ESBANM - Vérification existant

Transcription

CONSTRUCTION DE L’ECOLE DES BEAUX-ARTS
DE NANTES METROPOLE
LOT 3 – CHARPENTE METALLIQUE
VERIFICATION DE LA CHARPENTE EXISTANTE AUX
SOLLICITATIONS CLIMATIQUES
03 Janvier 2013
DIAG
STR
XD -ESBANM - Vérification existant - 03.01.2013
setec bâtiment
Immeuble Central Seine
42-52, quai de la Rapée – CS 71230
75583 Paris Cédex 12
Tél. 33-(0)1 8251 6304 Fax. 33-(0)1 8251 6989
27564 ESBANM
Vérification de la charpente existante
DIAG
Structure
Rév.
0
Modifications
Première édition
Établi par
X. Duchatel
Vérifié par
A. Berrazeg
A. Xueref
SOMMAIRE
1.
PREAMBULE ................................................................................................................ 3
2.
HYPOTHESES DE CALCUL ......................................................................................... 4
2.1
REFERENTIEL NORMATIF .................................................................................................. 4
2.2
MATERIAUX...................................................................................................................... 4
2.3
CHARGES PERMANENTES ET CHARGES D’EXPLOITATION .................................................... 4
2.4
2.4.1
2.4.2
CHARGES CLIMATIQUES.................................................................................................... 4
Neige .............................................................................................................................. 4
Vent ................................................................................................................................ 5
2.5
CALCUL THERMIQUE ......................................................................................................... 5
2.6
COMBINAISONS DE CHARGES ............................................................................................ 6
2.7
VERIFICATION DE LA STRUCTURE ...................................................................................... 7
3.
ANALYSE DE LA STRUCTURE LONGITUDINALE..................................................... 8
3.1
DESCRIPTION DE LA STRUCTURE ....................................................................................... 8
3.2
3.2.1
3.2.2
3.2.3
3.2.4
3.2.5
3.2.6
VERIFICATION DES ELEMENTS DE CHARPENTE ................................................................... 8
Palées de stabilité .......................................................................................................... 8
Eléments de contreventement ..................................................................................... 10
Poteaux inférieurs ........................................................................................................ 11
Poteaux supérieurs ...................................................................................................... 12
Fermettes ..................................................................................................................... 14
Pignons ........................................................................................................................ 17
3.3
3.3.1
3.3.2
VERIFICATION DES APPUIS .............................................................................................. 17
Soulèvement ................................................................................................................ 17
Conclusion ................................................................................................................... 19
4.
ANALYSE DE LA STRUCTURE TRANSVERSALE ................................................... 20
4.1
DESCRIPTION DE LA STRUCTURE ..................................................................................... 20
4.2
4.2.1
4.2.2
4.2.3
4.2.4
VERIFICATION DES ELEMENTS DE CHARPENTE ................................................................. 20
Poteaux inférieurs ........................................................................................................ 20
Poteaux supérieurs ...................................................................................................... 22
Membrures des treillis .................................................................................................. 23
Montants et diagonales des treillis ............................................................................... 25
4.3
VERIFICATION DES APPUIS .............................................................................................. 26
5.
CONCLUSION ............................................................................................................. 28
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1.
Structure
PREAMBULE
Dans le cadre de la mission de diagnostic de la charpente existante, le titulaire du marché AEC
avait pour mission, outre l'analyse visuelle et qualitative, la vérification par le calcul de la charpente
métallique existante. Suite à diverses observations et remarques, il s'est avéré que AEC était dans
l'incapacité de mener à bien sa mission de calcul.
Setec Bâtiment a pris à sa charge l'établissement de cette vérification par le calcul de la tenue de
charpente métallique sous charges statiques et dynamiques.
L’objet de la présente note est de présenter la vérification de la charpente existante sous charges
climatiques. Ce type de sollicitations a été identifié comme le plus défavorable pour la structure en
comparaison des sollicitations sismiques (voir note technique d’évaluation des effets du séisme et
du vent du 18/12/2012).
