Consistance d’une conception
De manière générale, concevoir une structure consiste à :
- matérialiser les idées de projet,
- faire des simulations,
- calculer les sections des éléments,
- vérifier la disponibilité des sections et des longueurs sur le marché,
- faire les plans détaillés avec les matériaux réellement disponibles.
Matérialiser les idées du projet
Matérialiser le projet consiste à mettre sur le papier les idées que l’on a en tête. En effet, il est très important de le faire car on peut obtenir de visu la réalité sur le terrain et en même temps donner à quelqu’un d’autre l’opportunité de donner son avis.
Dans cette étape, indiquer sur votre plan les éléments pouvant être gênants pour la structure : les tuyauteries, les canaux d’évacuation, les descentes d’eau de pluie, les réseaux de gaz ou d’électricité, les dénivellations, ... Ces éléments sont sources de décision aussi bien au niveau structurel qu’esthétique. Vous avez alors les dimensions de la structure et les dispositions des éléments de façon globale.
Faire des simulations
A l’étape de la matérialisation, vous avez une première image de l’ouvrage. Ensuite, après visualisation de plusieurs modèles trouvés dans des revues, des catalogues ou sur le Web, passer aux simulations. N’hésitez pas à faire plusieurs images : jouer avec le sol, les fondations, la plateforme, la dalle, les poteaux, les pannes, les muralières, les poutres porteuses, les chevrons, les bras de contreventement, les fermes, les liteaux, les couvertures, les planches de rive, les ouvertures et les finitions du bois.
Pour voir les différentes formes de base, consulter le guide de la charpente pour les formes de la toiture ; le guide de la plateforme pour les formes du plancher ; le guide des ouvertures pour les ouvertures ; le guide des ossatures bois pour les parois et ses composants.
Vous pouvez passer aux calculs de structure après avoir pris une décision finale pour ce qui est de la structure finale.
Calculs de structure
Les calculs de structure suivent la méthode de la descente des charges. En effet, il est logique que les éléments en partie inférieure supportent les charges des éléments en partie supérieure.
Les charges, ou actions, suivantes sont à retenir pour le calcul de la section d’un élément :
- charge de structure : elle comprend les différentes charges des éléments permanents que l’élément supporte, ainsi que son poids propre.
- charge de neige : elle comprend essentiellement la charge climatique de neige. Elle dépend de la zone d’enneigement et de l’altitude de la zone du projet. Vous pouvez avoir sa valeur ici.
- charge d’exploitation : elle correspond aux diverses charges d’usage de l’ouvrage. Par exemple logement d’habitation, bureau, local public, local de commerce, local industriel, etc.
La combinaison de ces actions permet de déterminer les charges supportées par l’élément calculé.
- 1 : Charge de structure G + charge de neige S
- 2 : Charge de structure G + charge d’exploitation Q
Les calculs des éléments de charpente se font avec la combinaison des charges de structure G et de neige S. Par contre, ceux des éléments de la plateforme se font avec les charges de structure G et d’exploitation Q. Mais il ne faut pas oublier d’inclure les charges des parois (Gparoi) et tout ce qu’ils supportent pour calculer les poutres porteuses, ou les éléments porteurs des parois, de la plateforme.
La charge de la couverture : cette charge se divise en deux, à savoir la charge de neige et la charge de structure. Pour ce faire, utilisez l’outil de calcul de la charge sur la toiture. Il suffit d’entrer vos données dans les champs requis. Pour le type de couverture, si vous connaissez exactement sa charge, remplir la case "Charge de couverture" (à titre indicatif 1 daN = 1,02 kg). La charge du plafond dépendra du type de plafond que vous voulez mettre et il en est de même pour l’isolant. Pour l’altitude, il ne faut pas vous tromper, surtout si vous êtes à plus de 200 m. Ajouter ainsi quelques mètres en plus si vous hésitez.
