CONCEPTION DES CONTREVENTEMENTS

Source : yselzner@gmail.com

Les contreventements sont des dispositifs conçus pour reprendre les efforts du vent dans la structure et les descendre au sol. Ils sont disposés soit en toiture dans le plan des versants (poutres au vent), soit en façades (palées de stabilité), et doivent reprendre les efforts du vent appliqués tant sur les pignons que sur les long-pans. La stabilité est ainsi assurée dans les trois directions de l’espace. On distingue trois type essentiels de contreventements:

triangulation (treillis): il s’agit du type le plus fréquent ; les treillis en N conviennent bien lorsqu’il n’y a pas d’inversions d’efforts. Lorsque l’on est en présence d’inversions d’efforts possibles on préfére les croix de saint André (quelquefois les treillis en K ou V peuvent convenir).
rigidification des nœuds (cadre-portique): ils se justifient pleinement lorsque l’on doit laisser le passage libre, ou pour éviter des diagonales inesthétiques, ou bien parfois pour laisser une plus grande liberté pour une modification de la structure.
remplissage (voile, diaphragme) : on utilise des voiles en béton pour les fortes sollicitations. Pour les faibles sollicitations des voiles en maçonnerie conviennent. Lorsqu’il existe un noyau ou un mur de refend celui-ci peut bien sur servir de contreventements (il s’agit surtout d’un cas pour les bâtiments à étages). Il est imprudent d’estimer que des bardages ou couvertures en tôles puissent faire office de contreventements.

Nota: dans le cas de contreventements par remplissages, il faut toujours s’assurer que la transmission d’efforts entre éléments porteurs et éléments de stabilisation se fasse correctement.

Nota très important: les ciseaux ne sont sollicités qu’en traction ; on admet en effet que la diagonale qui du fait de son orientation devrait être comprimée se dérobe en fait par flambement élastique (cette hypothèse est valable pour les cornières et autres profils de faibles rigidité).

D’une manière générale la déformabilité des systèmes en présence reste toujours le critère essentiel qui gouverne la distribution des efforts au sein des structures, les parties les plus souples ayant tendance à se dérober au détriment des parties plus rigides, pouvant entraîner des sollicitations plus élevées que prévues d’une part, et des cheminements d’efforts anormaux d’autre part.

Principes de bases: pour équilibrer une force agissant dans n’importe quelle direction du plan, il faut:

disposer d’au moins trois lignes de forces
les lignes d’actions des forces ne doivent pas être concourantes
les lignes d’action des forces ne doivent pas être toutes parallèles entre elles

Efforts du vent sur les long-pans:

1- Les efforts de vent sur le bardage en long-pan sont transmis aux poteaux des portiques par l’intermédiaires des lisses. L’effort résultant en tête de poteau est transmis dans le portique, rigide et dimensionné à cet effet, et aucun dispositif particulier n’est à prévoir dans ce cas.

2- lorsque la travée t est trop grande, les lisses doivent reposer sur un appui intermédiaire, appuyé en tête contre la panne sablière. L’effort en tête de potelet est repris soit :

o par la panne sablière, raidie transversalement à cet effet (solution onéreuse)

o soit transmis à la panne suivante par un montant attaché à deux diagonales, qui ramènent les efforts en tête de portique. On a ainsi créé une poutre au vent long-pan

Contreventements verticaux de combles en cas de fermes treillis: (ou ciseaux) ils ont pour rôle d’éviter le déversement des fermes en les maintenant rigoureusement dans le plan vertical ; ils réduisent aussi les longueurs de flambement des membrures. Ils sont le plus souvent formés de cornières en croix attachées sur les montants des fermes ; la triangulation est fermée par les pannes. Ils sont toujours présents au faîtage et obligatoirement au droit de toute brisure de membrure.

Nota : pour les fermes de faible hauteur on peut utiliser un système de bracons.

Contreventements de versants transversaux: poutres treillis disposées dans le plan des versants (parfois aussi dans le plan des entraits en cas de fermes treillis). Elles sont généralement placées aux deux extrémités du bâtiment ou en travée centrale ; les membrures sont celles des fermes, empannons ou fers de pignons, les montants étant constitués par les pannes. Les diagonales, souvent en cornières, doivent être suspendues sous les pannes pour limiter toute déformation apparente. Leur point d’épure doit converger avec celui des pannes et de la membrure.

Ils interviennent notamment pour la détermination des longueurs de flambements:

L1: diagonales fixées au droit de leur croisement

L2: diagonales non fixées au droit de leur croisement

Contreventements longitudinaux: dans le cas d’empannons les déformations longitudinales dues au vent sont atténuées par des poutres treillis généralement disposées entre la sablière et la panne basse

Contreventements de long-pans: il faut en mettre dans tous les cas même lorsque le bardage est rigide; il existe trois types:

Croix de saint André	Palée de stabilité réticulé	portique

Les croix de saint André sont celles qui présentent le moins de déformations, et sont donc à mettre toute les fois que le bardage sera rigide et acceptera peu de déformations.

