Mini Projet CM [PDF]

Zitiervorschau

ROYAUME DU MAROC UNIVERSITE MOHAMMED V ECOLE MOHAMMADIA D’INGENIEURS

DEPARTEMENT GENIE CIVIL

MINI PROJET DE CONSTRUCTION METALLIQUE CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT D’UN HANGAR METALLIQUE REALISE PAR :

LEMCIRDI Aymane EL KACHOUANI Amine KASSIMI ALAOUI Mehdi ENCADRE PAR :

Mme. AMGAAD Mr. ELBAHLOUI ANNEE UNIVERSITAIRE : 2019 - 2020

Remerciements

La réalisation de ce mini projet a été possible grâce au concours de plusieurs personnes à qui on voudrait témoigner toute notre reconnaissance. On désire témoigner notre reconnaissance, à notre professeur Mme. AMGAAD de nous avoir donner l’opportunité de travailler sur ce projet de Hangar. On la remercie pour le savoir qu’il nous a transmis et pour l’aide et les conseils fournis en ce qui concerne la matière de construction métallique. On voudrait également remercier Mr. ELBAHLOULI pour son accompagnement son envie de transmettre, et ses conseils précieux qu’il nous a donnés pour la réalisation de ce travail. Enfin je souhaite faire part de ma reconnaissance à toute l’équipe pédagogique de l’EMI, à tous mes enseignants, pour la formation et l’encadrement scolaire de qualité dont ils nous font bénéficier.

Conception métallique

et

dimensionnement

d’un

Hangar

2

Table des matieres Introduction................................................................................................................................................................................... 10 Chapitre 1 : Présentation du projet ....................................................................................................................................... 11 1.

Présentation technique du projet : ............................................................................................................................. 12

2.

Problématiques posées :................................................................................................................................................. 12

3.

Description de la démarche du projet : ..................................................................................................................... 13

Chapitre 2 : Description de la solution ................................................................................................................................. 14 1.

2.

3.

Finalités : ............................................................................................................................................................................. 15 1.1.

Quelques aspects du projet : ................................................................................................................................ 15

1.2.

Quelque est notre finalité prépondérante ?.................................................................................................... 15

1.3.

Exigences du maitre d’ouvrage :......................................................................................................................... 15

Choix des matériaux : ...................................................................................................................................................... 15 2.1.

Pour les fondations : ............................................................................................................................................... 15

2.2.

Pour l’ossature : ....................................................................................................................................................... 16

2.3.

Nuance d’acier : ........................................................................................................................................................ 19

2.4.

Protection contre la corrosion : .......................................................................................................................... 19

Choix de couverture :....................................................................................................................................................... 21 3.1.

Critères de choix : .................................................................................................................................................... 21

3.2.

Formes de la couverture : ..................................................................................................................................... 21

3.3.

Matériaux et types de couverture :.................................................................................................................... 23

3.4.

Caractéristiques des plaques :............................................................................................................................. 24

4.

Hauteur du hangar : ......................................................................................................................................................... 26

5.

Système d’évacuation des eaux pluviales :............................................................................................................... 27

6.

7.

5.1.

Définitions et rôles :................................................................................................................................................ 27

5.2.

Calcul des sections : ................................................................................................................................................ 27

Pannes : ................................................................................................................................................................................ 29 6.1.

Rôle et types :............................................................................................................................................................ 29

6.2.

Types de profilés : ................................................................................................................................................... 29

6.3.

Ecartements entre pannes : ................................................................................................................................. 30

6.4.

Disposition des pannes :........................................................................................................................................ 30

6.5.

Système structural : ................................................................................................................................................ 30

6.6.

Assemblage :.............................................................................................................................................................. 31

Portique principal : .......................................................................................................................................................... 31 7.1.

Définition et rôle :.................................................................................................................................................... 31

7.2.

Type de profilés : ..................................................................................................................................................... 32

7.3.

Système structural : ................................................................................................................................................ 32

7.4.

Assemblage :.............................................................................................................................................................. 33

Conception métallique

et

dimensionnement

d’un

Hangar

3

8.

9.

Contreventements : .......................................................................................................................................................... 34 8.1.

Définition et rôle :.................................................................................................................................................... 34

8.2.

Types de contreventement : ................................................................................................................................ 34

Récapitulatif des choix effectués : ............................................................................................................................... 36

Chapitre 3 : Renseignement Généraux ................................................................................................................................. 38 1.

Règlements et catalogues : ............................................................................................................................................ 39

2.

Actions agissant sur le hangar : ................................................................................................................................... 39

3.

Différentes combinaisons de charges : ...................................................................................................................... 40 3.1.

Résistance et stabilité de forme : ....................................................................................................................... 40

3.2.

Flèche : ........................................................................................................................................................................ 40

3.3.

Fondations : ............................................................................................................................................................... 40

Chapitre 4 : Détermination des sollicitations ..................................................................................................................... 42 1.

Charges permanentes : ................................................................................................................................................... 43 1.1.

Poids propre de la couverture : .......................................................................................................................... 43

1.2.

Poids des contreventements : ............................................................................................................................. 43

1.3.

Poids des éléments porteurs : ............................................................................................................................. 43

2.

Charges d’exploitation : .................................................................................................................................................. 43

3.

Charges climatiques :....................................................................................................................................................... 43 3.1.

Température : ........................................................................................................................................................... 43

3.2.

Neige : .......................................................................................................................................................................... 43

3.3.

Séisme : ....................................................................................................................................................................... 43

3.4.

Vent : ............................................................................................................................................................................ 43

Chapitre 5 : Etude des pannes ................................................................................................................................................. 48 1.

2.

3.

Sollicitations : ..................................................................................................................................................................... 49 1.1.

Charges permanentes : .......................................................................................................................................... 49

1.2.

Charges d’exploitation (Montage) : ................................................................................................................... 50

1.3.

Surcharges dues au vent : ..................................................................................................................................... 51

Calcul des pannes selon CM66 : ................................................................................................................................... 53 2.1.

Combinaisons de charges : ................................................................................................................................... 53

2.2.

Vérification de la flèche : ....................................................................................................................................... 53

2.3.

Vérification de la résistance :............................................................................................................................... 54

Calcul des pannes selon EUROCODE III : .................................................................................................................. 60 3.1.

Combinaisons de charges : ................................................................................................................................... 60

3.2.

Classification des sections : .................................................................................................................................. 60

3.3.

Vérification de la résistance :............................................................................................................................... 61

3.4.

Vérification de la flèche : ....................................................................................................................................... 62

3.5.

Vérification du déversement : ............................................................................................................................. 62

3.6.

Comparaison : ........................................................................................................................................................... 63

Conception métallique

et

dimensionnement

d’un

Hangar

4

Chapitre 6 : Etude de la poutre de roulement .................................................................................................................... 64 1.

2.

Ponts roulants :.................................................................................................................................................................. 65 1.1.

Définition : ................................................................................................................................................................. 65

1.2.

Classification de ponts roulants : ....................................................................................................................... 65

1.3.

Chemin de roulement :........................................................................................................................................... 65

1.4.

Classement des ponts roulants : ......................................................................................................................... 68

Calcul du chemin de roulement : ................................................................................................................................. 69 2.1.

Caractéristiques des ponts roulants : ............................................................................................................... 69

2.2.

Charges sur les ponts roulants :.......................................................................................................................... 70

2.3.

Calcul de la poutre de roulement : ..................................................................................................................... 72

Chapitre 7 : Etude du portique principal ............................................................................................................................. 75 1.

Définition et rôle : ............................................................................................................................................................. 76

2.

Type de profilés :............................................................................................................................................................... 76

3.

Système structural : ......................................................................................................................................................... 76

4.

Calcul du portique selon CM66 : .................................................................................................................................. 77 4.1.

Charges et surcharges : .......................................................................................................................................... 77

4.2.

Diagrammes MNT : ................................................................................................................................................. 77

4.3.

