CHARPENTE METALIQUE
SOMMAIRE - PHASE I I.
INTRODUCTION ............................................03
II.
PRESENTATION DU PROJET.............................05
III.
OBJET D’ETUDE......................................05 D’ETUDE......................................05
CONCEPTION STRUCTURALE.....................14
EVALUATION DES CHARGES..........................29
ACTION ET COMBINAISONS D’ACTIONS......29 D’ACTIONS......29
ESTIMATION DES CHARGES......................32
IV. APPLICATION DU LOGICIEL « PORTAL ».........36 V.
BIBLIOGRAPHIE ...........................................50
CHARPENTE METALIQUE
DESIGNATION
NOTATION
VALEUR
UNITE
Masse volumique
ρ
7850
daN/ m
Ea
210 000
c
G
81000
N/mm²
Coefficient de poisson
ν ν
0.3
-
coefficient de dilatation thermique
αa αa
12.10-6
°C-1
3
Module d’élasticité longitudinale (de Young) module d’élasticité transversale (de cisaillement)
c) Caractéristiques mécaniques : Ce sont les caractéristiques les plus importantes pour l’ingénieur de structure lors de ses travaux de conception et de calcul de sécurité de l’ouvrage vis -à-vis des actions aux quelles il est sujet. Parmi les caractéristiques mécaniques des aciers, les plus couramment utilisées pour une application dans la construction métallique, nous citons ici : Limite d’élasticité :
Désignée par Re ou
σe dans le règlement français CM66 ou dans l’Eurocode 3.
Son unité de mesure est le N/mm² ou Mpa C’est la plus grande force (appliquée par unité de section initiale) au -delà de laquelle le métal conserve une déformation permanente, c’est-à-dire c’est-à-dire la limite de conservation de sa géométrie. Elle sert au calcul à la contrainte des éléments travaillant à la flexion, au cisaillement, au flambement…
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Ré si stan ce àla tr acti on (r u ptu r e) : Désignée par Rr ou σr ou dans l’Eurocode 3. Son unité Son unité de mesure est aussi le N/mm² ou MPa. C’est la plus grande force (appliquée par unité de section initiale) que le métal peut supporter en traction avant la rupture. Elle sert au calcul de fatigue.
Al l onge ongeme ment nt àr àr uptur e : A en % Noté aussi
εlim, c’est l’allongement relatif limite de l’éprouvette d’essai
exprimé en % de la longueur initiale, c’est-à-dire c’est -à-dire l’allongement maximal tolérable avant la rupture. Les règles (CM66) prescrivent (CM66) prescrivent A ≥ 20 % Module d’élasticité longitudinale longitudinale (module (modul e de Young):
E en N/mm² Exprimant la rigidité du métal, c’est le facteur de proportion entre la contrainte F appliquée à une barre et l’allongement relatif de cette barre dans le domaine élastique.
Essais mécaniques des aciers : On distingue deux catégories d’essais pouvant être conduits pour la recherche des caractéristiques mécaniques de l’acier de construction : les essais essa is destructifs et les essais non destructifs.
E ssai aiss de desstr ucti f s : Les essais destructifs nous renseignent sur les qualités mécaniques des aciers. Il existe plusieurs types d’essais, notamment. notamment.
Essai de traction : Essai Cet essai est de loin le plus important et le plus utile pour le concepteur en génie civil et pour le contrôleur de fabrication. Il permet la détermination des propriétés de l’acier cité précédemment cité précédemment : σe, σr, A σr, A et E.
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Selon la norme NFA03, l’essai de traction est pratiqué sur une éprouvette cylindrique, ou autres formes géométriques, soumise à un effort de traction progressivement croissant, allant de zéro à l’effort de rupture. Un enregistrement enregistrement graphique mesure l’allongement de l’éprouvette en fonction de l’effort.
Essai normalisé de traction: éprouvette composée de deux têtes et d’une zone réduite. Adroite, des graphes modèles de σ = P/A en fonction de ε = Δl / l
Diagrammes contraints -déformations -déformations d’acier doux
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OP: plage d’élasticité avec σ = E. ε , proportionnalité entre déformation et contrainte, c’est la loi de Hooke.
