Memoire_PFE_GC5_EtienneDaelman Construction Métallique EUROCODES

Entreprise : Charpente Concept France SAS.

Maître de stage: GROS Anthony.

Tuteur INSA : ANTOINET Sébastien

Sujet :

Etude comparative de la conception et du dimensionnement de structure bois selon les normes SIA (Suisse) et les Eurocodes.

Septembre 2011

Rapport de Projet de Fin d’Etudes Spécialité Génie Civil

DAELMAN Etienne Elève ingénieur de 5ème année

Centre équestre du Chambord Country Club (France)

Nouveaux locaux de l’association de la prévention de la torture (Suisse)

Rapport de Projet de Fin d’Etudes – Charpente Concept – INSA Strasbourg –

Septembre 2011 – Etienne DAELMAN – 5ème

année Spécialité Génie Civil

1

Remerciements

Je remercie tout particulièrement Anthony GROS, tuteur de mon projet de fin d’études (PFE),

et responsable de l’agence de St Pierre en Faucigny, qui a consacré une partie de son temps à

m’encadrer durant l’avancement de celui-ci. Sa disponibilité, son envie de me faire progresser dans le

domaine du calcul de structure bois, m’a permis de réaliser mon projet dans de très bonnes conditions

afin que l’apprentissage et l’avancement du projet soient le plus efficace possible. Je le remercie

également pour sa implication avant ce projet, durant la réalisation des modalités administratives.

Je souhaite aussi remercier l’ensemble de l’équipe d’ingénieur, à savoir Antoine ROUX,

Aurélien DURAND et Vivien MOLLARD, pour leur disponibilité et le temps qu’ils ont pu me

consacrer durant l’avancement du mon PFE. En effet, j’ai ressenti une envie de leur part de

m’expliquer l’ensemble des techniques, les « astuces », les règles à respecter, tout cela dans une

ambiance agréable.

Je remercie également Thomas BUCHI, Président du groupe Charpente Concept. Ce projet fut

riche, de par l’envergure des projets sur lesquels j’ai pu travailler dans le but de réaliser mon étude

comparative. Ce travail, sur des projets aussi intéressants, fut possible grâce à la confiance que

Thomas BUCHI a pu me consacrer.

Je n’oublie pas Patricia ROCHAT, secrétaire du groupe Charpente Concept, qui s’est occupée

d’une grande partie des formalités administratives, et l’ensemble de l’équipe d’ingénieur du bureau

de Perly, avec lesquels j’ai pu échanger et enrichir mes connaissances durant mon projet.

Je souhaite également remercier Sébastien ANTOINET, tuteur INSA, qui m’a encadré,

conseillé durant la réalisation de ce projet. Sa disponibilité, son suivi régulier et efficace de mon

rapport, m’ont permis de réaliser celui-ci dans les meilleures conditions.

Enfin, je souhaite remercie toute l’équipe pédagogique de l’INSA, avec notamment Anne

ANKENMANN, secrétaire du département Génie Civil et Abdellah GHENAIM chef du département

Génie Civil, pour leur encadrement durant la réalisation du projet.




2

Résumé

Mon projet de fin d’études consiste à réaliser une étude comparative entre les normes SIA

(Normes utilisées en suisse) et les EUROCODES (normes utilisées en France) dans le

dimensionnement des structures bois.

J’ai pour cela décomposé mon étude en 3 parties. La première partie comprend une étude

théorique, expliquant et comparant les normes sous forme de graphiques. Celle-ci fait intervenir des

paramètres variant suivant les deux normes, du calcul des charges jusqu'à la vérification des sections

de bois.

Les deux parties suivantes traitent de deux projets, un projet français et un projet suisse.

L’objectif est de comparer les résultats obtenus à partir des deux normes.

Abstract

In my graduation project, I carry out a comparative study between the SIA norms (used in

Swiss) and the EUROCODES (used in France) to proportion the wood framework.

That’s the reason why I divided my study into 3 parts. The first part consists of a theoretical

study, in order to explain and compare these norms, with graphs. It involves some parameters that

vary according to the norms, from the calculation of loads to the verification of wood sections.

The last two parts deal with two projects, a French and a Swiss project. The aim is to compare

the results obtained with the two norms.

Mots clés

Français :

Bois, SIA 265, Eurocode 5, dimensionnement, comparaison, normes.

Anglais :

Wood, SIA 264, Eurocode 5, design of structure, comparison, norms




3

Sommaire

Introduction .................................................................................................................... 5

1. Présentation de l’entreprise..................................................................................... 6

1.1. Historique ............................................................................................................................... 6

1.2. Les domaines d’activités ......................................................................................................... 6

1.3. Le travail de l’ingénieur chez Charpente Concept ................................................................ 7

1.4. L’organigramme de l’entreprise ............................................................................................ 9

2. Entre la France et la Suisse, une approche différente des normes ..................... 10

2.1. Présentation des Eurocodes et des normes SIA .................................................................. 10

2.2. Première approche des règlements ...................................................................................... 11

2.3. Les différences entre les Eurocodes et les SIA .................................................................... 11

2.3.1. Les Actions selon l’Eurocode 1 et la SIA 261 .......................................................................................... 12

2.3.1.1. Les charges d’exploitation ................................................................................................................ 12

2.3.1.2. Les charges de neige ......................................................................................................................... 13

2.3.1.3. Les charges de vents ......................................................................................................................... 15

2.3.2. Les combinaisons d’actions selon l’Eurocode 0 et la SIA 260 ................................................................ 19

2.3.2.1. Selon l’Eurocode 0............................................................................................................................ 19

2.3.2.2. Selon la SIA 260 ................................................................................................................................ 20

2.3.2.3. Les analyses ...................................................................................................................................... 21

2.3.3. Les contraintes et les déformations selon l’Eurocode 5 et la SIA 265 .................................................... 25

2.3.3.1. Selon l’Eurocode 5............................................................................................................................ 25

2.3.3.2. Selon la SIA 265 ................................................................................................................................ 28

2.3.3.3. Analyse .............................................................................................................................................. 30

3. Cas d’un projet français ........................................................................................ 35

3.1. Présentation du projet .......................................................................................................... 35

3.2. La phase de conception avant le dimensionnement ............................................................ 36

3.3. Définition des charges selon l’Eurocode 1 et la SIA 261 ................................................... 37

3.3.1. Les charges de neige ................................................................................................................................. 37

3.3.2. Les charges de vent ................................................................................................................................... 37

3.3.3. Le poids propre des éléments et les charges d’exploitation ..................................................................... 38

3.4. Les combinaisons d’actions selon l’Eurocode 0 et la SIA 260 ........................................... 39

3.4.1. Les combinaisons d’actions aux ELU (Etats Limites Ultimes) ............................................................... 39

3.4.2. Les combinaisons d’actions aux ELS (Etats Limites de Services) .......................................................... 40

3.5. Vérification des sections aux ELU et ELS .......................................................................... 42

3.5.1. Vérification des sections aux ELU (Etats Limites Ultimes) .................................................................... 42




4

3.5.2. Vérification des sections aux ELS (Etats Limites de Services) ............................................................... 44

3.5.3. Récapitulatif des résultats et analyse ....................................................................................................... 46

3.5.4. Conclusion du premier projet ................................................................................................................... 49

4. Cas d’un projet Suisse ........................................................................................... 50

4.1. Présentation du projet .......................................................................................................... 50

4.2. Définition des charges selon l’Eurocode 1 et la SIA 261 ................................................... 51

4.2.1. Les charges de neige : .............................................................................................................................. 51

4.2.2. Les charges de vent : ................................................................................................................................ 51

4.2.3. Le poids propre des éléments et les charges d’exploitation ..................................................................... 52

4.3. Les combinaisons d’actions selon l’Eurocode 0 et la SIA 260 ........................................... 53

4.3.1. Les combinaisons d’actions aux ELU (Etats Limites Ultimes) ............................................................... 53

4.3.2. Les combinaisons d’actions aux ELS (Etats Limites de Services) .......................................................... 54

4.4. Vérification des sections aux ELU et ELS .......................................................................... 55

4.4.1. Vérification des sections aux ELU (Etats Limites Ultimes) .................................................................... 55

4.4.2. Vérification des sections aux ELS (Etats Limites de Services) ............................................................... 58

4.4.3. Récapitulatif des résultats et analyses ...................................................................................................... 59

4.4.4. Conclusion du second projet .................................................................................................................... 62

4.5. Dimensionnement des assemblages ..................................................................................... 62

4.5.1. Les différents types d’assemblage ............................................................................................................ 62

4.5.2. Dimensionnement des connecteurs selon la SIA 265 et l’EC5 ............................................................... 63

4.5.2.1. Selon l’EC5 ....................................................................................................................................... 64

4.5.2.2. Selon la SIA 265 ................................................................................................................................ 65

4.5.2.3. Nombre d’élément en fonction des sollicitations .............................................................................. 66

4.6. Réalisation des plans d’exécution et d’atelier ..................................................................... 68

Conclusion .................................................................................................................... 69

Bibliographie ................................................................................................................ 70

Table des illustrations ................................................................................................... 71

Table des annexes ......................................................................................................... 73




5

Introduction

Afin de conclure ma formation d’ingénieur en génie Civil à l’INSA de Strasbourg, j’ai réalisé

durant six mois, du 24 janvier au 28 juillet, un Projet de Fin d’Études (PFE), dont le sujet est de

comparer les normes SIA, utilisées en Suisse et les EUROCODES, utilisées en France, dans le

dimensionnement de structure bois.

Au sein du bureau d’études structure Charpente Concept, les ingénieurs travaillent sur des projets

de la phase de conception jusqu’à l’exécution des travaux dans le domaine de la construction bois.

Ce bureau d’études étant basé à la fois en Suisse à Perly et en France à St Pierre en Faucigny

(74), les projets réalisés dans ce bureau d’études peuvent à la fois être Suisse et Français.

C’est cette particularité qui m’a permis de réaliser mon étude comparative. Celle-ci fut

décomposée en 3 parties. Ma première tache fut de réaliser une approche théorique. Je me suis

ensuite concentré sur un projet français et un projet suisse pour me baser sur des cas concrets.

Dans la première partie de mon projet, je me suis consacré à une recherche bibliographique des

deux normes, à la fois dans le calcul des charges (SIA 261 et EC1), le calcul des combinaisons

d’action (SIA 260 et EC0) et la vérification des sections (SIA 265 et EC5). Pour cela, j’ai tout

d’abord établi une analyse comparative des textes normatifs à partir de différents graphiques, dans

lesquels je faisais varier certains paramètres. Par exemple : variation de l’altitude de l’ouvrage dans

le calcul de la charge de neige.

Dans ma seconde partie, je me suis basé sur mon étude théorique pour dimensionner, à la fois aux

Eurocodes et aux normes SIA, un projet français, à savoir le Chambord Country Club. Ce projet se

compose de différents ouvrages, centre équestre, hôtel, villas, hameau, gymnase…, cependant je me

suis limité à dimensionner deux de ces bâtiments, le Hameau, qui est un bâtiment de logement à un

étage et le centre équestre.

Pour terminer, j’ai dimensionné un projet suisse, à savoir les nouveaux locaux de l’association de

la prévention de la torture aux normes SIA et aux Eurocodes. Cet ouvrage se compose de deux

bâtiments. Le premier est un plein pied composé d’une toiture terrasse accessible, alors que le second

est un bâtiment travaillant comme un pont. En effet, il possède une structure en treillis et repose d’un

côté sur une « culée » en béton et de l’autre sur le premier bâtiment.




6

1. Présentation de l’entreprise

1.1. Historique

Charpente Concept est un bureau d’ingénieurs bois et d’ingénieurs civils associés. Créé en

1991 en tant que bureau d’études et d’expertises par Thomas Buchi. Charpente Concept est spécialisé

dans l’élaboration de structures en bois. En 1999, Charpente Concept France SAS est créé, puis en

2007, Charpente Concept Thomas Buchi et Reto Emery Sarl à Morges apparaît.

1.2. Les domaines d’activités

Charpente Concept intervient dans différents types de projets :

des écoles

des bâtiments publics

des ouvrages d’art

des villas et maisons

des immeubles administratifs

des ouvrages symboles

des halles à grande portée

des restaurations d’ouvrages anciens

On peut ainsi notamment voir à son actif "la halle 7

du Palexpo à Genève (CH)" en 1994, "le pont de Crest (26)"

en Rhône-Alpes en 2001, "Le Palais de l’équilibre" en 2002

pour l’exposition du développement durable à Neuchâtel

(CH), "le centre aquatique

et de Loisirs" a Neydens

(74) en 2009.

Actuellement, le projet phare en cours de réalisation

est, "le refuge sur l’aiguille du Goûter ", qui est un exploit

technique réalisé à 3837m d’altitude.

Figure 1.1: Centre de loisir de Neydens

Figure 1.3: Refuge du Gouter

Figure 1.2: Palais de l'équilibre




7

1.3. Le travail de l’ingénieur chez Charpente Concept

En Suisse, il existe tout comme en France des phases d’avancement pour les projets. En

France, ces phases sont régies par la loi sur la Maîtrise d’Ouvrages publics (loi MOP). En Suisse, les

phases de projet sont régies par la norme Suisse SIA 103 intitulée "Règlement concernant les

prestations et honoraires des ingénieurs civils". Le déroulement usuel de l’ensemble des prestations

se définit par le projet, la réalisation et l’exploitation. Charpente Concept n’intervient que durant la

phase projet, et éventuellement durant la phase réalisation lorsqu’il possède un mandat de

Coordination des Travaux. Il faut également savoir qu’un bureau d’ingénieur peut intervenir en tant

que mandataire principal ou en tant que spécialiste.

Un ingénieur spécialiste mandaté

De façon plus détaillée, voici le déroulement des différentes étapes :

Définition des objectifs :

- Dans cette phase, l’ingénieur n’a pas de missions ordinaires. Cette définition des

objectifs a pour but de réaliser une première sélection d’équipe d’architecte et d’ingénieur

pour la phase concours qui va suivre. Tout cela dans le cas d’un marché public.

Etudes préliminaires (Phase concours):

- Etude de la faisabilité

- Procédure de mandataire

- Chiffrage estimatif du projet

Mandat de base, étude du projet (phase APS à la phase PRO en France):

- Avant-projet (phase APS et APD) : L’ingénieur devra présenter les différentes

solutions, effectuer un prédimensionnement des parties de l’ouvrage, donner les incidences sur le

coût, les délais, l’environnement et la sécurité. Il devra également s’assurer de l’aptitude de la

demande d’autorisation de construire.

- Projet de l’ouvrage (phase PRO): L’ingénieur fixera les variantes de solutions

constructives en vue de concrétiser le projet. Des concepts seront élaborés, ainsi que le calcul et le

dimensionnement sommaire de la construction, la détermination des dimensions principales et le

traitement de toutes les justifications nécessaires en ce qui concerne la sécurité structurale, l’aptitude

au service et la durabilité. Pour la ou les variantes choisies, les plans seront élaborés. En termes de

coût, un devis sera établi et l’ingénieur devra vérifier le respect de l’enveloppe par étape.

Appel d’offres (ACT et DCE en France):

- Durant cette phase, une soumission (connu sous le nom de DCE, Dossier de

Consultation des entreprises, en France) est établie, c’est-a-dire un cahier contenant la liste des

prestations avec un avant-métré et un descriptif de l’ouvrage. L’ingénieur devra comparer les offres

des entreprises, rédiger un rapport comparatif des offres, et justifier des écarts de coûts par rapport au

devis et le réviser.




8

Réalisation (phase d’exécution) :

- Projet d’exécution : Les éléments porteurs ou non sont dimensionnés et tous les

détails constructifs sont traités. L’ingénieur réalise des plans de construction et de détails ainsi que la

liste des pièces et des matériaux.

- Exécution de l’ouvrage : L’exécution devra être contrôlée ainsi que l’utilisation et la

mise en œuvre des matériaux.

Exploitation :

- Mise en service, achèvement : pas de missions ordinaires pour ces phases, il existe

des prestations à convenir spécifiquement.

- Fonctionnement

- Maintenance

Un ingénieur en tant que mandataire principal

Définition des objectifs (Programme en France):

- Dans cette phase, l’ingénieur doit assister à la mise sur pied du catalogue d’exigences

et présenter des approches méthodologiques possibles tout en indiquant les incidences pour les

différentes solutions, Il doit également fournir une estimation sommaire des différentes

méthodologies.

Mandat de base avec l’étude préliminaire (phase APS et APD en France) :

- Etude de la faisabilité : L’ingénieur doit ici analyser partiellement le projet, présenter

les solutions possibles de conflit, étudier la faisabilité du projet dans le domaine de la spécialité, dans

le cas de Charpente Concept, la structure bois, et présenter des esquisses de solutions. Un plan de

déroulement et de délai sera élaboré.

- Procédure de mandataire : l’ingénieur doit préparer des documents pour la mise en

concurrence (documents de concours, de soumission).

Etude du projet (phase PRO en France):

- Durant cette phase, le travail de l’ingénieur sera sensiblement le même que dans le

cas de l’ingénieur spécialiste.

Appel d’offres (ACT et DCE en France):

- Il en sera de même pour cette phase.

Réalisation (phase EXE en France) :

- Les éléments porteurs ou non sont dimensionnés. Tous les détails constructifs sont

traités.

- L’ingénieur réalise des plans d’exécution, des plans d’atelier et la direction des

travaux pour certains projets.

Exploitation :

- Mise en service, achèvement

- Fonctionnement

- Maintenance

Les dernières phases ne seront pas décrites, car ne constituent pas la majorité des cas.




9

1.4. L’organigramme de l’entreprise

Thomas Büchi

Maître Charpentier Diplomé,

Fondateur et Président du Groupe Charpente Concept

Rafael Villard

Ingénieur Civil HES,

Vice président de

Charpente Concept

Suisse, Administrateur

Reto Emery

Ingénieur diplômé

EPFZ,

Directeur Général de

Charpente Concept

Vaud, Administrateur

Pierre Meylan

Consultant Charpente

Concept,

Administrateur

Bernard Benoît

Directeur Général de

Charpente Concept

France,

Claude Ethnoz

Ingénieur Civil HES

Anthony Gros

Ingénieur Civil Université Grenoble,

Membre de la direction

Aurélien Durand

Ingénieur ENISE

Antoine Roux

Ingénieur Construction bois CHEC-

Paris

René Montavon

Maître Charpentier

Julie Brégeon

Ingénieur Civil, INSA - Toulouse

Adrien Cheneval

Ingénieur Civil, Arts et métiers -

ParisTech

Patricia Rochat

Responsable administrative Charpente

Concept Suisse

Freya Haeni

Administration Charpente Concept

Suisse

Caroline Rochat

Administration Charpente Concept

Suisse et France

Figure 1.4: Organigramme de Charpente Concept




10

2. Entre la France et la Suisse, une approche différente des normes

2.1. Présentation des Eurocodes et des normes SIA

Les Eurocodes

Les Eurocodes ont été élaborés à partir de 1990 dans le but d’unifier l’ensemble des normes

européennes de conception, de dimensionnement et de justification des structures de bâtiment et de

génie civil.

