SECTION 1: CHING CH.2: BATIMENT

superstructure vs infrastructure

partie qui s’eleve au-dessus des fondations vs structure sous-jacente et fondation

enceinte

= enveloppe = toit. mur ext, portes et fenetre

systemes mecaniques

- Le système d’alimentation en eau procure l’eau potable nécessaire pour satisfaire les besoins de consommation et d’hygiène.

- Le système d’évacuation des eaux d’égout rejette les déchets liquides et les matières organiques usées.

- Les systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation rendent l’intérieur confortable.

- Le système électrique commande, mesure et protège l’alimentation en électricité, et distribue le courant en toute sécurité aux appareils électriques et aux systèmes d’éclairage, de sécurité et de communication.

- Les systèmes de transport vertical assurent les déplacements des personnes et des biens d’un niveau à un autre dans les édifices en hauteur.

- Les systèmes de lutte contre l’incendie détectent et éteignent les incendies.

- Les édifices en hauteur doivent parfois être dotés de systèmes d’élimination et de recyclage de déchets.

par la commission canadienne des codes du batiment et de prevention des incendies CCCBPI

le Code national dubâtiment du Canada (CNB), 4 objectifs: la sécurité, la santé, l’accessibilité pour les personnes atteintes par une incapacité, et la protection du bâtiment contre l’incendie et les dommages structuraux.

le Code national de prévention des incendies du Canada (CNPI),

le Code national de plomberie (CNP),

le Code national de l’énergie pour les bâtiments (CNÉB)

le Code national de construction des bâtiments agricoles (CNCBA).

types de construction

1. construction combustible: permise pour des petits batiments, une structure en bois

2. construction en gros bois d’oeuvre: dim des pieces de bois avec RAF 45min

3. construction incombustible: autre que finition, tout est incombustible

usages principaux quon retrouve dans le code

les Charges - 2 types

Charges statiques

• s’applique lentement a la structure

• deformation maximale quand la force statique est maximale

• charges permanentes agissant vers le bas de la structure, poid d’elle meme et equ fixes

• surcharges de charges mobiles de l’occupation des lieux, acc de neige etc, generallement vers le bas mais aussi horizontalement.

• Surcharges d’utilisation, poid, meubles etc

• charges dues au tassement du terrain porteur

• pressiion geostatique, force horizontale sur le soutenement vertical

Charges dynamiques

• s’applique soudainement a la structure, avec point d<ampleur qui varie rapidement

• charges dues aux vents,

  • energie cinetique de masses de l’air se deplacant horizontalement.

  • doit resister au glissement et renversement et soulevement

  • calcule en multipliant la charge due aux vents par mètre carré, par la superficie des surfaces verticales du bâtiment

  • La pression éolienne de calcul est la pression du vent utilisée pour dimensionner une structure. Elle est basée sur une pression de référence à 10 m, puis ajustée selon la hauteur, l’exposition, les rafales, la forme et l’orientation du bâtiment. Un facteur d’importance peut aussi augmenter les forces de calcul pour les bâtiments essentiels, très occupés ou à risque.

• charges dues a un seisme,

  • Plus le bâtiment est lourd, plus les forces sismiques peuvent être grandes.

  • Plus l’accélération du sol est forte, plus la force sur le bâtiment est importante.

  • Toutes les forces horizontales créées par le séisme sont ramenées à la base du bâtiment. Cette force totale s’appelle la contrainte de cisaillement à la base ou cisaillement de base.

  • Cette force dépend de plusieurs choses : poids du bâtiment, intensité du séisme, type de sol, hauteur, rigidité, importance du bâtiment et période d’oscillation.

  • Le cisaillement de base est ensuite réparti entre les étages. En général, les étages plus hauts reçoivent une plus grande part des forces, car ils sont plus éloignés de la base.

  • Un bâtiment court et rigide oscille rapidement → période courte. Un bâtiment haut et flexible oscille plus lentement → période longue.

  • Les forces horizontales peuvent aussi faire basculer le bâtiment. C’est ce qu’on appelle le moment de renversement. Le poids du bâtiment aide à s’opposer à ce basculement grâce au moment de redressement.

types de forces

Une force est représentée par un vecteur possédant une grandeur, une direction et un sens.