Calcul des traverses : .............................................................................................................................................. 79

4.4.

Calcul des poteaux : ................................................................................................................................................ 83

4.5.

Vérification du déversement et flambement : ............................................................................................... 84

4.6.

Influence des jarrets : ............................................................................................................................................. 86

Chapitre 8 : Etude des contreventements ........................................................................................................................... 87 1.

Définition et rôle : ............................................................................................................................................................. 88

2.

Système de contreventements : ................................................................................................................................... 88

3.

4.

2.1.

Contreventement horizontal : ............................................................................................................................. 88

2.2.

Contreventement vertical :................................................................................................................................... 89

Etude du contreventement horizontal : .................................................................................................................... 89 3.1.

Sollicitations :............................................................................................................................................................ 89

3.2.

Dimensionnement :................................................................................................................................................. 91

3.3.

Vérification des pannes : ....................................................................................................................................... 92

Etude du contreventement vertical :.......................................................................................................................... 94 4.1.

Sollicitations :............................................................................................................................................................ 94

4.2.

Dimensionnement et vérifications : .................................................................................................................. 94

Chapitre 9 : Etude des fondations et plaques d’assise..................................................................................................... 96 1.

Définition et types de fondations : .............................................................................................................................. 97

2.

Etude de la base des poteaux :...................................................................................................................................... 97

3.

2.1.

Calcul de la platine : ................................................................................................................................................ 97

2.2.

Calcul des tiges d’ancrage :................................................................................................................................... 99

Calcul des semelles de fondation : ........................................................................................................................... 100

Conception métallique

et

dimensionnement

d’un

Hangar

5

3.1.

Sollicitations :......................................................................................................................................................... 101

3.2.

Condition de non-soulèvement : ..................................................................................................................... 101

3.3.

Condition de non-poinçonnement :................................................................................................................ 101

3.4.

Condition de non-renversement : ................................................................................................................... 102

3.5.

Condition de non-glissement : ......................................................................................................................... 102

3.6.

Calcul des armatures : ......................................................................................................................................... 103

Chapitre 10 : Technologie d’assemblages......................................................................................................................... 104 1.

Rôles et types d’assemblages : .................................................................................................................................. 105 1.1.

Rôles des assemblages :...................................................................................................................................... 105

1.2.

Types des assemblages :..................................................................................................................................... 105

2.

Principes de conception : ............................................................................................................................................ 105

3.

Assemblage des éléments du hangar : .................................................................................................................... 106 3.1.

Assemblage panne/traverse :........................................................................................................................... 106

3.2.

Assemblage du portique : .................................................................................................................................. 107

3.3.

Assemblage traverse/traverse : ...................................................................................................................... 108

3.4.

Assemblage poteau/traverse : ......................................................................................................................... 108

3.5.

Assemblage poteau/fondation :....................................................................................................................... 109

3.6.

Assemblage poteau/corbeau :.......................................................................................................................... 109

3.7.

Assemblage poteau/contreventement vertical :........................................................................................ 110

3.8.

Assemblage des barres de contreventement horizontal :....................................................................... 110

Chapitre 11 : Estimation du projet...................................................................................................................................... 111 1.

But : .................................................................................................................................................................................... 112

2.

Types de frais :................................................................................................................................................................ 112

3.

2.1.

Frais des matériaux de construction : ........................................................................................................... 112

2.2.

Frais des travaux : ................................................................................................................................................ 112

Estimation financière du projet : .............................................................................................................................. 112 3.1.

Bilan des quantités :............................................................................................................................................. 113

3.2.

Estimation des prix : ............................................................................................................................................ 114

Conclusion :................................................................................................................................................................................. 115 Annexes ........................................................................................................................................................................................ 116 Bibliographie .............................................................................................................................................................................. 128

Conception métallique

et

dimensionnement

d’un

Hangar

6

Table des figures Figure 1 : Hangar en bois..................................................................................................................................................... 16 Figure 2 : Hangar en acier ................................................................................................................................................... 17 Figure 3 : Formes de la couverture ................................................................................................................................ 21 Figure 4 : Couverture à un seul versant ....................................................................................................................... 22 Figure 5 : Couverture à deux versants.......................................................................................................................... 22 Figure 6 : Portées utiles sous l’action des charges climatiques....................................................................... 24 Figure 7 : Caractéristiques expérimentales ............................................................................................................... 25 Figure 8: Caractéristiques faitière double .................................................................................................................. 25 Figure 9: Types de pannes .................................................................................................................................................. 29 Figure 10: Disposition des pannes ................................................................................................................................. 30 Figure 11: Assemblage par échantignolle................................................................................................................... 31 Figure 12: Systèmes structuraux du portique .......................................................................................................... 32 Figure 13: Renfort par jarrets ........................................................................................................................................... 33 Figure 14: Jonction par des clés de faîtage................................................................................................................. 34 Figure 15: Système de contreventement horizontal............................................................................................. 35 Figure 16: Système de contreventement vertical ................................................................................................... 36 Figure 17: Forces dues au poids de la couverture.................................................................................................. 49 Figure 18: Charges d'exploitation (de montage) .................................................................................................... 50 Figure 19: coefficient d'adaptation plastique ........................................................................................................... 55 Figure 20: Utilisation des liernes .................................................................................................................................... 58 Figure 21: Disposition adoptée pour les liernes ..................................................................................................... 58 Figure 22: Disposition de l'entretoise faîtière.......................................................................................................... 59 Figure 23: Coefficient C1 (Déversement des pannes/Eurocode III) ............................................................. 63 Figure 24: pont roulant ........................................................................................................................................................ 65 Figure 25: Types des ponts roulants ............................................................................................................................. 65 Figure 26: Fixation des rails de pont ............................................................................................................................. 66 Figure 27: Liaisons pont/portique ................................................................................................................................. 67 Figure 28: Raccordement entre poteau et poutre de roulement.................................................................... 67 Figure 29: Disposition des fermes dans le plan de la poutre de roulement ............................................. 68 Figure 30: Caractéristiques géométriques du pont roulant.............................................................................. 70 Figure 31: Réactions exercées par les galets............................................................................................................. 71 Figure 32: Système structural du portique ................................................................................................................ 76 Figure 33: Diagramme du moment fléchissant (Calcul du portique) ........................................................... 78 Figure 34: Diagramme de l'effort tranchant (Calcul du portique)................................................................. 78 Figure 35: Diagramme de l'effort normal (Calcul du portique) ...................................................................... 79 Figure 36: Abaque de calcul (Pieds encastrés) ........................................................................................................ 85 Figure 37: Résultats de non-utilisation des jarrets (Par Robot)..................................................................... 86 Figure 38: Résultats d'utilisation des jarrets (Par Robot) ................................................................................. 86 Figure 46: Poutre au vent.................................................................................................................................................... 88 Figure 47: Croix de Saint-André ...................................................................................................................................... 89 Figure 48: Surface d'influence du vent longitudinal ............................................................................................. 89 Figure 49: Modélisation de la poutre au vent sur Robot .................................................................................... 90 Figure 50: Forces exercées sur la poutre au vent ................................................................................................... 90 Figure 51: Efforts dans les barres de la poutre au vent ...................................................................................... 91 Figure 52: Modélisation des croix de Saint André ................................................................................................. 94

Conception métallique

et

dimensionnement

d’un

Hangar

7

Figure 53: Efforts dans les barres du contreventement vertical .................................................................... 94 Figure 54: Caractéristiques des plaques d'assise ................................................................................................... 98 Figure 55: Assemblage panne/traverse ....................................................................................................................106 Figure 56: Division et Assemblage panne/traverse ............................................................................................107 Figure 57: Assemblage traverse/traverse................................................................................................................108 Figure 58: Assemblage poteau/traverse...................................................................................................................108 Figure 59: Assemblage poteau/fondation ................................................................................................................109 Figure 60: Assemblage poteau/corbeau ...................................................................................................................109 Figure 61: Assemblage poteau/barre de contreventement vertical ..........................................................110 Figure 62: Assemblage des barres de contreventement horizontal ...........................................................110