C’est sous l’initiative du Comité Européen de la Normalisation (CEN) que les Eurocodes ont

été rédigés.

Il existe 9 Eurocodes, chacun subdivisé en chapitre et sous chapitre :

Eurocode 0: Bases de calcul

Eurocode 1: actions sur les structures

Eurocode 2: Calcul des structures en béton

Eurocode 3: Calcul des structures en acier

Eurocode 4: Calcul des structures mixtes acier-béton

Eurocode 5: Calcul des structures en bois

Eurocode 6: Calcul des ouvrages en maçonnerie

Eurocode 7: Calcul géotechnique

Eurocode 8: Conception et dimensionnement des structures pour leur résistance aux séismes

Eurocode 9: Calcul des structures en alliages d'aluminium

Prochainement, l’utilisation des Eurocodes, en France, sera obligatoire. Actuellement, un

grand nombre de bureaux d’études ou de contrôle n’utilisent pas encore ces Eurocodes. Pour ce qui

est de Charpente Concept, l’ensemble des ingénieurs travaillant pour des projets français utilise

uniquement les Eurocodes pour la conception, le dimensionnement et la justification de ses structures

bois.

Mon projet de fin d’études étant orienté, construction bois, je me pencherai principalement sur

l’utilisation des Eurocodes 0, 1, et 5.

Les normes SIA

En Suisse, les normes en vigueur sont les SIA. Cette norme est récente et a été créée en raison

de la mise en place des Eurocodes. En effet, en tant que membre du CEN, la Suisse a le devoir de

retrait c’est-à-dire qu’elle doit retirer dans un délai donné, ses normes nationales en opposition avec

les normes européennes. C’est pour cela que le projet Swisscodes a été lancé en 1999. Son objectif est

le développement de normes suisses sur les structures porteuses qui soient à la fois plus maniables et

plus proches de la pratique, tout en étant compatibles avec les Eurocodes.

L’organisation de ces normes est analogue à celle des Eurocodes, la collection actuelle

comprend donc huit normes.

Norme SIA 260 : Bases pour l’élaboration des projets de structures porteuses




11

Norme SIA 261 : Actions sur les structures porteuses

Norme SIA 262 : Construction en béton

Norme SIA 263 : Construction en acier

Norme SIA 264 : Construction mixte acier–béton

Norme SIA 265 : Construction en bois

Norme SIA 266 : Construction en maçonnerie

Norme SIA 267 : Géotechnique.

Les règles de calcul ressemblent donc énormément aux Eurocodes. Elles sont toutes deux basées

sur les états limites. Néanmoins, il existe des différences, notamment dans l’application de certains

coefficients, et dans l’utilisation de valeurs d’états limites différentes.

A noter que l’adaptation en Suisse aux nouvelles normes de construction bois fût plus rapide et

cela, du notamment à la similitude entre le nouveau et l’ancien code contrairement à la France, entre

le CB71 et l’Eurocode 5. En effet, le CB71 est basé sur les contraintes limites, alors que l’Eurocode 5

sur les états limites.

2.2. Première approche des règlements

La première partie du travail réalisé durant mon

projet de fin d’études a été de me familiariser avec les

deux règlements, à savoir les normes SIA et les

Eurocodes.

Pour cela, j’ai réalisé des feuilles de calculs

Excel afin de calculer les charges climatiques (neige et

vent) et d’autres pour vérifier les sections de bois aux

Etats limites Ultimes (ELU) selon les deux règlements.

Ces feuilles de calculs sont présentées en annexe

15 pour les charges climatiques et 16 pour la

vérification des sections.

Je me suis basé sur la réalisation de deux petits

projets, à savoir la charpente d’une villa et une tribune

(voir figure 2.1) pour réaliser ces feuilles de calculs qui

m’ont servi par la suite pour effectuer l’ensemble des

graphiques et tableaux comparatifs du projet.

2.3. Les différences entre les Eurocodes et les SIA

Les actions :

Le dimensionnement des structures consiste, premièrement, à calculer les actions agissant sur

celle-ci. Le calcul et l’analyse de ces actions seront présentés dans le paragraphe suivant. Ils seront

basés sur l’Eurocode 1 et la SIA 261.

Figure 2.1: Tribune d'Andilly




12

Les combinaisons d’actions :

Comme précisé précédemment, les Eurocodes et les SIA sont basés sur les états limites.

Différentes combinaisons d’actions sont à appliquer pour chaque état limite afin de déterminer la plus

défavorable. Voici les deux états limites :

-ELS (Etat Limite de Service)

-ELU (Etat Limite Ultime)

L’ensemble des combinaisons et des coefficients à appliquer seront analysés dans le

paragraphe 2.3.2 qui sera basé sur l’Eurocode 0 et la SIA 260.

Les contraintes et les déformations:

Nous allons ensuite analyser les contraintes et les déformations calculées à partir des

sollicitations, afin de les vérifier en les comparants aux contraintes de dimensionnement et aux

flèches limites (aptitude au service). Celles-ci sont obtenues en prenant en compte la géométrie de la

structure, les conditions d’exposition et les caractéristiques des matériaux. Cette partie fera l’objet du

paragraphe 2.3.3 qui sera basé sur l’Eurocode 5 et la SIA 265.

2.3.1. Les Actions selon l’Eurocode 1 et la SIA 261

Les actions agissant sur la structure sont de différentes natures.

On retrouve les actions suivantes :

Les actions permanentes G, qui sont composées du poids propre de l’ouvrage

(structure, couverture, plancher, cloison, …) et d’éventuels équipements fixes. Celles-

ci ne seront pas analysées, car aucune différence n’existe entre l’Eurocode et la SIA.

Les actions variables Q, sont composées des charges d’exploitation et des actions

climatiques (vent et neige). Ce sont ces actions que l’on analysera dans les

paragraphes suivants.

Les actions accidentelles Ad telles que le feu, la neige accidentelle et les risques de

choc ou d’explosion

Les actions sismiques AEd.

2.3.1.1. Les charges d’exploitation

Les charges d’exploitation sont fonction de la catégorie et de l’usage du bâtiment.

Certaines valeurs sont différentes entre l’Eurocode 1 et la SIA 261. On peut noter que les

charges d’exploitation selon la SIA 261 et l’Eurocode 1 sont relativement semblables.

L’ensemble des valeurs est répertorié en annexe 1.




13

2.3.1.2. Les charges de neige

Selon l’Eurocode 1

Les charges de neige sur les toitures sont données par les formules suivantes :

S=μi(α).Ce.Sk.CT [kN/m²], pour les situations de projet durable ou transitoire (1)

S=μi(α).Ce.SAd.CT [kN/m²], pour les situations de projet accidentel (2)

- μi(α), le coefficient de forme appliqué à la charge de neige. Il dépend du type de toiture,

de la pente du versant et de la redistribution de la neige par le vent ;

- Ce, le coefficient d’exposition ;

- CT, le coefficient thermique ;

- Sk = Sk,200+Δs1, La valeur de la charge de neige sur le sol. Elle dépend de la région et de

l’altitude du bâtiment ;

- SAd, La valeur accidentelle de la charge de neige sur le sol. Elle dépend de la région du

bâtiment ;

Les valeurs des coefficients sont données en annexe 2.

Selon la SIA 261

La charge de neige sur la toiture est donnée par la formule suivante :

qk=μi. Sk .Ce.CT [kN/m²] (3)

- μi(α), le coefficient de forme appliqué à la charge de neige. Il dépend du type de toiture,

de la pente du versant et de la redistribution de la neige par le vent ;

- Ce, le coefficient d’exposition ;

- CT, le coefficient thermique ;

- Sk=(1+(h0/350)²)*0,4 ≥0,9 kN :m², La valeur caractéristique de charges de neige. Elle

dépend de la région et de l’altitude du bâtiment (Cf. Annexe 2) ;

Les analyses

Le calcul de la charge de neige est semblable selon l’Eurocode 1 et la SIA 261. Cette charge

dépend de :

- l’altitude ;

- la région ;

- la pente de toiture ;

- la forme de toiture ;

- les déperditions thermiques ;

- l’exposition au vent.




14

Afin d’analyser les deux règlements, les charges de neige ont été calculées selon l’Eurocode 1

et la SIA 261, en faisant varier l’altitude et la pente de toiture.

En effet, il n’est pas nécessaire de faire varier les coefficients Ce et CT car leurs valeurs sont

les mêmes pour les deux règlements.

Voici les hypothèses :

- zone géographique :

Région Rhône Alpes pour l’Eurocode 1

Régions sans majoration de l’altitude (h0=0m), cf. Annexe 2

- toiture à deux versants ;

- exposition au vent normal.

L’ensemble des résultats est obtenu à partir de feuilles de calculs Excel, réalisées durant mon

PFE, dans le but de maîtriser la norme SIA 261 et l’Eurocode 1 et de pouvoir calculer les charges

climatiques lors du dimensionnement de projet.

Figure 2.2: Charge de neige en fonction de l'altitude pour une pente de toit de 20°

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 500 1000 1500 2000

Ch

arge

de

ne

ige

(kN

/m²)

Altitude (m)

Charge de neige en fonction de l'altitude pour une pente de toit de 20°

Charge de neige selon l'EC1

Charge de neige selon la SIA 261




15

Figure 2.3: Charge de neige en fonction de la pente de toiture pour une altitude de 400m

La principale différence entre l’Eurocode 1 et la SIA 261 et la manière de calculer la

charge de neige caractéristique Sk.

En effet, l’Eurocode 1 définit une formule de calcul différente tous les 500m, ce qui

affine le résultat final. Quant-à-elle, la SIA 261 définit une seule formule de calcul, cependant

elle réajuste la valeur de l’altitude en ajoutant h0 égal à +/-200m, +400m ou +500m en

fonction de la région.

Dans notre cas, nous avons pris un h0= 0m, ce qui sous estime, dans les régions

montagneuses la charge de neige. Pourtant, celles-ci restent quand même nettement

supérieures aux valeurs obtenues avec l’Eurocode 1.

2.3.1.3. Les charges de vents

Selon l’Eurocode 1

La charge de vent de calcul à partir de la formule suivante :

qp=[1+7.Iv(z)].0,5.ρ.V²m(z) [kN/m²] (4)

ρ, la masse volumique de l’air ;

Vm=Cr(z).C0(z).Vb, le vent moyen [m/s] ;

C0(z), le coefficient orographique égal à 1 sauf spécification ;

Vb=Cdir.Cseason.Vb,0, la vitesse de référence [m/s] ;

Cdir, le coefficient de direction (valeur recommandée=1) ;

Csaeson, le coefficient de direction (valeur recommandée=1) ;

Vb,0, la valeur de base de la vitesse de référence [m/s] ;

Cr(z)=kr.ln(z/z0) pour zmin<z<zmax, le coefficient de rugosité ;

z0, la longueur de rugosité [m] ;

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0 10 20 30 40 50 60 70

Ch

arge

de

ne

ige

(kN

/m²)

pente de toiture (°)

Charge de neige en fonction de la pente de toiture pour une altitude de 400m

Charge de neige selon l'EC1

Charge de neige selon la SIA 261




16

zmin, la hauteur minimum [m];

zmax=200m ;

kr=0,19.(z0/z0,II)0,07

, le facteur de terrain ;

z0,II=0,05m (catégorie de terrain II) ;

Iv(z)=

pour zmin<z<zmax, l’intensité de turbulence ;

kI, le coefficient de turbulence, (valeur recommandée=1).

Les valeurs des coefficients Vb,0, z0 et zmin sont donnée en annexe 3

Selon la SIA 261

qp=Ch.qp0 [kN/m²]

Ch=1,6.[(z/zg)αr

+0,375]2, le coefficient de profil de répartition du vent ;

zg, la hauteur de gradient [m] ;

αr, l’exposant de rugosité ;

qp0, la pression dynamique.

Les valeurs des coefficients zg, αr et qp0 sont donnée en annexe 3.

Coefficient de pression Cp,net

On peut également noter qu’un coefficient de pression Cp,net (égal à Cpe-Cpi, respectivement

coefficient de pression extérieure et coefficient de pression intérieure), vient se multiplier à la valeur

de qp.

Ce coefficient est fonction de la zone du bâtiment exposé au vent, de la direction du vent et de

la géométrie de l’ouvrage.

La manière de présenter ces coefficients est différente suivant les deux normes.

En effet, l’EC1 expose l’ensemble de ces coefficients dans des tableaux, répertorié en

fonction du type de toiture, à savoir, toiture plate, toiture à un versant, …., contrairement à la SIA

261 qui répertorie ses coefficients en fonction de la géométrie complète du bâtiment avec le rapport

h : b : d et la pente de toit. Par exemple, le rapport 1 : 2 : 1,5, signifie que b=2h et d=1,5h.

C’est pour cela que selon l’EC1, on peut trouver une valeur répertoriée dans un tableau pour

tous les types de géométries de bâtiment, alors que selon la SIA 261, il faut choisir les valeurs se

rapprochant au maximum de l’ouvrage, ce qui entraine certaines imprécisions.

Les analyses

Comme on peut le voir en fonction des expressions déterminant la charge de vent sur les

bâtiments, cette charge dépend de :

- La rugosité du sol (exposition au vent du bâtiment)




17

- La situation géographique

- La géométrie du bâtiment (hauteur, pente de toit,…)

Afin d’analyser les deux règlements, les charges de vent ont été calculées selon l’Eurocode 1

et la SIA 261, en faisant varier la hauteur du bâtiment et la rugosité du sol.

Nous garderons une géométrie classique, à savoir un bâtiment ayant une hauteur variable, une

largeur de 10m et une longueur de 20m (h : b : d = x : 2 : 1) et une toiture à deux versants de pente

30°. Nous prendrons dans nos résultats les valeurs les plus défavorables de coefficients de

dépressions en toiture et pressions en façade (souvent dimensionnantes).

Pour ce qui est de la situation géographique, nous nous sommes placés en zone frontalière

entre la France et la Suisse, proche de Genève, afin d’avoir des catégories équivalentes.

Comme pour les charges de vent, l’ensemble des résultats est obtenu à partir de feuilles de

calculs Excel présentées en annexe 15.

Figure 2.4 : Charges de vent en toiture à 2 versants de 30° en fonction de la hauteur de bâtiment en zone urbaine

Figure 2.5: Charges de vent en façade en fonction de la hauteur de bâtiment en zone urbaine

-1,6

-1,4

-1,2

-1

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0

0 10 20 30 40 50 60

Ch

arge

de

ve

nt(

kN/m

²)

Hauteur de bâtiment (m)

Charges de vent en toiture à 2 versants de 30° en fonction de la hauteur de bâtiment en zone urbaine (bxd=20mx10m)

Charge de vent selon l'EC1

Charge de vent selon la SIA 261

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

0 10 20 30 40 50 60

Ch

arge

de

ve

nt(

kN/m

²)

Hauteur de bâtiment (m)

Charges de vent en façade en fonction de la hauteur de bâtiment en zone urbaine (bxd=20mx10m)

Charge de vent selon l'EC1Charge de vent selon la SIA 261




18

Pour ce qui est des catégories de terrain (rugosité du sol), voici les équivalents entre l’Eurocode 1 et

la SIA 261 :

Type de terrain Catégorie de terrain selon

Eurocode 1

Catégorie de terrain selon

SIA 261

Bord de mer ou lac 0 II

Rase campagne II IIa

Zone rurale IIIa III

Zone industrielle ou bocage dense IIIb III

Zone urbaine ou foret IV IV

Tableau 2-1 : Equivalence des catégories de terrain

Figure 2.6: Charges de vent en toiture (2 versants à 30°) en fonction du type de terrain pour une hauteur de bâtiment

de 20m

Figure 2.7: Charges de vent en façade en fonction du type de terrain pour une hauteur de bâtiment de 20m

Bord de mer ou lac

Rase campagne Zone rurale Zone industrielle

Zone urbaine ou foret

-1,989

-1,683

-1,411-1,173

-0,986

-1,359-1,161

-0,963 -0,963-0,729

Charges de vent en toiture (2 versants à 30°) en fonction du type de terrain pour une hauteur de bâtiment de 20m

W EC1 (kN/m²) W SIA (kN/m²)

Bord de mer ou lac

Rase campagne Zone rurale Zone industrielle

Zone urbaine ou foret

1,17

0,990,83

0,690,58

1,0570,903

0,749 0,749

0,567

Charges de vent en façade en fonction du type de terrain pour une hauteur de bâtiment de 20m

W EC1 (kN/m²) W SIA (kN/m²)




19

Contrairement aux charges de neige, les charges de vent sont plus défavorables en dépression sur

les toitures en pente à deux versants selon l’EC1.

Cependant, pour les pressions en façade, les valeurs sont équivalentes selon les deux normes.

Il faut noter, que de nombreux types de géométrie existent (toiture à une seule pente, à 4 versants,

façade ouverte, toiture plate, toiture avec acrotères, …), il faut donc utiliser ces résultats comme une

première approche de l’étude.

2.3.2. Les combinaisons d’actions selon l’Eurocode 0 et la SIA 260

Une fois les actions déterminées, nous allons appliquer les combinaisons d’actions associées à

chaque état limite.

Le premier état limite, l’ELU a pour but d'assurer :

- la résistance de la structure (STR)

- L’équilibre de la structure (EQU)

- Le non dépassement de la résistance du sol (GEO)

Le second état limite l’ELS vise à assurer le confort des personnes (vibrations) et à limiter les

déformations à la fois pour le confort visuel, mais également pour le second œuvre (le vitrage par

exemple). Il ne faut pas négliger cet état, souvent dimensionnant.