Plusieurs forces peuvent être remplacées par une force résultante, ou une force peut être décomposée en composantes horizontale et verticale.

Lorsqu’une force agit à une certaine distance d’un point de rotation, elle produit un moment défini par M=F×d.

Un couple est formé de deux forces parallèles, égales et opposées qui produisent une rotation.

donc:

• Forces sur une même droite : elles s’additionnent ou se soustraient selon leur sens.

• Forces concourantes : plusieurs forces qui passent par un même point.

• Force résultante : force unique qui remplace plusieurs forces.

• Composantes d’une force : décomposition d’une force en horizontale + verticale.

• Forces non concourantes : forces dont les lignes d’action ne passent pas par le même point.

• Moment : effet de rotation d’une force.

  M=F×d

• Couple : deux forces parallèles, égales et opposées qui créent une rotation

equilibre d’une structure

état de repos résultant de l’action égale de forces contraires. Autrement dit, à mesure que chaque élément d’une structure reçoit une charge, ses parties porteuses doivent exercer une force égale mais opposée.

• la somme vectorielle de toutes les forces qui agissent sur lui doit être nulle, ce qui assure un équilibre en translation : Fx = 0 ; Fy = 0 ; Fz = 0.

• la somme algébrique de tous les moments des forces par rapport à un point ou à une ligne quelconques doit être nulle, ce qui assure un équilibre en rotation : Mx = 0 ; My = 0 ; Mz = 0.

• 3e loi de Newton : à toute force correspond une force égale et opposée.

• Charge concentrée : force appliquée sur un point ou une très petite surface.

• Charge uniformément répartie : force répartie également sur une longueur ou une surface.

types de stress

poteaux

• Un poteau court et large résiste bien au flambage, mais peut finir par être écrasé si la compression devient trop grande.

• Un poteau long et mince risque plutôt de flamber : il se courbe sur le côté avant même que le matériau ne soit écrasé.

• Le flambage est une déformation latérale soudaine d’un poteau soumis à une compression.

• Si la charge passe bien au centre du poteau, la section est surtout en compression.

• Si la charge est décalée du centre (charge excentrée), le poteau commence aussi à se courber, ce qui crée des contraintes inégales et peut même produire de la traction d’un côté.

• Le noyau est donc la zone centrale dans laquelle la charge devrait passer pour éviter la traction.

• Le rayon de giration rreprésente la répartition de la matière d'une section par rapport à son centre de gravité

• L’élancement d’un poteau = L/r : L représente la longueur équivalente du poteau et r le plus petit rayon de giration qui représente la façon dont la matière est répartie dans sa section. Plus c est grand, plus le poteau est élancé et plus il risque de flamber.

• La longueur équivalente est la distance entre les points d’inflexion d’un poteau sujet au flambage. Si cette portion d’un poteau flambe, tout le poteau défaille.

• Donc, plus k est grand, plus la longueur équivalente est grande et plus le poteau risque de flamber:

  • encastré – encastré → k= 0,5 → très stable

  • encastré – articulé → k= 0,7

  • articulé – articulé → k= 1

  • encastré – libre → k= 2 → le plus susceptible de flamber

poutres

• le moment d'inertie c une propriété géométrique qui indique la répartition de l’aire de la section transversale d’un élément structural,

• Le cisaillement est la tendance de deux parties voisines d’une poutre à glisser l’une par rapport à l’autre.

• Et pour une poutre classique : la flexion est surtout critique en haut et en bas, tandis que le cisaillement est souvent surtout important vers l’axe neutre et près des appuis.

• En se courbant, la poutre subit un moment de flexion : c’est l’action extérieure qui cherche à la plier. À l’intérieur, le matériau développe un moment résistant qui s’oppose à cette flexion

• Dans une poutre qui fléchit vers le bas, les fibres du haut sont comprimées et celles du bas sont étirées. Entre les deux se trouve l’axe neutre : à cet endroit, il n’y a pratiquement ni traction ni compression dues à la flexion.

