Annexe C (normative) Règles de conception suivant les Règles CB 71

C.1 Objet

La présente annexe donne les prescriptions de calcul et de conception à suivre dans le cadre d'un dimensionnement suivant les règles CB 71.

Le chapitrage de cette Annexe a volontairement été calqué sur celui du corps de texte afin de permettre une transposition stricte entre les deux méthodes « Eurocodes » et « Règles CB 71 ».

C.2 Références normatives

Voir Article 2.

C.3 Matériaux

Voir Article 3.

C.4 Actions

Sont présentés dans le présent article, des cas particuliers de chargement pouvant concerner les charpentes en bois assemblées au moyen de connecteurs à plaque métallique emboutie.

C.4.1 Préambule : définition des portées de référence

Voir paragraphe 4.1.

C.4.2 Charge d'exploitation pour toitures inaccessibles (catégorie H)

C.4.2.1 Généralités

On entend par charge d'exploitation pour les toitures inaccessibles la charge d'entretien ou de réparation pour laquelle on tient compte du matériel spécifique ainsi que des effets dynamiques.

Elle est déterminée conformément à la norme NF P 06-001.

Elle peut être répartie ou concentrée, sans être appliquée simultanément.

La charge concentrée peut être répartie sur deux éléments de structures (fermes).

On admet que, dans le cas de fermes industrialisées, les vérifications sous ces cas de charges (2 et 2bis du Tableau C.1) sont conduites avec une charge ponctuelle unique de 100 daN centrée sur la barre (d'arbalétrier pour le cas 2, d'entrait pour le cas 2bis) où elle est la plus critique.

C.4.2.2 Arbalétriers

La charge d'entretien ou de réparation n'est pas combinée avec une action climatique.

La charge ponctuelle d'entretien de 100 daN s'applique en milieu de barre.

C.4.2.3 Entraits

La charge d'entretien ou de réparation doit être combinée avec les actions climatiques.

La charge d'entretien ou de réparation s'applique lorsque la hauteur libre est au moins égale à 1,2 m (voir Figure 2 au 4.2.3). Dans ce cas, la charge ponctuelle d'entretien de 100 daN s'applique en milieu de barre.

C.4.3 Dispositifs de sécurité

C.4.3.1 Crochet de sécurité

C.4.3.1.1 Généralités

Voir 4.3.1.1.

C.4.3.1.2 Définition des types de crochets

Voir 4.3.1.2.

C.4.3.1.3 Actions à prendre en compte

La charge de crochet de sécurité est à intégrer dans une combinaison du second genre.

C.4.5 Exigences particulières

Certaines fonctions ou sollicitations autres que celles traitées dans le présent article peuvent être imposées à la charpente. Elles doivent alors être explicitées par les documents particuliers du marché.

Il s'agit notamment des aspects suivants :

exigences particulières sur les flèches à respecter en fonction de certains matériaux associés (voir norme NF DTU correspondante) et/ou de documents particuliers de marchés ;
sollicitations particulières prévisibles en matière de transport, manutention et/ou mise en oeuvre ;
les parties d'ouvrage à stabiliser et/ou à porter par la charpente (long-pans, pignons, conduits de cheminée, cloisons mobiles, etc.) ;
sollicitations dynamiques alternées ou non (autres que séisme) ;
exigences en matière de stabilité au séisme ;
exigences en matière de sécurité incendie.

Une définition précise de performance, sollicitation et/ou de critère de déformation est alors nécessaire dans les documents particuliers du marché.

C.4.6 Charges

C.4.6.1 Charges permanentes

II s'agit des charges permanentes de structure (poids propre) des remplissages et isolations, des couvertures et des équipements fixes, qui doivent être évaluées en fonction de leurs masses réelles. Il s'agit aussi des charges des cloisons de distribution dont les valeurs de charges équivalentes uniformément réparties sont données par la norme NF P 06-001, lorsque la répartition transversale en est assurée par le plancher.

Une part des charges d'exploitation, au moins égale à 20 % et variable selon la destination des locaux concernés, doit être considérée comme permanente.

