Ouvrage 2eme Edition 2022 de MR Dahmani [PDF]

Zitiervorschau

PREFACE Le présent manuel, qui s’adresse aux ingénieurs des bureaux d’études ainsi qu’aux étudiants de génie civil, génie mécanique et architectures a pour principal objet de présenter d’une manière simple les différentes étapes de calcul des éléments résistant d’une construction métallique avec un rappel théorique au début de chaque étape. L’importance est donnée aux choix des dimensions et à leurs vérifications par des méthodes de calcul selon les nouveaux règlements qui sont basés sur les principes actuels de sécurité et d’aptitude au service. L’ouvrage s’adresse en général à tous ceux qui, ayant acquis les connaissances de base en Résistance des Matériaux, et en réglementation relative aux structures en acier, souhaitent aborder le calcul élémentaire des structures métalliques. Les calculs ont été conduits selon les règlements en vigueur ; CCM97 et Eurocode 3 pour le dimensionnement et la vérification des différents éléments de la construction, RNV 2013 et Eurocode 1 pour les effets de la neige et du vent. Je tiens à exprimer mes plus sincères remerciements à Jean-Pierre Muzeau : Professeur des universités, ancien responsable du département de génie civil de Polytech’ Clermont–Ferrand, qui a lu et approuvé cette nouvelle édition. Mes remerciements et ma gratitude vont aussi à Monsieur Rachid HAMDAD, Professeur au département de génie civil pour son soutien et sa précieuse collaboration.

Mr. Dahmani Lahlou E.mail : [email protected] 3

SOMMAIRE

CH.1- Eléments de projet………………………………………… 1- Introduction ……………………………………………………. 2- Système de toit…………………………………………………. 2.1-Tôles à profil trapézoïdal à simple peau……………………... 2.2- panneaux sandwich…………………………………………… 3- Charges et surcharges appliquée sur la structure……………….. 3.1- Imperfections d’aplomb………………………………………. 4- Les portiques……………………………………………...…….. 5- Toitures avec ferme à treillis……………………………………. 6- Poteaux…………………………………………………………. 7- Contreventements……………………………………………….. 8- Éléments secondaires……………………………………………. 9- Assemblages……………………………………………………. 9.1- Assemblage de jarret…………………………………………. 9.1.1- Renfort de jarret……………………………………………. 9.2- Assemblage de faîtage……………………………………….. 9.2.1- Renfort de faîtage…………………………………………... 10- Types de boulons utilisés………………………………………. 11- Bases des poteaux……………………………………………… 12- Conclusion……………………………………………………...

19 21 22 22 23 23 24 24 28 30 31 32 34 34 35 36 36 36 37 39

CH.2- Etude au vent selon RNV 2013…..………………………. 1- Introduction………………………………………….….……… 2- Domaine d’application………………………………….……… 3- Calcul des forces exercées par le vent…..................................... 3.1- Calcul des forces à l’aide des coefficients de forces…………. 3.2- Calcul des forces à l’aide des coefficients de pression………. 4- Pression aérodynamique du vent………………………………. 4.1- Pression dynamique de pointe qp(z)………………….......... 4.1.1- Hauteur de référence pour l’action extérieure du vent ze…... 4.1.2-Valeur de la pression dynamique de référence qref…………. 4.1.3- Zone du vent………………………………………………… 4.1.4- Coefficient d’exposition………..……………………………

41 43 43 43 43 44 45 46 46 48 49 50

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SOMMAIRE

4.1.5- Coefficient de rugosité……………………………………… 4.1.6- Coefficient de topographie………………………………… 4.1.7- Intensité de turbulence……………………………………… 5- Facteur de site………………………………………………….. 5.1- Catégorie de terrain…………………………………………... 6- Calcul du coefficient dynamique Cd…………………………… 6.1- Valeur simplifiée……………………………………………... 6.2- Formule générale…………………………………………….. 6.2.1- Partie quasi-statique………………………………………… 6.2.2- Partie résonnante……………………………………………. 6.2.3- Facteur de pointe……………………………………………. 7- Coefficients de pression……………………………………….. 7.1- Coefficient de pressions extérieures…..………….………... 7.2- Coefficients de pressions intérieures.…………….………… 8- Coefficient de force……………………………………………. 9- Calcul de la force de frottement……………………………….. 10- Action d’ensemble……………………………………………... 11- Exemple d’application……………..…………….…………......