• une poutre haute est beaucoup plus efficace qu’une poutre simplement large. Éloigner du matériau de l’axe neutre augmente beaucoup le moment d’inertie. C’est pour cela que les poutres en I ont beaucoup de matière en haut et en bas et moins au milieu.

portees

Une poutre en surplomb se prolonge au-delà d’un appui : sous une charge uniformément répartie, ce prolongement crée un moment négatif au-dessus de l’appui qui réduit le moment positif à mi-portée; avec un surplomb d’environ 3/8 de la portée, ces deux moments sont approximativement égaux et opposés.

Une poutre en double surplomb est une poutre simple se prolongeant au-delà de ses deux appuis. Dans le cas d’une charge uniformément répartie, les surplombs pour lesquels les moments au-dessus des appuis sont égaux et opposés au moment à mi-portée se situent à environ 1/3 de la portée.

ferme

traction ou compression

membrures sup ou inf = ferme

treillis = les relie

panneau = espace dans le treillis

talon = extremite en appui

noeud = joint

dalle

a revoir…

unite structurale

rectangle: mieu unidirectionel

carre: bidirectionnel

plages de portee

dispositifs qui assurent la stabilite laterale d’un batiment

• cadre rigide: cadre en acier ou beton arme au joints rigides qui resiste aux variations angulaire (le moin efficace)

• mur de cisaillement: mur en boi ou beton ou maconnerie qui resiste aux variatioons de foromes et transfere les charges laterales aux fondations

• cadre contrevente: cadre en bois ou acier qui est contrevente avec des elements diagonaux de plusieurs facons (equerre, K, treillis croise etc)

batiment grande hauteur: structure tubulaire

une structure tubulaire dont les systèmes périphériques de résistance aux forces latérales sont contreventés de l’intérieur par des raidisseurs de plancher rigides.

• assemblee: panneaux peripheriques tres rapproche les un les autre et rigidement relie par de profondes poutres de tympan

• Structure tubulaire perforée : murs de cisaillement périphériques avec des ouvertures ne dépassant pas 30 % de leur surface.

• Structure tubulaire contreventée : structure renforcée par un système d’entretoises diagonales.

• Structure tubulaire à treillis : murs en treillis formés de poteaux espacés reliés par des entretoises en treillis croisé.

• Structure tubulaire à treillis triangulé : structure périphérique composée de diagonales très rapprochées, sans poteaux verticaux.

• Structure tubulaire en faisceau : assemblage de plusieurs tubes étroits attachés entre eux et agissant comme une structure multicellulaire résistante aux forces latérales.

• Structure tubulaire concentrique : tube périphérique renforcé par un noyau intérieur contreventé qui augmente la rigidité et la résistance aux forces latérales.

arcs et voutes = formes active

compression axiale

la voûte prend une charge qui pousse vers le bas et la répartit en diagonale vers ses deux côtés

• Arcs en maçonnerie : formés de voussoirs biseautés en pierre taillée ou en brique.

• Arches rigides : structures courbes et rigides en bois, acier ou béton armé, capables de résister aussi à une certaine flexion.

dome

• Dôme : structure semblable à un arc tourné autour d’un axe, soumise à des forces méridiennes et circonférentielles.

• Forces méridiennes : forces qui agissent verticalement le long du dôme et qui sont toujours en compression sous une charge verticale complète.

• Forces circonférentielles : forces qui entourent le dôme, en compression dans la partie supérieure et en traction dans la partie inférieure.

• Zone de transition : passage entre compression et traction situé entre 45° et 60° par rapport à l’axe vertical.

• Anneau de traction : anneau situé à la base du dôme qui retient les forces poussant vers l’extérieur et qui est renforcé dans les dômes en béton.

coque

• Coques : structures minces et courbes, souvent en béton armé, qui transmettent les charges principalement par compression, traction et cisaillement dans leur surface.

• Surface de translation : surface obtenue en faisant glisser une courbe plane le long d’une droite ou d’une autre courbe plane.

• Surface réglée : surface obtenue par le déplacement d’une droite, généralement facile à construire grâce à sa géométrie rectiligne.

• Surface de révolution : surface obtenue en faisant tourner une courbe plane autour d’un axe, donnant souvent une forme sphérique, elliptique ou parabolique.