Les calculs sont menés sur des modèles simplifiés en 2 dimensions au vu de la structure répétitive
et découplée des halles. Les modèles 2D sont extraits d’un modèle global 3D qui sert également de
contrôle et permettra d’observer d’éventuelles redistributions d’effort dans la structure.
Conformément aux recommandations du bureau de contrôle à la suite de la réunion de
12/12/2012, la situation de calcul correspond à la configuration de projet des halles 4 et 5. La
modélisation tient donc compte de la dépose des halles 3 et 6bis et modifications des façades et
toitures.
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Structure
2.
HYPOTHESES DE CALCUL
2.1
REFERENTIEL NORMATIF
Les charges climatiques sont déterminées selon les règles NV65 modifiées 2009.
La vérification de la charpente existante est menée selon les règles CM66.
Le choix de ces règles a été recommandé par Bureau Veritas en raison de l’ancienneté de la
charpente.
2.2
MATERIAUX
Le diagnostic de la charpente métallique existante effectué par AEC (rapport daté du 15/10/2012) a
conclu à un acier de nuance S235.
Le calcul de la valeur caractéristique de la limite d’élasticité des aciers selon les prescriptions de
l’Annexe A de l’EC3.1-3 (Règles supplémentaires pour profilés formés à froid) prenant en compte la
dispersion des résultats et leur écart-type aboutit à une valeur de 256 MPa.
Cependant pour tenir compte de l’ancienneté et de la différence de fabrication des aciers de
charpente il a été recommandé par Bureau Veritas de retenir une valeur plus faible et de
limiter la contrainte en traction à 200MPa.
Le coefficient partiel pour l’acier est γM0 = 1,0.
2.3
CHARGES PERMANENTES ET CHARGES D’EXPLOITATION
3
Le poids propre de l’acier de charpente sera pris à 78,5 kN/m .
Sur l’ensemble de la toiture il sera pris une surcharge permanente de 0,20 kN/m² comprenant le
complexe de toiture, câbles et différents équipements toujours accrochés à la charpente.
Sur l’ensemble des façades, la surcharge permanente est prise à 0,20 kN/m²
La toiture n’étant pas accessible, il n’est pas pris de charge d’exploitation.
2.4
CHARGES CLIMATIQUES
Les charges climatiques sont déterminées selon les règles NV65 modifiées 2009.
2.4.1
Neige
La ville de Nantes se trouve selon le zonage de ces règles en région A1 de neige correspondant à
une charge normale au sol de 35 daN/m².
Il sera tenu compte de cette charge ainsi que de l’effet d’accumulation de neige dans les noues des
sheds comme illustré ci-dessous (Article 3,33), avec des de pn1 et pn2 sont respectivement de 55
daN/m² et 12.5 daN/m² :
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2.4.2
Vent
La ville de Nantes se trouve en région 3 de vent selon le zonage en vigueur, correspondant à une
pression dynamique de base normale de 75 daN/m². La pression dynamique de vent extrême est
quant à elle de 131 daN/m². Le vent extrême sera pris en compte en situation accidentelle.
De nombreux cas de vent peuvent être pris en compte, afin de simplifier l’étude il a été choisi de ne
retenir que les deux cas les plus dimensionnants au regard des efforts horizontaux et des efforts
verticaux (écrasement et soulèvement).
Afin de prendre en compte l’ouverture importante des façades prévues dans le projet (possibilité
d’ouverture complète de la façade du parvis au droit du pignon Est, bandeau ouvert sur les façades
nord et sud jusqu’à 4m de haut) et de considérer des efforts « enveloppe », les deux cas suivants
ont été considérés :
- Cas d’écrasement : façades considérées fermées (µ ≤ 5), espace intérieur de dépression. La
direction de vent générant les plus grands efforts horizontaux et verticaux est la direction
Est-Ouest.
- Cas de soulèvement : façades considérées ouvertes (µ ≥ 35), la libre circulation du vent dans
les halles induisant des coefficients nets de pression importants sur les parois et les
toitures. Le vent le plus dimensionnant dans cette configuration est le vent Nord-sud (ou
inversement).
