Chapitre 2

Université A. MIRA, Béjaïa Faculté de la Technologie Département de Génie Civil, Master 1(M&S) Module de Constructions Métalliques Enseigant : A. BOUROUBA Année universitaire 2013/2014

Chapitre 2 : �� En génie civil, la conception, le calcul ainsi que la réalisation de tout bâtiment en acier doivent satisfaire aux exigences fondamentales suivantes : −

−

−

Sécurité : Le bâtiment doit résister et rester stable avec des degrés appropriés de fiabilité aux actions et influences susceptibles de s'exercer sur lui durant son exécution et lors de son exploitation. Aptitude au service : Il doit être apte au service pour lequel il a été conçu avec une probabilité acceptable compte tenu de sa durée de vie envisagée et de son coût. Durabilité : Il doit avoir une durabilité convenable au regard des coûts d'entretien.

Pour satisfaire ces exigences, on doit : − − −

Choisir convenablement convenablement les matériaux à utiliser ; Définir un dimensionnement et des détails constructifs appropriés Recourir à des procédés de contrôle bien adaptés au projet considéré aux stades de la production, de l'exécution et de l'exploitation.

�� Le concepteur des composants de l’ossature métallique doit tenir compte de toutes les contraintes liées à des différentes étapes du projet de construction car les discisions prises à ce stade affectent de façon déterminante l’économie globale du projet (coût). Pour une conception optimale de ces composants, on doit respecter les principes élémentaires suivants : −

−

− −

Pousser aussi loin que possible la standardisation des éléments (profils, nuance d’acier) et des assemblages (pièces de liaison, diamètre, longueur et nuance des boulons, ...etc.) ; Adopter des solutions judicieuses permettant d’éviter, dans toute la mesure du possible, les raidissages ou renforcements au niveau des assemblages ; Penser à la facilité d’accès pour la réalisation et l’inspection des soudures ; Mettre au point une procédure de montage et définir complètement le système de stabilisation temporaire correspondant ;

2-1

Constructions métalliques (2013/2014) −

−

Chapitre 2 : Conception des Ossatures de Bâtiments

Tenir compte de l’incidence des tolérances de laminage et de fabrication des pièces sur leur montage en ménageant des jeux au niveau des assemblages et en prévoyant des cales; Tenir compte des gabarits de transport et des moyens de levage disponibles sur site dans la définition des sous-ensembles préfabriqués à l’usine.

À titre d’exemple, si le premier principe n’est pas respecté par le concepteur (absence de standardisation), cela se traduit par les conséquences suivantes : −

−

−

Les études d’exécution ou de calcul des assemblages vont être beaucoup plus longues donc plus coûteuses ; Les achats d’acier ne vont pas être optimisés du fait d’un grand nombre de profils différents à commander en plus petites quantités ; Les fabrications seront plus complexes donc plus coûteuses du fait de nombreux raidisseurs ou renforcements à réaliser ponctuellement.

Remarque : En plus de ces principes élémentaires de conception, le concepteur définit les composants d’une structure métallique en fonction du cahier des charges du maître d’ouvrage, du contexte réglementaire et des règles de l’art.

�� Pour dimensionner une structure métallique, les différentes étapes à suivre sont : − − − −

− −

Dessin de l’ossature principale ; Définition des actions appliquées à la structure ; Choix des barres de l’ossature sur la base d’un prédimensionnement ou de l’expérience ; Modélisation de la structure et analyse globale afin de déterminer les sollicitations dans les barres ; Vérifications diverses des barres (résistance, flambement, diversement, flèche, ...etc.) Conception, calcul et vérification des assemblages.

Remarque : Si certaines barres ne sont pas vérifiées au cinquième point, un redimensionnement est indispensable et la mise à jour du modèle de calcul doit être effectuée au quatrième point. Les calculs sont terminés lorsque tous les critères de résistance, de performance et d’économie sont satisfaits.

�� Actuellement en Algérie, les bureaux d’études spécialisés dans la conception et le calcul des structures métallique utilisent les règlements suivant : − − − −

Règles de conception et de calcul des structures en acier CCMA97 (DTR B.C. 2.44) ; Règles Parasismiques Algériennes RPA 99-version 2003 (DTR B.C. 2.48) ; Règlement neige et vent RNV1999 (DTR C 2-4.7) ; Charges permanentes et charges d’exploitation (DTR B.C. 2.2) ;

A. BOUROUBA

Master 1 (M&S)

2-2

Constructions métalliques (2013/2014) − − − − −


Conception et dimensionnement des structures mixtes acier-béton (DTR B.C. 2-4.10) ; Règles de calcul des fondations superficielles (DTR B.C. 2.331) ; Eurocode 3 qui porte sur la conception et le calcul des ouvrages de génie civil en acier ; Eurocode 4 qui porte sur la conception et le calcul d’ouvrages mixtes acier-béton ; Etc.

�� Les actions sont classées en fonction des caractéristiques de la structure suivant : − − −

Sa composition : charges permanentes ; Sa localisation : charges climatiques et sismiques ; Son utilisation prévue : charges d’exploitation.