Nuance: La notion de nuance ou catégorie (grade steel) pour les aciers d’usage général de construction métallique est définie à partir de la valeur de l’une de ses caractéristiques mécaniques de base : c’est la limite d’élasticité.
Pr i n ci cipe pe de dé si gn gnat atii on on::
La lettre S est suivie d’un nombre désignant la valeur minimale spécifiée de la limite d’élasticité. Par exemple la nuance S 355 représente un acier dont la valeur minimale de la limite d’élasticité est d’élasticité est 355 N/mm²(ou MPa).A l’intérieur de ces nuances, est défini un certain nombre de qualités qui offrent des garanties supplémentaires contre des risques particuliers liés à la mise en œuvre ou à l’exploitation. Les normes européennes donnent les nuances suivantes :
S 235 - S275 - S 355 - S 420 - S 460 Le choix de la nuance sera effectué en fonction de la conception des assemblages et des conditions de service du bâtiment. Dans la construction de bâtiments, les conditions de faibles déformations (flèches limitées pour l’exploitation) et celles liées aux instabilités (flambement ou voilement d’éléments) conduisent à employer couramment l’acier doux de nuance nuance S 235, facilement soudable.
d) CARACTRESTIQUE GEOMETRIQUE : D’une manière générale, le hangar de notre exposé est composé de plancher ou toiture et des portiques, qui constituent l’ossature principale des bâtiments, sont composé aussi des traverses qui supportent les pannes, et des poteaux qui supportent les traverses.
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TABLEAUX DES DONNEES : Donnée
symbole
unité
valeur
1 Portée
L
m
15
2 Hauteur sous toit
H
m
8
3 Pente de toiture
p
%
8
4 Espacement entre 2 portiques
B
m
8
Nombre de travée dans le sens longitudinal
n1
5
7
6 Longueur de jarret
Lh
m
0.9
7 Hauteur de l’acrotère
Lp
m
0.6
8 Base de poteau Nombre d’appuis latéraux pour 9 traverse 1 Nombre d’appuis latéraux pour poteau 0 1 Nuance d’acier 1 1 Isolation thermique exigée 2 1 Situation géographique 3 Zone 1 Vent 4 Pression de référence 1 Neige 5
base
articulation
n2
≥3
n3
≥1
nua
S275
isoth
non
ville
Naama
ZV qref
2
N/m
II 470
Zone
ZN
Charge de référence
Sk
kN/m2
0.3438
Altitude
alt
m
1085
C
-Valeur limites des déplacements horizontal au sommet de poteau = H/150. - flèche sous faîtage = L/200.
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e) CONCEPTION STRUCTURALE: 1) COVERTURES : Les couvertures équipant la grande majorité des bâtiments métallique, dispositif étanche aux précipitations atmosphériques recouvrant la partie supérieur des bâtiments. Dans le domaine construction métallique on distingue essentiellement 02 type sont :
Les
couvertures
en
plaques
ondulées
d’amiante-ciment, d’amiante-ciment,
destinées
généralement aux constructions de bacs de gamme (hangars agricoles, dépôts,...).
Les couvertures en bacs aciers nervurés (éventuellement aluminium), plus
onéreuses, mais présentant de multiples avantages, qui font de ce couverture le plus répandu. On distingue principalement principalement 03 type sont :
Cou Co u vertu ver tu r e sè che. ch e.
Couverture support d’étanchéité.
Couver Couver tur e par pann eaux sandwichs andwi chs..
Dans notre exposer, on a choisi une couverture en panne pann eaux sandwi chs type type
Promistyl F Promistyl F eu 3005 T, dans ce type de couverture les composants (peau extérieure, isolant, peau intérieure) sont pré assemblés en atelier pour constituer des panneaux monoblocs. Ces panneaux préfabriqués sont composés de deux parements le plus souvent en tôle traitée enserrant un isolant minéral ou solidarisés par une mousse de synthèse injectée, constituant l’âme isolant peut être comprise entre (30 et 80mm). C’est un type de couverture économique de plaques d’acier nervurées, utilisé pour des pentes > 7℅. 7℅.