51 52 56 57 57 59 59 60 61 61 64 64 64 73 76 78 80 83

CH.3- Action de la neige selon RNV 2013…………………........ 1- Objet et domaine d’application………………..…….………… 2- Charge de neige sur le sol……............................……………… 3- Charge de neige sur les toitures……………………………....... 4- Coefficients de forme des toitures…………………………....... 4.1-Toiture simple à un versant………………………………......... 4.2- Toiture simple à deux versants……………………….……….. 4.3- Toiture à versants multiples…………………………………… 4.4-Toiture cylindrique…………………………………………….. 4.5- Toiture présentant des discontinuités de niveau……………… 5- Effets locaux……………………………………………………. 5.1- Accumulation au droit des saillies et obstacles……………….. 5.2- Neige suspendue en débord de toiture………………………… 6- Charge de sable dans la zone D…….…………………………... 6.1- Action de la charge de sable…………..……………………….

105 107 107 107 109 109 109 110 112 113 114 114 115 116 117

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6.1.1- Toitures plates ou à faibles pentes………………………….. 6.1.2- Toitures rampantes………………………………………….. 7.0- Exemples d’applications………………………………………. 7.1- Exemple n°1 (Toiture à doubles versants)……………………. 7.2- Exemple n°2 (Toitures avec dispositif de retenues)…………... 7.3- Exemple n°3 (Toitures à versants multiples)…………………. 7.4- Exemple n°4 (Toitures cylindriques)…………………………. 7.5- Exemple n°5 (Toitures avec discontinuités de niveau)………. 7.6- Exemple n°6 (Toitures avec discontinuités de niveau)……….

117 117 125 125 127 129 131 133 136

CH.4- Calcul des pannes……………………………….......……. 1- Introduction………………………………..........................…… 2- Détermination des sollicitations……………………….......……. 2.1- Evaluation des charges et surcharges…………………………. 2.1.1- Charges permanentes……………………………………….. 2.1.2- Surcharges d’entretien………………………………………. 2.1.3- Surcharges climatiques……………………………………… 3- Principe de dimensionnement………………………….......…… 3.1- Vérification à la résistance en section.….……………………. 3.1.1- Vérification à la flexion…………………………………….. 3.1.2- Vérification au cisaillement…………………………………. 3.1.3- Vérification au déversement………………………………… 3.2- Vérification à la flèche………………………………………... 4- Calcul des liernes………………………………………………... 5- Calcul de l’échantignole………………………………………… 6- Exemples d’applications………………………………………… 6.1- Exemple n°1 (Calcul des pannes)………………………...….... 6.2- Exemple n°2 (Calcul des liernes)……………………………... 6.3- Exemple n°3 (Calcul de l’échantignole)………………………

141 143 143 143 143 143 144 145 145 145 147 148 153 154 156 158 158 171 173

CH.5- Calcul des lisses de bardages...….…........……..………… 175 1- Introduction………………..…....................................….…….. 177 2- Détermination des sollicitations…………………………...…… 178

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2.1- Evaluation des charges et surcharges…………………………. 2.1.1- Charges permanentes……………………………………….. 2.1.2- Surcharges climatiques……………………………………… 2.2- Combinaisons de charge les plus défavorables……………….. 3- Vérification à la sécurité…….……………………………..…… 3.1- Vérification de la résistance en section……………………….. 3.1.1- Vérification à la flexion biaxiale……………………………. 3.1.2- Vérification au cisaillement…………………………………. 3.2- Vérification de l’élément au déversement……………………. 3.3- Vérification à la flèche……………………………………….. 4- Exemple d’application…………………...…......….....................

178 178 178 178 178 179 179 180 181 183 184

CH.6- Calcul des potelets……………….................…..….…....... 1- Introduction…………………………………………….…......... 2- Détermination des sollicitations…………………...…...………. 2.1- Evaluation des charges et surcharges…………………………. 2.2- Combinaisons de charge les plus défavorables……………….. 3- Principe de dimensionnement…………………………….……. 3.1- Condition de flèche…………………………………………… 3.2- Vérification à la sécurité..…………………………………….. 3.2.1- Vérification de la section à la résistance……………………. 3.2.2- Vérification de l’élément aux instabilités……...…………… 4- Exemples d’applications………………………………………. 4.1- Exemple n°1 (Effort normal moins important)………………. 4.2- Exemple n°2 (Effort normal important)………………………

193 195 195 195 196 196 196 196 196 198 205 205 212

CH.7- Calcul des contreventements…………………………….. 1- Introduction…………………………..................….....……....... 2- Les différents types de contreventement………….…...……..... 2.1-Contreventement de toiture (Poutre au vent)…………………. 2.2-Contreventement de façades (palée de stabilité)……………… 2.3-Effort du vent sur les pignons…………………………………. 3- Calcul de la poutre au vent en pignon……………...…….…...... 3.1-Evaluation des efforts horizontaux…………………………….