Une autre classification peut être adoptée en fonction de leur variation dans le temps à savoir : −

 

Actions permanentes  : elles comprennent : Poids propre de tous les éléments de la structure ; Poids propre des équipements fixes ; Poids, poussées et pressions des terres ; Déformations permanentes imposées tels que les déplacements différentiels des appuis. Actions variables  : Charges d’exploitation : qui résultent de l’usage des locaux, du fonctionnement des équipements, de produits stockés dans les bâtiments, ...etc. Charges appliquées en cour d’exécution ; Actions climatiques : à savoir les actions de la neige, du vent et de la variation de la température. Actions accidentelles : telles que les explosions, les chocs, les séismes, ...etc. • • • •

−

 

•

• •

−

�� Sont les ensembles constitués par les actions de calcul à considérer simultanément. Ces actions de calcul sont définies par : −

−

− −

−

 : l’ensemble des actions permanentes défavorables ;  : l’ensemble des actions permanentes favorables ;  : action variable de base ;  : actions variables d’accompagnements ;  : action sismique ;

Pour les structures de bâtiments, les combinaisons d’actions à considérer sont les suivantes :

A. BOUROUBA

Master 1 (M&S)

2-3

Constructions métalliques (2013/2014)

2.6.1


��

Les états limites ultimes sont associés à l’effondrement de la structure, ou à d’autres formes de ruine structurale qui peuvent mettre en danger la sécurité des personnes et on distingue : Situations durables ou transitoires :

La combinaison avec prise en compte uniquement de l’action variable la plus défavorable :

��  �  � ��  La combinaison avec prise en compte de toutes les actions variables défavorables :

��  �  � ��  NB : pour les actions variables qui ont un effet favorable sur les structures, ces dernières ne doivent pas être prises dans les calculs.

Situations accidentelles :

Dans le cas de l’action sismique qui est considérée comme étant accidentelle, le RPA99 définit les combinaisons suivantes :

 �  �  �  ��  � ��  ∓  Pour les poteaux dans les ossatures autostables, la première combinaison accidentelle est remplacée par :

 �  �  � ��  2.6.2

��

Les états limites de service correspondent aux états au-delà desquels les critères spécifiés d’exploitation ne sont plus satisfaits et on définit : la combinaison avec prise en compte uniquement de l’action variable la plus défavorable :

 �  �  et la combinaison avec prise en compte de toutes les actions variables défavorables :

 �  � �� 

A. BOUROUBA

Master 1 (M&S)

2-4



�� La stabilité géométrique vis-à-vis des charges horizontales (vent, séisme, ...etc.) d’une structure est assurée par un système de contreventement et on distingue les différents types suivants : 2.7.1

��

Les ossatures en portique sont des structures dans lesquelles la résistance aux forces horizontales est assurée principalement par la flexion des barres.

Ossature en portique 2.7.2

��

Les ossatures avec triangulation à barres centrées sont des structures dans lesquelles la résistance aux forces horizontales est assurée principalement par des éléments soumis à des efforts normaux. Il existe de nombreuses topologies possibles de treillis, qui ne sont pas égales entre elles du point de la dissipation d'énergie globale qu'elles permettent. On distingue : Ossatures à triangulation diagonale :

Dans lesquelles la résistance aux charges horizontales peut être assurée par les seules diagonales tendues et en négligeant dans le calcul l'existence des diagonales en compression.

Les ossatures à triangulation diagonale Ossatures à triangulation en V :

Dans lesquelles la résistance aux forces horizontales demande de considérer à la fois les diagonales tendues et comprimées.

Ossatures à triangulation en V A. BOUROUBA

Master 1 (M&S)

2-5



Ossatures à triangulation en K :

Dans lesquels l’intersection des diagonales se trouve sur un poteau. Dès qu’il y a flambement d’une diagonale comprimée, leur résistance correspond à celle d’un portique.

Ossatures à triangulation en K 2.7.3

��

Sont des structures dans lesquelles la résistance aux forces horizontales est assurée principalement par des éléments soumis à des efforts normaux. Il existe de nombreuses topologies possibles, dont certaines proches des types de treillis centrés définis précédemment.

Ossatures avec triangulation à barres excentrées 2.7.4

��

Dans ce cas, les forces horizontales calculées sont réparties entre elles en proportion de leur raideur relative, la structure la plus raide reprenant l'effort le plus grand. L'égal déplacement des 2 types de structure est imposé par les planchers diaphragmes.

Ossatures en portique, combinées avec des triangulations centrées 2.7.5

��

Dans ce type d’ossatures, l’effort sismique est repris uniquement par les noyaux ou murs en béton.

Ossatures métalliques comportant des noyaux ou murs en béton A. BOUROUBA

Master 1 (M&S)

2-6


2.7.6


��

Dans ce cas, on traite des ossatures en portique acier comportant des remplissages (voiles ou diaphragmes verticaux).

Ossatures en portique combinées avec des remplissages

Références K. A. VERCELLINO, Composants métalliques : Conception et dimensionnement, C 2 550 Techniques de l’ingénieur. A. PLUMIER, Constructions en zone sismique, université de Liège, 2006, www.ArGEnCo.ULg.ac.be M. LANDOWSKI & B. LEMOINE, Collection Mémentos : Concevoir et construire en acier, Arcelor, Luxembourg, 2005. J. Morel, Calcul des structures métalliques selon l’Eurocode 3, EYROLLES, Paris 1994. J. Morel, Structures métalliques : CM 66 aditif 80 – Eurocode 3, EYROLLES, Paris 1995. APK, Construction métallique et mixte acier-béton : Calcul et dimensionnement selon les Eurocodes 3 et 4, Paris 1996. CGS, Calcul pratique des structures métalliques, OPU – CGS, Alger 2008 DTR BC 2.44, Règles de conception et de calcul des structures en acier CCM 97, OPU – CGS, Alger 1999. DTR BC 2.22, Charges permanentes et charges d’exploitation, OPU – CGS, Alger. Eurocode 3, Calcul des structures en acier, afnor, paris 1999.

A. BOUROUBA

Master 1 (M&S)

2-7

Chapitre 2

Recommend Documents