Charpente métallique

Charpente métallique

11 décembre 2018 | Savoir spécialisé

1. Généralités
Jetant un regard sur l'histoire de l'architecture, on peut affirmer à juste titre que l'acier l'a révolutionnée. Aucun autre matériau de construction n'a exercé une influence aussi radicale sur la forme des ouvrages et n'a conféré aux structures porteuses une expression plus pure. Aujourd'hui, la construction métallique signifie high-tech, économie de matière, construction intelligente et forme élégante.

En construction métallique, la distribution des efforts est à la base de la conception. Aussi, l'art de construire en acier se manifeste principalement dans la construction de ponts, de halles et de toitures aux portées imbattables ou aux formes complexes.

La construction en acier permet une mise en oeuvre rapide et efficace, une durée de vie importante et une démolition dans le respect de l'environnement. Considérant sa durée de vie totale, un ouvrage en acier supporte la comparaison avec les autres modes de construction.

 
Airside Center, aéroport de Zurich
Photo: R. Bensberg Unique
 
Appuis articulés, aéroport de Zurich
Photo: R. Bensberg Unique


2. Avantages de la construction en acier
La construction métallique offre d'importants avantages pour la conception, la réalisation et l'utilisation:
• Grande liberté grâce aux structures filigranes et légères
• Qualité constante du matériau et détails de construction standardisés
• Utilisation optimale de l'espace grâce aux grandes portées et aux sections réduites des éléments
• Structures porteuses aérées et tolérances réduites facilitant la mise en place des installations
   techniques et des éléments du second-oeuvre
• Facilité d'adaptation aux changements d'affectation grâce à des assemblages démontables et à
   l'intégration de nouveaux éléments et installations
• Grand choix de couleurs grâce aux revêtements protecteurs contre la corrosion et l'incendie
• Economies importantes grâce au poids réduit de la structure et à des fondations minimales
• Chantier sec, ne nécessitant qu'un espace réduit
• Montage rapide, indépendant des conditions atmosphériques
• Ecologie exemplaire (possibilité de démontage, recyclage)
• Le comportement à la corrosion de l'acier est favorable par le fait qu'il rouille lentement et bien
   visiblement sur la surface: divers traitements confirmés de protection contre la corrosion sont
   à disposition.
• Comportement élastique avec une résistance et une rigidité élevées. Ainsi, l'acier supporte des
   contraintes très élevées à la traction comme à la compression, jusqu'à sa limite d'élasticité.
• Des grandes portées avec peu de poteaux intermédiaires permettent une division flexible de l'espace.

3. Structure du système porteur
Le système porteur d'une construction métallique est l'ossature. Celle-ci a uniquement une fonction porteuse, pas celle de séparation d'espaces. Cependant, elle permet la fixation d'éléments qui, eux, ont cette fonction de séparation. En général, l'ossature est composée de poutres horizontales et de poteaux verticaux.
Le choix d'une trame déterminera la distance entre poteaux et poutres et les portées. Des portées entre 6 et 18 m sont économiques, allant dans des cas spéciaux jusqu'à 30 m. Dans les bâtiments à étages multiples, les poteaux sont situés normalement aux noeuds de la trame. Une trame rectangulaire répond au mieux aux exigences d'une ossature en acier et permet la réalisation de constructions plus économiques qu'une trame aux champs carrés. Les trames à angles obliques sont également possibles.

Stabilisation des structures porteuses
Les différents éléments (poutres, poteaux) doivent être assemblés pour former une structure spatiale devant assurer la transmission des forces horizontales aux fondations et ainsi prêter au bâtiment sécurité, rigidité et stabilité. Ces derniers sont formés de structures en treillis, de murs de refend ou de cadres rigides. Pour garantir la stabilité de l'édifice, s'y ajouteront, selon les besoins, des éléments stabilisateurs comme des diagonales, des cadres rigides ou des panneaux.

Choix des éléments de contreventement
Le genre de contreventement et leur disposition exercent une grande influence sur l'utilisation de l'espace et l'organisation des façades et, de ce fait, ils doivent être déterminés dès le début des études. Il est souvent avantageux de placer les éléments stabilisateurs dans les parois extérieures du bâtiment ce qui laisse toute liberté dans l'utilisation des surfaces.
Quelques critères parlent particulièrement en faveur de:

Contreventement à treillis
– Dans le cas de treillis verticaux légers et à grande portée
– Si les ascenseurs et les escaliers ont une structure ouverte ou sont prévus à l'extérieur de l'immeuble
– Si le contreventement par les éléments en béton disponibles est insuffisant

Murs et noyaux en béton
– S'ils sont suffisants à eux seuls
– S'il n'y a pas de place suffisante pour des treillis dans l'ossature

Contreventement par des cadres rigides
– Si on attribue de l'importance à une transparence maximale
– En l'absence de murs porteurs
– Dans le cas d'édifices de dimensions modestes, à un seul niveau

Comportement des contreventements à treillis
Statiquement, les contreventements verticaux sont des poutres fléchies, plus précisément des treillis en porte-à-faux encastrés dans le sol (a). Les contreventements étroits conduisent à d'importantes forces dans les barres. Les barres subissent des variations de longueur, engendrant des déformations (b). Les contreventements larges sont plus rigides et plus légers grâce à des efforts dans les barres moins importants (c). Une relation raisonnable entre hauteur et largeur du contreventement (1:5 à 1:7 au max.) permet des assemblages simples des barres tout en gardant une rigidité suffisante. La rigidité d'un contreventement étroit peut être nettement améliorée en introduisant une poutre à treillis horizontale disposée entre les poteaux de façade et agissant en forme de cadre rigide (d).




Contreventements verticaux
e) Losanges (longueur de flambage réduite)
f) Croix (barres tendues élancées)
g) Treillis en K
h) Cadres à treillis (chers)
i) Cadres rigides (chers)




Pour les barres de treillis, tous les profilés qu'on peut employer pour les treillis boulonnés conviennent: tubes, cornières simples, doubles ou croisées, profilés à section en T, etc.

Pour des treillis à tirants croisés, on peut également utiliser des fers plats ou ronds, voire éventuellement des câbles; ces éléments ne reprennent que des forces de traction.

Protection incendie
En raison de la conductivité thermique élevée de l'acier et bien que l'acier ne soit pas combustible, il perd de sa résistance à température élevée, d'où la grande importance de sa protection contre l'incendie.
La protection incendie des structures en acier est aujourd'hui beaucoup plus simple qu'il y a quelques années. Les nouvelles prescriptions ouvrent la voie à des solutions où la présence de sprinklers est prise en compte.

Extrait d'un article sur le thème «Charpente métallique» de la Documentation suisse du bâtiment.


Articles les plus récents

28 juin 2019 | Agenda

Vernissage «BIG-GAME», Mudac, 9 Juillet

Le Mudac donne rendez-vous le 9 juillet à 18h pour le vernis...

Vernissage «BIG-GAME», Mudac, 9 Juillet

24 juin 2019 | Savoir spécialisé

Galerie photos: Toiture plate

Les toits plats sont aujourd'hui de véritables talents: les ...

Galerie photos: Toiture plate

24 juin 2019 | Savoir spécialisé

«La toiture végétalisée a le vent en poupes»

Avec Roland Bischoff, responsable des systèmes de toiture ch...

«La toiture végétalisée a le vent en poupes»

21 juin 2019 | Agenda

ArchiCinema Bienne, 22 & 23 Juin

Il y a des espaces qui déclenchent un sentiment de transcend...

ArchiCinema Bienne, 22 & 23 Juin
Copyright © 2001-2019 Docu Media Suisse Sàrl

Charpente métallique