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2. Ossature poteaux-poutresStructure

2.5. La stabilit2 Ossature poteaux-poutres2.1 Conception des structures2.2 Les poteaux2.3 Les poutres2.4 Les assemblages2.5 La stabilit Pales triangules Portiques nuds rigides Noyaux Autres dispositifs2.6 Le plancher1 Principes gnraux de conception3 Schma unifilaire

PrincipeLes dispositifs de contreventement contribuent la stabilit gnrale dune construction. Le systme de contreventement de lossature agit contre les sollicitations horizontales et plus particulirement les efforts dus au vent, assurant la stabilit latrale du btiment. Ces efforts sappliquent en premier sur la peau du btiment : faades et toitures ; cest donc dabord dans les plans forms par ces parties douvrage que se trouvent les dispositifs de stabilit.Les lments de stabilit verticaux sensibles la torsion (croix, portiques, panneaux) doivent tre disposs selon deux directions non parallles et dans trois plans au moins. Dans la mesure du possible, on doit veiller une disposition rpartie et homogne, chaque niveau, au moins trois contreventements autour du btiment. Ainsi, les efforts horizontaux agissant suivant les deux axes principaux du btiment peuvent tre repris (directions x et y) par deux lments ; le troisime cre avec lun des deux premiers un couple rsistant la torsion.Plan verticalMise en uvre dlments dune ou plusieurs barres mtalliques, dun panneau rigide, disposs dans un panneau rectangulaire compos de deux poteaux et de deux traverses horizontales.Plan horizontalEffet diaphragme jou par les lments, horizontaux comme les planchers dtages ou inclins comme les toitures, participant ainsi la stabilit du btiment.Ils transmettent les efforts horizontaux aux ensembles verticaux de stabilit auxquels ils sont lis. Tout plan rigide, horizontal ou inclin, peut constituer un diaphragme : dalle pleine, plancher collaborant ou une triangulation.Cest une tape importante de la conception. Une disposition mauvaise ou insuffisante en matire de contreventement entrane de graves dsordres dans le btiment.Les btiments ossature mtallique peuvent tre raidis par les systmes suivants : Traves triangules Portiques Noyaux Panneaux massifs de contreventement Construction de type tubulaire (immeubles de grande hauteur)Pour lapplication en btiments courants dhabitation, le rfrentiel PRISM2 dveloppe ici essentiellement les trois premiers procds.

Pales triangulesconomique et simple, cest le dispositif le plus frquemment employ pour des btiments de hauteur faible moyenne.Pour sopposer la dformation, cette solution utilise une ou plusieurs barres mtalliques formant une triangulation dans une partie de lossature dans le plan vertical. Les barres ne sont alors soumises qu des efforts normaux (tractions ou compressions) et forment des pales de stabilit.Ces pales peuvent transmettre les efforts horizontaux sur un ou plusieurs tages.En prsence dune seule barre, la diagonale simple est appele charpe. Elle est soumise alternativement des efforts de traction et de compression en fonction de la direction du vent.Dimensionne pour le flambement, la barre peut tre ralise laide dun profil creux, dune section en caisson ou en croix.Toutefois, il est prfrable dviter les longueurs excessives pour les barres soumises des sollicitations en compression.Diagonale tendue

Diagonale comprime

Types depales triangules :1 diagonale simple2 croix de St-Andr3 en losange4 trac en A5 trac en V

Pour rduire les dimensions gomtriques des lments et rpondre au cas dinversion de la direction du vent, il est alors ncessaire de placer une seconde barre en diagonale oppose formant ainsi deux pales contraries. Selon le sens du vent, une seule dentre elles, tendue, soppose la dformation. Elle peut tre ralise partir dune barre de section quelconque : cornire, plat, rond plein, cble, Le critre dterminant pour le choix de la section devient la simplicit de lassemblage.Places dans le mme panneau, ces pales deux diagonales sont donc rigides dans les deux directions ; elles sont dites en croix de Saint-Andr.Pour une file de poteaux donne, la croix peut tre dispose une extrmit ou vers le milieu. Pour ce dernier cas, le comportement de la structure aux phnomnes de dilatation sera plus performant car les longueurs de part et dautre de la pale tant rduites, la rsistance sera moindre.Plusieurs croix de St-Andr peuvent se trouver dans une mme file de poteaux. La sollicitation horizontale est alors rpartie entre elles en proportion de leur raideur.En outre, les barres peuvent prsenter une rigidit non ngligeable en compression dont on peut tenir compte dans les calculs.Les liaisons des diffrents lments sont ici gnralement ralises par des assemblages articuls.Au niveau des nuds, les axes des barres sont en principe concourants. Lexcentrement des barres par rapport aux nuds est possible pour des constructions parasismiques ou pour amliorer la procdure de montage.Disposition Dans les parois aveugles du btiment de prfrence.Les circulations verticales, les cloisons de couloir ou sparatives et les parties de faades aveugles sont des zones dimplantation favorables permettant une bonne distribution des pales. Rduire les sollicitations dans les barres :Trames largesTrames troitesToutefois lorsque la pale est troite, la raideur peut tre amliore par laddition de diagonales supplmentaires dans des panneaux de part et dautre. Superposer les pales verticales :Sil est ncessaire de les dcaler, il faut que chacune soit fonde ses extrmits reliant un poteau un autre. La transmission des charges entre deux niveaux seffectue par lintermdiaire des planchers. Cette solution permet de rpartir la descente des charges sur un plus grand nombre de poteaux. En contrepartie, ces dcalages peuvent entraner un surcot.Variantes de triangulation :Pour le passage des baies ou des gaines, il est possible damnager les dispositifs de contreventement verticaux condition de trouver au moins une barre comprime.Les autres formes de triangulation qui permettent de rigidifier un panneau sont prsentes plus haut.Disposition dans les cloisons