Conception métallique

et

dimensionnement

d’un

Hangar

8

Liste des tableaux Tableau 1: Types des gouttières selon DTU 40.5 .................................................................................................... 28 Tableau 2: Descentes selon DTU 40.5 ........................................................................................................................... 28 Tableau 3: Combinaisons de charges (Résistance et stabilité de forme) ................................................... 40 Tableau 4: Coefficient de site Ks...................................................................................................................................... 44 Tableau 5: Pression dynamique totale ......................................................................................................................... 47 Tableau 6: Combinaisons de charges (Pannes CM66) ......................................................................................... 53 Tableau 7: Vérification de la résistance (Pannes CM66) .................................................................................... 55 Tableau 8: Vérification du deversement ..................................................................................................................... 57 Tableau 9: Combinaisons de charges ELU (Pannes selon EC III) ................................................................... 60 Tableau 10: Combinaisons de charges ELS (Pannes selon EC III) ................................................................. 60 Tableau 11: Classement des ponts roulants selon l'utilisation ....................................................................... 68 Tableau 12: Classement des ponts roulants selon l'état de charges............................................................. 68 Tableau 13: Groupes des ponts roulants .................................................................................................................... 69 Tableau 14: Caractéristiques des ponts roulants du projet selon Catalogue Abu ................................. 69 Tableau 15: Réactions horizontales transversales des ponts roulants ....................................................... 72 Tableau 14: Valeurs des contraintes de calcul (Poutre de roulement) ....................................................... 74 Tableau 15: Vérification des contraintes (Poutre de roulement) .................................................................. 74 Tableau 16: Vérification des flèches (Poutre de roulement) ............................................................................ 74 Tableau 17: Descente des charges sur les traverses ............................................................................................. 77 Tableau 18: Vérification de la résistance des traverses ...................................................................................... 79 Tableau 19: Calcul de la contrainte de déversement (Traverses) ................................................................. 81 Tableau 20: Vérification du flambement/déversement dans le plan du portique (Traverses) ..... 83 Tableau 21 : Vérification du flambement/déversement hors plan du portique (Traverses).......... 83 Tableau 22: Vérification de la résistance des poteaux ......................................................................................... 84 Tableau 23: Vérification du flambement/déversement dans le plan du portique (Poteaux) ......... 85 Tableau 24: Vérification du flambement/déversement hors plan du portique (Poteaux) ............... 86 Tableau 27: Vérification de la résistance des pannes sous l'effet du contreventement horizontal ........................................................................................................................................................................................................... 93 Tableau 28:Vérification du flambement/déversement des pannes sous l'effet du contreventement horizontal .................................................................................................................................................................................... 93 Tableau 29: Diamètres des tiges d'ancrage .............................................................................................................100 Tableau 32: Bilan des quantités (Fondations) .......................................................................................................113 Tableau 33: Bilan des quantités (Structures en acier) .......................................................................................113 Tableau 34: Estimation des prix ....................................................................................................................................114

Conception métallique

et

dimensionnement

d’un

Hangar

9

Introduction

Sont construits en charpente métallique des bâtiments industriels et commerciaux (usines, hangars…), des ouvrages d’art (passerelles, ponts…), des ouvrages de génie civil (pylônes, plates-formes de forage, remontées mécaniques…) et à un degré moindre, des bâtiments d’habitation. Les raisons de la large utilisation de l'acier dans le domaine des bâtiments industriels sont : son rapport résistance - poids élevé, la rapidité de mise en œuvre et la facilité d'extension. D’autre part, l’acier est généralement industrialisé. En effet la préparation et la mise en forme des éléments de structures en acier se font en atelier. Ces éléments arrivent sur le chantier prêt à être montés et assemblés. Dans le cadre de notre projet, nous sommes amenés à l’étude de la conception et le dimensionnement d’un hangar industriel en charpente métallique. Pour ce faire, notre travail s’étalera sur plusieurs chapitres :

➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢

Chapitre 1 : Présentation du projet Chapitre 2 : Description de la solution Chapitre 3 : Renseignement généraux Chapitre 4 : Détermination des sollicitations Chapitre 5 : Etude des pannes Chapitre 6 : Etude de la poutre de roulement Chapitre 7 : Etude du portique principal Chapitre 8 : Etude des contreventements Chapitre 9 : Etude des fondations et plaques d’assise Chapitre 10 : Technologies d’assemblage Chapitre 11 : Estimation du projet

Conception métallique

et

dimensionnement

d’un

Hangar

10

Chapitre 1 : Présentation du projet

Conception métallique

et

dimensionnement

d’un

Hangar

11

1. Présentation technique du projet : Dans le cadre de l’extension de l’usine de fabrication industrielle en série, des poutres en béton préfabriqué à BOUKNADEL, on désire construire une couverture pour abriter un chemin de roulement pour un pont roulant de puissance 5t.

Dimensions Portée

15 m

Longueur

66 m

Longueur de la travée

6m

Le sol sur lequel on va construire notre Hangar est de qualité moyenne de 2 bars de portance. Les règlements suivants seront respectés : -

NV65 ;

-

CM66 – Eurocode 3 ;

-

Eurocode 4 (pour les fondations).

En ce qui concerne la recommandation pour le calcul et l’exécution des chemins de roulement, on se réfère au CITCM.

Le travail ainsi demandé est de proposer des solutions pour concevoir ce Hangar, de les décrire et de les justifier pour élaborer ensuite un calcul de dimensionnement afin de fournir des plans d’un avant-projet.

2. Problématiques posées : Avant d’entrer dans le vif du sujet, plusieurs problématiques tombent dans notre esprit et nous impose à trouver leurs solutions, à savoir : •

Le hangar va être avec ou sans bardage ?

•

La hauteur H du Hangar.

•

La pente de la toiture.

•

L’espacement des pannes et comment couvrir ce Hangar.

•

Comment faire face aux efforts horizontaux ?

•

… Conception métallique

et

dimensionnement

d’un

Hangar

12

Face à ces problématiques, nous allons adopter une démarche soigneuse afin de les résoudre

3. Description de la démarche du projet : A partir des finalités de la construction, on va choisir un système structural adéquat ainsi que les matériaux conformes aux besoins du maitre d’ouvrage tout en respectant les contraintes présentes, puis nous allons entamer la partie calcul. Cette partie concerne les éléments suivants : ✓ Calcul des sollicitations ; ✓ Calcul des pannes ; ✓ Calcul du pont de roulement ; ✓ Calcul du portique principal ; ✓ Calcul des contreventements ; ✓ Calcul de fondations ; ✓ Description des techniques d’assemblages

Conception métallique

et

dimensionnement

d’un

Hangar

13

Chapitre 2 : Description de la solution

Conception métallique

et

dimensionnement

d’un

Hangar

14

1. Finalités : 1.1. Quelques aspects du projet : Le projet doit satisfaire à un certain nombre de critères de différentes natures. Ces aspects peuvent être décrits comme suit : ✓ Aspects fonctionnels : Couverture de surface, accès engins, aire de circulation, fonctionnement des ponts roulants, étanchéité, isolation thermique, éclairage, démontabilité. ✓ Aspects architecturaux : Esthétique, finesse des éléments porteurs. ✓ Aspects structurels : Résistance, stabilité, durabilité, résistance au feu. ✓ Aspects financiers : Coût/économie, délai, facilité d’exécution, coût de transport, coût d’entretien et de maintenance.

1.2. Quelque est notre finalité prépondérante ? Dans ce projet, on va considérer que le facteur important pour la réalisation du Hangar est l’économie. Ainsi notre analyse sera fondée sur le choix des dispositions économiques mais tout en répondant aux autres exigences.