Les dimensions des halles aboutissent à un coefficient γ0 de 1,0 pour un vent normal aux pignons
(Sb ou Sb’) et de 0,85 pour un vent normal aux long-pans (Sa). Les différents coefficients de
pression applicables sont résumés ci-dessous. Les conventions de signe sont : une valeur positive
correspond à une pression sur la paroi, une valeur négative à une succion.
ce - ci
Emplacement
Façade au vent
Façades sous le vent
Premier et dernier versants de toiture à 60°
Premier et dernier versants de toiture à 30°
Versants de toiture à 60°
Versants de toiture à 30°
2.5
Vent Est-Ouest
(X - écrasement)
1,00
-0,10
0,68
-0,08
0,56
-0,01
Vent Nord-sud
(Y – soulèvement)
1,10
-1,10
- 1,30
-1,30
-1,30
-1,30
CALCUL THERMIQUE
Le calcul de dilatation thermique avec gradient de température ne sera pas pris en compte dans la
vérification de la charpente existante.
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Structure
En effet, bien que les différents relevés visuels (par AEC ou Setec) n’aient pas trouvé de joint de
dilatation dans la charpente, un plan de la partie des halles construite en 1947 fait état d’un joint
entre la charpente existante (à cette époque) et la partie neuve à construire (voir extrait du plan cidessous). Ce joint est en tout état de cause un joint dilatation, ce qui semble nécessaire au vu de la
longueur des halles (160m).
Par ailleurs, lors du traitement de la charpente il sera possible de créer ce joint afin de s’affranchir
d’effets significatifs de la température sur la structure.
2.6
COMBINAISONS DE CHARGES
Les combinaisons utilisées sont celles mentionnées dans les règles CM66 utilisant les différents
coefficients de pondération donnés. Le poids propre et les surcharges permanentes de la
charpente ne seront pas affectés de coefficient de pondération lorsque leur effet sera favorable
(cas du soulèvement de la structure).
Les différents cas et combinaisons sont récapitulés ci-dessous :
G
N
VX
VY
VEX
VEY
Poids propre et surcharges permanentes
Neige
Vent normal Est-Ouest (écrasement)
Vent normal Nord-Sud (soulèvement)
Vent extrême Est-Ouest (écrasement)
Vent extrême Nord-Sud (soulèvement)
Combinaisons ELU : Etat Limite Ultime
1,33 G + 1,5 N
1,33 G + 1,5 VX
1,0 G + 1,5 VY
1,33 G + 1,42 N + 1,42 VX
1,0 G + 1,42 N + 1,42 VY
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Combinaisons ELA : Etat Limite Accidentel
1,0 G + 1,0 VEX
1,0 G + 1,0 VEY
2.7
VERIFICATION DE LA STRUCTURE
Conformément aux règles CM66, les contraintes seront limitées dans les barres selon :
- Traction : σ ≤ σe = 200 MPa (§3.1 CM66)
- Cisaillement : τ ≤ σe / 1,54 = 130 MPa (§3.3 CM66)
- Compression – flambement simple : σ ≤ kσe où k est le coefficient de flambement de la pièce
(§3.4 CM66).
Les profilés dont les contraintes dépasseront ces valeurs devront être remplacés ou renforcés.
Les déplacements horizontaux seront limités au 300è de la hauteur. Il conviendra de mettre en
œuvre un renforcement approprié au cas où cette limite serait dépassée.
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3.
ANALYSE DE LA STRUCTURE LONGITUDINALE
3.1
DESCRIPTION DE LA STRUCTURE
La structure longitudinale est composée en partie inférieure de poteaux doubles raidis par des
éléments en croix ou en K et les rails de pont roulant qui participent à la stabilité de l’ensemble. Le
contreventement est assuré par deux palées et une demi-palée de stabilité, qui étaient également
utilisées auparavant comme culées pour reprendre les efforts de freinage des ponts roulants.