Disposition autourd'une circulation verticale

Contreventement par un fer plat sur gousset

Contreventement par cornires

Contreventement par tube rond

Portiques nuds rigidesDun point de vue statique, un portique est un cadre rigide. Pour raliser ce cadre, les assemblages entre poteaux et poutres sont rigidifis pour constituer des encastrements. Langle issu des lignes moyennes du poteau et de la traverse demeurant indformable, cest la rigidit des barres qui assure la rsistance du portique. Le nud rigide ainsi constitu transmet, en plus des efforts normaux, des moments de flexion dits dencastrement.Plus complexe, le calcul des efforts est tabli suivant les rgles de la rsistance des matriaux.La ralisation des attaches est plus labore et le cot de la construction est plus lev.NoyauxLossature mtallique peut tre stabilise par des tubes verticaux raliss en bton. Ces cages servent abriter les circulations verticales (escalier, ascenseur, canalisations), le matriau leur apportant la protection au feu requise. Ce double usage occupe un espace restreint.Les poutres et les dalles de plancher doivent tre rendues solidaires du noyau. Les attaches doivent tenir compte des diffrences de tolrance entre les deux matriaux afin de permettre la reprise des charges ds la mise en service.Exemple de liaisons de portiques

Autres dispositifsPanneaux rigidesLes panneaux pleins de contreventement forment des diaphragmes qui doivent tre solidariss avec lossature en acier. Ils sont plus rigides que dautres systmes de stabilisation caractristique de la construction mtallique et reprennent, de ce fait, la plus grande partie des charges appliques.Ces panneaux sont soit prfabriqus : parois en bton, plaques dacier raidies, soit raliss sur chantier : murs maonns. Murs en maonnerie : la maonnerie doit tre solidarise avec lossature. Cette solution ne peut convenir que pour des constructions de faible hauteur. Parois en bton : ces murs se trouvent le plus souvent autour des noyaux de distribution verticale. Ils peuvent aussi assurer une fonction coupe-feu, indpendante de la structure. Plaques dacier : cest une solution efficace qui ncessite toutefois lemploi de raidisseurs pour prvenir les dformations de la tle. Il faut aussi veiller au bon comportement au feu de ces lments.La procdure de mise en uvre peut varier selon le type de produit utilis :- murs autoporteurs rigs avant lossature,- montage en mme temps que lossature,- encastrement ultrieur dans lossature.Contreventement horizontalLe contreventement horizontal transmet les efforts dus au vent vers les pales verticales.Cette transmission est assure par le plancher condition quil soit rigide et continu ou par des croix de St-Andr, notamment en couvertures.En toiture, les couvertures rigides en acier nervur peuvent assurer la fonction de contreventement sans lapport de triangulationssupplmentaires.LautostabilitPar dfinition une structure autostable est autocontrevente. Elle ne ncessite pas de pale supplmentaire. Trois procds permettent dobtenir une autostabilit : lencastrement la base des lments porteurs verticaux ou au sein de la structure, lassociation dlments linaires ou bidirectionnels articuls, lemploi dune structure dite spatiale dont le caractre tridimensionnel ne donne pas lieu une descente de charge plane.

2 Ossature poteaux-poutres2.1 Conception des structures2.2 Les poteaux2.3 Les poutres2.4 Les assemblages2.5 La stabilit Pales triangules Portiques nuds rigides Noyaux Autres dispositifs2.6 Le plancher1 Principes gnraux de conception3 Schma unifilaire

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