1.3. Exigences du maitre d’ouvrage : Dans notre cas on peut dire que les exigences du maitre d’ouvrage se résument en : « couvrir une surface sans bardage vertical, afin de protéger les ouvriers, tout en assurant le déplacement des charges par un pont roulant, sans oublier de permettre l’accès des camions au local. » ➔ Par conséquent, on va opter pour une solution non bardée.

2. Choix des matériaux : Il est très important de choisir le matériau qui correspond le mieux à l’élément de structure considéré. En effet ce choix a un impact considérable sur l’optimisation du coût, l’esthétique ainsi que la facilité de mise en œuvre de l’ouvrage. Dans ce sens, on est obligé de choisir un matériau pour les fondations et pour l’ossature.

2.1. Pour les fondations : Une fondation est constituée par un ensemble d’organes servant à transmettre les charges de la superstructure au sol. Son calcul nécessite une connaissance des ossatures de la structure, de ses charges et des caractéristiques du sol. Le béton est l’unique matériau envisageable pour les fondations vu sa densité qui empêche le soulèvement de la construction. Le béton utilisé peut-être soit massif soit armé.

Conception métallique

et

dimensionnement

d’un

Hangar

15

Le béton massif : - Est plus lourd - Résiste mieux à la compression - Est moins onéreux - Résiste mal à la traction L’effort dans les poteaux peut être aussi ascendant (effort d’arrachement). D’où la nécessite d’un massif lourd de fondation qui va équilibrer l’effort sur le poteau. Cependant, dans la réalité, l’effort normal dans les poteaux n’est pas toujours centré, d’où la possibilité que la fondation soit soumise à une flexion composée et le besoin d’armer le béton avec de l’acier qui reprenne l’effort de traction. En général, pour le béton de fondation on utilise 350 Kg de ciment/mᶟ de béton. Etant donné la légèreté de cette construction, l’espacement entre les poteaux (6m) et la qualité du sol, les fondations ne peuvent être que des semelles isolées superficielles. De plus, les profilés choisis pour les poteaux sont généralement en H, car ces profilés sont les plus adaptés pour résister au risque de flambement, les semelles seront de forme rectangulaire.

2.2. Pour l’ossature : L’ossature est un ensemble de portiques qui assure l’élévation de la couverture et la transmission des efforts aux fondations. Les matériaux les plus utilisés sont : bois, maçonnerie, béton armé ou précontraint, aluminium et acier.

2.2.1. Bois :

Figure 1 : Hangar en bois

Il présente les avantages de l’esthétique, souplesse architecturale, rapidité de montage, propreté du chantier, mais il est : -

Couteux : Sur le plan financier (son prix élevé sur le marché et son entretien) ; Faible durée de vie : Il se détériore par l’attaque rapide des insectes, des termites, l’apparition de moisissure due à l’humidité ; Présence de difficultés d’exécution : La difficulté d’assemblage limite la hauteur des constructions en bois (sensiblement 10 m) et nécessite une main d’œuvre qualifiée.

Conception métallique

et

dimensionnement

d’un

Hangar

16

-

Faible résistance au feu : L’apport sur le terrain de fumigènes et d’éléments inflammables crée le risque d’incendier les poteaux.

Par conséquent cette variante ne sera pas utilisée dans notre projet.

2.2.2. Béton : Parmi ces avantages, on trouve la grande disponibilité, mise en œuvre aisée et une bonne résistance et durabilité. Mais, le béton est lourd, ce qui augmente l’action du séisme. De plus le béton présente une mauvaise résistance au gel/dégel. Il est non démontable et offre de grandes surfaces au vent. Ainsi, cette solution sera abandonnée.

2.2.3. Maçonnerie : Nécessite peu d’entretien et offre une bonne résistance à la compression et une grande durabilité. Cependant, elle présente une très faible résistance à la traction et à la flexion et une grande déformabilité. Ce qui nous pousse à éliminer cette variante.

2.2.4. Aluminium : Il est léger et durable, mais sa grande déformabilité et son coût élevé nous empêche de le retenir comme solution adéquate.

2.2.5. Acier :

Figure 2 : Hangar en acier

Il présente les avantages suivants : o Légèreté Le poids propre des ossatures métalliques intervient peu dans les calculs de résistance, mais cet avantage n’est significatif que dans la mesure où les autres parties d’ouvrage sont elles-mêmes assez économes en poids. La légèreté, jointe aux grandes capacités de ductilité du métal, est un facteur particulièrement favorable pour la résistance au séisme. o Rapidité de construction La structure acier peut être pré assemblée en atelier et montée sur chantier indépendamment des aléas métrologiques. De plus, ces structures sont légères, réduisant les coûts de transport. o Construction compétitive La préparation complète en amont du chantier ainsi que l’industrialisation des composants permettent la réduction des coûts ainsi qu’une parfaite maîtrise des délais de constructions. Conception métallique

et

dimensionnement

d’un

Hangar

17

o Longévité Les profilés constituent les éléments rigides de l’ossature. L’acier, matériau incombustible, insensible aux attaques des parasites (thermite, champignons) confère à la construction une durabilité exceptionnelle. La protection par galvanisation le protège également contre la corrosion. Naturellement anticyclonique et parasismique, les constructions répondent sans coût supplémentaire aux normes en vigueurs. o Fondations réduites Pour ce type de construction, les fondations se limitent à des plots en béton armé ce qui réduit le coût de la structure. o La ductilité L'acier est capable de subir une déformation importante avant de se rompre, sans dégradation dans sa constitution, sans détérioration de sa résistance et de sa rigidité. o La capacité d'absorber l'énergie La structure acier absorbe l'énergie sismique de manière que les forces cycliques ne se transmettent pas à la structure. C'est le comportement ductile du matériau qui favorise la dissipation de l'énergie. o La résistance aux efforts alternés Capacité de l'acier à se déformer de manière semblable en compression et en traction. o La tenue en fatigue Capacité de l'acier à supporter un grand nombre de cycles et de charges avant rupture. o La possibilité de calculer au plus juste Les degrés de ductilité et d'absorption d'énergie voulus. o La garantie d'assemblages résistants Boulonnés ou soudés, les assemblages acier garantissent une bonne résistance à la rupture fragile. o L'apport d'une réserve de résistance supplémentaire Lorsqu'un tremblement de terre entraîne des surcharges et des fluages dans certaines parties d'une structure en acier, ces charges supplémentaires sont reprises par d'autres éléments de la structure qui n'ont pas encore été sollicités. o Un contrôle et une réparation aisés Une structure acier endommagée par un tremblement de terre mais toujours debout se contrôle et se répare de façon assez aisée. o Un matériau écologique L'acier est un matériau 100% recyclable, il peut être réutilisé à l'infini, sans perdre ses qualités initiales. Cette aptitude a pour avantage de préserver les ressources naturelles, en évitant de puiser dans les réserves de minerai de fer. Cependant, il présente les inconvénients suivants : ➢ Très grande sensibilité à la corrosion. ➢ Nécessité d’entretien (augmentation du coût). ➢ Réduction des propriétés mécaniques avec la température. Conception métallique

et

dimensionnement

d’un

Hangar

18

Solution adoptée : Enfin, il convient de retenir que l’acier, malgré les inconvénients qu’il présente, reste le matériau le plus convenable pour la construction des ossatures légères, vue ces principaux avantages : résistance et ductilité. Toutefois nous devons choisir la nuance de cet acier.

2.3. Nuance d’acier : La nuance de l'acier est sa résistance. Le choix de la nuance influe sur le poids propre : une grande nuance permet d'obtenir des profilés de petites dimensions donc de faible poids. Mais plus la nuance est élevée plus le profilé sera cher. Pour les charpentes usuelles, les aciers doux sont les plus économiques car ils présentent l'avantage d'être disponibles sur le marché et offrent un coût d'assemblage moins élevé (par soudure). En général, on utilise la nuance E24 avec une bonne résilience (pour les assemblages)

En conclusion, on utilisera des aciers doux E240.