Les poteaux doubles sont surmontés en partie supérieure d’un poteau simple, avec entre ces
poteaux une charpente de toiture en shed avec fermettes en treillis.
Les files sont comptées d’Ouest en Est, avec la file 1 située au droit de la rue Arthur III, et la file 28
au droit de la halle 3 actuelle.
Nota : dans les graphiques présentés dans les sections suivantes, des valeurs négatives (resp.
positives) correspondent à une compression (respectivement une traction) ou une résultante des
efforts vers le bas (respectivement vers le haut).
3.2
VERIFICATION DES ELEMENTS DE CHARPENTE
3.2.1
Palées de stabilité
3.2.1.1
Vérification
Les contraintes de traction et de compression dans les palées de stabilité sont suffisamment faibles
pour ne pas avoir à renforcer ces éléments. Le graphique ci-dessous montre l’enveloppe des
contraintes pour toutes les combinaisons.
Comme on pouvait s’y attendre, la palée située aux files 18-19 est la plus chargée.
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Structure
Par ailleurs, les liens des éléments principaux de section plus faible (cornières 70*70*7) présentent
également des contraintes en compression suffisamment faibles pour ne pas avoir de flambement
(voir graphique avec enveloppe de contraintes de compression dans ces éléments).
3.2.1.2
Conclusion
Il n’est pas nécessaire de renforcer les éléments de charpente des palées de stabilité.
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Structure
3.2.2
Eléments de contreventement
3.2.2.1
Vérification
Ces éléments de contreventement sont composés de profilés de faible section (UPN120) d’inertie
faible hors de leur plan, ce qui induit une contrainte critique faible. Certains de ces profilés ont des
contraintes de compression trop fortes et peuvent flamber comme on peut le voir ci-dessous.
Les profilés en bleu sont à renforcer, lorsque la contrainte de compression dépasse 22 MPa (voir
calcul).
3.2.2 - Eléments de contreventement en croix
Contrainte dans la pièce
Longueur de flambement
Section de la pièce
Inertie selon l'axe faible
Rayon de giration
Elancement de la section
Contrainte critique d'Euler
Coefficient de flambement
Contrainte limite
σ
l
A
I
i
λ
σk
k
k*σ
UPN 120
22
MPa
4,00
m
17,0
cm²
4
43,2
cm
0,016
m
251
m
31
8,55
188
MPa
MPa
Les diagonales sont assemblées sur les poteaux au moyen de supports qui sont généralement des
profilés de section faible, assemblés sur les semelles ou sur des cornières au droit de l’âme. Les
efforts transmis par les diagonales sont relativement faibles et se compensent horizontalement
(sauf au niveau des pignons) aussi les contraintes de cisaillement dans ces éléments sont
acceptables (voir graphique suivants).
Néanmoins les appuis proches du pignon Est ont des valeurs élevées et pourront éventuellement
faire l’objet d’un renforcement selon les travaux effectués sur le pignon.
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3.2.2.2
Structure
Conclusion
Il n’est pas nécessaire de renforcer les contreventements en croix ou en K, à l’exception de ceux
situés aux files 1, 5, 6, 27, 28.
On accordera une attention particulière aux appuis de diagonales situées au niveau des pignons
lorsqu’il n’y a pas de contreventement de l’autre côté du poteau pour compenser l’effort tranchant
horizontal.
3.2.3
Poteaux inférieurs
3.2.3.1
Vérification
Les poteaux inférieurs présentent des contraintes suffisamment faibles pour ne pas nécessiter de
renforcement. On note bien les contraintes nettement plus fortes au niveau du pignon Est où
l’absence de contreventement de type palée de stabilité fait pleinement fonctionner la structure en
portique, imposant une sollicitation plus importante en flexion des poteaux.
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Structure
3.2.3 - Poteaux inférieurs
σ
l
A
Rayon de giration
I
i
λ
7 590,0
0,112
63
σk
k
k*σ
501
1,18
118
Contrainte limite
3.2.3.2
IPN280
100
7,00
61,0
MPa
m
cm²
cm
m
m
4
MPa
MPa
Conclusion
Il n’est pas nécessaire de renforcer les poteaux inférieurs.