219 221 221 221 222 222 222 223

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SOMMAIRE

3.2- Efforts de traction dans les diagonales……………………….. 3.3- Section de la diagonale………………………………………. 4- Vérification des montants de la poutre au vent……....………… 5- Calcul de la palée de stabilité en long pan…..………..……….. 6- Exemples d’applications………………………………………. 6.1-Exemple n°1 (Poutre au vent et palée de stabilité)……………. 6.2-Exemple n°2 (Montant de la poutre au vent)………………….

224 225 226 234 236 236 245

CH.8- Calcul des fermes…………….…………...........….……… 1- Introduction……………………………..............…….….……... 2- Type de ferme de toitures……………………………...………... 3- Les assemblages dans les fermes…………………….…….…..... 4- Détermination des charges et surcharges…………..…….…….. 5- Choix de la section……………………………..………..……... 5.1- Etapes de dimensionnement des éléments comprimés.……….. 5.2- Etapes de dimensionnement des éléments tendus…………….. 6- Calcul des longueurs de flambement……………………………. 6.1- Longueur de flambement des barres comprimées………......... 6.2- Longueur de flambement des barres tendues………………... 6.3- Elancement limite lim des éléments…..……………………... 6.4- Les dimensions des cornières utilisées dans la ferme………… 6.5- Poids spécifique approximatifs des éléments………………… 7- Exemple d’application (Calcul d’une ferme de toiture)...….……

255 257 257 258 259 260 260 261 263 263 263 263 263 264 265

CH.9- Calcul des poteaux fermes………………….....…………. 1- Introduction……………………………..............…….….…….. 2- Efforts dans les poteaux……………………………...…………. 2.1- Action du vent……………….…………………….…….…..... 2.2- Action des ponts roulants……………………………………... 3- Calcul des poteaux………………………………………………. 3.1- Effort de compression…………………………………………. 3.2- Efforts transversaux…………………………………………… 3.3- Moment fléchissant……………………………………………

287 289 289 289 289 289 290 290 290

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SOMMAIRE

3.4- Déplacement horizontal………………….…………..…….… 290 4- Exemple d’application…………………………..………..……. 291 CH.10- Calcul des portiques………..………………….....……... 1- Introduction…………………………….................….….……... 2- Les efforts sollicitant le portique…………..….............……….. 3- Calcul des efforts internes………………………………………. 4-Choix de la méthode d’analyse………………………………….. 4.1- Détermination du facteur d’éloignement critique…………….. 4.2- Effet du second d’ordre………………………………………. 5-Exemples d’applications………………..……………………….. 5.1-Exemple n°1 (Portique rigide)…………………………………. 5.2-Exemple n°2 (Portique souple)…………………………………

303 305 305 306 309 309 312 315 315 343

CH.11- Calcul des assemblages………………………………….. I- Calcul des assemblages boulonnés………………………….. 1- Introduction…………………………………………………… 2- Dispositions constructives…………………………………….. 3- Boulons ordinaires…………………………………………….. 3.1- Caractéristiques dimensionnelles des boulons ordinaires…….. 3.2- Vérification des boulons ordinaires à la sécurité……………… 3.2.1-Vérification à la traction…………………………………… 3.2.2-Vérification au poinçonnement des pièces assemblées……. 3.2.3-Vérification au cisaillement………………………………... 3.2.4-Vérification à la pression diamétrale………………………. 3.2.5-Assemblage sollicité au cisaillement et à la traction ……... 3.3-Assemblages longs ……………………………………………. 3.4-Effet de levier………………………………………………… 3.5-Vérification au cisaillement de bloc…………………………… 4- Boulons précontraints………………………………………… 4.1- Vérification à la sécurité………………………………………. 4.1.1- Vérification au glissement…………………………………... 4.1.2- Vérification au cisaillement et à la traction ……………….. 5- Les différents types d’assemblages……………………………..