2.4. Protection contre la corrosion : Soumis à des atmosphères humides, à des agressions chimiques et à la condensation, l’acier, comme tous les métaux, tend à s’oxyder et à se corroder. Il s’agit d’un phénomène électrochimique qui entraîne la formation d’oxyde (rouille). Lorsque l’acier est ordinaire non protégé, la rouille progresse à l’intérieur de la pièce ce qui entraîne sa dégradation. En fonction du degré d’agressivité auquel est soumis l’ouvrage, de la durée de protection envisagée, des possibilités de mise en œuvre et d’entretien et du coût, l’acier reçoit une protection plus ou moins poussée selon la fonction de chaque élément dans la structure (élément porteur, enveloppe, élément esthétique…). Dans le but d’attribuer à la structure la protection nécessaire contre une telle dégradation, différentes techniques sont envisageables : ➢ Revêtement métallique : Cette technique englobe les procédures suivantes : ▪ La galvanisation : qui sera adoptée pour le traitement de la structure étudiée, et qui consiste, en fait, à immerger les éléments de la structure dans un bain de zinc ou d’aluminium en fusion leur rendant recouverts d’une masse de métal protecteur dont la valeur peut varier de 350 à 1000 g/m² (50 à 140μm d’épaisseur). ▪ La métallisation au pistolet : réalisée par projection sur les surfaces d’acier, du zinc ou de l’aluminium en fusion au moyen d’un pistolet métalliseur. ▪ Le dépôt électrolytique (zinc ou chrome) : qui concerne en particulier les pièces d’acier de dimensions réduites.

Conception métallique

et

dimensionnement

d’un

Hangar

19

➢ Les revêtements plastiques : Le revêtement est en PVC polychlorures de vinyle, polyéthylène… ➢ Enrobage en béton : Protection lourde, encombrante. ➢ La peinture : En plus de son rôle de décoration, elle joue aussi un rôle de revêtement protecteur. Cette protection est assurée soit par l’isolation de l’acier par rapport au milieu corrosif (de l’humidité et de l’oxygène), soit par une réaction électrochimique déclenchée par les pigments ou leurs produits de réaction avec l’acier. Elle peut être associée à la galvanisation (ce qui sera le cas de notre hangar). En effet, les surfaces d’acier protégées par galvanisation peuvent être peintes avec des peintures compatibles avec le zinc mais doivent être soigneusement dégraissées pour éviter le décollement des plaques de peinture. Les peintures antirouille usuelles sont le minium de plomb, le chromate de zinc, la poudre de zinc. Avant de procéder à la peinture, il faut préparer les surfaces car la qualité d’un revêtement par peinture en dépend énormément, cette opération se fait en trois phases : ▪ Décalaminage (enlever la couche de calamine) ; ▪ Dérouillage (élimination de la couche de rouille) ; ▪ Dégraissage (éliminer les huiles et les graisses qui peuvent nuire à l’adhérence de la peinture). Une fois la surface est propre, on applique la peinture, généralement, en trois couches : ▪ Une couche primaire ; ▪ Une couche intermédiaire ; ▪ Une couche de finition ; Conclusion :

La protection du hangar contre la corrosion se fera avec la peinture. En effet, le hangar sera implanté à Bouknadel qui est situé en zone humide et par conséquent le hangar sera exposé à une atmosphère agressive.

Conception métallique

et

dimensionnement

d’un

Hangar

20

3. Choix de couverture : 3.1. Critères de choix :

o

o o

o o

o

Dans l’étude de la toiture, il faut tenir compte des considérations suivantes : Stabilité : La couverture doit être stable face aux effets du vent pour ne pas perturber le fonctionnement du lieu de stockage (absence de vibration dû au vent), on doit éviter également les instabilités de forme. Résistance : La couverture doit résister aux différentes sollicitations dues aux charges permanentes et d’autres charges (l’exécution des travaux, entretien et vent). Economie : On ne doit pas perdre de vue dans la conception tout ce qui pourrait augmenter le coût du projet, notamment, le surdimensionnement, les délais d’exécution, le type de matériau à utiliser, le moyen de transport, la main d'œuvre… Ce critère d’économie dépendra alors : Des exigences du maître d’ouvrage en compatibilité avec le budget alloué au projet. Du matériau de construction choisi. Du transport et approvisionnement en matériaux. Du délai d’exécution et techniques de mise en œuvre. Etanchéité : Pour éviter l’infiltration des eaux pluviales qui peut détériorer les marchandises stockées, l’étanchéité de la toiture doit être particulièrement soignée. Facilité d’exécution : La couverture doit être conçue de manière que la mise en œuvre soit facile ne demandant pas une main d’œuvre hautement qualifiée et des moyens d’exécutions coûteux. Entretien et durée de vie : Il s’agit de la durabilité et le rendement mécanique de la structure ainsi que le coût d’entretien durant toute sa durée de vie. Exposés aux agents agressifs, les matériaux de construction finissent par s’user avec le temps. La durée de vie dépend de très nombreux facteurs : Matériaux utilisés. Conditions climatiques et environnementales. Budget alloué à l’entretien.

3.2. Formes de la couverture :

Figure 3 : Formes de la couverture

Conception métallique

et

dimensionnement

d’un

Hangar

21

La couverture constitue la partie supérieure du hangar qui est censée jouer plusieurs rôles à savoir : la reprise des charges (fonction porteuse), et la fermeture du bâtiment ainsi que l’évacuation des eaux pluviales (fonction protectrice). Et de ce fait plusieurs formes existent permettant à la couverture de remplir ces fonctions. On présentera dans cette partie quelques variantes de couverture pour les comparer et retenir enfin la solution la plus avantageuse.  Couverture à un seul versant :

Figure 4 : Couverture à un seul versant

Ce type de couverture présente l’avantage de ne nécessiter qu’une seule gouttière mais il présente un problème de flexibilité à cause d’une grande dimension de la toiture, on doit alors dimensionner les fermes à la flèche ou bien utiliser des treillis ou poutres à âme pleine (Non économique).  Couverture en plusieurs versants : Cette solution est utilisée pour couvrir de grandes aires et lorsqu’on n'a pas besoin d’éclairage. Mais un nombre de versant supérieur à deux complique l’exécution et présente un problème d’assemblage ce qui augmente le coût de la construction.  Couverture à deux versants :

Figure 5 : Couverture à deux versants

Cette solution conduit à un système plus facile à calculer grâce à la symétrie qu’il présente. Ce système permet de mettre les poteaux à l’extérieur de l’aire à couvrir ainsi qu’une meilleure exploitation du hangar grâce à la hauteur qu’il offre.

Conception métallique

et

dimensionnement

d’un

Hangar

22

Ce modèle présente moins d’encombrement et offre une hauteur maximale au milieu de la structure, ainsi qu’une grande aisance pour la pose de la couverture et l’ossature. En outre, ce modèle facilite l’accès des camions, permet une bonne répartition des charges sur les éléments de l’ossature, et permet un calcul plus rapide, et réduit par suite le délai d'étude, en plus de son aspect (esthétique). Conclusion : En conclusion, sur la base des différents avantages présentés par chaque variante parmi les variantes ainsi étudiées, la forme de toiture adoptée sera une couverture à deux versants.