3.2.4
Poteaux supérieurs
3.2.4.1
Vérification
La partie supérieure des poteaux est constitué d’un poteau de section composite en I, d’âme et de
semelles très fines (7 et 6mm respectivement). Leur inertie est grande selon l’axe transversal des
halles (pour fonctionner en portique avec les treillis verticaux) mais très faible selon l’axe
longitudinal. Ils ne peuvent reprendre que des moments très faibles et l’augmentation des efforts de
vent longitudinaux les sollicite de façon importante.
Il faudra impérativement trouver des dispositions pour augmenter leur inertie dans le sens
longitudinal ou ajouter des profilés diagonaux comme entre les files 15 et 28. On peut voir sur le
graphique suivant des contraintes dans ces poteaux que la partie des halles avec des diagonales
ils sont beaucoup moins sollicités (les efforts horizontaux ne sont pas transmis à l’ossature
inférieure par flexion mais via les diagonales qui reprennent des efforts axiaux importants).
Les poteaux avec des efforts en bleu sont sollicités au-delà de leur limite (en compression ou en
traction).
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Structure
On s’aperçoit que les diagonales situées entre les fermettes et les rails de pont roulant ont des
contraintes suffisamment faibles pour ne pas nécessiter de renforcement à l’exception de celle
située au niveau du pignon Est.
3.2.4.2
Conclusion
Il est nécessaire de renforcer les poteaux supérieurs au niveau des pignons et de la file 1 jusqu’à la
file 12. Une solution évitant un renforcement systématique des poteaux pourrait être d’ajouter des
diagonales régulièrement sur toute la longueur des halles afin de les décharger.
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Structure
Les diagonales supérieures n’ont pas besoin d’être renforcées à l’exception de celle située au
pignon Est.
3.2.5
Fermettes
3.2.5.1
Vérification
La situation des fermettes est différente selon les files. On peut distinguer la zone où les façades
sont maçonnées jusqu’au rampant de toiture (files 1 à 10) du reste des fermettes où un treillis est
présent.
Dans le cas des façades maçonnées, il conviendra de remplacer les profilés restant après dépose
des maçonneries par des fermettes équivalentes à celles des autres files. En effet les contraintes et
les déplacements sont trop importants sans renforcement comme on peut le voir ci-dessous.
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DIAG
Structure
Le comportement des autres fermettes est cependant satisfaisant puisque les contraintes sont
assez faibles pour ne pas dépasser les limites en traction et en compression, à l’exception de celle
du pignon Est où les sollicitations de vent sont plus importantes et la rupture de continuité induit des
contraintes plus élevées.
3.2.5 - Fermettes
σ
l
A
2 CE405
36
2,40
7,6
MPa
m
cm²
Rayon de giration
I
i
λ
10,9
0,012
200
cm
m
m
σk
k
k*σ
49
5,54
200
MPa
Contrainte limite
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4
MPa
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DIAG
Structure
Les membrures supérieures des fermettes sont cependant de sections très faibles et les
contraintes sont élevées au droit des intersections avec les diagonales. Les goussets permettent
peut-être de s’affranchir de ces contraintes élevées et il conviendra d’étudier ce point plus en détail.
Les membrures inférieures ont généralement des contraintes suffisamment faible pour ne pas
nécessiter de renforcement, à l’exception du pignon Est et au droit des chéneaux. Les goussets et
les assemblages au droit des chéneaux permettraient éventuellement de reprendre ces fortes
contraintes, il convient d’étudier ce point plus précisément.
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DIAG
3.2.5.2
Structure
Conclusion
Il est nécessaire de renforcer l’ensemble des fermettes jusqu’à la file 12.
Il est également nécessaire de renforcer toutes les membrures supérieures et les membrures
inférieures au droit des chéneaux. Une optimisation pourrait être possible en étudiant l’influence
des goussets sur la répartition et la transmission des contraintes dans les sections.
