actions
(flèche, fréquence);
Cd: valeur limite du critère ELS (flèche
admissible).
3.
Actions
sur les structures
Les valeurs de calcul Fd des actions qui
rentrent dans le calcul de Ed sont basées sur des valeurs caractéristiques Fk corrigées
pour en faire des valeurs représentatives
Frep (pour les actions variables) et pondérées
par différents coefficients partiels, de combinaison ou d’accompagnement.
Parmi les actions F à prendre en compte, on distingue
:
• les actions permanentes G (poids propre,
précontrainte) ;
• les actions variables Q (charges
d’exploitation I, charges climatiques S, W) ;
• les actions accidentelles A (explosions,
chocs, neige accidentelle, vent accidentel).
Valeurs représentatives des actions
variables
Les valeurs caractéristiques des
actions sont données par l'Eurocode 1.
Suivant la nature de la
vérification (ELU ou ELS) et son caractère (principal ou secondaire), une
action variable est représentée par :
• sa valeur caractéristique Qk valeur de référence pour toute
action variable principale ;
• sa valeur de combinaison _0Qk pour toute action variable d’accompagnement, pour les
vérifications ELU et ELS irréversibles ;
• sa valeur fréquente _1Qk pour les bâtiments, le temps de dépassement correspond à 1% du
temps de référence ;
• sa valeur quasi-permanente _2Qk utilisée pour les vérifications ELU et ELS réversibles ; pour les
planchers de bâtiments, cela correspond à un temps de dépassement de 50% du
temps de référence.
Valeurs de calcul des actions
La valeur de calcul des actions, notée Fd, est
la valeur à considérer dans les combinaisons :
Fd =gF*Frep
avec: Frep
= ψi Fk
Où :
Fd : valeur de calcul de l’action ;
gF: coefficient partiel pour
l’action, qui tient compte de la possibilité d’écarts défavorables des valeurs
de l’action par rapport aux valeurs représentatives;
Frep : valeur représentative de l’action ;
ψi:
coefficients ψ0,
ψ1,
ψ2
4.
Caractéristiques
des matériaux
Les propriétés des matériaux sont représentées
par leurs valeurs caractéristiques Xk ou Rk, valeurs précisées dans les EN1992
à 1999.
Lors des vérifications, c’est la valeur de
calcul de la propriété du matériau qui est utilisée :
avec :
gM: coefficient partiel pour le
matériau
5.
Combinaisons
d’actions
En combinant plusieurs actions
variables, il faut distinguer :
• l’action variable principale Q1 ;
• les actions variables secondaires
Q2, Q3 (actions variables d’accompagnement).
Pour les bâtiments courants, les
combinaisons portent sur deux actions variables au plus. Le projet doit préciser, le cas échéant, la
prise en compte de plus de deux actions variables.
Il existe quatre familles d’ELU :
(EQU, STR, GEO et FAT)
EQU : Equilibre
STR : Résistance
GEO : Géotechnique
FAT : Fatigue
Dans le cas où l’on vérifie l’équilibre
statique de la structure, il convient de modifier de la façon suivante, la
valeur des coefficients gG pour tenir compte de la
variabilité des charges permanentes:
On doit notamment vérifier la stabilité de
l’ouvrage vis-à-vis du risque de soulèvement sous l’effet du vent en
considérant la combinaison :
Valeurs des charges d’exploitation en fonction
de la catégorie de la surface.
Pour le calcul d’un plancher à l’intérieur d’un
bâtiment ou en toiture, la charge d’exploitation est considérée comme une
action libre appliquée sur la partie la plus défavorable de la surface
d’influence.
Pour s’assurer que le plancher présente une
résistance locale minimale, une vérification séparée doit être effectuée avec
une charge concentrée qui, sauf indication contraire, ne doit pas être combinée
avec des charges uniformément réparties.
Pour les catégories A, B, C3, D1 et F, on peut
utiliser un coefficient de réduction αA
en fonction de l’aire portée. Ce coefficient est calculé selon l’expression :
Pour les autres catégories, il n’y a pas de
réduction.
Pour le calcul des poteaux ou des murs recevant
des charges de plusieurs niveaux, les charges d’exploitation totales sont
supposées uniformément réparties sur le plancher de chacun des étages. Ces
charges peuvent être réduites par l’application d’un coefficient αn
selon les expressions suivantes :
Où n est le nombre d’étages (n>2) au-dessus
des éléments structuraux chargés de la même catégorie.
Les coefficients αA
et αn ne sont pas à prendre en compte
simultanément.
Pour les catégories A à E, la charge concentrée
Qk doit être considérée comme agissant en un point quelconque du plancher,
balcon ou escalier, sur une surface de forme adaptée, en fonction de l’usage et
du type de plancher (on peut considérer que cette surface a la forme d’un carré
de 50mm de côté).
Pour les catégories F et G, il y a lieu de
considérer le schéma suivant :
(1) Les charges sur les surfaces ou locaux
industriels sont évaluées en tenant compte de l’usage prévu.
(2) Pour les toitures inaccessibles, la charge
répartie qk couvre une aire rectangulaire de 10m2 (la forme et la localisation
sont à choisir de la façon la plus défavorable, sans toutefois que le rapport
entre longueur et largeur dépasse la valeur 2). La charge répartie et la charge
ponctuelle ne sont pas à appliquer simultanément. Ces charges d’exploitation ne
sont pas prises en compte simultanément avec les charges de neige ou les
actions du vent.
(3) Pour les toitures de catégorie I, les
charges d’exploitation sont définies d’après leur usage (catégories A à G).
(4) Pour les toitures de catégorie K, la charge
au décollage Qk doit être pondérée par un coefficient dynamique j
= 1.5 pour tenir compte des effets d’impact