3.3. Matériaux et types de couverture : Dans ce paragraphe, on présentera quatre variantes de couvertures et on examinera leurs avantages et leurs inconvénients pour choisir celle la plus convenable pour notre projet. Ces quatre variantes peuvent être présentées comme suit :  Tôles ondulées en acier galvanisé : Ces tôles présentes les avantages et les inconvénients suivants : Avantages ✓ ✓ ✓ ✓

Inconvénients

Légèreté (7 à 8 kg/m²) Pas d’exigence pour l’entretien Bonne résistance à la corrosion Livraison en grande longueur

✓ Non économique due à l’Importation. ✓ Pente élevé (>30%) ✓ Mauvaise isolation thermique

 Bacs autoportants en acier galvanisé (NERVESCO) : Avantages ✓ ✓ ✓ ✓

Inconvénients

Légèreté Esthétique Portée importante Faible pente (5%-15%)

✓ Faible résistance au feu ✓ Faible isolation thermique

 Plaques ondulées en amiante /fibrociment (DIMATIT) : Avantages

Inconvénients

✓ Légère (15,5Kg/m²) ✓ Economique ✓ Facilité d’exécution

Conception métallique

✓ Livraison en petites longueurs ✓ Pente assez élevée (>25 %) ✓ Réalisation coûteuse

et

dimensionnement

d’un

Hangar

23

 Bacs en amiante /fibrociment (DIMASKAF) : Avantages

Inconvénients

✓ Faible pente (12%) ✓ Longueur de livraison important (3,56m) ✓ Esthétique ✓ Etanchéité

✓ Plus lourdes (poids spécifique de19 Kg/m²).

Conclusion : On optera pour les bacs autoportants en acier galvanisé de type NERVESCO qui, bien qu’elles soient un peu plus chères, sont plus légers et par conséquent on aura des sections moindres pour les éléments porteurs. Ils sont aussi disponibles en grande longueur (ce qui permet de réduire le nombre de plaques), plus esthétiques et exigent moins d’assemblages, ce qui réduit le temps de réalisation.

3.4. Caractéristiques des plaques : D’après le catalogue ARCELOR MITTAL, les caractéristiques techniques des plaques nervurées de type NERVESCO sont : ❖ Les plaques vont être disposées sur 2 appuis :

Figure 6 : Portées utiles sous l’action des charges climatiques

✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓

✓ ✓

L’écartement maximum des pannes est égal à 2.8 m ; L’épaisseur des plaques : 1 mm ; Masse surfacique : 9.58 kg/m² ; Pente : 10% ; Largeur totale= 1m ; Porte-à-faux maximal = 280 mm (Selon DTU 40-35 : « le porte-à-faux des plaques nervurées ne doit pas dépasser L/10 de la portée indiquée par la fiche technique ») ; Recouvrement transversal : 30 cm ; Longueur couverte par faîtage : 150 mm

➔ La répartition des plaques sur la couverture est déterminée comme suit : Conception métallique

et

dimensionnement

d’un

Hangar

24

On a : 𝛼 = tan−1 (0.10) =5,71°

Alors : ℎ𝛼 = 7.5/cos⁡(𝛼)=7.54 m

+ Nombre de plaques transversales : On prend trois plaques de 2.8 m On a : (3*2.8) -0.3*2-0.15 =7.65 m →Avec un porte-à-faux transversal : 11 cm + Nombre de plaques Longitudinales : On prend 66 plaques longitudinalement Ainsi : Le nombre total de plaques est : 66x3x2 = 396 plaques. Le poids de couverture est : 𝐏 = 𝟗. 𝟓𝟖 ∗ 𝟑𝟗𝟔 ∗ 𝟏 ∗ 𝟐. 𝟖 = 𝟏𝟎. 𝟔𝟐⁡𝒕

Figure 7 : Caractéristiques expérimentales

Figure 8: Caractéristiques faitière double

Conception métallique

et

dimensionnement

d’un

Hangar

25

4. Hauteur du hangar : La hauteur du hangar est déterminée en utilisant trois conditions : ▪ Condition sur l’accès des engins ; ▪ Condition sur les ponts roulants ; ▪ Condition sur le vent et effet venturi ; Pour la première condition, afin d’éviter l’encombrement des véhicules, on envisage une hauteur minimale de 4.5m. Pour la deuxième condition, la hauteur choisie doit permettre un bon fonctionnement des ponts. Et pour ce faire, on ajoutera à la hauteur précédente la hauteur nécessaire pour mettre le pont roulant de 5t. Les hauteurs nécessaires sont déterminées comme suit : ✓ Pour un pont de 5t :

𝐻𝑡 = 𝐻 + 𝐾3 + 𝐶3 D’après le catalogue d’abus on a : {𝐾3 = 550𝑚𝑚 → 𝐻𝑡 = 4.5 + 0.55 + 0.49 = 5.54⁡𝑚 𝐶3 = 490𝑚𝑚 + Pour la troisième condition, selon (NV65, art.4.2), pour une inclinaison  31,44

100,00

2

470

71,88

60,10

91,99

121,76

36,96

> 28,15

100,00

3

370

76,60

77,55

118,69

129,66

36,96

> 22,17

100,00

4

270

76,60

77,55

118,69

129,66

36,96

> 16,19

100,00

di

– position du boulon

Ft

– effort transféré par la platine de l'élément aboutissant

Fa

– effort transféré par l'âme de l'élément aboutissant

Fs

– effort transféré par la soudure

Fp

– effort transféré par l'aile du porteur

Fb

– effort transféré par le boulon

Fi

– effort sollicitant réel

Fi ≤ min(Fti , Fsi, Fpi, Fbi)

31,44 < 36,96

vérifié

(0,85)

|467,88| < 550,00

vérifié

(0,85)

Traction des boulons 1.25*Fimax/As ≤ red

Action simultanée de l'effort de traction et de cisaillement dans le boulon [Fimax2+2.36*Ti2]/A ≤ red

|284,99| < 550,00 vérifié

T1 =

4,62

[kN]

Effort tranchant dans le boulon

Tb =

40,39

[kN]

Résistance du boulon au cisaillement

(0,52)

Effort tranchant

[9.2.2.1] 4,62 < 40,39

T1 ≤ Tb

(0,11)

vérifié

10. Vérification de la poutre Fres =

195,23

[kN]

Fres = 2*∑Fi - 2*N

Effort de compression

Compression réduite de la semelle Nc adm = 473,53 Fres ≤ Nc adm

[kN]

[9.2.2.2.2]

Résistance de la section de la poutre 195,23 < 473,53

Conception métallique

et

Ncadm = Abc*e + N*Abc/Ab (0,41)

vérifié

dimensionnement

d’un

Hangar

119

11. Vérification du poteau Compression de l'âme du poteau

[9.2.2.2.2] 195,23 < 852,46

Fres ≤ Fpot

(0,23)

vérifié

Cisaillement de l'âme du poteau - (recommandation C.T.I.C.M) VR =

278,11

[kN]

Effort tranchant dans l'âme |195,23| < 278,11

|Fres| ≤ VR

VR = 0.47*Av*e (0,70)

vérifié

Assemblage satisfaisant vis à vis de la Norme Ratio 0,85

Conception métallique

et

dimensionnement

d’un

Hangar

120

Autodesk

Robot

Calcul

de

Structural

Analysis

l'Encastrement

Professional

2020

Poutre-Poutre

NF P 22-430

Ratio 0,87

Général 3

Assemblage N°:

Nom de l’assemblage : Poutre - poutre Noeud de la structure:

3

Barres de la structure:

2, 3

Géométrie 1. Gauche 2. Poutre Profilé:

IPE 270

Barre N°:

2

=

-174,3

[Deg]

Angle d'inclinaison

hbl =

270

[mm]

Hauteur de la section de la poutre

bfbl =

135

[mm]

Largeur de la section de la poutre

twbl =

7

[mm]

Epaisseur de l'âme de la section de la poutre

tfbl =

10

[mm]

Epaisseur de l'aile de la section de la poutre

rbl =

15

[mm]

Rayon de congé de la section de la poutre

Abl =

45,94

[cm2]

Aire de la section de la poutre

Ixbl =

5789,78

[cm ]

Moment d'inertie de la poutre

ACIER

Matériau: eb =

4

235,00

[MPa]

Résistance

3. Droite 4. Poutre Profilé:

IPE 270

Barre N°:

3

=

-5,7

[Deg]

Angle d'inclinaison

hbr =

270

[mm]