La fermette au droit du pignon Est devra être renforcée.
3.2.6
Pignons
On s’aperçoit en étudiant les différents résultats qu’il y a des déplacements et des efforts plus
importants au niveau des pignons et notamment du pignon Est (au droit de l’actuelle halle 3). Les
halles 4-5 étant actuellement appuyées sur la halle 3, les efforts de vent sur les halles 4-5 seront
modifiés et amplifiés de manière importante, notamment sur cette façade.
Il n’y a actuellement pas de système de contreventement spécifique à cet endroit, comme on peut
trouver les palées de stabilité aux files vers l’Ouest. Par conséquent les déplacements sont
importants et il est souhaitable de mettre en œuvre un renforcement et notamment d’ajouter un
système de contreventement plus performant au niveau du pignon.
3.3
VERIFICATION DES APPUIS
3.3.1
Soulèvement
Le cas de vent de soulèvement tire le bâtiment vers le haut de façon uniforme et le soulèvement de
la structure globale est facilement compensé par le poids propre de la structure et celui des
fondations. Ci-dessous est détaillé le processus de calcul qui permet de le montrer :
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Structure
Au vu des résultats, le cas le plus défavorable pour les appuis est celui de
(écrasement). On se rend compte que les importants efforts horizontaux
accidentelle sont alors repris en traction/compression par la palée située
occasionnant des efforts de soulèvement importants. Les efforts de soulèvement
de l’ordre de 400kN, ce qui dépasse le poids propre du massif de fondations.
vent longitudinal
en combinaison
aux files 18-19
sur la palée sont
Le poids d’un massif de fondation, en se référant aux plans de l’existant retrouvés aux archives, est
de l’ordre de 20T (massifs trapézoïdaux de section 1,3*1,3m² en tête et 3*4m² en pied).
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Structure
Si l’on considère que ce massif est soulevé, les efforts sont redistribués dans la structure. Le
modèle de calcul a été relancé en supprimant le point d’appui qui se soulevait. On se rend compte
que des appuis des trois palées subissent un soulèvement l’un après l’autre après itération du
processus.
Une fois que ces trois appuis sont désactivés, les efforts sont redistribués sur la structure,
occasionnant des efforts de soulèvement sur un certain nombre d’appuis. Ces efforts restent
cependant en deçà du poids propre d’un massif de fondations, ce qui montre que la stabilité globale
du bâtiment n’est pas affectée.
3.3.2
Conclusion
Même en cas de vent accidentel occasionnant des efforts horizontaux élevés, il n’y a pas de
soulèvement global ou de perte de stabilité de la structure.
Pour pallier à la redistribution des efforts en cas de soulèvement d’un massif de fondations, il
conviendra cependant de renforcer l’ensemble des la charpente au droit des files adjacentes à
celles des palées de stabilité ; soit les files 1-3, 4-7, 17-20.
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4.
ANALYSE DE LA STRUCTURE TRANSVERSALE
4.1
DESCRIPTION DE LA STRUCTURE
Le contreventement transversal des sheds est assuré par les portiques transversaux constitués des
poteaux doubles inférieurs, des poteaux supérieurs et des poutres treillis en faîtage. Les treillis
secondaires inclinés n’ont généralement pas de membrure basse et ont plutôt vocation à assurer
une meilleure distribution des efforts de vent sur la toiture à la charpente qu’à fonctionner comme
contreventement.
4.2
VERIFICATION DES ELEMENTS DE CHARPENTE
La dépose de la halle 6bis et de la halle 3, ainsi que l’ouverture des façades au niveau du sol induit
une forte augmentation des efforts transversaux de vent. Les éléments de charpente sont donc
assez fortement sollicités comme on peut le voir dans les sections suivantes.
4.2.1
Poteaux inférieurs
4.2.1.1
Vérification
Les efforts horizontaux transversaux du vent sont repris en traction-compression par les poteaux
doubles inférieurs. La façon dont les poteaux sont disposés fait que l’axe de forte inertie des
membrures (HEB280 ou IPN280 ou équivalents) est l’axe longitudinal des halles.