EXEMPLE :
Hypothèses :
- Département : Savoie 73
- Altitude : 200 m
- Type de couverture : tôle ondulée galvanisée 8/10
- Pente de toiture : 8,75 %
- Classe de résistance du bois : C24
On a :
- Charge totale : 63 daN/m² dont
- Charge de structure G : 18 daN/m²
- Charge de neige S : 45 daN/m²
On considère une charge d’exploitation d’un bâtiment d’habitation de catégorie A selon l’EUROCODE 5 :
- Q : 150 daN/m²
Bande de charge du chevron
- 1 : Chevron intermédiaire qui présente la bande de charge défavorable. Sa charge propre est ajoutée à la charge de la couverture pour former la charge totale de structure Gchevron
- 2 : Couverture en tôle qui crée une partie de la charge de structure pour le chevron
- 3 : Bande de charge du chevron
- 4 : Chevron d’extrémité
- 5 : Bande de charge du chevron d’extrémité qui présente une bande de charge divisée entre lui et le chevron voisin
- 6 : Portée la plus longue du chevron égale à la distance entre les contre-chevrons les plus éloignés
- 7 : Entraxe des chevrons égal à la largeur de la bande de charge
- 8 : Contre-chevron posé au droit des pannes.
Toute section est donc possible mais on a choisi de mettre la même section que le chevron pour avoir plus de ventilation de toiture par rapport à la tôle. En effet, cette dernière créera plus de chaleur avec les rayons solaires que les autres types de couverture.
Les chevrons et les lattes : ces éléments se calculent de la même façon. Utilisez l’outil de calcul des chevrons. La charge sur les chevrons correspond à la somme de la charge de neige, la charge de la couverture et sa propre charge.
EXEMPLE :
- Entraxe des contre-chevrons (= portée des chevrons) : 60 cm (égal à l’entraxe des pannes pour recevoir un isolant de 60 cm de large).
- Entraxe des chevrons : 100 cm.
- Local d’habitation chauffé
L’outil de calcul en ligne donne les résultats suivants :
- Section de lambourde 40 x 60 [mm] OK
- On va utiliser la même section pour les contre-chevrons.
- 1 : Panne intermédiaire. Sa charge propre Gpanne est incluse dans son calcul
- 2 : Eléments occasionnant la charge de structure = Gcouverture + Gchevron + Gcontre-chevron + Gosb
- 3 : Bande de charge de la panne
- 4 : Panne d’extrémité ayant moins de charge que la panne intermédiaire
- 5 : Bande de charge de la panne d’extrémité inférieure à la bande de charge de la panne intermédiaire
- 6 : Grande portée entre le pan de mur latéral gauche et la poutre. Le calcul de la section de la panne est défavorable pour cette portée.
- 7 : Petite portée entre la poutre et le pan de mur latéral droite
- 8 : Entraxe entre pannes égal à la largeur de la bande de charge
Les pannes : utilisez l’outil de calcul des poutres. Cet outil considère un seul élément de la panne. Si la portée et l’entraxe entre les appuis des pannes sont trop grands, vous pouvez mettre en oeuvre un moisage pour avoir deux éléments de largeur égale à la moitié de la largeur d’une seule panne.
EXEMPLE :
- 1 : Poutre induisant la charge propre Gpoutre
- 2 : Ensemble de charge de structure maintenue par la poutre Gcouverture + Gchevron + Gcontre-chevron + Gosb + Gpanne + Gisolant + Gplafond
- 3 : Bande de charge
- 4 : Pans de murs latéraux parallèles à la poutre
- 5 : Portée défavorable égale à la distance entre deux poteaux. Cette distance est plus grande que celle entre le pan de mur principal et le premier poteau
- 6 : Largeur de la bande de charge égale à la demi-distance entre la poutre et les deux pans de murs parallèles
- Entraxe panne : 60 cm
- Portée panne : 350 cm
- Charge de structure : 25 kg/m²
L’outil de calcul accepte une section de 50 x 145 [mm]. Cette panne pourra recevoir un isolant de 160 mm d’épaisseur.
Les poutres/pannes muralières : si les pannes/chevrons sont fixés sur une poutre/panne muralière, généralement, la vérification de sa section se fait en prenant une portée égale à la distance entre ses points de fixation sur son support. Il est important, en même temps, de faire attention aux fixations des pannes ou chevrons sur cette muralière. Voir l’essentiel du choix sur les accessoires de fixation.
EXEMPLE :
- Entraxe poutre : 275 cm
- Portée poutre : 350 cm
- Charge de structure : 35 kg/m²
L’outil de calcul accepte une section de 75 x 225 [mm].