Contreventements en maçonnerie: celle-ci peut à l’occasion servir de contreventement à condition que:

la maçonnerie va rester
la maçonnerie est à l’intérieur des poteaux

- que des dispositifs spéciaux soient pris dans le cas de maçonnerie extérieure au poteau, assurant la transmission des efforts de la charpente au mur.

On doit aussi vérifier que la maçonnerie va résister à:

cisaillement:

compression : la diagonale fictive comprimée ayant pour largeur 4 fois l’épaisseur du mur ne dépasse pas la contrainte admissible :

Dans tous les cas un contreventement provisoire doit être prévu pour assurer la stabilité de l’ossature avant le montage du remplissage.

Contreventements de pignons: on a les mêmes dispositions générales que pour les long-pans ; dans le cas de pignons définitifs les fermes sont remplacées par des pans de fer ; dans la mesure du possible les montants seront placés au droit des contreventements verticaux et des points d’épure des contreventements rasants.

Efforts du vent sur les pignons : les efforts de vents se transmettent du bardage aux lisses, puis aux potelets, puis à la traverse du portique de rive. Ce dernier n’étant pas rigide transversalement, il est nécessaire de le stabiliser en construisant un dispositif, tant sur le plan de la toiture (poutre au vent en pignon) que dans les plan vertical (palée de stabilité)

Les pignons constitués de pan de fers et remplis de matériaux peu résistants doivent être contreventés dans leur plan.

Nota important: on a toujours intérêt à mettre la palée de stabilité au centre du bâtiment.

si on place une stabilité à chaque extrémité d’un bâtiment celui-ci se trouve bloqué et la dilatation n’est pas possible, ce qui crée des efforts supplémentaires dans la structure. On considère dans ce cas que chaque contreventements reprend l’intégralité des efforts appliqués à son pignon.	si l’on place une seule stabilité vers le milieu du bâtiment, la dilatation peut se faire plus librement, les efforts thermiques étant divisés en deux parts de chaque cotés du système.	Si on encastre les sablières sur les poteaux on peut certes éviter les stabilités, mais la poussée en tête se répartit sur le nombres de poteaux (à éviter, en général)

Un seul contreventement placé en début de long pan permet le montage de la halle par avancement, de manière continue à partir de l’extrémité contreventée.

Pour des halles de grandes longueurs il faut prévoir des joints de dilatation. Il est à noter que lorsque pour des raisons esthétiques la structure porteuse est apparente, celle-ci est très exposée aux variations de températures. (absence d’isolation thermique)

Stabilisation des ponts roulants: exemple :

L’action verticale sous galet est ramenée sur des consoles solidaires des portiques par une poutre à âme verticale appelée chemin de roulement.

L’action horizontale transversale est amenée aux portiques par une poutre treillis horizontale dont la membrure inférieure est la semelle supérieure du chemin de roulement, et la membrure extérieure est axée sur le plan moyen des poteaux (comme la palée de stabilité)

L’action horizontale longitudinale est amenée à la palée par la même poutre treillis

VERIFICATION DE LA STABILITE D’ENSEMBLE

Après avoir dimensionné et vérifié individuellement les éléments d’un bâtiment il faut s’assurer de la stabilité globale de celui-ci, notamment sous l’effet du vent.

L’effort global se décompose en:

une composante horizontale de traînée T produisant un effet d’entraînement.
Une composante verticale ascendante de portance U produisant un effet de soulèvement

Ces deux composantes donnent lieu à un moment de renversement M_r, qui doit rester inférieur au moment stabilisateur M_s dû au poids propre du bâtiment:

Le calcul de ces actions d’ensemble prend en compte les pressions dynamiques du vent, qui sont calculées en affectant aux pressions statiques un coefficient de majoration dynamique b, qui est entre autre fonction de la période du mode fondamental d’oscillation.

Les formules donnant la période T sont données par les règles NV65 annexe 4. le calcul du coefficient de majoration b est donné dans NV65 1.5

Dans les cas courants de bâtiment symétrique où les poteaux sont de masses négligeables devant les charges qu’ils supportent, on peut supposer le masse concentrée au sommet des poteaux et appliquer la formule des règles:

Pour le calcul de f on se ramène en général à 3 cas

Dans le plupart des cas on considère que la toiture a une rigidité importante (donc modélisée en encastrement) et que le poteau est articulé dans sa fondation.