Par conséquent dans le plan transversal le fait de former des poteaux doubles en treillis leur
confère une grande inertie, et chacune des membrures a également une forte inertie dans le plan
longitudinal. Malgré les fortes contraintes de compression, cela empêche le flambement et permet
de ne pas devoir les renforcer.
Les liaisons des poteaux inférieurs ont une longueur de flambement suffisamment faible pour éviter
tout risque. Les contraintes sont acceptables dans ces liaisons.
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4.2.1.2
Structure
Conclusion
Il n’est pas nécessaire de renforcer les poteaux inférieurs.
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DIAG
Structure
4.2.2
Poteaux supérieurs
4.2.2.1
Vérification
Les poteaux supérieurs travaillent en flexion pour redescendre les efforts de vent dans les poteaux
inférieurs.
Les poteaux en façade sont suffisamment pour résister aux sollicitations au vu de leur enveloppe
de contrainte.
On voit au contraire que le poteau supérieur central est insuffisant pour reprendre les efforts de
vent des combinaisons les plus défavorables. Ces contraintes très importantes se situent à sa
base, cependant le poteau est relié aux rails de ponts roulants à cet endroit ce qui pourrait
permettre de reprendre plus efficacement le moment d’encastrement à ce niveau. Une étude plus
précise de cette zone, permettrait éventuellement d’optimiser le renforcement de la base des
poteaux centraux.
Par ailleurs, le moment d’encastrement à la base du poteau supérieur central induit des contraintes
également très élevées dans les plats de répartition des efforts en tête des poteaux inférieurs, qu’il
conviendra également de renforcer.
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4.2.2.2
Structure
Conclusion
Les poteaux centraux et les plats de répartition des efforts en tête des poteaux inférieurs doivent
être renforcés.
Les poteaux supérieurs en façade ne nécessitent pas de renforcement.
4.2.3
Membrures des treillis
4.2.3.1
Vérification
Les membrures supérieures des treillis transversaux sont très sollicitées et ont des contraintes
élevées, notamment au droit des intersections avec les montants et les diagonales. Ces contraintes
pourraient être reprises par les goussets présents à ces intersections.
Cependant en travée les contraintes de traction et de compression sont trop généralement trop
importantes et il conviendra dans tous les cas de renforcer les profilés pour éviter leur rupture.
4.2.3 - Membrures supérieures
σ
l
A
IPN120
121
4,60
14,2
MPa
m
cm²
Rayon de giration
I
i
λ
328,0
0,048
96
cm
m
m
σk
k
k*σ
215
1,64
199
MPa
Contrainte limite
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4
MPa
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DIAG
Structure
Les membrures inférieures des treillis devront être ponctuellement renforcées afin d’éviter le
flambement comme on peut le voir ci-dessous (parties bleu).
4.2.3 - Membrures inférieures
σ
l
A
Rayon de giration
I
i
λ
Contrainte limite
setec bâtiment
σk
k
k*σ
2L 80*80*8
35
MPa
4,90
m
24,6
cm²
4
144,5
cm
0,024
m
202
m
48
5,65
198
MPa
MPa
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DIAG
4.2.3.2
Structure
Conclusion
Les membrures supérieures et inférieures devront être renforcées.
4.2.4
Montants et diagonales des treillis
4.2.4.1
Vérification
Les montants des treillis ont des contraintes suffisamment faibles pour ne pas nécessiter de
renforcement.
Au contraire, les diagonales sont très sollicitées et leur grand élancement limite fortement les
contraintes admissibles. Il conviendra de les renforcer comme on peut le voir ci-dessous :
setec bâtiment
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DIAG
4.2.4.2
Structure
Conclusion
Les diagonales des treillis principaux devront être renforcées.
Les montants ne nécessitent pas de renforcement particulier.