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CARACTERISTIQUES DE LA PLAQUE Masse en (kg/m²)
17.70
Epaisseur de la mousse (mm)
60
Portée d’utilisation en (m)
3.65
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2) PANNE: Les pannes, qui ont pour fonction de supporter la couverture, sont disposées parallèlement à la ligne de faîtage, dans dans le plan des versants. Disposées à entraxes constants, elles sont jumelées au faîtage (pannes faîtières) et peuvent être renforcées en rives pour reprendre des efforts horizontaux dus au vent (panne sablières). Leur por tée tée correspond à l’entraxe des fermes (travée) et leur entraxe est déterminer par la portée admissible des bacs de couverture. Dans la majorité des cas, les pannes constituées de poutrelles laminées IPE, elles peuvent être également réalisées en profilés minces (tôle pliées à froid) , en section de Z,U,∑. Z,U,∑. Les pannes sont posées sur les fermes et assemblées par boulonnage. Les appuis sont considère libres et articulés. Pour éviter leur glissement à la pose ou leur basculement, du fait de la pente des versants, elles sont assemblées aux fermes par p ar l’intermédiaire l’intermédiaire de pièces en équerre (chantignolles).
Les pannes sont soumises à: des charges verticales (poids propre de la panne et du complexe de couverture, neige, charge accrochées éventuelles), dont la résultante, ramenée en charge linéique, n se décompose en une charge f parallèle à l’âme l’âme de la panne et une charge t perpendiculaire à l’âme, qu’il convient
de
bien
prendre
en
compte, afin d’évite tout d’évite tout risque de déversement latéral. Et à une charge oblique W, due au vent (pression ou succion), appliquée perpendiculairement au versant, donc parallèlement parallèlement à l’âme l’âme de la panne.
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Il conviendra donc de calculer, lors du dimensionnement d’un profil de panne, deux moments de flexion distincts, selon les deux plans principaux d’inertie du profil. Pour notre projet, on adoptera des pannes de profilé IPE 140 avec les caractéristiques suivantes :
Di me mens nsii ons :
Désignation
Profilé
h (mm)
b (mm)
tw (mm)
tf (mm)
r (mm)
d (mm)
P Kg/m
A cm²
Pannes
IPE 140
140
73
4.7
6.9
7
112.2
12.9
16.4
car acté r i sti stiqu que e de cal calcu cull :
Iy (cm4)
Wely (cm3)
iy (cm)
Wply (mm)
A vz (cm²)
Iz (cm4)
Welz (cm3)
iy (cm)
Wply (cm3)
It (cm4)
54120
77.32
5.74
88.34
7.64
44.92
12.31 12.31
1.65
19.25
2.45
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3) TRAVERSE: Les traverses, sont les éléments qui constituent avec les poteaux, les portiques principaux des bâtiments, qui supportent les pannes et la couverture, Le choix d'une traverse en acier constituent vrai parti constructif. Pour garantir l'objectif d'un délai d'exécution court, il est indispensable, dès la conception. Les IPE sont les profils les les mieux adaptés adaptés pour réaliser une traverse. Pour notre projet, on adoptera des traverses de profilé IPE 600 (calculer par le logiciel) avec les caractéristiques suivantes :
Di me mens nsii ons :
Désignation
Profilé
h (mm)
b (mm)
tw (mm)
tf (mm)
r (mm)
d (mm)
P Kg/m
A cm²
Pannes
IPE 600
600
220
12
19
24
514
122
156 15 6
Welz (cm3) 307.9
iz (cm) 4.66
Wplz (cm3) 485.6
Car acté r i sti qu que e de cal calcu cull : Iy (cm4) 92080
Wely (cm3) 3069
iy (cm) 24.30
Wply (mm) 3512
Iz (cm4) 3387
It (cm4) 165.4
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4) BARDAGES: 4) BARDAGES: Les bardages, dont la fonction est le revêtement des façades mis en place par fixation mécanique, façade légère à une ou double peau avec isolant intégré. Les différents procédés de bardage répondent à des propriétés appropriées à leur dans le domaine dans tous les types de construction, en à utilisé les bardages en matériaux métallique qui distingue principalement 03 type sont :
bardage bar dage si si mpl e peau. peau.
bardage bar dage doubl e peau. peau.
bardage bar dage par panneaux pan neaux sandwi sandwi chs.