Les combinaisons d’actions consistent à additionner chaque action en les pondérant. Cette

pondération est fixée en fonction de la durée d’action des charges variables (coefficient ψ) et

également afin d’avoir une marge de sécurité (coefficient γ).

En effet, les coefficients ψ0, ψ1, ψ2, viennent pondérer les valeurs des actions variables

d’accompagnement en fonction de leur durée d’action. Respectivement, rare (SIA) ou caractéristique

(EC0), fréquente et quasi-permanente.

Les valeurs des coefficients ψ et γ sont données dans l’annexe 4 et on peut relever le fait que pour

les SIA, seuls les coefficients ψ pour les charges climatiques changent.

2.3.2.1. Selon l’Eurocode 0

Les combinaisons d’actions aux ELU

Pour vérifier la résistance et l’équilibre statique des structures, on applique la combinaison

d’action suivante, selon l’EC0 :

Situation de projet durable ou transitoire

(5)

Situation de projet accidentelle

(6)

Situation de projet sismique

(7)




20

Les combinaisons d’actions aux ELS

Combinaison caractéristique (situation irréversible)

(8)

Combinaison fréquente

(9)

Combinaison quasi-permanente

(10)

Cependant, il ne faut pas oublier de prendre en compte le fluage du bois dans le temps. Pour

cela un coefficient kdef, fonction du type de bois (bois massif, lamellé collé, …), et de la classe

d’exposition, vient s’appliquer aux charges permanentes ou quasi-permanentes (G et ψ2.Q).

Du fait de la prise en compte de la classe d’exposition, ce coefficient dépend par conséquent

de l’hygrométrie du bois. On peut également noter que, contrairement à l’ancien règlement (CB71),

ce coefficient ne prend pas en compte l’état de contrainte de l’élément.

La valeur de kdef est donnée en Annexe 5.

La combinaison caractéristique devient alors :

(11)

2.3.2.2. Selon la SIA 260

Les combinaisons d’actions aux ELU

Peu de changements sont effectués dans le cas des normes SIA. Les seuls changements sont

les suivants :

- On n’applique pas le coefficient pour les actions variables d’accompagnement dans le

cas d’un projet durable ou transitoire.

- On applique le coefficient pour l’ensemble des actions variables dans le cas

accidentel.

Voici les combinaisons d’action, selon les SIA :

Situation de projet durable ou transitoire

(12)

Situation de projet accidentelle

(13)

Les combinaisons d’actions aux ELS

Dans le cas des SIA, les combinaisons sont les mêmes mais le coefficient de fluage φ est

différent. Celui-ci dépend seulement des conditions d’humidité et pas du type de bois.

Sa valeur est donnée en annexe 5.




21

2.3.2.3. Les analyses

Pour analyser les deux règlements, nous allons nous baser sur un cas simple. Nous allons

calculer les combinaisons d’action en posant des hypothèses et en reprenant les résultats numériques

des actions climatiques, calculées précédemment.

Dans le cas des ELU, nous allons faire varier les charges d’exploitation qui dépendent de la

fonction du bâtiment dans le cas d’une dalle entre étages dans un premier temps.

Dans un second temps, nous allons faire varier l’altitude du bâtiment dans le cas d’une toiture,

car les valeurs de ψ (pour la neige) se calculent différemment selon l’Eurocode 0 et la SIA 260.

Les valeurs sont calculées pour un projet durable ou transitoire, car les actions accidentelles ne

seront pas traitées dans ce projet.

Pour ce qui est des ELS, nous allons étudier l’influence des mêmes paramètres que pour les

ELU, c'est-à-dire la charge d’exploitation et de neige, ainsi que l’influence de la classe de bois

(variation du coefficient de fluage).

Les valeurs sont calculées par l’intermédiaire d’une feuille de calculs Excel. Celle-ci calcule

l’ensemble des combinaisons, cependant dans les cas des ELS, nous nous baserons sur les résultats de

la combinaison caractéristique, qui est le cas le plus défavorable (situation irréversible).

Combinaison d’action aux ELU, variation des charges d’exploitation

Voici les hypothèses de calcul pour une dalle intérieure:

- Charge permanente Gk,inf=0,8 kN/m² (charge de structure seule durant le chantier) et

Gk,sup = 2,1 kN/m² (charge permanente totale de l’ouvrage);

- Charges d’exploitation, variable avec la fonction du bâtiment (cf. annexe 1) ;

- Charge de neige et de vent nulle car on est en présence d’une dalle intérieure.

Figure 2.8: Combinaison d'action aux ELU pour un plancher intérieur

A noter que cette étude représente la différence entre les valeurs des charges d’exploitation

référencées dans l’annexe 1, car les coefficients des combinaisons sont identiques entre la SIA 260 et

l’Eurocode 0.

5,1

8,16,6 6,6 6,6

8,810,3 10,3

5,87,3

8,87,3 7,3

8,810,3 10,3

Combinaison d'action aux ELU pour un plancher intérieur (Valeurs en kN/m²)

Eurocode 0 SIA 260




22

Combinaison d’action aux ELU, variation de l’altitude du bâtiment

Voici les hypothèses de calcul, pour une toiture en terrasse accessible (cas présentant les

différents types de charges) :



- Charge d’exploitation, pour une toiture accessible Q=3,5 kN/m² (EC1) et Q=3 kN/m²

(SIA 261) ;

- Charge de neige pour une altitude variable (valeurs, cf. paragraphe 2.2.1.2) ;

- Pour les charges de vent, n’étudiant pas les valeurs coefficients de pression, nous allons

prendre les valeurs les plus défavorables de Cp pour un bâtiment de dimensions h=20m ;

L=25m ; l=10m ; toiture plate, dont le vent s’exerce sur le long pan;

D’après l’Eurocode 1-1-4, tableau 7.2 on a, Cpe= +0,2 (pression) Cpe=-1,8

(dépression) et Cpi=+0,2 ou -0,3 car on n’a pas de grande ouverture en façade.

D’après la SIA 261, Annexe C tableau 34, Cpe=-1,05 (dépression) et Cpi=-0,35

On obtient les Charges de vent pour un bâtiment en ville W=qp.Cp=qp.(Cpe-Cpi)

W+ =0,58.(0,2+0,3) = 0,29 kN/m² et W- =0,58.(-1,8-0,2)=-0,74 kN/m² (EC1)

W+ =0 kN/m² et W- =0,81.(-1,05+0,35) = -1,13 kN/m² (SIA 261).

Figure 2.9: Combinaison d'action aux ELU pour une toiture en pente de 30°

La valeur plus élevé de la charge d’exploitation selon l’Eurocode 1 et le coefficient de sécurité de

1,5 explique pourquoi la combinaison d’action donne une charge plus importante jusqu’à 800m

d’altitude selon l’EC1. Cela est compensé par la suite par l’intermédiaire de la différence entre les

charges de neige (cf. figure 6).

Combinaison d’action aux ELS, variation des charges d’exploitation

Voici les hypothèses de calcul pour une dalle intérieure:

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

18,0

20,0

0 500 1000 1500 2000Co

mb

inai

son

d'a

ctio

n a

ux

ELU

(kN

/m²)

Altitude (m)

Combinaison d'action aux ELU pour une toiture en pente de 30°

Eurocode 0

SIA 260




23



- Bois Massif ou lamellé collé de classe 2 (bois protégé des intempéries sauf durant la phase

chantier), Kdef=0,8 (EC5) et φ=0,6 (SIA 265) ;

- Charges d’exploitation, variable avec la fonction du bâtiment (cf. annexe 1) ;

- Charge de neige et de vent nulle, car on est en présence d’une dalle intérieure.

Figure 2.10: Combinaison d'action aux ELS pour un plancher intérieur

Combinaison d’action aux ELS, variation de l’altitude du bâtiment

Voici les hypothèses de calcul pour une toiture en terrasse accessible (cas présentant les

différents types de charges) :




(SIA 261) ;

- Charge de neige pour une altitude variable (valeurs, cf. paragraphe 2.2.1.2) ;

- Les charges de vents sont identiques que pour l’analyse des combinaisons aux ELU,

W+ = 0,29 kN/m² et W- = -0,74 kN/m² (EC1)

W+ =0 kN/m² et W- = -1,13 kN/m² (SIA 261).

- Bois Massif ou lamellé collé de classe 2 (bois protégé des intempéries), Kdef=0,8 (EC5) et

φ=0,6 (SIA 265) ;

5,68,1

6,9 6,9 7,59,7

11,2 11,2

5,76,9

8,16,9 7,4

8,810,2 10,2

Combinaison d'action aux ELS pour un plancher intérieur (valeurs en kN/m²)

Eurocode 0 SIA 260




24

Figure 2.11: Combinaison d'action aux ELS pour une toiture terrasse

Combinaison d’action aux ELS, variation de la classe de bois

Voici les hypothèses de calcul pour une toiture terrasse :



- Bois Massif ou lamellé collé de classe 1, 2 ou 3 (cf. annexe 5).


(SIA 261) ;

- Charge de neige pour une altitude de 400m, S=0,68 kN/m² (EC1) et qk=0,74 kN/m²

(SIA 261) (valeurs, cf. paragraphe 2.2.1.2) ;

- Les charges de vents sont identiques que pour l’analyse des combinaisons aux ELU,

W+ = 0,29 kN/m² et W- = -0,74 kN/m² (EC1)

W+ =0 kN/m² et W- = -1,13 kN/m² (SIA 261).

Figure 2.12: Combinaison d'action aux ELS pour une toiture terrasse, à une altitude de 400m

0,02,04,06,08,0

10,012,014,016,018,020,0

0 500 1000 1500 2000

Co

mb

inai

son

d'a

ctio

n a

ux

ELU

(k

N/m

²)

Altitude (m)

Combinaison d'action aux ELS pour une toiture terrasse

Eurocode 0

SIA 260

Classe 1 Classe 2 Classe 3

7,8 8,5

12,2

7,5 7,5

11,7

Combinaison d'action aux ELS pour une toiture terrasse, à une altitude de 400m (kN/m²)

Eurocode 0 SIA 260




25

Que ce soit pour les ELU ou les ELS, les combinaisons d’action donnent généralement des

charges relativement semblables entre les deux règlements.

En effet, certaines charges sont plus importantes selon la SIA 261, notamment celles de la neige,

mais cela se compense par l’absence de coefficient de sécurité γ aux ELU pour les actions variables

secondaires selon la SIA 260 et par une valeur plus faible du coefficient de fluage pour le bois

protégé des intempéries aux ELS.

2.3.3. Les contraintes et les déformations selon l’Eurocode 5 et la SIA 265

La vérification des sections aux états limites ultimes est réalisée en comparant les contraintes

obtenues à partir des sollicitations sur la structure, avec les contraintes de calcul résistant, prenant en

compte la géométrie de la structure, les conditions d’exposition et les caractéristiques des matériaux.

Le calcul de la résistance ultime se fait différemment selon l’EC 5 et la norme SIA 265.

Pour ce qui est de la vérification aux ELS, on mesure la flèche finale (après fluage), que l’on

compare à des valeurs limites qui sont fonction de l’usage du bâtiment.

2.3.3.1. Selon l’Eurocode 5

Les contraintes limites aux ELU

On calcul la résistance ultime du bois à partir de la résistance caractéristique de bois Rk, du

coefficient kmod qui est fonction de la durée de charge et de la classe de service ainsi que du

coefficient partiel de sécurité γM dépendant du type de bois utilisé:

(14)

Les valeurs de kmod pour le bois massif, le bois lamellé collé, le lamibois (LVL) et le

contreplaqué ainsi que le coefficient γM sont répertoriées en annexe 6.

Cette formule permet de calculer les contraintes limites de flexion, de compression, de

traction et de cisaillement.

A cette valeur, on vient multiplier des facteurs géométriques, qui viennent réduire la valeur de

contrainte résistante (sauf pour le coefficient de hauteur > 1). Ces coefficients s’appliquent lorsque la

géométrie de l’élément en bois vient réduire sa capacité résistante. Les coefficients sont les suivants:

-Coefficient de hauteur kh

-Coefficient de flambement kc

-Coefficient d’instabilité provenant du déversement kcrit

-Coefficient d’entaille kv

-Coefficient de volume kvol

-Coefficient considérant la redistribution des contraintes de flexion dans une section km




26

Dans le cas des sollicitations composées, il faut également vérifier l’interaction entre ces efforts :

Flexion et traction axiale Flexion et compression axiale

(15) (16)

(17) (18)

Flexion et compression axiale avec Flexion et compression axiale avec

risque de flambement risque de déversement

(19)

(20)

(21)

Avec :

σm,d la valeur de calcul de la contrainte de flexion

σm,y,d la valeur de calcul de la contrainte de flexion selon l’axe y

σm,z,d la valeur de calcul de la contrainte de flexion selon l’axe z

σc,d la valeur de calcul de la contrainte de compression

σc,0,d la valeur de calcul de la contrainte de compression parallèle au fil

σt,0,d la valeur de calcul de la contrainte de traction parallèle au fil

fm,d la valeur de calcul de la résistance en flexion

fm,y,d la valeur de calcul de la résistance en flexion selon l’axe y

fm,z,d la valeur de calcul de la résistance en flexion selon l’axe z

fc,0,d la valeur de calcul de la résistance en compression parallèle aux fibres

ft,0,d la valeur de calcul de la résistance en traction parallèle aux fibres

kcy le coefficient de flambement selon l’axe y

kcz le coefficient de flambement selon l’axe z

km le coefficient considérant la redistribution des contraintes de flexion dans une section




27

Les déformations limites aux ELS

Pour vérifier les états

limites de service, des valeurs

de flèche à ne pas dépasser

sont à respecter. Cette valeur

dépend de l’usage du

bâtiment.

La flèche varie dans le

temps avec le fluage comme

l’explique la figure suivante :

Winst, la flèche instantanée, auquel vient s’ajouter dans le temps la flèche due au fluage Wcreep.

Cela donne la flèche finale Wnet,fin. A noter qu’une contre-flèche peut être faite en atelier avant la

mise en place de l’élément en bois Wc.

Trois types déformations sont à respecter :

- W1, résultant de l’exigence de la durabilité et de respect des hypothèses de calcul de la

structure elle-même. Wnet,fin1, est déterminée à partir de la combinaison d’actions

caractéristique. Les valeurs des flèches admissibles selon l’annexe nationale de

l’Eurocode 5 pour les éléments en bois sont les suivantes :

Tableau 2-2: Flèches admissibles selon l'EC5

Remarque : L’annexe nationale précise que pour les panneaux de plancher et pour les

supports de toiture, on se limitera à une flèche de L/250.

- W2, sont les déformations limites de la structure correspondant au bon fonctionnement

des ouvrages du second œuvre. Les valeurs des flèches admissibles sont déduites de la

déformation limite fixée pour l’ouvrage de second œuvre ayant à subir la déformation.

Certains avis techniques de produits précisent les flèches limites à respecter. L’usage

consiste à se limiter à une flèche de L/500, lorsque de la verrerie ou de la menuiserie est

en contact avec la structure. Wnet,fin2, est déterminée à partir de la combinaison d’actions

caractéristiques.

Figure 2.13: Définition de la flèche




28

- W 3, correspondant aux exigences de confort d’usage, de fonctionnement et d’aspect

spécifiées pour le projet individuel. Wnet,fin3, est déterminée à partir de la combinaison

d’actions définies par les documents du marché.

Les vibrations limites aux ELS

La vérification des vibrations d’un plancher consiste à vérifier la fréquence fondamentale du

plancher. Celle-ci se calcule en considérant uniquement la charge permanente.

Pour un plancher rectangulaire, la fréquence fondamentale f1(Hz) peut s’approximer à la valeur

suivante :

f1=

(23)

m, la masse en kg/m²

l, la portée du plancher en m

(EI)l, la rigidité équivalente en flexion de la plaque du plancher selon un axe

perpendiculaire à la direction des solives en Nm²/m.

Pour le cas d’un plancher résidentiel, il convient d’avoir une fréquence f1>8Hz.


Les contraintes limites aux ELU

Pour ce qui est de la norme SIA 265, le calcul de la résistance ultime du bois prend en compte

les paramètres suivants :

- Rk, la résistance caractéristique de bois ;

- ηt, facteur de majoration, fonction de la durée d’application des actions, généralement égale

à 1 (1,4 pour les actions accidentelles) ;

- ηw, facteur réducteur, fonction de l’humidité du bois ;

- ηM, facteur de conversion entre les résultats d’essais normalisés et les conditions réelles

- γM, facteur de résistance.

Les valeurs des coefficients sont données en annexe 7.

(24)




29

Les coefficients géométriques

Comme pour l’Eurocode 5, des coefficients géométriques viennent s’appliquer à la résistance

de l’élément. La seule différence avec l’EC5, est l’absence du coefficient kvol (coefficient de volume),

absent dans la SIA 265.

Ceux-ci ne seront pas détaillés dans ce paragraphe, car ils sont communs aux deux normes et

seront appliqués dans les paragraphes 3 et 4 avec les études de cas.

Les sollicitations composées

Les sollicitations composées sont soumises à certaines vérifications comme pour l’Eurocode 5

Flexion et traction composées (25)

Compression et Flexion composées (26)

Compression et flexion composées avec risque

de déversement et de flambement (27)

Remarque : selon la SIA 265, le coefficient de déversement s’écrit km (kcrit selon l’EC5).

On peut noter que le coefficient considérant la redistribution des contraintes de flexion dans

une section (kmod selon l’EC5) n’est pas pris en compte selon la SIA, ce qui augmente la valeur limite

de résistance.

Les déformations limites aux ELS

La flèche admissible selon la SIA 265 dépend du type de charge. Comme on a pu le voir dans

le paragraphe 2.3.2.2, trois types de combinaisons d’action existent selon le type de charge, c'est-à-

dire, les charges rares (comportement irréversible), les charge fréquentes et charges quasi

permanentes.

Pour chaque type de charge, une valeur de flèche admissible existe. Voici leurs valeurs :




30

Tableau 2-3: Flèches admissibles selon la SIA265

Il convient de prendre un flèche admissible de L/500, lorsque la structure est en contact avec des

éléments du second œuvre fragiles tel que des menuiseries ou de la verrerie, et prendre un flèche

admissible de L/350 pour les autres cas d’aptitude au fonctionnement.

Les vibrations limites aux ELS

Ce critère d’aptitude au service est identique à l’Eurocode.

2.3.3.3. Analyse

Afin d’analyser nos résultats, nous allons étudier le cas le plus simple qui est une poutre sur

deux appuis ayant une bande de charges d’un mètre.