Hauteur de la section de la poutre

bfbr =

135

[mm]

Largeur de la section de la poutre

Conception métallique

et

dimensionnement

d’un

Hangar

121

=

-5,7

[Deg]

Angle d'inclinaison

twbr =

7

[mm]

Epaisseur de l'âme de la section de la poutre

tfbr =

10

[mm]

Epaisseur de l'aile de la section de la poutre

rbr =

15

[mm]

Rayon de congé de la section de la poutre

Abr =

45,94

Ixbr =

5789,78

Aire de la section de la poutre

4

Moment d'inertie de la poutre

[cm ] [cm ]

ACIER

Matériau: eb =

2

235,00

[MPa]

Résistance

5. Boulons Le plan de cisaillement passe par la partie NON FILETÉE du boulon 16 [mm] Diamètre du boulon

d=

8.8

Classe = Fb =

Classe du boulon

69,08 [kN] Résistance du boulon à la rupture

nh =

2

Nombre de colonnes des boulons

nv =

5

Nombre de rangéss des boulons

60 [mm] Pince premier boulon-extrémité supérieure de la platine d'about

h1 =

Ecartement ei =

75 [mm]

Entraxe pi =

60;55;55;90 [mm]

6. Platine hpr =

450

[mm]

Hauteur de la platine

bpr =

140

[mm]

Largeur de la platine

tpr =

20

[mm]

Epaisseur de la platine

Matériau:

ACIER

epr =

235,00 [MPa] Résistance

7. Jarret inférieur wrd =

140

[mm]

Largeur de la platine

tfrd =

12

[mm]

Epaisseur de l'aile

hrd =

130

[mm]

Hauteur de la platine

twrd =

8

[mm]

Epaisseur de l'âme

lrd =

300

[mm]

Longueur de la platine

d =

18,5

[Deg]

Angle d'inclinaison

Matériau:

ACIER

ebu =

235,00 [MPa] Résistance

8. Soudures d'angle aw =

5

[mm]

Soudure âme

af =

8

[mm]

Soudure semelle

afd =

5

[mm]

Soudure horizontale

Efforts Cas: 5: EFF /9/ 1*1.33 + 2*1.42 + 3*1.42 My =

-66,40

[kN*m]

Fz =

-4,68

[kN]

Effort tranchant

Fx =

1,97

[kN]

Effort axial

Moment fléchissant

Résultats 9. Distances de calcul

Conception métallique

et

dimensionnement

d’un

Hangar

122

Bou lon Type N°

a1

a2

a3

a4

a5

a6

a'1

a'2

a'3

a'4

a'5

a'6

s

s1

s2

1

Intér ieurs

2

Centr 27 aux

34

73

3

Centr 27 aux

34

55

4

Centr 27 aux

34

58

27

46

x=

10.

[mm]

34

90

Zone comprimée

x = es*(b/ea)

Efforts par boulon - Efforts par boulon - méthode plastique

Boulo n N°

di

Ft

Fa

Fs

Fp

Fb

Fi

pi [%]

1

300

68,51

0,00

274,67

68,51

69,08

> 59,48

100,00

2

210

64,24

56,22

86,05

64,24

69,08

> 41,69

100,00

3

155

58,30

42,65

65,28

58,30

69,08

> 30,81

100,00

4

100

59,29

44,59

68,25

59,29

69,08

> 19,94

100,00

di

– position du boulon

Ft

– effort transféré par la platine de l'élément aboutissant

Fa – effort transféré par l'âme de l'élément aboutissant Fs – effort transféré par la soudure Fp – effort transféré par l'aile du porteur Fb – effort transféré par le boulon Fi

– effort sollicitant réel

Fi ≤ min(Fti , Fsi, Fpi, Fbi)

59,48 < 68,51

vérifié

(0,87)

|473,56| < 550,00

vérifié

(0,86)

vérifié

(0,54)

Traction des boulons 1.25*Fimax/As ≤ red

Action simultanée de l'effort de traction et de cisaillement dans le boulon [Fimax2+2.36*Ti2]/A ≤ red

|295,85| < 550,00

T1 =

0,47

[kN]

Effort tranchant dans le boulon

Tb =

71,81

[kN]

Résistance du boulon au cisaillement

Effort tranchant

[9.2.2.1] 0,47 < 71,81

T1 ≤ Tb

11. Fres =

(0,01)

vérifié

Vérification de la poutre 299,91

[kN]

Fres = 2*∑Fi - 2*N

Effort de compression

Compression réduite de la semelle Nc adm = 397,84

[kN]

[9.2.2.2.2]

Résistance de la section de la poutre

Fres ≤ Nc adm

12.

Ncadm = Abc*e + N*Abc/Ab

299,91 < 397,84

(0,75)

vérifié

Distances de calcul

Bou lon Type N°

a1

a2

a3

a4

a5

a6

a'1

a'2

a'3

a'4

a'5

a'6

s

s1

s2

1

Intér ieurs

2

Centr 27 aux

34

73

3

Centr 27 aux

34

55

27

Conception métallique

et

34

dimensionnement

90

d’un

Hangar

123

Bou lon Type N° 4

a1

Centr 27 aux

a2

13.

a4

a5

a6

a'1

a'2

a'3

a'4

a'5

a'6

s

34

46

x=

a3

s1

s2 58

[mm]

Zone comprimée

x = es*(b/ea)

Efforts par boulon - Efforts par boulon - méthode plastique

Boulo n N°

di

Ft

Fa

Fs

Fp

Fb

Fi

pi [%]

1

300

68,51

0,00

274,67

68,51

69,08

> 59,48

100,00

2

210

64,24

56,22

86,05

64,24

69,08

> 41,69

100,00

3

155

58,30

42,65

65,28

58,30

69,08

> 30,81

100,00

4

100

59,29

44,59

68,25

59,29

69,08

> 19,94

100,00

di

– position du boulon

Ft

– effort transféré par la platine de l'élément aboutissant

Fa – effort transféré par l'âme de l'élément aboutissant Fs – effort transféré par la soudure Fp – effort transféré par l'aile du porteur Fb – effort transféré par le boulon Fi

– effort sollicitant réel

Fi ≤ min(Fti , Fsi, Fpi, Fbi)

59,48 < 68,51

vérifié

(0,87)

|473,56| < 550,00

vérifié

(0,86)

vérifié

(0,54)

vérifié

[9.2.2.1] (0,01)

Traction des boulons 1.25*Fimax/As ≤ red

Action simultanée de l'effort de traction et de cisaillement dans le boulon [Fimax2+2.36*Ti2]/A ≤ red

|295,85| < 550,00

T1 =

0,47

[kN]

Effort tranchant dans le boulon

Tb =

71,81

[kN]

Résistance du boulon au cisaillement

Effort tranchant 0,47 < 71,81

T1 ≤ Tb

14. Fres =

Vérification de la poutre 299,91

[kN]

Fres = 2*∑Fi - 2*N

Effort de compression

Compression réduite de la semelle Nc adm = 397,84

[kN]

[9.2.2.2.2]

Résistance de la section de la poutre 299,91 < 397,84

Fres ≤ Nc adm

Ncadm = Abc*e + N*Abc/Ab (0,75)

vérifié

Assemblage satisfaisant vis à vis de la Norme Ratio 0,87

Conception métallique

et

dimensionnement

d’un

Hangar

124

Autodesk

Robot

Calcul

du

Structural

Pied

Analysis

de

Professional

Poteau

2020

encastré

'Les pieds de poteaux encastrés' de Y.Lescouarc'h (Ed. CTICM)

Ratio 0,99

Général 4

Assemblage N°:

Nom de l’assemblage : Pied de poteau encastré Noeud de la structure: 1 1

Barres de la structure:

Géométrie 1. Poteau Profilé:

HEA 240

Barre N°:

1

=

0,0 [Deg] Angle d'inclinaison

hc =

230 [mm] Hauteur de la section du poteau

bfc =

240 [mm] Largeur de la section du poteau 8 [mm] Epaisseur de l'âme de la section du poteau 12 [mm] Epaisseur de l'aile de la section du poteau

twc = tfc = Ac =

21 [mm] Rayon de congé de la section du poteau 76,84 [cm2] Aire de la section du poteau

Iyc =

7763,18 [cm4] Moment d'inertie de la section du poteau

rc =

Matériau:

ACIER

ec =

235,00 [MPa] Résistance

2. Plaque principale du pied de poteau lpd =

340

[mm]

Longueur

bpd =

340

[mm]

Largeur

tpd =

20

[mm]

Epaisseur

[MPa]

Résistance

Matériau: e =

ACIER 235,00

3. Ancrage Le plan de cisaillement passe par la partie NON FILETÉE du boulon

Conception métallique

et

dimensionnement

d’un

Hangar

125

4.6

Classe =

Classe de tiges d'ancrage

d=

33

[mm]

Diamètre du boulon

d0 =

33

[mm]

Diamètre des trous pour les tiges d'ancrage

nH =

2

nV =

2

Nombre de colonnes des boulons Nombre de rangéss des boulons

Ecartement eHi =

0 [mm]

Entraxe eVi =

280 [mm]

Dimensions des tiges d'ancrage 100 [mm] L1 = L2 =

400

[mm]

L3 =

200

[mm]

L4 =

60

[mm]

lwd =

40

[mm]

Longueur

bwd =

48

[mm]

Largeur

twd =

10

[mm]

Epaisseur

Platine

4. Semelle isolée L=

2500

[mm]

Longueur de la semelle

B=

2500

[mm]

Largeur de la semelle

H=

1500

[mm]

Hauteur de la semelle

5. Béton fc28 =

25,00

[MPa]

Résistance

bc =

14,17

[MPa]

Résistance

7,00

n=

ratio Acier/Béton

6. Soudures 12

ap =

[mm]

Plaque principale du pied de poteau

Efforts 4: Vo

Cas: 3,11

[kN]

Effort axial

Qy =

0,00

[kN]

Effort tranchant

Qz =

-5,63

[kN]

Effort tranchant

My =

17,33

[kN*m]

Moment fléchissant

Mz =

0,00

[kN*m]

Moment fléchissant

N=

Résultats 7. Béton Plan XZ Coefficients d'équation pour la définition de la zone de pression 113 [mm] A=

A=bpd/3

B=

-19541,06

C=

-133568,91

[cm ]

C=2*n*At*(dtz+My/N)

D=

2270671,55

[cm4]

D=-2*n*At*(dtz+0.5*lpd)*(dtz+My/N)

z0 = pmy = Fty =

2

[cm ]

B=(My/N -0.5*lpd)*bpd

3

79 [mm] Zone comprimée

A*z03+B*z02+C*z0+D=0

8,98 [MPa Contrainte due à l'effort axial et au moment My ]

pmy = 2*(My+N*dtz) / [bpd*z0*(dtz + lpd/2 z0/3)]

123,7 Effort de traction total dans la ligne des boulons [kN] 7 d'ancrage

Conception métallique

et

dimensionnement

Fty = (My-N*(lpd/2 - z0/3)) / (dtz + lpd/2 z0/3)

d’un

Hangar

126

Vérification du béton pour la pression diamétrale 8,98

pm =

[MPa]

Contrainte maxi dans le béton

pm = pmy

La valeur du coefficient K est calculée automatiquement hb = bb =

2299 [mm] 2500 [mm]

hb = z0 + 2*[b/2-0.5*(nv-1)*av] bb=max( 2*(b/2-0.5*(nv-1)*av) +av, bpd )

K = max( 1.1; 1+(3-bpd/bb-lpd/hb) * [(1-bpd/bb)*(1-lpd/hb)] ) 3,33

K=

[Lescouarc'h (1.c)]

Coefficient de zone de pression diamétrale 8,98 < 47,18

pm ≤ K*bc

(0,19)

vérifié

8. Ancrage Nty =

61,89

[kN]

61,89

Nt =

Effort de traction dû à l'effort axial et au moment My

[kN]

Nty = Fty/n

Force de traction max dans le boulon d'ancrage

Nt = Nty

Vérification de la semelle tendue du poteau 120 [mm] l1 =

l1 = 0.5*bfc

l2 =

361

[mm]

l2 =  * a2

l3 =

161

[mm]

l3 = 0.5*[(bfc-s) + *a2]

l4 =

321

[mm]

l4 = 0.5*(s+*a2)

leff =

120

[mm]

leff = min(l1, l2, l3, l4) 61,89 < 338,40

Nt ≤ leff*tfc*ec

(0,18)

vérifié

Adhérence Nt ≤ *d*s*(L2 + 6.4*r + 3.5*L4)

61,89 < 163,28

vérifié

(0,38)

vérifié

(0,46)

vérifié

(0,01)

Vérification de la résistance de la section filetée d'une tige 61,89 < 133,25

Nt ≤ 0.8*As*e

Résistance un effort incliné sur le plan du joint |Tz| ≤ [e2 * Ab2 - N2]/1.54

|-1,41| < 127,09

9. Platine Zone de traction 0

tpmin =

[mm]

tpmin = V11'*1.5*3/(e*bpd)

tpd  tpmin

20 > 0

(0,00)

vérifié

Traction a1 = a2 =

a1 = a2 - 2ap

98 [mm] Pince bord de la soudure de l'aile du poteau-axe du boulon d'ancrage 115 [mm] Pince bord de l'aile du poteau-axe du boulon d'ancrage

280 [mm] Entraxe verticale des boulons d'ancrage Nt[daN] ≤ 375* tpd[mm] *[(a2/a1) * (s/(s+a2))] 6188,71 < 6236,82

a2 = (∑eHi - hc)/2

s=

vérifié

Zone comprimée p = 2,73 [MPa] Contrainte de pression diamétrale dans la section étudiée M22' = 3,55 [kN*m] Moment fléchissant M22' ≤ e*bpd*tpd2/6

s = min( eVi ) (0,99)

3,55 < 5,33

p= pm*[z0+0.5*(hc-lpd)]/z0 M22' = bpd/24 *(lpd-hc)2 * (p+2*pm) (0,67)

vérifié

Cisaillement V22' = 109,51

[kN]

Effort tranchant

V22' ≤ e/3 * (bpd*tpd/1.5) tpmin =

4

109,51 < 615,07

(0,18)

vérifié

[mm]

tpmin = V22'*1.5*3/(e*bpd)

tpd  tpmin M3 =

V22' = 0.25 * bpd * (lpd-hc) * (p+pm)

20 > 4 3,82 [kN*m] Moment fléchissant

M3 ≤ e*bpd*tpd2/6

M3 = 0.125*pm*bpd*(bpd-bfc)2

3,82 < 5,33

tpd  0.139*(lpd-hc)*pm1/3

(0,18)

vérifié

20 > 15

(0,72)

vérifié

(0,74)

vérifié

Assemblage satisfaisant vis à vis de la Norme Ratio 0,99

Conception métallique

et

dimensionnement

d’un

Hangar

127

Bibliographie

✓ Guide de calcul : structures métalliques CM 66 -Additif 80 Eurocode 3 JEAN MOREL ✓ Calcul des structures métalliques selon l'Eurocode 3 JEAN MOREL ✓ Règles de calcul des constructions en acier Règles CM Décembre 1966 Edition Eyrolles ✓ Yvon Lescouarc’h, « Les pieds de poteaux articulés en acier » CTICM, Juin 1982.

✓ Règles définissant les effets de la NEIGE et du VENT sur les constructions et ANNEXES Règles NV.65 révisées 1967, 1970, 1974, 1975 et 1976. Janvier 1978 et annexes

Conception métallique

et

dimensionnement

d’un

Hangar

128