On à choisit un bardage en panne (le pann eaux sandwi chs type Promi Pr omisstyl F tyl F eu 3005 3005 T (le même type utiliser pour la couverture) CARACTERISTIQUES DE LA PLAQUE Epaisseur de la mousse (mm)
60
Masse en (kg/m²)
13.09
Portée d’utilisation en (m)
12.00
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5)
LISSES: Les lisses de bardage sont constituées de poutrelles (IPE, UAP) ou de profilés minces pliés. Disposées horizontalement, elles sont portées par les poteaux de portiques ou éventuellement sur des potelets p otelets intermédiaires. L’entraxe des lisses est déterminé par la portée admissible des bacs de bardage. Pour notre projet, on adoptera des lisses de profilé IPE 160 avec les caractéristiques suivantes :
Di me mens nsii on :
Désignation
Profilé
h (mm)
b (mm)
tw (mm)
tf (mm)
r (mm)
d (mm)
P Kg/m
A cm²
LISSES
IPE 160
160
82
5
7.4
9
127.2
15.8
20.1
Car acté r i sti qu que e de calcu calc u l : Iy (cm4)
Wely (cm3)
iy (cm)
Wply (mm)
A vz (cm²)
Iz (cm4)
Welz (cm3)
iy (cm)
Wply (cm3)
It (cm4)
869.3
108.7
6.58
123.9 123.9
9.66
68.31
16.66 16.66
1.84
26.10
3.6
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6) POTEAUX : Un poteau est un élément structural supportant une ou plusieurs poutres. Selon la conception des planchers et des poutres d’étages, ces dernières peuvent être situées dans une direction, deux directions perpendiculaires pe rpendiculaires ; ce qui est fréquent dans d ans une ossature régulière, ou dans plusieurs directions. Les poteaux des ossatures à nœuds rigides et ceux des palées de stabilité subissent en plus des efforts de compression dus aux charges horizontales (vent ou séisme). Lorsque celles-ci changent de sens, se sont des efforts axiaux de traction qui apparaissent. Les poteaux d'une ossature métallique sont destinés à transmettre les charges verticales d'un plancher à l'autre vers l'infrastructure ou les fondations et sont soumis à des contraintes axiales. axiales. Certains sont amenés amenés à participer au contreventement et à la reprise des charges horizontales. En général, un cheminement court pour la transmission des charges vers le sol grâce à la réduction du nombre d'éléments de construction contribue à une conception optimisée de l'ossature. La position des poteaux est donc très déterminante pour le système porteur et l'ensemble de l'ouvrage. L'utilisation de poteaux de type IPE ou PRS est toutefois possible sous réserve de la mise en place d'un maintien contre, en raison de ce critère, les sections des poteaux à moment d'inertie égaux sont les plus performants et les plus économiques. En effet, le flambement d'un profil variant suivant la direction du plan de flambement, le dimensionnement des poteaux est conduit par la plus petite valeur de résistance.
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Liaison au niveau des Poteaux Pieds de poteaux: La transmission des efforts des poteaux vers les fondations doit être correctement assurée. Pour que les efforts concentrés dans de petites sections soient répartis sur la surface d'appui, on utilise des plaques d'assise. La pression ainsi exercée sur le béton ne dépasse pas les limites des contraintes admissibles. Les poteaux ne transmettant pas de moments de flexion aux fondations sont dits pendulaires. Ils sont ancrés à l'aide de boulons d'ancrages légers traversant la plaque d'assise. Afin de limiter le risque de corrosion, il convient de placer le pied de poteau au-dessus du niveau du sol extérieur fini. Selon la nature de l'assemblage à réaliser, on distingue :
• Ar ticulat ticulation ion : C'est le type d'assemblage utilisé de préférence pour les constructions courantes de bâtiments d'habitation. Plusieurs Plusieurs techniques existent pour réaliser une articulation articulation
.
Encastrement Les tiges filetées sont mises en place au moment du coulage du béton. Le poteau est mis en place avec sa plaque d'assise équipée de quatre percements tous placés à l'extérieur de l'emprise du poteau. La plaque doit être d'épaisseur suffisante.
