4.1. Fonction d’une structure
La structure est un assemblage d'éléments structuraux, c'est-à-dire résistant aux actions mécaniques. Elle assure l'intégrité d'une construction (elle ne doit pas s’effondrer ni se déformer excessivement) et le maintien des éléments non structurels (équipements, réseaux de fluides…). Un élément est dit structurel s'il a pour fonction de participer au « drainage » des charges apportées par les éléments supportés et par les conditions extérieures.
Un élément est dit structurel, s'il a pour fonction de participer à la circulation des charges apportées par les éléments supportés et par les conditions extérieures.
Elle doit permettre de répondre à trois grandes fonctions :
• Reprendre et distribuer les charges, franchir
Cela consiste à couvrir les espaces et distribuer les charges vers les éléments qui portent. Fonctionnement essentiellement en flexion (ex : poutre).
• Porter
Descendre les charges vers les fondations et le sol. (poteaux, tirants, câbles, murs porteurs, etc…)
• Contreventer
Lutter contre les efforts horizontaux.
4.2. Les charges
Nous appellerons désormais « charges » l’ensemble des forces appliquées aux structures.
Il existe trois grands types de charges : ponctuelles, linéiques et surfaciques.
Exemples :
• Ponctuelle : la charge descend d’un poteau,
• Linéique : la charge descend d’un voile,
• Surfacique : la charge descend d’un radier posé au sol.
4.3. L’analyse structurale
L’analyse structurale est l’action d’étudier les charges qui agissent sur les édifices.
Elle consiste à les identifier, les comprendre afin de les trier selon trois types (ponctuelles, linéiques et surfaciques) et selon trois classes (permanentes, variables et accidentelles). Une fois les tris effectués, l’analyse structurale se conclue en regroupant les forces dans des combinaisons afin préparer la vérification de l’intégrité (déformation et résistance) du bâtiment face à ces charges.
4.3.1. Charges permanentes
Les charges permanentes, qui ont pour symbole G, comprenant les poids des parties porteuses telles que les poutres, les poteaux… et les poids des parties non porteuses telles que les isolants, les revêtements…, qui ont pour symbole G’.
4.3.2. Charges variables et accidentelles
Les charges variables comprenant les charges d’exploitation comme les poids des personnes, des meubles…, notées Q, et les charges climatiques comme le poids de la neige notée S ou le vent noté W.
D’autres charges plus rares (séisme, choc de véhicule, etc.) sont considérées comme des charges accidentelles. Nous ne les aborderons pas dans ce cours.
4.3.3. Répartition des charges sur les planchers
Quel que soit le matériau de construction, pour déterminer les charges transmises par les dalles aux poutres ou aux voiles, et pour tout type de charges G, Q ou S, il faut se servir de la surface de plancher reprise par ces poutres ou voiles. Ces surfaces de planchers sont appelées surfaces d’influence et notées SP.
a. Étendue d'influence d'un plancher sur voiles porteurs parallèles (Structure à refends transversaux parallèles)
Travée n°1 Travée n°2
Étendue d’influence du plancher 𝐿1
2
𝐿2 2
Voile porteur Voile porteur Voile porteur
b. Étendue d'influence d'une dalle rectangulaire uniformément chargée appuyée sur quatre côtés
Soit le rapport 𝐿𝑦
𝐿𝑥, si :
• 𝛼 ≤ 0,4 la dalle est portée par les voiles AB et CD (identique au cas précédent),
• 𝛼 > 0,4 la dalle porte sur les quatre côtés.
c. Exemple de structure porteuse d’un plancher Lignes à 45°
𝐿𝑦 Surface de plancher
portée par le mur AB 𝐿𝑥
A B
C D
Dalle portant sur 2 côtés
A B C D
G
H I J K
E F
Dalles portant sur 3 côtés Dalles portant
sur 4 côtés
4.3.4. Majoration des charges - Coefficients de continuité
Coefficient multiplicateur à appliquer à la réaction aux appuis en
A B C D … n-2 n-1 n
Poutre sur 2 appuis x 1.00 x 1.00
Poutre sur 3 appuis x 1.00 x 1.15 x 1.00
Poutre sur 4 appuis x 1.00 x 1.10 x 1.10 x 1.00
Poutre sur n appuis x 1.00 x 1.10 x 1.00 x 1.00 .. x 1.00 x 1.10 x 1.00
Poutre sur 3 appuis Poutre sur 4 appuis
4.3.5.
Charges d’exploitation dont la valeur minimale peut être fixée de façon générale Ces charges d’exploitation sont illustrées dans les tableaux de l’annexe. Elles sont utilisées en tenant compte :• Des surfaces d’influence,
• Des dégressions retenues liées aux types et caractères des charges,
• Des conditions défavorables possibles de leur distribution (ex. : travées partiellement ou totalement déchargées),
• De leur mode de prise en compte,
• Etc….
Elles comprennent les équipements légers (canalisations de distributions, appareils de chauffage individuels, appareils sanitaires, etc..). Elles ne comprennent pas :
• Les cloisons, plafonds, sols, enduits et revêtements,
• Les gaines et conduits de fumées, les appareils lourds.
4.3.6. Réduction pour grande surface ou majoration pour petite surface
Les valeurs indiquées dans les tableaux pour les charges d’exploitation correspondent à une « surface de référence
» S0 = 15m². Si SP S0 alors un coefficient correcteur sera appliqué selon la courbe suivante :
4.3.7. Dégression des charges d’exploitation
La dégression des charges d’exploitation concerne les bâtiments avec un nombre de niveaux n>5 où les occupations des divers niveaux peuvent être considérées comme indépendantes comme les bâtiments à usage d’habitation ou d’hébergement et les bâtiments de bureaux.
Les charges d’exploitation sont affectées de coefficients de pondération sauf pour le toit ou terrasse et le niveau en dessous et servent essentiellement au calcul d’une descente de charges.
Comme il est rare que toutes les charges d’exploitation agissent simultanément, on applique, pour leur détermination la loi de dégression. Cette loi consiste à réduire les charges identiques, ou non, à chaque étage de 10%
par étage jusqu’à 0,5 sauf pour le dernier et avant dernier niveau.
On désigne par :
4.3.8. Descente des charges verticales
La descente des charges est obtenue en déterminant le cheminement des efforts dans la structure, depuis leur point d’application jusqu’aux fondations. Les charges se distribuent en fonction des surfaces de planchers attribuées à chaque élément porteur.
Sur un élément porteur agit :
• Les charges qui lui sont directement appliqués,
• Les charges transmises par les éléments qu’il supporte.
Charges permanentes+
charges d’exploitation
Plancher - Dalle
Voiles - Poteaux - Murs
Fondations