Etude structurelle de l`impact des règles PS 92 et Eurocode 8 sur

Institut National des Sciences Appliquées de Strasbourg
Mémoire de soutenance de Diplôme d’Ingénieur INSA
Spécialité Génie Civil
Etude structurelle de l’impact des
règles PS 92 et Eurocode 8 sur des
trames de bâtiments hospitaliers
courants.
Centre Hospitalier de Belfort - Montbéliard
Rapport de synthèse
Auteur du rapport
INSA Strasbourg, Génie Civil, 5
ème
Fabien TOUZELLIER
année
Tuteur Entreprise :
Fabien ZAGO
SIRR Ingénierie, Responsable département structure
Tuteur INSA :
Claude SCHAEFFER
INSA Strasbourg, Professeur Génie Civil
Président du jury :
M. BRUN
Janvier 2010 – Juin 2010
Étude structurelle de l’impact des règles PS 92 et Eurocode 8 sur des trames de bâtiments hospitaliers courants .
Rapport de synthèse
Centre Hospitalier de Belfort Montbéliard
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Étude structurelle de l’impact des règles PS 92 et Eurocode 8 sur des trames de bâtiments hospitaliers courants .
Résumé
Cette étude a pour but de quantifier l’impact des règlements parasismiques PS 92 et EC 8
sur les bâtiments hospitaliers courants. Afin que les résultats de cette étude soient
applicables à la majorité des bâtiments hospitaliers, je me suis concentré sur des bâtiments
de structure type poteau-poutre avec des trames de 7,20 m et 7,50 m. Le choix de ces
trames a été dicté par la réalité du terrain. En effet, les bâtiments hospitaliers récents
présentent pour la plupart des trames de 7,20 m. Cependant cela ne permet pas toujours
une circulation aisée en fauteuil roulant dans la chambre et la salle de bain. Pour remédier à
ce problème de nombreux hôpitaux à venir sont conçus avec des trames de 7,50 m d’où
l’étude de ces deux trames.
Pour réaliser cette étude je me suis intéressé au Nouvel Hôpital de Belfort – Montbéliard et
plus particulièrement à l’un des six blocs qui le composent. Une fois la poutraison effectuée
et les charges définies, la première étape a été de modéliser deux blocs avec des trames de
7,20 m pour l’un et de 7,50 m pour l’autre. Cette modélisation est suivie par le
dimensionnement des éléments structurels du bloc. Chaque bloc est dimensionné trois fois.
Le premier dimensionnement se fait sans sollicitation sismique, ce dimensionnement sert de
« témoin ». Les deux autres dimensionnements sont effectués sur le bloc lorsque celui-ci est
soumis à une accélération sismique calculée d’après le PS 92 et l’EC 8. Pour finir, j’ai
quantifié le surplus de matériaux qu’engendrent ces deux règlements, ce qui permet d’avoir
une estimation du coût d’une construction parasismique.
Summary
The purpose of this study is to quantify the impact of the earthquake resistant rules PS 92
and EC 8 on common hospital buildings. In order that the results of this study can be applied
to the great majority of hospital buildings, I focused on buildings with a structure post-beam
with wefts from 7.20 m to 7.50 m. The choice of these wefts has been conduct by the
buildings which have already been constructed. The most of recent buildings have indeed
wefts which are 7.20m long. However this length doesn’t permit an easy movement with a
wheelchair into the room and the bathroom. In order to manage this problem, the future
hospitals will be built with wefts which are 7.50m long. That is why I will study these two
kinds of wefts.
In order to realize this study, I focused on the new hospital of Belfort-Montbéliard and, more
particularly, on one of the six blocs which composed it. When the position of the beams and
the loads had been defined, the first step was to develop a model with a bloc with wefts by a
length of 7.20 m and another bloc with wefts by a length of 7.50 m. This development is
followed by the design of structural elements of the bloc. Every bloc is designed three times.
The first design is realized without seismic actions, this design is used for control design. The
two others designs are realized on a bloc which is excited by a seismic acceleration
calculated after the PS 92 and the EC 8. At last, I quantified the surplus of materials
engendered by each rule, which permits to have a valuation of the cost of an earthquakeresistant building.
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Introduction
Contexte de l’étude
L’étude de l’impact des règlements parasismiques sur les trames hospitalières a été
effectuée lors de l’Avant Projet Sommaire (APS) du projet du nouveau Centre Hospitalier de
Belfort – Montbéliard. Les trames qui ont fait l’objet de l’étude mesurent 7,20 m, trames
actuellement mises en place dans la plupart des hôpitaux, et 7,50 m, trames permettant de
satisfaire aux normes de circulation en fauteuil roulant dans les chambres et les salles de
bain.
Le but de cette étude a été de :
 Connaître la proportion de matériaux supplémentaires nécessaires pour satisfaire
aux règlements parasismiques ;
o Comparaison sans règlement parasismique / PS92 ;
o Comparaison sans règlement parasismique / EC8 ;
o Comparaison PS92 / EC8.
 Connaître le surplus financier qu’entrainent ces dispositions parasismiques.
o Au niveau ferraillage ;
o Au niveau béton.
 Comparer deux types de structure pour un bâtiment hospitalier en zone sismique :
o Structure plancher-dalle
o Structure poteaux-poutres
Lors d’une première étude, qui a été réalisée par SIRR Ingénierie, il a été défini dans l’APS
une structure type plancher-dalle. Ce choix permet d’augmenter la taille des blocs et de
supprimer les retombées de poutres qui gêneraient la mise en place des réseaux fluides.
Pour réaliser l’étude expliquée ci-dessus, contrairement au choix du plancher-dalle fait dans
l’APS, je me suis concentré sur une structure courante poteau-poutre. Ce choix permettra
d’exploiter les résultats de l’étude pour un maximum de bâtiments hospitaliers, car les
structures plancher-dalle ne représentent pas une majorité suffisante et sont même parfois
exclues des marchés. Enfin j’ai comparé les deux types de structures pour faire l’inventaire
des avantages et des inconvénients de chaque solution.
Descriptif de la situation
Le bâtiment complet est composé de six blocs dynamiquement indépendants. Les
dimensions en plan du bâtiment sont 248,9m x 96,4m.
Pour mon étude, je me suis concentré sur un seul bloc. Ce choix a été dicté par les
critères suivants :
 Bloc d’angle ;
 Blocs de type R+4 ; et
 Bloc avec sous-sol.
Ses dimensions sont les suivantes :
 En plan : 11 travées x 6,75 travées (deux études ont été menées avec des travées de
7,50m puis de 7,20m) ;
 En élévation : 1 sous-sol (hauteur 3,52 m) et 5 niveaux en superstructure (hauteur de
chaque étage 4,16 m).
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Mise en évidence du bloc étudié
Démarche de l’étude
Pour mener à bien cette étude, mon objectif était de modéliser le bloc étudié pour pouvoir le
dimensionner à l’aide du logiciel Robot.
Voici les différentes étapes du déroulement de l’étude :
1. Définition de la poutraison
Le but de cette étape a été de disposer les poutres et poteaux de la plus judicieuse des
façons. Pour cela j’ai pris en compte :
 Le chemin le plus direct possible pour la descente des charges ;
 Le tracé des conduites des différents fluides médicaux pour éviter au maximum
de percer les poutres.
2. Définition des charges