- 1 : Poteau induisant la charge propre Gpoteau
- 2 : Ensemble de charge de structure maintenue par le poteau : Gcouverture + Gchevron + Gcontre-chevron + Gosb + Gpanne + Gisolant + Gplafond + Gpoutre
- 3 : Bande de charge défavorable
- 4 : Longueur bande de charge limitée par les deux demi-distances entre le pan de mur principal - le premier poteau et les deux poteaux
- 5 : Largeur bande de charge limitée par les demi-distances entre les pans de mur latéraux droite et gauche
- 6 : Pan de mur principal
- 7 : Bande de charge du mur principal
- 8 : Pan de mur postérieur
- 9 : Bande de charge du mur postérieur ; 10 : Pan de mur latéral gauche ; 11 : Bande de charge du mur latéral gauche ; 12 : Pan de mur latéral droite ; 13 : Bande de charge du mur latéral droite
Les poteaux : utilisez l’outil de calcul des poteaux.
EXEMPLE :
- Longueur poteau : 280 cm
- Surface bande de charge : 9 m²
- Charge sur le poteau : 750 daN
- 1 : Montant supportant la charge défavorable et créant sa charge propre Gmontant
- 2 : Ensemble de charge de structure de toiture des ossatures : Gcouverture + Gchevron + Gcontre-chevron + Gosb + Gpanne + Gisolant + Gplafond + Gpoutre
- 3 : Ensemble de charge de structure murale des ossatures : Gbardage + Gtasseau + Gosb_contreventement + Grevêtement_intérieur
- 4 : Bande de charge défavorable
- 5 : Largeur de la bande de charge
- 6 : Longueur de la bande de charge
- 7 : Montant doublé avec une même charge supportée
L’outil de calcul accepte une section de 100 x 100 [mm], mais par souci pratique de fixation des poutres sur les poteaux, on préférera utiliser une section de 150 x 150 [mm].
Pour le calcul de la section des montants, le choix se rapporte sur deux critères :
- l’épaisseur de l’isolant à poser entre les montants,
- la charge que va supporter les montants.
Le calcul se fait donc en considérant la charge défavorable d’un montant. Utilisez par la suite L’outil de calcul pour la vérification et calcul d’un poteau.
EXEMPLE :
- Longueur montant : 220 cm
- Surface bande de charge : 1,45 m²
- Charge de structure : 123 daN
L’outil de calcul, accepte une section de 45 x 75 [mm]. Elle est donc consignée pour une isolation de 75 mm d’épaisseur, mais il est aussi possible de travailler avec une section plus importante selon l’épaisseur du montant adéquat au projet.
Conception de la plateforme
- 1 : Poutre porteuse créant sa charge propre Gpoutre_porteuse. Cette poutre porteuse supportera aussi la charge d’exploitation Q, la charge de plancher Gplancher, la charge de l’isolant de plancher Gisolant_plancher, la charge des tasseaux et panneaux osb sous les isolants Gsupport_isolant_plancher : Gpoutre_porteuse + Q + Gplancher + Gisolant_plancher + Gsupport_isolant_plancher
- 2 : Ensemble de charge de structure des pans de murs : Gbardage + Gtasseau + Gosb_contreventement + Grevêtement_intérieur + Gisolant_mur + Gmenuiserie
- 3 : Solive à l’extrémité créant sa charge propre Gsolive
- 4 : Ensemble de charge de structure des pans de murs : Gbardage + Gtasseau + G-osb_contreventement + Grevêtement_intérieur + Gisolant_mur
- 5 : Solive intermédiaire créant sa charge propre Gsolive_int et supportant la charge du cloison
- 6 : Cloison créant sa charge propre : Gcloison
- 7 : Répartition des bandes de charges transmises aux pans de murs
- 8 : Charge de toiture transmise aux pans de murs : Gcouverture + Gchevron + Gcontre-chevron + Gosb + Gpanne + Gisolant + Gplafond
Pour la conception de la plateforme, il est important de bien faire attention aux diverses charges que la pièce supporte. En effet, généralement la poutre porteuse supporte en même temps la charge de structure des pans de murs avec leurs charges respectives (Gtoiture + S) mais aussi la charge d’exploitation de l’ouvrage.
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