Dans l’analyse suivante, nous allons faire varier les paramètres influençant les valeurs de

résistance ou de flèche admissible.

Afin de déterminer la norme la plus restrictive, il faut prendre en considération les valeurs de

contraintes et de flèches limites, mais également les charges appliquées.

En effet, il est possible que les résistances limites soient plus contraignantes selon une norme,

mais que la valeur plus faible des sollicitations compense cette différence.

L’ensemble des résultats est obtenu à partir de feuilles de calculs Excel, afin de dimensionner

des sections de bois, connaissant les sollicitations.

Comme pour l’analyse des charges ou des combinaisons, les paramètres influençant les

résultats que nous allons faire varier :

- La section de l’élément en bois (ELU)




31

- La longueur efficace (ELU)

- La classe de bois suivant l’exposition aux intempéries (ELU)

- La durée de chargement (ELU et ELS)

Influence de l’élancement de l’élément pour la résistance du bois (ELU)

Voici les hypothèses de calcul pour une poutre sur 2 appuis de portée de 5m :

- Sollicitation pour un plancher de logement (voir paragraphe 2.2.2.2)

Selon EC0 : Qd ELU = 5,1 kN/ml ; Myd=15,9 kN.m ; Vzd=12,8 kN ;

Selon SIA260 : Qd ELU = 5,8 kN/ml ; Myd=18,1 kN.m ; Vzd=14,5 kN ;

- Section variable

- Selon l’EC5, chargement à moyen terme, et classe de bois 2, kmod=0,8

- bois lamellé collé GL24H γM=1,25 (EC5) et γM /ηM=1,5 (SIA 265)

- Selon la SIA 265 on a une classe de bois de 1, ηW=1.

Figure 2.14: Section de bois nécessaire aux ELU

Influence de la longueur efficace pour la résistance du bois (ELU)

Voici les hypothèses de calcul pour une poutre sur 2 appuis :




- Section de 100x280mm

- Selon l’EC5, chargement à moyen terme, et classe de bois 2, kmod=0,8


- Selon la SIA 265 on a une classe de bois de 1, ηW=1.

- Longueur de poutre égale à la longueur efficace (poutre sur 2 appuis) variable

0

100

200

300

400

0 50 100 150 200

h(m

m)

b (mm)

Section de bois nécessaire aux ELU

Eurocode 5

SIA 265




32

Figure 2.15: Variation du taux de travail en fonction de la longueur efficace aux ELU

Remarque : La cassure de la courbe se situe au moment ou le coefficient de déversement n’est plus

égal à 1.

Influence de la classe de bois et de la durée de chargement pour sa résistance(ELU)

Voici les hypothèses de calcul pour une poutre sur 2 appuis de portée de 5m:




- Section de 100x280mm

- Selon l’EC5, temps de chargement et classe de bois variable, kmod variable (cf.annexes 6

et 7)


- Selon la SIA 265 on a une classe de bois variable, ηW variable

Remarque : Nous avons pris les sollicitations pour un plancher de logement. Normalement, ce type

de plancher est un bois de classe 1 (protégé des intempéries) et soumis à une charge à moyen terme

(charge d’exploitation). Cependant, dans le cadre de l’étude, nous avons considéré que ces

paramètres (classe d’exposition et durée de chargement) étaient variables.

78

80

82

84

86

88

90

92

94

0 2 4 6 8 10

Po

urc

en

tage

de

tra

vail

(%)

L eff (m)

Variation du taux de travail en fonction de la longueur efficace aux ELU

Eurocode 5

SIA 265




33

Figure 2.16: Influence de la classe de chargement et la classe du bois sur le taux de travail aux ELU

Influence de du type de chargement sur la flèche admissible (ELS)

Pour ce qui est des états limites de service, il faut comparer les flèches admissibles qui sont

fonctions des cas de charges et de la fonction du bâtiment pour l’Eurocode 5.

Voici le rapport w net,fin (EC5)/ w net,fin (SIA 25), en fonction des paramètres cités :

Tous les bâtiments; chevrons

Bâtiments courants; éléments structuraux

Bâtiments agricoles ou similaires;

éléments structuraux

Panneau de plancher ou support de

toiture

Second œuvre à caractère fragile

SIA : L/500 EC : L/500 SIA/EC : 1

SIA : L/500 EC : L/500 SIA/EC : 1

SIA : L/500 EC : L/500 SIA/EC : 1

SIA : L/500 EC : L/500 SIA/EC : 1

Durabilité de la structure

SIA : L/350 EC : L/150

SIA/EC : 2,33

SIA: L/350 EC: L/200

SIA/EC : 1,75

SIA : L/350 EC : L/150

SIA/EC : 2,33

SIA : L/350 EC: L/250

SIA/EC : 1,4 Aspect de l’ouvrage SIA : L/300

EC : L/150 SIA/EC : 2

SIA: L/3O0 EC: L/200

SIA/EC : 1,5

SIA : L/300 EC : L/150 SIA/EC : 2

SIA : L/300 EC : L/250

SIA/EC : 1,2

Tableau 2-4: Comparaison des flèches admissibles selon l'EC5 et la SIA 265

127

115106 106

9891 91 91

79 7970 70 70

58 58

107 107

8980

107

8980

107

8980

8980

107

8980

Influence de la classe de chargement et la classe du bois sur le taux de travail aux ELU

Eurocode 5 SIA 265




34

Aux états limites de services, les flèches admissibles selon la SIA 265 sont entre 1 et 2,3 fois plus

importantes que selon l’Eurocode 5, alors que les charges appliquées sont relativement semblables.

Si aux états limites ultimes, les résultats sont relativement semblables selon les normes SIA et

Eurocodes, il en est autrement pour les états limites de services.

En effet, aux ELU les charges, notamment celles de la neige sont généralement plus importantes

selon la SIA 261, cependant l’absence des coefficients de sécurité γ pour les actions variables

secondaires compense cette différence.

Aux ELS, (états souvent dimensionnants), les flèches admissibles sont plus contraignantes selon

la SIA 265 alors que les charges appliquées sont relativement semblables.

On peut également préciser que l’Eurocode 5 prend en compte un plus grand nombre de

paramètres (exemple, la valeur du coefficient kdef ou le calcul des charges de vents). Cela a pour

conséquence d’affiner les résultats et d’optimiser les sections de bois.

Les valeurs obtenues permettent une première approche de l’étude comparative entre les

Eurocodes et les normes SIA dans le dimensionnement des structures bois. Nous allons maintenant

nous baser sur des projets réels pour approfondir cette comparaison.




35

3. Cas d’un projet français

3.1. Présentation du projet

Ce projet est le Chambord Country Club, situé dans le village de La Ferté-Saint-Cyr, au sein du

département du Loir et Cher.

Celui-ci accueillera un centre de résidence, de détente et de loisirs.

Voici les différents acteurs de ce projet :

- Maître d’ouvrage : SNC Chambord Nature Passion

- Architectes : Wilmotte & Associés SA à Paris

- Ingénieurs Civils, Fluides et sécurité : Bonnard & Gardel

- Ingénieurs Bois : Charpente Concept France

Caractéristiques :

- Superficie : 400 HA

- Projet orienté BBC

- Permis de construire : fin 2011

- DCE prévu pour septembre 2012

- Livraison prévue étalée de fin 2013 à 2016 (60 à 100 villas par an)

Liste des bâtiments, l’ensemble ayant une structure bois

- Pavillon d’entrée : 100m²

- Club house : 900m²

- Hôtel 4* : 7000m²

- Spa Aquatherme : 850m²

- Fitness Center : 550m²

- Kids Clubs : 400m²

- Commerces : 700m²

- 150 maisons en Bandes : 100m²

- 62 maisons Ranch : 190m²

- 250 maisons Golf : entre 200m² et 320m²

- 33 maisons Cavalière : 200m²

- 14 maison Etang : 320m²

- Ferme : 250m²

- Centre équestre : Ranch house 300m², manège 800m², écurie 1800m²

- Restaurant : 400m²

- Hameau : 5500m²

Actuellement le projet termine sa phase d’avant projet définitive. J’ai donc pu notamment

réaliser le prédimensionnement d’une partie de ces bâtiments selon les normes Eurocodes mais

également suivant les normes SIA afin de comparer ces différents résultats.

Pour mon étude, je me baserai sur le dimensionnement du centre équestre et du hameau

figurant sur les photos ci-dessous.




36

Les plans de ces deux bâtiments sont répertoriés en annexe 8 et 9.

3.2. La phase de conception avant le dimensionnement

Dans chaque projet, la conception est une phase très importante et doit être réalisée avant tout

dimensionnement. En effet, les exigences architecturales et la physique du bâtiment sont les deux

principaux points développés pendant la conception.

Cette phase de travail ne rentre pas dans le cadre de l’étude comparative, mais a dû être réalisée

durant le projet.

Les exigences architecturales

Un travail de collaboration est effectué avec l’architecte afin de trouver des compromis entre

notamment les possibilités de réalisation, la pérennité de l’ouvrage (le bois étant un matériau naturel)

et le respect architectural.

La physique du bâtiment

La majorité des projets ont pour objectif d’avoir une labellisation Minergie (pour la Suisse) ou

BBC (pour la France).

Avant tout dimensionnement, la définition des matériaux périphériques au bois, à savoir la

membrane d’étanchéité, le choix de l’isolant et son épaisseur, le pare vapeur,…, est à réaliser. Un

calcul des coefficients de transmission thermique surfacique de chaque paroi (U en W.m-².K

-1) doit

également être effectué dans l’optique d’obtenir le label.

Figure 3.1: Centre équestre du Chambord Country Club

Figure 3.2 : Hameau du Chambord Country Club




37

De plus, le bois et l’isolant (généralement de la laine de bois ou de la laine de roche) sont des

matériaux naturels. La réflexion sur l’étanchéité à l’air et à l’eau durant la phase de conception à une

grande importance sur la durabilité de l’ouvrage.

Durant cette phase, de nombreux détails de conception sont réalisés par l’ingénieur. A noter que

chez Charpente Concept, tous les plans sont réalisés par l’ingénieur bois et non pas par des

dessinateurs projeteurs.

3.3. Définition des charges selon l’Eurocode 1 et la SIA 261

3.3.1. Les charges de neige

Voici les hypothèses retenues afin de calculer les charges de neige selon l’EC1 et la SIA 261. Ces

valeurs sont calculées selon les formules du paragraphe 2.3.1.2 :

Les feuilles de calculs permettant de calculer ces charges sont présentées en annexe 15.

- Altitude : 130m

- Coefficient de toiture μ=0,8 (pente inférieure à 30°)

- Coefficient d’exposition Ce=1

- Valeur caractéristique Sk=0,45 kN/m² selon l’Eurocode 1

Sk=0,9 kN/m² selon la SIA 261

Nous obtenons les charges suivantes : qk,n=0,36 kN/m² selon l’EC1.

qk,n=0,72kN/m² selon la SIA 261.

La restriction qui minore le Sk à 0,9 selon la SIA 261 est la raison pour laquelle les charges de

neige sont autant différentes.

Le territoire Suisse étant à une altitude minimum de 400m, la valeur de neige obtenue selon la

SIA261 sera une hypothèse de calcul pour la suite de l’étude.

3.3.2. Les charges de vent

Voici les hypothèses retenues afin de calculer les charges de vent selon l’EC1 et la SIA 261. Ces

valeurs sont calculées selon les formules du paragraphe 2.3.1.3 :

Les feuilles de calculs permettant de calculer ces charges sont présentées en annexe 15.

- Hauteur des bâtiments 9,5m (Ranch House, h=9m ; Manège, h=9,40m ; Hameau,

h=9,3m).

- Zone : Zone 2 selon l’EC1

- Catégorie de terrain : IIIa selon l’EC1

III selon la SIA 261

- C0=1

- qp0=0,9 (région à basse altitude) selon la SIA 261

Nous obtenons les charges suivantes : qp=0,64 kN/m² selon l’EC1.

qp=0,89kN/m² selon la SIA 261.




38

A ces valeurs, vient s’appliquer le coefficient Cp net = Cpe-Cpi. Cpe étant le coefficient de

pression extérieure et Cpi le coefficient de pression intérieure.

Remarque : Au stade de l’avant projet, les charges horizontales n’ont pas été prises en

compte. Seules les pressions et dépressions sur les toitures ont été calculées.

Cp net selon

l’EC1

Cp net selon la

SIA 261

W (kN/m²)

selon l’EC1

W (kN/m²) selon

la SIA 261

% de différence

Avant toit du Steak house -1,8 -1,15 -1,15 -1,03 10,4

Toiture du Steak house -0,9 -0,55 - 0,6 -0,49 18,3

Toiture du manège -1,6/+1 -0,55/+1,1 -1,03/+0,64 -0,49/+0,98 52/35

Avant toit du Hameau -1,9 -1,15 -1,22 -1,03 15,5

Toiture du Hameau -0,8 -0,55 -0,52 -0,49 5,7

Tableau 3-1: Tableau comparatif des charges de vent

Remarque 1 : Les valeurs positives sont les pressions et les valeurs négatives, les dépressions.

Remarque 2 : De nombreux coefficients de pressions différents sont à appliquer sur une même

toiture en fonction de la zone de toit étudiée. Pour simplifier l’étude, nous avons considéré les

valeurs les plus défavorables, réparties de manière majoritaire sur la toiture.

3.3.3. Le poids propre des éléments et les charges d’exploitation

L’ensemble des compositions de structure (toiture, coursive ou plancher) est répertorié en annexe

10 et les charges d’exploitation en annexe 1.

Concernant les charges d’exploitation pour les toitures non accessibles, les charges utiles

d’entretien ne s’additionnent pas avec les charges climatiques. Concernant l’Eurocode, seules les

toitures, ayant une pente inférieure à 15% (cas du hameau) auront leurs charges d’entretien

dimensionnantes par rapport aux charges climatiques. Pour ce qui est de la SIA, la charge d’entretien

est de 0,4kN/m² quelque soit la pente.

Les charges obtenues sont les suivantes :

Gk,sup (kN/m²) Gk,inf (kN/m²) Q selon

l’EC1

Q selon la

SIA 261

% de différence

pour Q

Toiture en pente du

Hameau (<15%) 1,00 kN/m

2 0,90 0,8 kN/m² 0,4 kN/m² 50

Coursive du

hameau 0,60 kN/m

2 0,50 3,5 kN/m² 3,0 kN/m² 16 ,6

Dalle entre étages

du hameau

(Habitation)

3,60 kN/m2 3,60 1,5 kN/m² 2,0 kN/m² 25

Toiture isolée, du

steak house (>15%) 1,00 kN/m

2 0,90 1,5 kN

0,4 kN/m² /

Toiture Manège et

Ferme (>15%) 0,30 kN/m

2 0,20 1,5 kN

0,4 kN/m² /

Toiture Ecuries

(>15%) 0,50 kN/m

2 0,40 1,5 kN

0,4 kN/m² /

Toiture non isolée

Steak House

(>15%)

0,40 kN/m2 0,30

1,5 kN

0,4 kN/m² /

Tableau 3-2: Tableau comparatif des charges permanentes et utiles




39

3.4. Les combinaisons d’actions selon l’Eurocode 0 et la SIA 260

3.4.1. Les combinaisons d’actions aux ELU (Etats Limites Ultimes)

Les combinaisons d’actions sont définies dans le paragraphe 2.3.2.1 pour l’Eurocode 0 et dans le

paragraphe 2.3.2.2 pour la SIA 260. Les valeurs des coefficients de pondération sont présentées dans

l’annexe 4.

Dans notre cas nous obtenons, les coefficients sont les suivants :

φ0,Gi= 1,35 ou 1 (charge variable principale, selon l’EC0 et la SIA 260)

φ0,Qi= 1,5 ou 0 (charge variable principale, selon l’EC0 et la SIA 260)

Ψ0,W= 0,6 (selon l’EC0 et la SIA 260)

Ψ0,S= 0,5 (selon l’EC0) ; Ψ0,S= 0,55 (selon la SIA 260)

Ψ0,CU,plancher= 0,7 (selon l’EC0 et la SIA 260)

Ψ0,CU,toiture= 0 (selon l’EC0 et la SIA 260)

Nous obtenons ainsi les combinaisons suivantes :

Selon l’EC0 : 1,35 Gsup + 1,5 S + 0,9 W+ + 1,05 Q neige prédominante

1,35 Gsup + 0,75 S + 1,5 W+ + 1,05 Q vent prédominant

1,35 Gsup + 0,75 S + 0,9 W+ + 1,5 Q charge utile prédominante

Ginf + 1,5 W- soulèvement prédominant

Selon la SIA 260 : 1,35 Gsup + 1,5 S + 0,6 W+ + 0,7 Q neige prédominante



0,8 Ginf + 1,5 W- soulèvement prédominant

Remarque : Pour les combinaisons d’actions, la charge utile (charge d’entretien) ne s’additionne

pas avec les charges climatiques dans le cas des toitures non accessibles.

Charge selon l'EC0 Charge selon la SIA 260 % de différence

Toiture en pente du

Hameau (<15%) 2,82 kN/m² 2,43 kN/m² 13,8

Coursive du hameau 6,06 kN/m² 5,31 kN/m² 12,4

Dalle entre étages du

hameau 7,11 kN/m² 7,86 kN/m² 9,5

Toiture isolée, du

steak house (>15%) 1,89 kN/m² 2,43 kN/m² 22,2

Toiture Manège et

Ferme (>15%)

1,64 kN/m² -1,35 kN/m²

2,27 kN/m² -0,54 kN/m²

27,7 60

Toiture Ecuries

(>15%)

1,22 kN/m² -0,38 kN/m²

1,76 kN/m² -0,34 kN/m²

30,7 10,5

Toiture non isolée

Steak House (>15%)

1,08 kN/m² -1,43 kN/m²

1,62 kN/m² -1,25 kN/m²

33,3 12,6

Tableau 3-3: Tableau comparatif des combinaisons de charge au ELU




40

Les charges de pression sont plus élevées dans le cas des toitures en pente >15% selon la SIA.

Cela est notamment dû à la charge de neige plus élevée selon la SIA 261.

Cependant, pour les toitures en pente <15%, les charges sont plus importantes selon l’EC1.

Cela est dû à la présence d’une charge d’entretien de 0.8 kN/m² selon l’EC0.