Charges permanentes ;
Charges d’exploitation ;
Charges climatiques (neige et vent) ;
Poussée des terres au repos (cas statique) et dynamique (cas sismique).
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3. Modélisation du bloc


Grâce au logiciel Concrete Building Structure (CBS), j’ai modélisé la structure
poteau-poutre et appliqué les charges calculées précédemment. Afin de
comparer les deux types de trames (7,20 m et 7,50 m), la position des éléments
de structure est identique.
Lors du dimensionnement parasismique, j’ai ajouté des voiles en BA pour
contreventer le bâtiment et assurer la stabilité. Comme précédemment la position
des voiles de contreventement est identique pour les calculs au PS 92 et à l’EC 8.
4. Calcul et dimensionnement des éléments structuraux

Grâce au logiciel Robot Structural Analysis, j’ai pu modéliser le bloc pour obtenir
la descente des charges et ensuite dimensionner ses éléments :
o Dalles
o Poutres
o Poteaux
o Fondations
5. Estimation financière

Après le dimensionnement des différents éléments, j’ai calculé les quantités
d’acier et de béton des éléments de façon détaillée pour y appliquer un prix
unitaire afin de connaitre une estimation du prix du bloc.
6. Comparaison des différentes solutions

Afin de comparer les bâtiments en poteau-poutre et plancher-dalle qui sont
différents structurellement parlant, j’ai calculé un ratio €/m² pour avoir une
comparaison la plus significative possible.
Au final, cette étude permet de mieux appréhender les changements récents ou à venir. Les
résultats obtenus pourront être utilisés lors de prochaines estimations tout en gardant à
l’esprit la spécificité de l’étude. En effet, un ordre de grandeur de la plus-value due soit à
l’allongement des trames, soit au nouveau règlement parasismique, est disponible. Pour la
comparaison des structures poteau-poutre et plancher-dalle en zone sismique, d’autres
alternatives doivent être étudiées notamment au niveau des fondations, pour savoir qu’elle
est la structure la plus adéquate.
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