357 359 359 359 360 361 362 362 363 364 365 368 369 370 371 372 373 373 375 375

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SOMMAIRE

5.1- Assemblage de rive…………………………………………… 375 5.2- Assemblage de faîtage……………………………………….. 376 5.3- Assemblage du pied de poteau………………………………. 377 II- Calcul des assemblages soudés……………………………… 1- Introduction…………………………………………………… 2- Terminologie………………………………………………...... 2.1- Composants d’un cordon de soudure………………………… 2.2- Appellation selon la position du cordon pendant le soudage… 3- Types de soudures……………………………………………… 3.1- Soudures bout à bout…………………………………………. 3.2- Cordons d'angle………………………………………………. 4- Calcul des cordons de soudure…………………………………. 4.1- Calcul des soudures bout à bout……………………………… 4.2- Calcul des cordons d’angle…………………………………… 4.2.1- Types de cordons d’angle…………………………………… 4.2.2- Gorge utile…………………………………………………. 4.2.3- Longueur efficace d’une soudure d’angle…………………. 5- Résistance d’un cordon d’angle……………………………….. 5.1- État de contraintes…………………………………………… 5.1.1- Méthode précise (ou méthode directionnelle)……………… 5.1.2- Méthode simplifiée ………………………………………… 6- Soudures longues……………………………………………….

378 378 378 378 379 380 380 381 382 382 382 382 383 384 384 384 385 389 391

III- Assemblages sous un moment et un effort tranchant ……. 1- Groupe de boulons travaillant à la traction et au cisaillement….. 1.1- Assemblages poteau traverse………………………………….. 1.2- Assemblage traverse-traverse…………………………………. 2- Vérification de l’assemblage à la résistance……………….......... 3- Vérification à la résistance de l’âme du poteau…………………. 3.1- Vérification de l’âme du poteau dans la zone tendue…………. 3.2- Vérification de l’âme du poteau dans la zone comprimée……. 3.3- Vérification de l’âme du poteau dans la zone cisaillée………..

392 392 392 393 394 396 397 398 400

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SOMMAIRE

4- Assemblage par groupe de boulons travaillant à la torsion…….. 400 IV- Exemples d’applications……………………………………... 1-Exemple n°1 (Calcul de l’attache par boulon ordinaire)………… 2-Exemple n°2 (Calcul d’une attache en traction)………………… 3-Exemple n°3 (Assemblage de contreventement)……………….. 4-Exemple n°4 (Calcul de l’attache par boulon HR)……………… 5-Exemple n°5 (Cornière boulonnée sur un gousset)……………… 6-Exemple n°6 (Cornière soudée sur un gousset)…………………. 7- Exemple n°7 (Calcul de l’assemblage de rive)…………………. 8- Exemple n°8 (Vérification de l’âme du poteau)………………… 9- Exemple n°9 (Assemblage Traverse-Traverse)…......................... 10- Exemple n°10 (Groupe de boulons travaillant à la torsion)…..

402 402 408 410 411 414 423 428 431 436 437

CH.12- Calcul des bases des poteaux……………..…………… 1- Introduction…………………………..............….……….…… 2- Modèle de calcul………………………………………………. 2.1- Généralités…………………………………………………….. 2.2- Types de plaques d’assises……………………………………. 2.3- Prise en compte des recouvrements…………………………… 3- Calcul d’assemblage de pied de poteau articulé..….…………..... 4- Résistance au cisaillement du scellement de la plaque d’assise.... 5- Les tiges d’ancrages…………………………………………….. 6- Calcul d’assemblage de pied de poteau encastré….…………..... 6.1- Modèle de calcul………………………………………………. 6.2- Résistance de calcul…………………………………………… 7- Exemples d’applications………………………………………… 7.1- Exemple n°1 (Base du poteau articulé)………………………. 7.2- Exemple n°2 (Base du poteau articulé sans recouvrement)…... 7.3-Exemple n°3 (Base du poteau articulé avec recouvrement)…… 7.4-Exemple n°4 (Section creuse sans recouvrement)..…………… 7.5-Exemple n°5 (Section creuse avec recouvrement)..…………… 7.6- Exemple n°6 (Base du poteau encastré 1)…………………… 7.7- Exemple n°7 (Base du poteau encastré 2)……………………

439 441 443 443 444 445 447 453 454 455 455 456 461 461 474 477 483 485 487 492

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SOMMAIRE

7.8- Exemple n°8 (Base du poteau encastré 3)……………………

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ANNEXE…………………………………………..……….……… 507 ANNEXE 1 : Choix des courbes de flambement……..………….... 509 ANNEXE 2 : Valeurs des coefficients de flambement  …………. 510 ANNEXE 3 : Coefficients d’interactions kij………………………. 514 ANNEXE 4 : Facteurs de moments équivalents………………….. 516 ANNEXE 5 : Prédimensionnement des pieds de poteaux……….. 517 ANNEXE 6 : Effort admissible par tige d’ancrage………………... 518 ANNEXE 7 : Efforts internes : Portique articulé……………….…. 519 ANNEXE 8 : Efforts internes : Portique encastré...……………… 524 BIBLIOGRAPHIE…………………………………..…….……… 529

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