Concernant le plancher et les coursives, les charges sont représentatives des charges

d’exploitation (supérieures selon l’EC pour les coursives et supérieures selon la SIA pour le

plancher)

3.4.2. Les combinaisons d’actions aux ELS (Etats Limites de Services)



l’annexe 4.


k def = 0,8 (selon l’EC5) ; φ = 0,6 (selon la SIA 265) pour le bois protégé des intempéries, ce

qui est le cas des bâtiments étudiés.

Ψ1,W= 0,2 (selon l’EC0) ; Ψ1,W= 0,5 (selon la SIA 260)

Ψ1,S= 0,2 (selon l’EC0) ; Ψ1,S= 0 (selon la SIA 260)



Ψ2,W= 0 (selon l’EC0 et la SIA 260)

Ψ2,N= 0 (selon l’EC0 et la SIA 260)




Selon l’EC0 :

Caractéristiques 1,8 Gsup + 1,24 Q + 0,6 W+ + 0,5 S charge utile prédominante

1,8 Gsup + 0,94 Q + W+ + 0,5 S vent prédominant

1,8 Gsup + 0,94 Q + 0,6 W+ + S neige prédominante

Ginf + W- soulèvement prédominant

Fréquentes 1,8 Gsup + 0,74 Q charge utile prédominante

1,8 Gsup + 0,2 W+ vent prédominant

1,8 Gsup + 0,2 S neige prédominante


Quasi permanentes 1,8 Gsup + 0,54 Q


pas avec les charges climatiques dans le cas des toitures non accessibles.

Selon la SIA 260 :








41


1,6 Gsup + 0,5 W+ vent prédominant

1,6 Gsup neige prédominante



Combinaison caractéristique Charge selon l'EC0 Charge selon la SIA 260 % de différence

Toiture en pente du Hameau

(<15%) 2,97 kN/m² 2,47 kN/m² 17,0


Dalle entre étages du hameau 8,34 kN/m² 8,12 kN/m² 2,6

Toiture isolée, du steak house

(>15%) 2,16 kN/m² 2,47 kN/m² 12,5

Toiture Manège et Ferme

(>15%)

1,36 kN/m² -0,83 kN/m²

1,94 kN/m² -0,29 kN/m²

29,8 65

Toiture Ecuries (>15%) 1,26 kN/m² -0,12 kN/m²

1,67 kN/m² -0,09 kN/m²

24,5 25

Toiture non isolée Steak

House (>15%)

1,08 kN/m² -0,85 kN/m²

1,51 kN/m² -0,73 kN/m²

28,4 14,4

Tableau 3-4: tableau comparatif des combinaison de charge aux ELS caractéristique (EC0) et rare (SIA260)

Combinaison fréquente Charge selon l'EC0 Charge selon la SIA 260 % de différence


(<15%) 2,39 kN/m² 1,87 kN/m² 21,7




(>15%) 1,87 kN/m² 1,87 kN/m² 0,0


(>15%)

0,67 kN/m² -0,83 kN/m²

0,97 kN/m² -0,29 kN/m²

31,1 65

Toiture Ecuries (>15%) 0,97 kN/m² -0,12 kN/m²

1,07 kN/m² -0,09 kN/m²

9,3 25

Toiture non isolée Steak House

(>15%)

0,79 kN/m² -0,85 kN/m²

0,91 kN/m² -0,73 kN/m²

13,2 0,14

Tableau 3-5: tableau comparatif des combinaisons de charge aux ELS fréquente

Combinaison quasi permanente Charge selon l'EC0 Charge selon la SIA 260 % de différence


(<15%) 2,23 kN/m² 1,82 kN/m² 18,6




(>15%) 1,80 kN/m² 1,82 kN/m² 0,9


(>15%) 0,54 kN/m² 0,70 kN/m² 22,4

Toiture Ecuries (>15%) 0,90 kN/m² 1,02 kN/m² 11,4

Toiture non isolée Steak

House (>15%) 0,72 kN/m² 0,86 kN/m² 15,9

Tableau 3-6:tableau comparatif des combinaisons de charge aux ELSquasi permanente




42

A ce stade de l’étude, il est difficile de comparer les deux règlements, car les flèches admissibles

aux états limites de service sont différentes entre les deux règlements.

3.5. Vérification des sections aux ELU et ELS

3.5.1. Vérification des sections aux ELU (Etats Limites Ultimes)

Tous les éléments de bois ont été vérifiés selon l’Eurocode 5 et la SIA 265. Le calcul des

sollicitations s’est fait soit par le logiciel de calcul CUBUS, soit manuellement pour les cas statiques

simples.

Les plans en annexe 8 et 9 réfèrent la position de l’ensemble des éléments dimensionnés.

Les feuilles de calculs permettant de vérifier les sections aux ELU sont présentées en annexe 16.

Remarque : La structure porteuse de la toiture du hameau et du steak house ainsi que le plancher

du hameau est réalisé par l’intermédiaire de caisson Lignotrend, dont le fabricant donne directement

les valeurs de contraintes résistantes selon l’EC5. Elles seront donc remplacées par des systèmes

classiques, à savoir, des solives pour les planchers et des pannes pour les toitures, dans le cadre de

l’étude.

L’ensemble des éléments en bois sont de classe 2 (bois sous abris sauf durant la phase chantier).

Ils sont soumis à un chargement à moyen terme (neige < 1000m d’altitude, le vent n’étant pas

dimensionnant) et sont de sections rectangulaires en bois lamellé collé.

Les coefficients sont donc les suivants : kmod=0.8 (EC 5)

km=0.7 (EC 5)

γM=1.25 (EC 5)

ηW=1 (SIA 265)

ηt=1 (SIA 265)

γM/ηm=1.5 (SIA 265)

Dans les tableaux suivants sont référencés les sollicitations, le type de bois et la section retenue

de chaque élément :




43

EC 5 Nom de l'élément Leff (mm) Nx,d (kN) Vz,d (kN) My,d

(kN.m) type de bois

section bxh (mmxmm)

taux de travail (%)

Cen

tre

équ

estr

e

Faitage lucarne 6750 +123/-

77 55,4 63,4 GL28H 180 378 99

Noue lucarne 13400 +74,7/-

31 40,5 52,7 GL28H 220 313 99

Diagonales lucarnes 9320 +123/-

77 / / GL28H 180 220 100

Poteau steak house 4570 -156 / / GL28H 160 160 100

Faitage portique manège 32000 -137,5 25,2 0 GL28H 340 695 99

Angle portique manège / -165 129,8 813 GL28H 380 855 99

Pied de poteau portique manège 6400 -164,9 129,8 0 GL28H 380 255 98

Entrait ferme écurie 12500 +46,4 / / GL28H 193 193 100

Arbalétrier ferme écurie 12500 -57,7 17,8 30,2 GL28H 200 325 100

Pannelette manège 6000 0 3,94 5,91 GL24H 120 139 100

Pannelette steak house 6000 0 3,4 5,15 GL24H 120 130 99

Pannelette écurie 5200 0 2,54 3,3 GL24H 100 114 99

Ha

mea

u

Faitage toiture 7500 0 98,1 128,3 GL28H 200 465 99

Rive toiture 7500 0 81,8 106,9 GL28H 200 425 99

Sommier intermédiaire plancher 7500 0 247,1 323,3 GL28H 280 645 100

Sommier rive plancher 7500 0 123,6 161,7 GL28H 280 440 100

Sommier coursive 7500 0 28,4 53,3 GL28H 200 300 99

Solivage coursive 2500 0 4,53 2,84 GL24H 80 118 100

Poteau 5000 -238,8 / / GL28H 187 187 99

Diagonales poutre treillis 6540 +285,4/-

278 / / GL28H 200 293 100

Panne toiture 3750 0 3,02 2,83 GL24H 100 105 100

Solive plancher 3750 0 18,9 14,2 GL24H 120 216 99

Membrure supérieure poutre treillis

7510 -170 2,68 20,12 GL28H 200 310 100

Membrure inférieure poutre treillis

7500 +329,2 0,75 2,61 GL28H 200 460 100

Poteau poutre treillis 5360 +410,6 / / GL28H 200 300 100

Tableau 3-7: Sections de bois obtenues aux ELU selon l'EC5




44

SIA 265

Nom de l'élément Leff (mm) Nx,d (kN) Vz,d (kN) My,d

(kN.m) type de bois

section bxh (mmxmm)

taux de travail (%)

Cen

tre

équ

estr

e

Faitage lucarne 6750 +159/-

98,9 71,2 81,5 GL28H 180 395 100

Noue lucarne 13400 +96,6/-

40 52,1 67,7 GL28H 220 335 100

Diagonales lucarnes 9320 +116/-

187 / / GL28H 240 233 100

Poteau steak house 4570 -199 / / GL28H 169 169 99

Faitage portique manège 32000 -190 35 0 GL28H 380 660 99

Angle portique manège / -230 178,6 1125 GL28H 380 1000 100

pied de poteau portique manège 6400 -230 178,6 0 GL28H 380 400 99

Entrait ferme écurie 12500 +67,4 / / GL28H 210 210 100

Arbalétrier ferme écurie 12500 -83,7 25,9 43,8 GL28H 240 305 100

Pannelette manège 6000 0 5,45 8,17 GL24H 120 153 99

Pannelette steak house 6000 0 3,9 5,8 GL24H 120 129 99

Pannelette écurie 5200 0 3,66 4,76 GL24H 100 128 99

Ha

mea

u

Faitage toiture 7500 0 84,5 110,5 GL28H 200 420 98

Rive toiture 7500 0 70,4 92,2 GL28H 200 380 99

Sommier intermédiaire plancher 7500 0 273,2 357,4 GL28H 280 838 99

Sommier rive plancher 7500 0 136,7 178,9 GL28H 280 450 99

Sommier coursive 7500 0 24,9 46,7 GL28H 200 265 99

Solivage coursive 2500 0 3,98 2,49 GL24H 80 103 100

Poteau 5000 -256,7 / / GL28H 188 188 100

Diagonales poutre treillis 6540 +306/-

299 / / GL28H 200 315 100

Panne toiture 3750 0 2,6 2,44 GL24H 100 91 100

Solive plancher 3750 0 21,1 15,8 GL24H 120 212 100

membrure supérieure poutre treillis

7510 -182,8 2,88 21,6 GL28H 200 320 98

membrure inférieure poutre treillis

7500 +353,9 0,85 3,17 GL28H 200 480 99

poteau poutre treillis 5360 +455 / / GL28H 200 320 100

Tableau 3-8: Sections de bois obtenues aux ELU selon la SIA 265

Remarque : Les éléments de bois ayant un effort normal positif sont soumis à de la traction, et

inversement.

3.5.2. Vérification des sections aux ELS (Etats Limites de Services)

La vérification aux ELS a consisté à vérifier les flèches de la manière suivante :

- Vérification de l’aptitude au fonctionnement et de la durabilité de l’ouvrage, à savoir :

L/350 selon la SIA 265

L/250 selon l’EC 5

- Vérification de l’aptitude au fonctionnement avec des éléments du second œuvre fragile, à

savoir les rives de toiture et de plancher avec la présence de façades vitrées.

L/500 selon la SIA 265 et l’EC 5

Les sollicitations ont été calculées à partir de la combinaison d’actions caractéristiques.




45

EC 5 Nom de l'élément Leff (mm) w net,fin,lim

(mm) Imin (mm

4)

type de bois

Section retenue bxh (mmxmm)

taux de travail (%)

Cen

tre

équ

estr

e

Faitage lucarne 6750 27,0 8,75E+08 GL28H 180 388 100

Noue lucarne 34000 136,0 1,44E+08 GL28H 100 260 99

Faitage portique manège 32000 128,0 2,13E+10 GL28H 380 880 99

Arbalétrier fermes écuries 12500 50,0 2,18E+08 GL28H 200 237 98

Pannelette manège 6000 24,0 6,60E+07 GL24H 120 188 99

Pannelette steak house 6000 24,0 5,24E+07 GL24H 120 175 98

Pannelette écurie 5200 20,8 3,98E+07 GL24H 120 159 99

Ha

mea

u

Faitage toiture 7500 30,0 1,18E+09 GL28H 200 415 99

Rive toiture 7500 15,0 1,97E+09 GL28H 200 490 100

Sommier intermédiaire plancher 7500 30,0 3,31E+09 GL28H 280 525 98

Sommier rive plancher 7500 15,0 3,31E+09 GL28H 280 522 100

Sommier coursive 7500 30,0 7,38E+08 GL28H 200 355 99

Solivage coursive 2500 10,0 1,43E+07 GL24H 80 129 100

Panne toiture 3750 15,0 2,49E+07 GL24H 100 144 100

Solive plancher 3750 15,0 2,92E+07 GL24H 120 143 100


15000 60,0 7,83E+08 GL28H 200 362 99


15000 60,0 1,80E+08 GL28H 200 222 99

Tableau 3-9: Sections de bois obtenues aux ELS selon l'EC5

SIA 265

Nom de l'élément Leff (mm) w net,fin,lim

(mm) Imin (mm

4)

type de bois


taux de travail (%)

Cen

tre

équ

estr

e

Faitage lucarne 6750 19,3 1,39E+09 GL28H 180 452 100

Noue lucarne 34000 97,1 2,78E+08 GL28H 100 322 100

Faitage portique manège 32000 91,4 4,26E+10 GL28H 380 1105 100

Arbalétrier fermes écuries 12500 35,7 4,06E+08 GL28H 200 290 100

Pannelette manège 6000 17,1 1,32E+08 GL24H 120 236 100

Pannelette steak house 6000 17,1 1,02E+08 GL24H 120 218 99

Pannelette écurie 5200 14,9 7,38E+07 GL24H 120 195 100

Ha

mea

u

Faitage toiture 7500 21,4 1,38E+09 GL28H 200 437 99

Rive toiture 7500 15,0 1,66E+09 GL28H 200 465 99

Sommier intermédiaire plancher 7500 21,4 4,51E+09 GL28H 280 580 99

Sommier rive plancher 7500 15,0 3,22E+09 GL28H 280 518 99

Sommier coursive 7500 21,4 8,58E+08 GL28H 200 372 100

Solivage coursive 2500 7,1 1,66E+07 GL24H 80 136 99

Panne toiture 3750 10,7 2,92E+07 GL24H 100 152 100

Solive plancher 3750 10,7 3,97E+07 GL24H 120 159 99


15000 42,9 1,05E+09 GL28H 200 398 100


15000 42,9 2,44E+08 GL28H 200 245 99

Tableau 3-10: Sections de bois obtenues aux ELS selon la SIA 265




46

3.5.3. Récapitulatif des résultats et analyse

Afin de comparer de manière plus précise les deux normes, voici un récapitulatif des résultats,

référençant l’état limite dimensionnant et les différentes sections de bois obtenues suivant les normes.


Etat limite dimensionnant

Volume de bois /ml (m3)

Nom de l'élément EC 5 SIA 265 EC 5 SIA 265 EC 5 SIA 265

% bois supplémentaire

selon la SIA

Cen

tre

équ

estr

e

Faitage lucarne 180 388 180 452 ELS ELS 0,07 0,08 14,2%

Noue lucarne 220 313 220 335 ELU ELU 0,07 0,07 6,6%

Diagonales lucarnes 180 220 240 233 ELU ELU 0,04 0,06 29,2%

Poteau steak house 160 160 169 169 ELU ELU 0,03 0,03 10,4%

Faitage portique manège 380 880 380 1105 ELS ELS 0,33 0,42 20,4%

Angle portique manège 380 855 380 1000 ELU ELU 0,32 0,38 14,5%

pied de poteau portique manège

380 255 380 400 ELU ELU 0,10 0,15 36,3%

Entrait ferme écurie 193 193 210 210 ELU ELU 0,04 0,04 15,5%

Arbalétrier ferme écurie 200 325 240 305 ELU ELU 0,07 0,07 11,2%

Pannelette manège 120 188 120 236 ELS ELS 0,02 0,03 20,3%

Pannelette steak house 120 175 120 218 ELS ELS 0,02 0,03 19,7%

Pannelette écurie 120 159 120 195 ELS ELS 0,02 0,02 18,5%

Ha

mea

u

Faitage toiture 200 415 200 437 ELU ELS 0,08 0,09 5,0%

Rive toiture 200 490 200 465 ELS ELS 0,10 0,09 -5,4%

Sommier intermédiaire plancher

280 645 280 838 ELU ELU 0,18 0,23 23,0%

Sommier rive plancher 280 522 280 518 ELS ELS 0,15 0,15 -0,8%

Sommier coursive 200 355 200 372 ELS ELS 0,07 0,07 4,6%

Solivage coursive 80 129 80 136 ELS ELS 0,01 0,01 5,1%

Poteau 187 187 188 188 ELU ELU 0,03 0,04 1,1%

Diagonales poutre treillis 200 293 200 315 ELU ELU 0,06 0,06 7,0%

Panne toiture 100 144 100 152 ELS ELS 0,01 0,02 5,3%

Solive plancher 120 216 120 212 ELU ELU 0,03 0,03 -1,9%


200 362 200 398 ELS ELS 0,07 0,08 9,0%


200 460 200 480 ELU ELU 0,09 0,10 4,2%

poteau poutre treillis 200 300 200 320 ELU ELU 0,06 0,06 6,3%

Tableau 3-11: Comparaison des sections de bois obtenues selon les deux règlements

Remarque : Les pourcentages positifs représentent une section plus importante selon la SIA 265

et inversement.

Pour analyser les résultats, nous allons regrouper les éléments en différentes catégories :

- Toitures en pente > 15% (ensemble des éléments du centre équestre)

- Toiture en pente < 15% (ensemble des éléments de la toiture du hameau)

- Plancher (ensemble des éléments du plancher du hameau)




47

- Coursive

En effet, pour ces catégories, les hypothèses et le calcul des sections sont relativement

semblables.

Voici les éléments expliquant le volume obtenu de bois supplémentaire selon la norme SIA 265.

Remarque 1 : Uniquement dans le cas où nous sommes en présence d’éléments du second œuvre

fragile, nous obtenons un volume de bois supplémentaire selon l’EC5. Cela est principalement dû à

une flèche limite identique, mais à un coefficient de fluage plus faible selon la SIA.

Remarque 2 : L’altitude minimum du territoire Suisse étant de 400m, et le projet étant situé à 130m,

la valeur de la charge de neige selon la SIA 261 est une hypothèse de calcul. Cela explique certains

pourcentages de volume de bois supérieurs selon la SIA 265.