• Coque cylindrique : coque qui agit comme une poutre longitudinale lorsqu’elle est longue, ou davantage comme un arc lorsqu’elle est courte.

• Paraboloïde hyperbolique : surface à double courbure opposée, obtenue par le glissement d’une parabole concave le long d’une parabole convexe.

• Surface à courbures opposées : surface convexe dans une direction et concave dans la direction perpendiculaire.

• Hyperboloïde à une nappe : surface réglée obtenue en faisant glisser une droite inclinée entre deux cercles horizontaux, avec des sections verticales en forme d’hyperboles.

cables

• Câble : élément porteur qui travaille uniquement en traction, car il résiste très bien à la traction mais pas à la compression ni à la flexion.

• Sous des charges concentrées : le câble prend une forme composée de segments rectilignes.

• Sous une charge uniformément répartie : le câble prend la forme d’une arche renversée.

• Forme funiculaire : forme prise librement par un câble selon les charges appliquées, de manière à travailler uniquement en traction.

• Chaînette : courbe naturelle formée par un câble uniforme et parfaitement flexible suspendu librement entre deux points.

• Charge uniformément répartie horizontalement : la forme du câble se rapproche d’une parabole.

• Haubans : câbles qui reprennent la composante horizontale des forces et la transmettent aux fondations.

• Mât : élément vertical ou incliné travaillant en compression et supportant les forces provenant des câbles et des haubans.

• Structure à suspension : structure qui supporte les charges grâce à un réseau de câbles suspendus et précontraints entre des éléments en compression.

• Structure à simple courbure : série de câbles parallèles formant une surface courbe, mais sensible aux vibrations causées par le vent.

• Structure à doubles câbles : deux ensembles de câbles, supérieur et inférieur, précontraints ensemble pour augmenter la rigidité et réduire les vibrations.

• Structure à double courbure : réseau de câbles croisés de courbures différentes ou opposées qui améliore la stabilité et la résistance aux vibrations.

structure a membrane

• Membrane : mince surface flexible qui supporte les charges principalement grâce à des efforts de traction.

• Mise en tension : la membrane est suspendue, tendue entre des appuis ou maintenue par de l’air sous pression afin de conserver sa forme et de demeurer tendue sous les charges prévues.

• Double courbure : des courbures prononcées dans des directions opposées améliorent la stabilité de la membrane et limitent les efforts de traction trop élevés.

• Câbles périphériques raidisseurs : ils maintiennent les bords libres de la membrane tendus et stables.

• Transmission des charges : la membrane et les câbles transmettent les charges par traction vers les mâts et les tirants.

• Mâts : éléments principalement soumis à la compression qui supportent la membrane et transmettent les charges vers le sol.

- Structure pneumatique : structure à membrane stabilisée par de l’air sous pression.

• Structure supportée par l’air : une membrane unique est maintenue par une pression intérieure légèrement supérieure à la pression atmosphérique.

• Structure gonflable : l’air sous pression est contenu directement dans des éléments gonflés qui deviennent porteurs.

• Câbles ou raidisseurs : peuvent être ajoutés pour limiter le gonflement et stabiliser la membrane.

joints

• Joints : déterminent la manière dont les forces sont transférées d’un élément structural à l’autre.

• Joint d’about : un élément se prolonge jusqu’au joint et un troisième élément est généralement ajouté pour réaliser l’assemblage.

• Joint croisé ou chevauchant : les éléments se prolongent au-delà du joint et se croisent.

• Joint moulé ou façonné : la forme même des éléments permet leur assemblage.

• Connecteurs : peuvent être ponctuels comme les boulons, linéaires comme les soudures ou superficiels comme les adhésifs.

• Joint articulé ou à rotule : permet la rotation mais empêche la translation dans toutes les directions.

• Joint rigide ou encastré : empêche la rotation et la translation et résiste donc aux forces et aux moments.

• Joint à rouleau : permet la rotation et la translation dans une direction afin de permettre les mouvements de dilatation ou de contraction.

• Ancrage à câble : permet la rotation mais résiste à la translation uniquement dans la direction du câble.