4.3
VERIFICATION DES APPUIS
Les poteaux inférieurs sont encastrés aux massifs de fondations dans la direction transversale.
L’encastrement est réalisé par la mise en place de deux appuis simples, et le moment
d’encastrement est traduit en traction compression puisque chacune des membrures des poteaux
est articulée en pied.
Le cas de vent VY accidentel de résultante horizontale importante induit alors un moment élevé
dans ces fondations comme on peut le voir ci-dessous.
Le moment est le plus élevé au niveau du poteau triple central, où on a M = 767*0,9 – (-620*0,9)
soit M = 1250 kN.m.
La résultante des efforts vaut N = 767+27-620 = 175 kN (dirigé vers le haut).
On voit donc que l’effort de soulèvement est compensé par le poids propre de la fondation, la
résultante totale étant proche de 0.
setec bâtiment
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DIAG
Structure
En considérant la base du massif de fondation de largeur B = 3m et L = 4m, le diagramme de
contrainte de réaction du sol est triangulaire et symétrique par rapport à l’axe du massif de
fondations. Il n’y a donc pas de soulèvement mais il convient de vérifier la contrainte du sol portant
le massif de fondation.
La contrainte du sol σ est alors donnée par σ*L/2*B*(L/2-L/3) = M d’où on tire une contrainte du sol
de : σ = (12*M)/(B*L²) soit σ = 310 kN/m².
Cette contrainte correspond à une combinaison de charges accidentelle, qui doit être comparée à
la contrainte admissible ELU du sol soit 1,5*0,2 MPa = 300 kN/m².
On en déduit donc que les efforts sont acceptables pour le sol et que des renforts de fondations ne
sont pas à prévoir.
setec bâtiment
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DIAG
5.
Structure
CONCLUSION
Le présent rapport constitue le rapport de diagnostic quantitatif de la charpente métallique venant
compléter le diagnostic qualitatif de la structure existante réalisé par AEC.
Contrairement à ce qu’on aurait pu penser compte tenu de l’activité qui s’y déroulait et l’utilisation
quotidienne de ponts roulants, l’étude faite montre qu’un nombre important de réparations et de
renforcements devront être réalisés afin d’assurer la stabilité et la pérennité de la charpente
existante sous les sollicitations climatiques avec les hypothèses prises décrites au paragraphe 2 et
convenues avec le bureau Véritas lors de la réunion du 12/12/2012.
La dépose des halles 3 et 6bis, ainsi que l’ouverture des façades et la dépose des maçonneries
induisent des efforts importants au niveau des pignons et accentue le risque de soulèvement des
fondations. Les membrures et les diagonales des treillis transversaux, ainsi que les membrures des
fermettes longitudinales devront être renforcées pour résister aux efforts de pression et de succion
générés.
On trouvera ci-dessous un récapitulatif des éléments à renforcer ou à remplacer :
-
Pieds de poteaux ainsi que tous les éléments corrodés
Pignon Est (ensemble)
Contreventement en K ou croix files 1, 5, 6, 27, 28
Poteaux supérieurs entre les files 1 et 12
Fermettes entre les files 1 et 12
Membrures supérieures des fermettes
Membrures inférieures des fermettes au droit des chéneaux
Renforcement de l’ensemble de la structure des files 1-3, 4-7, 17-20
Poteaux supérieurs centraux
Membrures supérieures et inférieures des treillis principaux
Diagonales des treillis principaux
Une estimation sera réalisée par la Maîtrise d’œuvre sur la base de ces résultats dans le cadre du
projet en approchant les gains potentiels sur certaines membrures grâce à la présence de
goussets. Par ailleurs, il est à noter que des études d’exécution devront être réalisées par
l’entreprise qui sera titulaire du lot de renforcement de la charpente existante. L’entreprise sera en
charge de l’appréciation des conditions de réalisation ainsi que du calcul des assemblages en
étudiant notamment l’influence des goussets sur la répartition des contraintes dans les différents
éléments de charpente.
setec bâtiment
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ESBANM - Vérification existant

Transcription

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