Toiture en pente > 15%

- Davantage de charges de neige selon la SIA 261, charge d’exploitation principale dans ce

cas

- L’absence de coefficient de sécurité pour les charges d’exploitation secondaires dans les

combinaisons d’actions aux ELU selon la SIA 260, n’intervient pas, car ψ1 et ψ2 sont

nuls dans le cas d’une toiture non accessible. L’absence de ces coefficients permet dans

certains cas de compenser le surplus de charges.

- La flèche admissible selon la SIA 265 aux ELS est plus contraignante qu’à l’EC 5

(w=L/350 selon la SIA 265 contre L/250 selon l’EC5)

Il faut entre 6,6% et 29,2% de volume de bois en plus selon la SIA 265 avec une

moyenne de 18%

Toiture en pente < 15%

- Davantage de charge d’entretien selon l’EC (0.8kN/m²) par rapport à la charge de neige

dimensionnante selon la SIA 261.


combinaisons d’actions aux ELU selon la SIA 260, n’intervient pas, car ψ1 et ψ2 sont

nuls dans le cas d’une toiture non accessible. L’absence de ces coefficients permet dans

certains cas de compenser le surplus de charges.

- La flèche admissible selon la SIA 265 aux ELS est plus faible qu’à l’EC 5. (w=L/350

selon la SIA 265 contre L/250 selon l’EC5)

- Seul cas ou il y ait un volume de bois supérieur selon l’EC5 : une flèche admissible

identique dans les cas où il y a la présence d’élément du second œuvre fragile et un

coefficient de fluage plus faible selon la SIA

Il faut entre -5% et 5% de volume de bois en plus selon la SIA 265

Plancher

- Davantage de charges utiles selon la SIA 260 par rapport à l’EC 0


combinaisons d’actions aux ELU selon la SIA 260, n’intervient pas, car il n’y pas de

charge climatique. L’absence de ces coefficients permet dans certains cas de compenser le

surplus de charges.




48

- La flèche admissible selon la SIA 265 aux ELS est plus contraignante qu’à l’EC 5

(w=L/350 selon la SIA 265 contre L/250 selon l’EC5).

- Seul cas où il y a un volume de bois supérieur selon l’EC5 : une flèche admissible

identique dans les cas où il y a la présence d’élément du second œuvre fragile et un

coefficient de fluage plus faible selon la SIA.

Il faut entre -1,9% et 23% de volume de bois en plus selon la SIA 265 avec une

moyenne de 6,6%

Coursives

- Davantage de charge utile selon l’EC 0 par rapport à la SIA 260.

- La flèche admissible selon la SIA 265 aux ELS est beaucoup plus contraignante qu’à l’EC

5 (w=L/350 selon la SIA 265 contre L/250 selon l’EC5).


moyenne de 4,9%




49

3.5.4. Conclusion du premier projet

Afin de conclure sur ce projet et les différences entre les deux règlements, nous allons analyser

les variations de cubage de bois.

EC5 SIA 265

Nom de l'élément L (m) Surface

(m²) Section

(m²) V

(m3/m²)

V total (m3)

Section (m²)

V (m

3/m²)

V total (m3)

% de différence

Cen

tre

équ

estr

e

Faitage lucarne 99

0,07

6,91 0,08

8,05 14%

Noue lucarne 205

0,07

14,12 0,07

15,11 7%

Diagonales lucarnes 60,5

0,04

2,40 0,06

3,38 29%

Poteau steak house 78,1

0,03

2,00 0,03

2,23 10%

Arbalétrier portique manège

678

0,33

223,50 0,40

271,17 18%

Poteau portique manège 269

0,21

56,73 0,27

71,55 21%

Entrait ferme écurie 545

0,04

20,30 0,04

24,03 16%

Arbalétrier ferme écurie 589

0,07

38,29 0,07

43,11 11%

Pannelette manège

5418

0,02 122,23

0,03 153,44 20%

Pannelette steak house

1889

0,02 39,67

0,03 49,42 20%

Pannelette écurie

2689

0,02 51,31

0,02 62,92 18%

Ha

mea

u

Faitage toiture 382

0,08

31,71 0,09

33,39 5%

Rive toiture 537

0,10

52,63 0,09

49,94 -5%

Sommier intermédiaire plancher

205

0,18

37,02 0,23

48,10 23%

Sommier rive plancher 537

0,15

78,49 0,15

77,89 -1%

Sommier coursive 620

0,07

44,02 0,07

46,13 5%

Solivage coursive

1467

0,01 15,14

0,01 15,96 5%

Poteau 240

0,03

8,39 0,04

8,48 1%

Diagonales poutre treillis 26

0,06

1,52 0,06

1,64 7%

Panne toiture

4725

0,01 68,04

0,02 71,82 5%

Solive plancher

3209

0,03 83,18

0,03 81,64 -2%


7510

0,07

543,72 0,08

597,80 9%


7500

0,09

690,00 0,10

720,00 4%

poteau poutre treillis 5360

0,06

321,60 0,06

343,04 6%

2552,91

2800,24 9%

Tableau 3-12: Comparaison du cubage de bois selon les deux règlements

Sur l’ensemble du projet, il est nécessaire d’avoir 9% de bois en plus selon la norme SIA 265.

Concernant le hameau celui-ci possède une surface habitable d’environ 6500m² et il est

nécessaire d’avoir 120m3 de bois en plus selon la norme SIA. En estimant le mètre cube de bois à

1200€/m3, cela représente une différence de 22€/m².

Cela confirme les conclusions de la première partie, à savoir que les deux règlements sont

relativement équivalents.




50

4. Cas d’un projet Suisse

4.1. Présentation du projet

Durant ce second projet, j’ai travaillé sur la réalisation des nouveaux locaux de l’Association de

la prévention de la torture situés sur la place des Nations à Genève.

Comme on peut le voir sur la vue 3D et sur la photo suivante, ce bâtiment se compose de deux

blocs principaux.

- Le premier bâtiment (RDC), est réalisé en ossature bois

- Le second (R+1), possède une structure en poutre treillis travaillant comme un pont. En

effet, celui-ci repose d’un côté sur une « culée » en béton, et de l’autre sur deux poteaux

en bois. Les façades seront entièrement vitrées sur ce bâtiment.

Figure 4.1: Nouveaux locaux de l'APT

Figure 4.2: Modélisation 3D des nouveaux locaux de l'APT




51

Les principaux intervenants du projet sont les suivants :

- Maître d’ouvrage : l’Association de la Prévention de la Torture, à savoir l’APT

- Architecte : GM Architectes

- Bureau d’études bois et coordination des travaux : Charpente Concept

Le début des travaux devant commencer à la fin de l’été, j’ai travaillé durant la phase

d’exécution sur ce projet.

4.2. Définition des charges selon l’Eurocode 1 et la SIA 261

4.2.1. Les charges de neige :

Voici les hypothèses retenues afin de calculer les charges de neige selon l’EC1 et la SIA 261. Ces

valeurs sont calculées selon les formules du paragraphe 2.3.1.2 et les feuilles de calculs permettant de

calculer les charges sont présentées en annexe 15 :

- Altitude : 450m

- Coefficient de toiture μ=0,8 (pente inférieure à 30°)

- Zone C2

- Coefficient d’exposition Ce=1,2 (protégé par des arbres)

- Valeur caractéristique Sk=0,9 kN/m² selon l’Eurocode 1

Sk=1,06 kN/m² selon la SIA 261

Nous obtenons les charges suivantes : qk,n=0,86 kN/m² selon l’EC1.

qk,n=1,02kN/m² selon la SIA 261.

Contrairement au projet du Chambord Country Club, le site de l’APT est frontalier aux deux

pays. Cette comparaison est donc plus pertinente, et on peut d’ailleurs observer une baisse de

différence entre les valeurs de charges de neige.

4.2.2. Les charges de vent :

Voici les hypothèses retenues afin de calculer les charges de vent selon l’EC1 et la SIA 261. Ces

valeurs sont calculées selon les formules du paragraphe 2.3.1.3 et les feuilles de calculs permettant de

calculer les charges sont présentées en annexe 15 :

- Hauteur du bâtiment : 6,8m

- Zone : Zone 1 (frontalier à la suisse côté français) selon l’EC1

- Catégorie de terrain : IIIa selon l’EC1

III selon la SIA 261

- C0=1

- qp0=0,9 (région à basse altitude) selon la SIA 261

Nous obtenons les charges suivantes : qp=0,48 kN/m² selon l’EC1.

qp=0,82kN/m² selon la SIA 261.




52

A ces valeurs, vient s’appliquer le coefficient Cp net = Cpe-Cpi. Cpe étant le coefficient de

pression extérieure et Cpi le coefficient de pression intérieure.

Ces valeurs de coefficient sont détaillées en annexe 13.

Vent 1 Vent 2

WSIA 261

(kN/m²)

WEC1

(kN/m²)

% de

différence

WSIA 261

(kN/m²)

WEC1

(kN/m²)

% de

différence

Bâ

tim

ent

sup

érie

ur Long pan 1 -0,332 -0,576 73,5 +0,581 +0,336 42,2

Long pan 2 -0,332 -0,576 73,5 -0,291 -0,144 102,1

Pignon 1 +0,498 +0,336 32,5 -0,498 -0,576 15,7

Pignon 2 -0,415 -0,144 188,2 -0,498 -0,576 15,7

Toiture -0,498 -0,336 48,2 -0,498 -0,336 48,2

Plancher -0,207 -0,336 62,3 -0,249 -0,336 34,9

Bâti

men

t in

féri

eur

Long pan 1 +0,664 +0,336 49,4 -0,415 -0,576 38,8

Long pan 2 -0,332 -0,144 130,6 -0,415 -0,576 38,8

Pignon 1 -0,498 -0,576 15,7 +0,664 +0,336 49,4

Pignon 2 -0,498 -0,576 15,7 -0,332 -0,144 130,6

Toiture -0,498 -0,336 48,2 -0,498 -0,336 48,2

Tableau 4-1: Comparaison des charges de vents selon la SIA 261 et l'EC1

Remarque 1 : Les valeurs négatives représentent les dépressions et les valeurs positives, les

pressions.

Remarque 2 : Le contreventement est réalisé par les murs en ossature bois pour le bâtiment inférieur.

Pour le bâtiment supérieur, des murs KLH (bois massif) reliant le bâtiment aux fondations, ainsi que

l’appui en béton armé à l’entrée permettent le contreventement.

Remarque 3 : De nombreux coefficients de pression différents sont à appliquer sur une même toiture

en fonction de la zone de toit étudiée. Pour simplifier l’étude, nous avons considéré les valeurs les

plus défavorables, réparties de manière majoritaire sur la toiture.

4.2.3. Le poids propre des éléments et les charges d’exploitation

L’ensemble des compositions de parois (toiture, plancher) est répertorié en annexe 14 et les

charges d’exploitation en annexe 1.

Concernant les charges d’exploitation pour les toitures, les charges utiles d’entretien ne

s’additionnent pas avec les charges climatiques pour le cas de la toiture non accessible.

Les charges obtenues sont les suivantes :




53

Gk,sup

(kN/m²)

Gk,inf

(kN/m²)

Q selon

l’EC1

Q selon la SIA

261

% de différence

pour Q

Toiture terrasse accessible

(bâtiment inférieur) 2,62 2,24 3,5 kN/m² 3,0 kN/m² 14,3

Toiture entre étages

(bâtiment inférieur) 1,15 0,64 0,4 kN/m² 0,4 kN/m² 0

Plancher de bureau

(bâtiment supérieur) 1,25 0,47 2,5 kN/m² 3,0 kN/m² 16,7

Toiture plate non accessible

(bâtiment supérieur) 1,35 0,75 0,8 kN/m² 0,4 kN/m² 50

Tableau 4-2: Comparaison des charges permanentes et utiles selon la SIA 261 et l'EC1

4.3. Les combinaisons d’actions selon l’Eurocode 0 et la SIA 260

4.3.1. Les combinaisons d’actions aux ELU (Etats Limites Ultimes)



l’annexe 4.

Dans notre cas nous obtenons, les coefficients suivants :

φ0,Gi= 1,35 ou 1 (charge variable principale, selon l’EC0 et la SIA 260)

φ0,Qi= 1,5 ou 0 (charge variable principale, selon l’EC0 et la SIA 260)

Ψ0,W= 0,6 (selon l’EC0 et la SIA 260)



Ψ0,CU,toiture plate= 0 (selon l’EC0 et la SIA 260)

Ψ0,CU,toiture terrasse= 0,7 (selon l’EC0 et la SIA 260)


Selon l’EC0 : 1,35 Gsup + 1,5 S + 0,9 W+ + 1,05 Q neige prédominante



Ginf + 1,5 W- soulèvement prédominant


pas avec les charges climatiques dans le cas de la toiture plate.

Selon la SIA 260 : 1,35 Gsup + 1,5 S + 0,6 W+ + 0,7 Q neige prédominante



0,8 Ginf + 1,5 W- soulèvement prédominant




54

Combinaisons aux ELU Charge (kN/m²)

selon l'EC0 Charge (kN/m²) selon la SIA 260

% de différence

Toiture terrasse accessible 9,43 8,90 5,1

Toiture entre étages 2,15 2,15 0,0

Plancher de bureau 5,43 6,18 12,1

Toiture plate non accessible 3,12 3,63 13,9

Tableau 4-3:Tableau comparatif des combinaisons de charge au ELU

4.3.2. Les combinaisons d’actions aux ELS (Etats Limites de Services)



l’annexe 4.


k def = 0,8 (selon l’EC5) ; φ = 0,6 (selon la SIA 265) pour le bois protégé des intempéries, ce

qui est le cas des bâtiments étudiés.

Ψ1,W= 0,2 (selon l’EC0) ; Ψ1,W= 0,5 (selon la SIA 260)





Ψ2,W= 0 (selon l’EC0 et la SIA 260)

Ψ2,N= 0 (selon l’EC0 et la SIA 260)





Selon l’EC0 :






1,8 Gsup + 0,3 Q + 0,2 W+ vent prédominant

1,8 Gsup + 0,3 Q + 0,2 S neige prédominante


Quasi permanentes 1,8 Gsup + 0,54Q


pas avec les charges climatiques dans le cas des toitures.

Selon la SIA 260 :







55



1,6 Gsup + 0,3 Q + 0,5 W+ vent prédominant

1,6 Gsup + 0,3 Q + 0,9 S neige prédominante



Combinaisons aux ELS caractéristiques

Charge (kN/m²) selon l'EC0

Charge (kN/m²) selon la SIA 260

% de différence

Toiture terrasse accessible 9,49 8,65 8,9

Toiture entre étage 2,56 2,31 9,9

plancher 5,35 5,54 3,4

toiture plate 3,85 3,55 8,0

Tableau 4-4: Tableau comparatif des combinaisons de charge au ELS caractéristique (EC0) et rare (SI260)

Combinaisons aux ELS fréquentes Charge (kN/m²)

selon l'EC0 Charge (kN/m²) selon la

SIA 260 % de différence

toiture terrasse 7,30 6,23 14,7


plancher 4,10 4,04 1,5


Tableau 4-5: Tableau comparatif des combinaisons de charge au ELS fréquent

Combinaisons aux ELS quasi permanentes

Charge (kN/m²) selon l'EC0

Charge (kN/m²) selon la SIA 260

% de différence

toiture terrasse 6,60 5,63 14,7


plancher 3,60 3,44 4,4


Tableau 4-6: Tableau comparatif des combinaisons de charge au ELS quasi permanent

L’ensemble des charges est relativement semblable selon les deux règlements. On peut noter que

les charges de toiture terrasse sont plus élevées selon l’Eurocode, cela est dû au fait que les charges

dimentionnantes sont les charges utiles et celles-ci sont plus importantes selon l’EC0 (3,5kN/m² pour

l’EC0 contre 3kN/m² pour la SIA 260).

4.4. Vérification des sections aux ELU et ELS

4.4.1. Vérification des sections aux ELU (Etats Limites Ultimes)

Tous les éléments de bois ont été vérifiés selon l’Eurocode 5 et la SIA 265. Une modélisation du

bâtiment supérieur a été réalisée par l’intermédiaire du logiciel de calcul CUBUS dans le but de

calculer les sollicitations et les déformations. Pour les autres éléments de bois, un calcul manuel ou

une modélisation partielle sous CUBUS ont été suffisants.

Durant la conception et la modélisation du système CUBUS, un travail de réflexion est à réaliser

concernant les assemblages. En effet, en construction bois, il est possible de réaliser différents types

d’assemblage, comme illustré dans le paragraphe 4.5.1 :




56

- Encastrement, avec le procédé de type scellée Ferwood pour la Suisse ou Résix pour la

France

- Rotule, assemblage classique ou avec des tôles en acier

- Appuis glissants

- …

Il est important de bien définir les types d’assemblage sur la modélisation afin de faire travailler

davantage certains éléments.

Le second enjeu est de concevoir l’assemblage en respectant les hypothèses de modélisation.

En effet, un appui glissant a dû être réalisé pour éviter d’avoir un effort horizontal trop important

sur l’appui en béton armé.

Les plans en annexe 11 et 12 réfèrent la position de l’ensemble des éléments dimensionnés.

Les feuilles de calculs permettant de vérifier l’ensemble des sections sont présentées en annexe

16.

Remarque : La structure porteuse des toitures et des planchers est réalisée par l’intermédiaire de

caisson Lignatur, dont le fabricant donne directement les valeurs de contraintes résistantes selon la

SIA 265. Dans le cadre de l’étude, on remplacera ces caissons par des solives pour les planchers et

des pannes pour les toitures.

L’ensemble des éléments en bois sont de classe 2 (bois sous abris sauf durant la phase chantier).

Ils sont soumis à un chargement à moyen terme (neige < 1000m d’altitude, le vent n’étant pas

dimensionnant) et sont de sections rectangulaires en bois lamellé collé.