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Une variante consiste à placer des raidisseurs mais la première solution est globalement plus économique : plus de matière, moins de travail en atelier.
Les H et les profils creux, ronds ou carrés, sont les produits sidérurgiques les mieux adaptés pour réaliser un poteau. Pour notre projet, on adoptera des poteaux de profilé HEB 550 (calculer par le logiciel), avec les caractéristiques suivantes :
Di me mens nsii on : Désignation
Profilé
h (mm)
b (mm)
tw (mm)
tf (mm)
r (mm)
d (mm)
P Kg/m
A cm²
POTEAUX
HEB 550
500
300
14.5
28
27
390
187
238.6
Car acté r i sti qu que e de cal calcu cull : Iy (cm4)
Wely (cm3)
iy (cm)
Wply (mm)
Iz (cm4)
Welz (cm3)
iz (cm)
Wplz (cm3)
It (cm4 )
107200
4287
21.19
4815
12620
841.6
7.27
1292
538.4
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I. EV EVALUA ALUATION TION DES CHARGE CHARGE 1) ACTION ET COMBINAISONS D’ACTIONS : D’ACTIONS : Une action est une force force (charge) appliquée à la structure (action directe) ou une déformation imposée (action indirecte), par exemple effet thermique ou déplacement d’appui à d’appui à la construction, on distingue :
les actions permanentes, notées par (G) : poids propre des éléments de la construction. poids des équipements et accrochages fixes.
les actions variables, notées par (Q) : Les charges d’exploitation sont celles qui résultent de l’usage des locaux. locaux. Elles correspondent aux mobilier, matériel, matières en dépôt et aux personnes pour un mode normal d’occupation. Les Les valeurs des charges d’exploitation comprennent également les équipements légers tels que canalisations de distribution des fluides ménagers, appareils sanitaires, radiateurs, appareils de chauffage individuels. Elles ne comprennent pas les cloisons, plafond, sols et revêtements, gaines et conduits de fumée, ni les appareils lourds. Ces éléments sont pris en compte en fonction de leurs caractéristiques propres.
charges climatiques qui sont notées : Wn pour le vent normale. / We pour le vent extrême. extrême. Sn pour la neige normale. / Se pour la la neige extrême. extrême.
-
effets dus à la température qui notées par (T)
CHARGE CHARG E DE NEI GE : Les règles NV 99 définissent l’action de la neige sur les constructions, ces charges de neige dépendent :
De la région ou se situe la construction. construction.
De l’altitude l’altitude du site.
De la forme de la toiture toiture..
ACTII ON DE VENT : ACT
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Les effets induits par l'action du vent sur un bâtiment varient selon son implantation géographique. L'action du vent dépend aussi de l'orientation, des dimensions et de la forme de ce bâtiment ainsi que de la vitesse vitesse de l'écoulement de l'air. En pratique, on procède à la décomposition du bâtiment en parties élémentaires (murs, toitures, acrotères, auvents, ...) afin de considérer les actions du vent sur chacune de ses parties. Surfaces « au vent » : » : exposées, elles sont soumises à un écoulement régulier de l'air qui se traduit par une pression. Surfaces « sous le vent » : » : abritées ou parallèles à la direction du vent, elles sont soumises à un écoulement turbulent qui se traduit par une dépression .L'action exercée par le vent sur une partie d'ouvrage est donnée en général par une pression agissant perpendiculairement à cette partie. Les normes NV99 donnent des valeurs de calcul qui couvrent la grande majorité des cas. Le cas échéant, une étude en soufflerie peut s'avérer nécessaire.
les actions accidentelles éventuelles, notées par (FA) : Qui ne sont à prendre en compte que dans le cas ou les documents du marché les prévoient explicitement. Il s’agit d’explosions, d’incendies, de d’incendies, de chocs de véhicules, de séismes. La vérification des éléments de la structure, pris individuellement, et de la structure globalement, consiste à s’assurer que la stabilité sera garantie, sous toutes les combinaisons d’actions possibles, sans translation (ripage ou soulèvement) ni rotation (renversement ou pivotement).