Les coefficients sont donc les suivants : kmod=0.8 (EC 5)

km=0.7 (EC 5)

γM=1.25 (EC 5)

ηW=1 (SIA 265)

ηt=1 (SIA 265)

γM/ηm=1.5 (SIA 265)

Dans les tableaux suivants sont référencés les sollicitations, le type de bois et la section retenue

de chaque élément :

Appui glissant

Figure 4.3: Modélisation du bâtiment supérieur de l'APT sur le logiciel de calcul CUBUS




57

Eurocode 5 Nom de l'élément Leff

(mm) Nx,d (kN)

Vz,d (kN)

My,d (kN.m)

type de bois

section bxh (mmxmm)

taux de travail (%)

Bâ

tim

ent

sup

érie

ur

Membrure de treillis supérieure 4600 +514,7/-478,6 25,2 26,1 GL28H 240 296 100

Membrure de treillis inférieure 4600 +485,0/-244,0 49,7 57,6 GL28H 240 358 99

Diagonales treillis 3630 +395,5/-450,7 5,5 7,2 GL28H 212 212 99

Poteau, Appuis du bâtiment 2940 517,2 0 0 GL28H 189 189 100

Sommier de chevêtre N°1 4600 0 7,5 8,62 GL28H 140 144 99



Panne toiture plate 7140 0 6,35 11,34 GL24H 100 211 99

Solive plancher bureau 7140 0 11,1 19,7 GL24H 120 255 98

Bâ

tim

ent

infé

rieu

r

Sommier supportant la terrasse N°1

3760 0 64,1 40,8 GL28H 140 336 99


3875 0 32,7 33,7 GL28H 140 284 100

Linteau de fênetre 1920 0 14,7 7,05 GL24H 100 167 99





Panne toiture terrasse 3900 0 12,25 6,92 GL24H 100 165 99

Panne toiture entre étage 4880 0 3 3,66 GL24H 100 120 99

Tableau 4-7: Sections de bois obtenues aux ELU selon l'EC5

SIA 265 Nom de l'élément Leff

(mm) Nx,d (kN)

Vz,d (kN)

My,d (kN.m)

type de bois

section bxh (mmxmm)

taux de travail (%)

Bâ

tim

ent

sup

érie

ur

Membrure de treillis supérieure 4600 +572,6/-539,0 26,7 26,9 GL28H 240 282 99

Membrure de treillis inférieure 4600 +537,6/-273,8 55,5 64,24 GL28H 240 379 100

Diagonales treillis 3630 +443,0/-506,0 26,7 7,7 GL28H 217 217 99

Poteau, Appuis du bâtiment 2940 578,6 0 0 GL28H 203 203 100




Panne toiture plate 7140 0 7,4 13,2 GL24H 100 213 99

Solive plancher bureau 7140 0 12,6 22,4 GL24H 120 254 100

Bâ

tim

ent

infé

rieu

r


3760 0 60,4 38,5 GL28H 140 360 100


3875 0 32 30,9 GL28H 140 257 100

Linteau de fênetre 1920 0 13,8 6,6 GL24H 100 150 100





Panne toiture terrasse 3900 0 11,56 6,54 GL24H 100 150 99

Panne toiture entre étage 4880 0 3 3,66 GL24H 100 112 99

Tableau 4-8: Sections de bois obtenues aux ELU selon la SIA265




58

Remarque : Les éléments de bois ayant un effort normal positif sont soumis à de la traction, et

inversement.

4.4.2. Vérification des sections aux ELS (Etats Limites de Services)

La vérification aux ELS a consisté à vérifier les flèches de la manière suivante :

- Vérification de l’aptitude au fonctionnement et de la durabilité de l’ouvrage, à savoir :

L/350 selon la SIA 265

L/250 selon l’EC 5

- Vérification de l’aptitude au fonctionnement avec des éléments du second œuvre fragile, à

savoir les éléments du treillis et le linteau de fenêtre.

L/500 selon la SIA 265 et l’EC 5

Les sollicitations ont été calculées à partir de la combinaison d’actions caractéristiques.

Les résultats obtenus sont répertoriés dans les tableaux suivants :




59

Eurocode 5 Nom de l'élément Leff

(mm) w net,fin,lim

(mm) Imin (mm

4)

type de bois


taux de travail (%)

Bâ

tim

ent

sup

érie

ur

treillis 26400 52,8

GL28H

46

Sommier de chevêtre N°1 4600 18,4 7,83E+07 GL28H 140 189 99



Panne toiture plate 7140 28,6 2,24E+08 GL24H 100 300 99

Solive plancher bureau 7140 28,6 3,12E+08 GL24H 120 315 100

Bâ

tim

ent

infé

rieu

r


3760 15,0 1,94E+08 GL28H 140 256 99


3875 15,5 2,56E+08 GL28H 140 280 100

Linteau de fênetre 1920 3,8 6,46E+07 GL28H 160 170 99





Panne toiture terrasse 3900 15,6 5,16E+07 GL24H 100 184 99

Panne toiture entre étage 4880 19,5 4,76E+07 GL24H 100 179 100

Tableau 4-9: Sections de bois obtenues aux ELS selon l'EC5

SIA 265 Nom de l'élément Leff

(mm) w net,fin,lim

(mm) Imin (mm

4)

type de bois


taux de travail (%)

Bâ

tim

ent

sup

érie

ur

treillis 26400 52,8 0,00E+00 GL28H

48




Panne toiture plate 7140 20,4 2,89E+08 GL24H 100 326 100

Solive plancher bureau 7140 20,4 4,52E+08 GL24H 120 356 100

Bâ

tim

ent

infé

rieu

r


3760 10,7 2,48E+08 GL28H 140 278 99


3875 11,1 3,27E+08 GL28H 140 305 99

Linteau de fênetre 1920 3,8 5,86E+07 GL28H 160 164 100





Panne toiture terrasse 3900 11,1 6,59E+07 GL24H 100 200 99

Panne toiture entre étage 4880 13,9 6,02E+07 GL24H 100 194 99

Tableau 4-10: Sections de bois obtenues aux ELS selon la SIA 265

4.4.3. Récapitulatif des résultats et analyses

Afin de comparer de manière plus précise les deux normes, voici un récapitulatif des résultats,

référençant l’état limite dimensionnant et les différentes sections de bois obtenues suivant les normes.




60

Section retenue bxh

(mmxmm) Etat limite Volume de bois /ml (m3)

Nom de l'élément EC 5 SIA 265 EC 5 SIA 265 EC 5 SIA 265

% bois supplémentaire

selon la SIA

Bâ

tim

ent

sup

érie

ur

Membrure de treillis supérieure 240 296 240 282 ELU ELU 0,07 0,07 -4,7%

Membrure de treillis inférieure 240 358 240 379 ELU ELU 0,09 0,09 5,5%

Diagonales treillis 212 212 217 217 ELU ELU 0,04 0,05 4,6%

Poteau, Appuis du bâtiment 189 189 203 203 ELU ELU 0,04 0,04 13,3%

Sommier de chevêtre N°1 140 189 140 213 ELS ELS 0,03 0,03 11,3%

Sommier de chevêtre N°2 140 187 140 200 ELU ELS 0,03 0,03 6,5%


Panne toiture plate 100 300 100 326 ELS ELS 0,03 0,03 8,0%

Solive plancher bureau 120 315 120 356 ELS ELS 0,04 0,04 11,5%

Bâ

tim

ent

infé

rieu

r

Sommier supportant la terrasse N°1 140 336 140 360 ELU ELU 0,05 0,05 6,7%

Sommier supportant la terrasse N°2 140 284 140 305 ELU ELS 0,04 0,04 6,9%

Linteau de fênetre 160 170 160 164 ELS ELS 0,03 0,03 -3,5%



Sommier de chevêtre N°3 100 163 140 151 ELU ELS 0,02 0,02 22,9%


Panne toiture terrasse 100 184 100 200 ELS ELS 0,02 0,02 8,0%

Panne toiture entre étage 100 179 100 194 ELS ELS 0,02 0,02 7,7%

Tableau 4-11: Comparaison des sections de bois obtenues selon les deux règlements

Remarque : Les pourcentages positifs représentent une section plus importante selon la SIA 265

et inversement.

L’ensemble des éléments sont en bois lamellé collé, les dimensions des sections sont des

multiples de 40 mm. Cependant, pour analyser uniquement les normes, sans prendre en compte les

contraintes de fabrication, nous n’avons pas tenue compte de ce multiple pour les dimensions des

sections. En effet, nous avons retenu la section optimale afin de faire travailler l’élément à 100%.

Afin d’analyser les résultats, nous les avons regroupés en différentes catégories :

- Toitures terrasse (Sommier supportant la terrasse au bâtiment inférieur)

- Prolongement de la toiture du bâtiment inférieur sous le bâtiment supérieur « Toiture entre

étages » (Sommier de chevêtre du bâtiment inférieur)

- Plancher (Sommier de chevêtre et membrure basse du treillis du bâtiment supérieur)

- Toiture non accessible (Membrure supérieure et diagonales de treillis du bâtiment

supérieur)

En effet, pour ces catégories, les hypothèses et le calcul des sections sont relativement

semblables.

Voici les éléments expliquant le volume obtenu de bois supplémentaire selon la norme SIA 265.

Toiture terrasse

- Un coefficient de fluage supérieur selon l’EC5, impliquant des charges plus importantes

(défavorable)




61

- Davantage de charges de neige selon la SIA 261, mais plus de charge d’exploitation selon

l’EC1 avec au final des combinaisons d’actions donnant une charge plus importante selon

l’EC0 (aux ELU et ELS).

- Dimensionnement à l’ELS : La flèche limite plus contraignante selon la SIA 265

(w=L/350 contre L/250 pour l’EC5) compense le surplus de charge selon l’EC5 et

implique une section de bois plus importante selon la SIA 265

Entre 6,9% et 8% de bois en plus selon la SIA 265 avec une moyenne de 7,2%

Prolongement de la toiture du bâtiment inférieur sous le bâtiment supérieur


(défavorable)

- Même charges selon les deux règlements (absence de charge climatique et d’exploitation)

- Dimensionnement à l’ELS: La flèche limite plus contraignante selon la SIA 265

(w=L/350 contre L/250 pour l’EC5) compense le coefficient de fluage supérieur selon

l’EC5 et implique une section de bois plus importante selon la SIA 265


moyenne de 10,8%

Plancher


(défavorable)

- Des charges d’exploitation supérieure à la SIA

- Dimensionnement à l’ELS : La flèche limite plus contraignante selon la SIA 265

(w=L/350 contre L/250 pour l’EC5) implique une section de bois plus importante selon la

SIA 265


moyenne de 9,45%

Toiture non accessible

- Plus de charges de neige selon la SIA 261 (dimensionnantes et non cumulables avec les

charges d’entretient)


(défavorable)

- ELS dimensionnant : La flèche limite est la même pour les deux règlements (L/500 avec

présence de second œuvre fragile). C’est donc la charge de neige plus importante qui

implique une section de bois plus importante selon la SIA 265

Il faut entre -4,7% et 8% de volume de bois en plus selon la SIA 265 avec une

moyenne de 3,3%




62

4.4.4. Conclusion du second projet

Afin de conclure sur ce projet et les différences entre les deux règlements, nous allons analyser

les variations de cubage de bois.

EC5 SIA 265

Nom de l'élément L (m)

Surface (m²)

Section (m²)

V (m

3/m²)

V total (m3)

Section (m²)

V(m3/m²)

V total (m3)

% de différence

Bâ

tim

ent

sup

érie

ur

Membrure de treillis supérieure 86,20

0,07

6,12 0,07

5,83 -5%

Membrure de treillis inférieure 74,00

0,09

6,36 0,09

6,73 6%

Diagonales treillis 135,00

0,04

6,07 0,05

6,36 5%

Poteau, Appuis du bâtiment 5,88

0,04

0,21 0,04

0,24 13%

Sommier de chevêtre N°1 4,60

0,03

0,12 0,03

0,14 11%


0,03

0,07 0,03

0,07 6%


0,02

0,09 0,02

0,09 8%

Panne toiture plate

292,00

0,05 15,37

0,06 16,70 8%

Solive plancher bureau

241,00

0,07 15,98

0,07 18,06 12%

Bâ

tim

ent

infé

rieu

r


26,00

0,05

1,22 0,05

1,31 7%


9,10

0,04

0,36 0,04

0,39 7%

Linteau de fênetre 18,80

0,03

0,51 0,03

0,49 -4%


0,02

0,11 0,03

0,11 8%


0,02

0,06 0,02

0,07 8%


0,02

0,07 0,02

0,09 23%


0,03

0,03 0,03

0,04 8%

Panne toiture terrasse

150,20

0,03 4,85

0,04 5,27 8%

Panne toiture entre étage

63,60

0,03 2,00

0,03 2,16 8%

∑ 59,60

∑ 64,17 7%

Tableau 4-12: Comparaison du cubage de bois selon les deux règlements

Sur l’ensemble du projet, il est nécessaire d’avoir 7% de bois en plus selon la norme SIA 265.

Ce bâtiment possède une surface habitable d’environ 390m² et il est nécessaire d’avoir 4,6m3 de

bois en plus selon la norme SIA. En estimant le mètre cube de bois à 1200€/m3, cela représente une

différence de 14,1€/m².

Cela confirme les conclusions précédentes, à savoir que les deux règlements sont relativement

équivalents.

4.5. Dimensionnement des assemblages

4.5.1. Les différents types d’assemblage

Durant la phase d’exécution, l’ensemble des assemblages doivent être dimensionnés. Je vais

répertorier les assemblages en trois catégories :




63

Les assemblages par tiges scellées

Celles-ci se composent, comme leurs noms l’indiquent, de tiges

scellées dans le bois, avec une résine époxydique. Pour le projet de

l’APT, l’ensemble du treillis est réalisé à partir de ce système de tige

scellée avec le procédé Ferwood.

Pour le transport et la fixation des éléments sur la structure béton,

ces tiges sont parfois soudées à des ferrures spéciales en acier, dont le

dimensionnement est réalisé selon la SIA 263 et l’EC3.

A noter qu’en France, nous ne pouvons pas utiliser ce procédé car

il n’existe pas d’avis technique, cependant il existe un procédé

équivalent, nommé Résix ayant un avis technique.

Les ferrures spéciales

Celles-ci sont composées de tôle en acier, dimensionnées

selon l’EC3 et la SIA263 et de connecteurs, à savoir des pointes

(clous), des broches, des boulons, des vis ou des tires fonds,

dimensionnées selon la SIA265 et l’EC5.

Les ferrures classiques

Ces ferrures classiques sont répertoriées dans des catalogues de fabricant, par exemple

« SIMPSON ». On peut trouver des équerres, des sabots, des tôles en âme, des ancrages, des pieds de

poteau, … . Ces catalogues donnent directement les types de connecteurs ainsi que leurs nombres, en

fonction de la géométrie de l’élément de bois et de l’effort agissant dans l’assemblage.

Dans le cas du projet de l’APT, nous avons utilisé des assemblages par tige scellées Ferwood

pour le treillis du bâtiment supérieur et des ferrures classiques pour l’assemblage des sommiers de

chevêtre.

Seuls les connecteurs sont dimensionnés par les normes SIA 265 et Eurocode 5. Nous allons donc

faire une comparaison du dimensionnement des connecteurs de ces ferrures classiques selon

l’Eurocode 5 et la SIA 265.

4.5.2. Dimensionnement des connecteurs selon la SIA 265 et l’EC5

L’ensemble des sommiers de chevêtres est assemblé par l’intermédiaire de tôle en

âme SIMPSON. Cette ferrure est fixée à l’élément porteur par l’intermédiaire de clou

et l’élément porté est fixée à cette tôle par des broches.

Clous travaillant en cisaillement : d=4mm

l=50mm

Broches travaillant en cisaillement : d=12mm

Acier S235

Figure 4.4: Tige scellées avec joint de

montage. Chantier du refuge du Gouter

Figure 4.5: Ferrure spéciale composée d'une tôle en âme avec broches et boulons. Chantier

du refuge du Gouter

Figure 4.6: Tôle en âme SIMPSON




64

4.5.2.1. Selon l’EC5

Les clous

Les organes de fixations sont soumis à du simple cisaillement. Il existe donc 6 types de rupture

possible illustrés sur la figure suivante :

Il convient de calculer la valeur caractéristique de la capacité résistante d’assemblage par organe

métallique pour les différents cas de rupture et garder la valeur la plus faible. Ces valeurs dépendent

des caractéristiques suivantes :

- La valeur de résistance caractéristique en traction du clou est de fu=600MPa

- La longueur de pénétration dans le bois est de 47mm (lclou-etôle=50-3=47mm)

- Le diamètre du clou est de 4mm - La masse volumique caractéristique du bois est de 380 kg/m

3

On obtient une valeur caractéristique de la capacité résistante en cisaillement Fv,Rk=1,74kN

Etant en présence d’un chargement à moyen terme, kmod=0.8, et le bois étant du lamellé collé,

γM=1.25, on obtient une résistance de calcul :

Fv,Rd=1,11kN

L’effort étant dirigé perpendiculairement aux fibres, l’espacement entre les clous ainsi que les

distances aux rives sont de 20mm (5d) et les distances aux extrémités sont de 40mm (10d).

Les broches

Pour ce qui est des broches travaillant en cisaillement double, l’EC5 précise que le

dimensionnement est identique à celui des

boulons.

Il existe 4 types de rupture possible

illustrés sur la figure suivante :

Figure 4.7: Les différents modes de rupture pour le simple cisaillement

Figure 4.8: Les différents modes de ruptures pour le double cisaillement




65

Il convient de calculer la valeur caractéristique de la capacité résistante d’assemblage par organe

métallique pour les différents cas de rupture et garder la valeur la plus faible. Ces valeurs dépendent

des caractéristiques suivantes :

- Diamètre des broches : 12mm

- Acier S235

- Epaisseur de la tôle 9mm

- Epaisseur de bois de par et d’autre de la tôle, 70mm (bpoutre=140mm) - Masse volumique caractéristique du bois est de 380 kg/m

3

On obtient une valeur caractéristique de la capacité résistante en cisaillement Fv,Rk=12,3kN

Etant en présence d’un chargement à moyen terme, kmod=0.8, et le bois étant du lamellé collé,

γM=1.25, on obtient une résistance de calcul :

Fv,Rd=15,8 kN

L’effort étant dirigé perpendiculairement aux fibres, l’espacement entre les clous ainsi que les

distances aux rives sont de 36mm (3d) et les distances aux extrémités sont de 84mm (7d).


Les clous

Contrairement à l’Eurocode, la résistance au cisaillement des clous n’est pas calculée à partir des

différents types de rupture, mais un tableau donne une formule permettant de calculer cette résistance

en fonction du type d’assemblage (Bois/Bois ou Acier Bois) et de la direction de l’effort par rapport

aux fibres.

Les clous travaillent en cisaillement simple entre un élément en bois et un autre en acier. Je

rappelle les caractéristiques des clous :

- La valeur de résistance caractéristique en traction du clou est de fu=600MPa

- La longueur de pénétration dans le bois est de 47mm (lclou-etôle=50-3=47mm)

- Le diamètre du clou est de 4mm

- La masse volumique caractéristique du bois est de 380 kg/m3

- Effort dirigé perpendiculairement aux fibres

Les valeurs de la résistance au cisaillement Rd pour les clous (ηW=1,0 et ηt=1,0) est égale à :

Fv,Rd=1,15*1,13=1,3 kN

Remarque : le coefficient majorateur de 1,13 est appliqué car la longueur de pénétration est

supérieure à 8d.

L’effort étant dirigé perpendiculairement aux fibres, l’espacement entre les broches ainsi que

les distances aux bords non chargés sont de 20mm (5d) et les distances aux bords chargés sont de

24mm (6d).




66

Les broches

Tout comme les clous, les différents types de ruptures n’interviennent pas dans la détermination

de la résistance au cisaillement. Cette résistance dépend du type d’assemblage (Bois/Bois ou Acier

Bois) et des épaisseurs de bois traversées par les broches.

Dans notre cas, nous sommes en présence d’un assemblage Acier/Bois, en cisaillement double

avec l’acier au centre. Je rappelle les caractéristiques de l’assemblage :

- Diamètre des broches : 12mm

- Acier S235

- Epaisseur de la tôle 9mm

- Epaisseur de bois de par et d’autre de la tôle, 70mm (bpoutre=140mm) - Masse volumique caractéristique du bois est de 380 kg/m

3

Fv,Rd=12,9 kN

L’effort étant dirigé perpendiculairement aux fibres, l’espacement entre les broches ainsi que

les distances aux bords non chargés sont de 36mm (3d) et les distances aux bords chargés sont de

48mm (4d).

4.5.2.3. Nombre d’élément en fonction des sollicitations

Afin de connaitre le nombre de clous et de broches nécessaire, je rappelle les réactions d’appuis

de chaque sommier de chevêtre aux ELU.

Rd selon la SIA (kN) Rd selon l’Eurocode (kN)

Sommier 1 – bât. bas 4,92 4,92




Sommier 1 – bât. haut 8,51 7,50



Tableau 4-13: Réaction d'appuis des différents sommiers de chevêtre de l'APT

Afin de dimensionner l’assemblage, nous allons nous baser sur l’assemblage le plus chargé, à

savoir le sommier 2 du bâtiment haut.

Selon la SIA 265

Nombres de clous : 27,18/1,3 = 21 clous minimum

Nombres de broches : 27,18/12,9 = 3 broches minimum

Nous n’avons aucune limite de hauteur pour répartir les clous car l’élément porteur est un mur

KLH. Cependant, pour répartir les broches sur l’élément porté, à savoir le sommier 2 du bâtiment

haut, nous avons 200mm.




67

Voici un schéma définissant la répartition des clous et broches :

Vérification avec le facteur de de réduction kred, du au nombre de connecteur aligné :

- Nombre de rang de broche : 1

- Nombre de broche dans la direction de l’effort : 3

On obtient un kred = 0,84

Fv,Rd assemblage broches=12,9*1*(3*0,84)=32,5 kN > Vz,d=27kN

- Nombre de rang de clou : 4

- Nombre de clou dans la direction de l’effort par rang : 8

Fv,Rd assemblage clous=1,3*4*8

0,84=29,8 kN > Vz,d=27kN

Nous obtenons donc un assemblage avec 3 broches et 32 clous

Selon l’EC 5

Nombres de clous : 26,68/1,11 = 28 clous minimum

Nombres de broches : 26,68/15,8 = 2 broches minimum

Nous n’avons aucune limite de hauteur pour répartir les clous car l’élément porteur est un mur

KLH. Cependant, pour répartir les broches sur l’élément porté, à savoir le sommier 2 du bâtiment

haut, nous avons 190mm.

Voici un schéma définissant la répartition des clous et broches :

Mur KLH Vz,d=27kN

4 lignes de 8 clous

- Espacement horizontal : 25mm > 20mm (5d)

-Espacement vertical : 25mm > 20mm (5d)

65mm > 48mm (4d)

45mm > 36mm (3d)

45mm > 36mm (3d)

45mm > 36mm (3d)

200mm

65mm > 48mm (4d)

45mm > 36mm (3d)

45mm > 36mm (3d)

Mur KLH Vz,d=26,68kN

4 lignes de 7 clous - Espacement horizontal : 25mm > 20mm (5d)

-Espacement vertical : 25mm > 20mm (5d)

190mm

90mm > 84mm (7d)

50mm > 36mm (3d)

50mm > 36mm (3d)

Figure 4.9: Disposition des connecteurs selon la SIA 265

Figure 4.10: Disposition des connecteurs selon l'EC5




68

L’effort est perpendiculaire à la direction du fils du bois. Selon l’Eurocode 5, il n’y a aucun

coefficient réducteur dans ce cas présent.

Nous obtenons donc un assemblage composé de 2 broches et 28 clous.

Bilan

Notamment pour les clous, la SIA 265 semblait avoir une résistance au cisaillement

supérieure à celle de l’EC5.

Cependant, dans le cas de charges perpendiculaires au fils du bois, un coefficient réducteur

vient inverser cette première impression. Au final, que ce soit pour les broches ou les clous, il est

nécessaire de mettre plus de connecteur selon la SIA 265.

De plus, concernant les bases de la détermination de la valeur résistante au cisaillement,

l’EC5 étudie tous les cas de rupture, contrairement à la SIA 265 qui considère une formule unique

permettant de déterminer cette valeur de résistance.

4.6. Réalisation des plans d’exécution et d’atelier

Une fois le dimensionnement terminé, il est nécessaire de réaliser l’ensemble des plans

d’exécution et d’atelier.

Les treillis du bâtiment supérieur

Le bâtiment supérieur arrive préfabriqué. Chaque treillis se compose de trois éléments

fabriqués en atelier par un lamelliste. Celui-ci a besoin d’une modélisation 3D pour usiner

l’ensemble de ses pièces de bois (cf. annexe 17), d’un plan de ferrure et d’une élévation avec la

position des assemblages.

L’ossature du bâtiment inférieur

Pour la préfabrication et la pose des panneaux à ossature bois des plans d’atelier et

d’exécution ont du être réalisé

Les caissons de dalle Lignatur

Afin d’usiner les caissons Lignatur et également permettre leurs mises en œuvre, des plans de

dalle et des détails d’assemblage doivent être réalisés.

Les détails d’exécution

De nombreux détails de conception sont également à réaliser pour la phase d’exécution.




69

Conclusion

Ce projet, réalisé au sein du bureau d’études bois Charpente Concept, fut tout d’abord une très

bonne expérience avant le début de ma vie professionnelle.

En effet, celui-ci m’a permis de progresser, à la fois dans l’apprentissage des méthodes de travail

d’un ingénieur, mais également, cœur de mon sujet, dans l’étude des règlements SIA et Eurocode

concernant le dimensionnement des structures bois.

L’organisation et les bases de calcul de ces deux règlements étant similaires, il fut possible de

réaliser une étude comparative de ces deux règlements, du calcul des charges jusqu'à la vérification

de la structure. Celle-ci fut basée sur une première étude théorique, présentée sous forme de

graphiques, en fonction de certains paramètres. Les deux parties suivantes se basent sur des projets, à

la fois Français et Suisse, calculés selon les deux règlements.

Cette étude m’a permis de constater que le cheminement du calcul et les résultats obtenus sont

relativement semblables. Certains coefficients (kmod, kdef, Ψ,…), certaines charges (neige, vent,

charges utiles) et certaines flèches limites peuvent varier légèrement suivant les normes, mais dans la

majorité des cas, nous obtenons des résultats similaires.

Cependant, une limite de cette étude est l’importance de la situation géographique du projet,

principalement dans le calcul des charges de neige. En effet, tout le territoire suisse possède une

altitude supérieure ou égale à 400m. Dans l’étude du projet du Chambord Country club, nous étions à

une altitude de 130m. Des hypothèses de calcul ont dû être réalisées, dans la valeur de la charge de

neige selon la SIA 261. Cette charge étant généralement la charge d’exploitation principale (toiture

non accessible), elle fut une des causes de l’obtention de sections de bois plus importantes selon la

SIA.

Dans la première partie du projet, à savoir l’étude théorique, et la troisième, l’étude du projet

Suisse, nous étions en présence de zones géographiques frontalières, ce facteur ne fut donc pas

influant. En effet, nous avons obtenu des sections de bois semblables.

Un travail périphérique au dimensionnement des structures fut également réalisé durant ce projet.

En effet, le travail de conception du Chambord Country Club, et la réalisation des plans d’exécutions

et d’ateliers des nouveaux locaux de l’APT m’ont permis d’obtenir de nouvelles compétences dans

le domaine de la construction bois.




70

Bibliographie

Yves BENOIT, Bernard LEGRAND, Vincent TASTET, Calcul des structures en bois, 2ème

édition,

Eyrolles (2009)

Hans BANHOLZER, Christoph FUHRMANN, Urs LUGINBUHL, Adrian MISCHLER, Tables pour

la construction en bois, Lignum, Zurich et le Mont-sur-Lausanne (2005)

EUROCODE 5, Conception et calcul des structures en bois – Partie 1-1 : Généralités – Règles

communes et règles pour les bâtiments, AFNOR (2005)

EUROCODE STRUCTURAUX, bases de calcul des structures, AFNOR (2003)

EUROCODE 1, Actions sur les structures – Partie 1-1 : Actions générales – Poids volumiques, poids

propres, charges d’exploitation des bâtiments, AFNOR (2003)

EUROCODE 1, Actions sur les structures – Partie 1-3 : Actions générales – Charges de neige,

AFNOR (2003)

EUROCODE 1, Actions sur les structures – Partie 1-4 : Actions générales – Charges de vent,

AFNOR (2003)

SIA 265, Construction bois, Société Suisses des Ingénieurs et Architectes (2003)

SIA 260, Bases pour l’élaboration des projets de structures porteuses, Société Suisses des Ingénieurs

et Architectes (2003)

SIA 261, Actions sur les structures porteuses – Spécifications complémentaires, Société Suisses des

Ingénieurs et Architectes (2003)




71

Table des illustrations

Table des figures

Figure 1.1: Centre de loisir de Neydens ........................................................................................................................................................ 6

Figure 1.2: Palais de l'équilibre .................................................................................................................................................................... 6

Figure 1.3: Refuge du Gouter ........................................................................................................................................................................ 6

Figure 1.4: Organigramme de Charpente Concept ....................................................................................................................................... 9

Figure 2.1: Tribune d'Andilly ...................................................................................................................................................................... 11

Figure 2.2: Charge de neige en fonction de l'altitude pour une pente de toit de 20° .................................................................................. 14

Figure 2.3: Charge de neige en fonction de la pente de toiture pour une altitude de 400m ........................................................................ 15

Figure 2.4 : Charge de vent en toiture à 2 versants de 30° en fonction de la hauteur de bâtiment en zone urbaine ................................... 17

Figure 2.5: Charge de vent en façade en fonction de la hauteur de bâtiment en zone urbaine ................................................................... 17

Figure 2.6: Charge de vent en toiture (2 versants à 30°) en fonction du type de terrain pour une hauteur de bâtiment de 20m ................ 18

Figure 2.7: Charge de vent en façade en fonction du type de terrain pour une hauteur de bâtiment de 20m ............................................. 18

Figure 2.8: Combinaison d'action aux ELU pour un plancher intérieur ..................................................................................................... 21

Figure 2.9: Combinaison d'action aux ELU pour une toiture en pente de 30° ............................................................................................ 22

Figure 2.10: Combinaison d'action aux ELS pour un plancher intérieur .................................................................................................... 23

Figure 2.11: Combinaison d'action aux ELS pour une toiture terrasse ...................................................................................................... 24

Figure 2.12: Combinaison d'action aux ELS pour une toiture terrasse, à une altitude de 400m ................................................................ 24

Figure 2.13: Définition de la flèche............................................................................................................................................................. 27

Figure 2.14: Section de bois nécessaire aux ELU ....................................................................................................................................... 31

Figure 2.15: Variation du taux de travail en fonction de la longueur efficace aux ELU ............................................................................. 32

Figure 2.16: Influence de la classe de chargement et la classe du bois sur le taux de travail aux ELU ..................................................... 33

Figure 3.1: Centre équestre du Chambord Country Club ........................................................................................................................... 36

Figure 3.2 : Hameau du Chambord Country Club ...................................................................................................................................... 36

Figure 4.1: Nouveaux locaux de l'APT ........................................................................................................................................................ 50

Figure 4.2: Modélisation 3D des nouveaux locaux de l'APT....................................................................................................................... 50

Figure 4.3: Modélisation du bâtiment supérieur de l'APT sur le logiciel de calcul CUBUS ....................................................................... 56

Figure 4.4: Tige scellées avec joint de montage. Chantier du refuge du Gouter ......................................................................................... 63

Figure 4.5: Ferrure spéciale composée d'une tôle en âme avec broches et boulons. Chantier du refuge du Gouter .................................. 63

Figure 4.6: Tôle en âme SIMPSON ............................................................................................................................................................. 63

Figure 4.7: Les différents modes de rupture pour le simple cisaillement .................................................................................................... 64

Figure 4.8: Les différents modes de ruptures pour le double cisaillement .................................................................................................. 64

Figure 4.9: Disposition des connecteurs selon la SIA 265 .......................................................................................................................... 67

Figure 4.10: Disposition des connecteurs selon l'EC5 ................................................................................................................................ 67




72

Table des tableaux

Tableau 2-1 : Equivalence des catégories de terrain ................................................................................................................................. 18

Tableau 2-2: Flèches admissibles selon l'EC5 .......................................................................................................................................... 27

Tableau 2-3: Flèches admissibles selon la SIA265 ................................................................................................................................... 30

Tableau 2-4: Comparaison des flèches admissibles selon l'EC5 et la SIA 265 ......................................................................................... 33

Tableau 3-1: Tableau comparatif des charges de vent .............................................................................................................................. 38

Tableau 3-2: Tableau comparatif des charges permanentes et utiles ........................................................................................................ 38

Tableau 3-3: Tableau comparatif des combinaisons de charge au ELU ................................................................................................... 39

Tableau 3-4: tableau comparatif des combinaison de charge aux ELS caractéristique (EC0) et rare (SIA260) ....................................... 41

Tableau 3-5: tableau comparatif des combinaisons de charge aux ELS fréquente ................................................................................... 41

Tableau 3-6:tableau comparatif des combinaisons de charge aux ELSquasi permanente ......................................................................... 41

Tableau 3-7: Sections de bois obtenues aux ELU selon l'EC5 ................................................................................................................. 43

Tableau 3-8: Sections de bois obtenues aux ELU selon la SIA 265 ......................................................................................................... 44

Tableau 3-9: Sections de bois obtenues aux ELS selon l'EC5 .................................................................................................................. 45

Tableau 3-10: Sections de bois obtenues aux ELS selon la SIA 265 ........................................................................................................ 45

Tableau 3-11: Comparaison des sections de bois obtenues selon les deux règlements ............................................................................. 46

Tableau 3-12: Comparaison du cubage de bois selon les deux règlements ............................................................................................... 49

Tableau 4-1: Comparaison des charges de vents selon la SIA 261 et l'EC1 ............................................................................................. 52

Tableau 4-2: Comparaison des charges permanentes et utiles selon la SIA 261 et l'EC1 ......................................................................... 53

Tableau 4-3:Tableau comparatif des combinaisons de charge au ELU .................................................................................................... 54

Tableau 4-4: Tableau comparatif des combinaisons de charge au ELS caractéristique (EC0) et rare (SI260) ......................................... 55

Tableau 4-5: Tableau comparatif des combinaisons de charge au ELS fréquent ...................................................................................... 55

Tableau 4-6: Tableau comparatif des combinaisons de charge au ELS quasi permanent ......................................................................... 55

Tableau 4-7: Sections de bois obtenues aux ELU selon l'EC5 ................................................................................................................. 57

Tableau 4-8: Sections de bois obtenues aux ELU selon la SIA265 .......................................................................................................... 57

Tableau 4-9: Sections de bois obtenues aux ELS selon l'EC5 .................................................................................................................. 59

Tableau 4-10: Sections de bois obtenues aux ELS selon la SIA 265 ........................................................................................................ 59

Tableau 4-11: Comparaison des sections de bois obtenues selon les deux règlements ............................................................................. 60

Tableau 4-12: Comparaison du cubage de bois selon les deux règlements ............................................................................................... 62

Tableau 4-13: Réaction d'appuis des différents sommiers de chevêtre de l'APT ...................................................................................... 66




73

Table des annexes

Annexe 1 : Valeurs des charges d’exploitation .................................................................................. 2

Annexe 2 : Calcul de la charge de neige, les coefficients .................................................................. 4

Annexe 3 : Calcul de la charge de vent, les coefficients .................................................................... 8

Annexe 4 : Coefficients des combinaisons d’action Ψ et ρ .............................................................. 11

Annexe 5 : Le fluage, coefficient kdef (EC5) ρ (SIA 265) et les classes de service du bois .............. 12

Annexe 6 : Contrainte limite du bois, les coefficients kmod et γM selon l’EC5 .................................. 14

Annexe 7 : Contrainte limite du bois, les coefficients γM/ηM et ηW selon la SIA 265 ....................... 15

Annexe 8 : Plan du centre équestre ................................................................................................. 16

Annexe 9 : Plan du hameau ............................................................................................................. 18

Annexe 10 : Composition de toiture, projet Chambord Country Club ............................................ 20

Annexe 11 : Plan du bâtiment inférieur de l’APT............................................................................ 23

Annexe 12 : Plan du bâtiment Supérieur de l’APT .......................................................................... 24

Annexe 13 : Coefficients de pression et charge de vent................................................................... 25

Annexe 14 : Composition de dalle de l’APT (toiture et plancher) .................................................. 27

Annexe 15 : Feuille de calculs permettant de calculer les charges climatiques ............................. 29

Annexe 16 : Feuille de calculs permettant de vérifier les sections de bois ..................................... 31

Annexe 17 : Modélisation 3D du treillis de l’APT ........................................................................... 35

Documents

Memoire_PFE_GC5_EtienneDaelman Construction Métallique EUROCODES