D'une façon générale, cette proportion est suggérée par le coefficient Ψ₂ (voir norme NF P 06-001). Si on retient une proportion de 20 % pour les surfaces habitables de maisons individuelles, des valeurs plus grandes sont à envisager, par exemple, pour des bureaux ou des greniers (respectivement 65 % et 80 % de 250 daN/m²).

Une part de la surcharge de neige normale peut éventuellement être considérée comme permanente (voir C.4.6.3).

Il convient de prendre en compte une charge des accessoires (chevêtres, CV, DAF, ferrures courantes) de 2 kg/m², à appliquer sur les arbalétriers et entraits.

C.4.6.2 Charges d'exploitation

Il s'agit des charges de plancher définies par la norme NF P 06-001, sauf dispositions contractuelles.

En raison du mode d'exploitation habituel des combles aménageables, il est admis dans ce document de ne pas tenir compte de la majoration pour petites surfaces (sauf clause particulière des documents particuliers du marché).

Pour les fermes à entrait porteur étudiées en chargement dissymétrique (cas 3 du Tableau C.1), les charges d'exploitation du plancher sont considérées comme dissymétriques s'il existe au moins un appui intermédiaire sous la zone aménageable du comble. On réduit alors de moitié la charge d'exploitation sur la travée la plus courte.

Tableau C.1 Cas de charges et nature des justifications de performance

Figure C.1 Exemple d'application du cas de charge 3 avec vent

Figure C.2 Exemple d'application du cas de charge 5 avec vent

C.4.6.3 Surcharges climatiques

Elles sont définies pour la neige et le vent par les Règles Neige et Vent en vigueur.

Neige normale : Dans certains cas exceptionnels, en fonction de l'altitude (et sur clause spéciale des documents particuliers du marché), une portion de cette charge (à définir) est éventuellement considérée comme permanente à l'égard de l'évaluation des déplacements.

NOTE 1

Vent perpendiculaire au faîtage : Les fermes dissymétriques (par la pente, la position des potelets, la longueur des parties libres d'arbalétrier, par exemple) doivent faire l'objet de deux études distinctes (une pour chaque sens du vent).

NOTE 2

Demi-neige normale dissymétrique : Telle que définie par les règles Neige et Vent et le versant le moins chargé étant situé sous le vent.

NOTE 3

Surpression ou dépression intérieure : Les deux cas suivants, au moins, doivent être étudiés :

vent normal perpendiculaire au faîtage : On retient pour ce cas, la présence d'une dépression intérieure sur la totalité des rampants de couverture ;
vent extrême perpendiculaire ou parallèle au faîtage : On retient pour ce cas, la présence d'une surpression intérieure sur la totalité des rampants de couverture.

Les charges ponctuelles (amenées par d'autres fermes, chevêtres ou équipements tels que conduits de fumées) doivent être considérées comme telles.

C.5 Modélisation des fermes

C.5.1 Généralités

Les calculs sont conduits avec les hypothèses suivantes :

le modèle de calcul doit être constitué par des barres correspondant aux lignes d'épure des éléments ;
les lignes d'épure de tous les éléments doivent être situées à l'intérieur de ceux-ci ;
les lignes d'épure des éléments périphériques doivent correspondre à leur fibre neutre ;
on considère que les assemblages par connecteurs ou goussets sont articulés ;
les chargements uniformes sont appliqués aux longueurs des barres du modèle de calcul ;
tous les contacts d'appui avec l'infrastructure sont considérés, soit comme rotules, soit comme appuis roulants. La prise en compte de deux appuis rapprochés distincts n'est admise que sous certaines conditions (voir 5.3.2) ;
dans le cas des fermes sans entrait porteur incorporé, mises en oeuvre sur les planchers dont la raideur ne peut pas être considérée comme très grande devant celle de la ferme (planchers en bois par exemple), la raideur du plancher aux points d'appuis de la ferme (appuis de jambettes en particulier) doit être incorporée dans le modèle statique de la ferme (appui élastique, barre fictive, entrait fictif équivalent, etc.) et on utilise des hypothèses de liaison en ces points qui correspondent aux dispositions réelles prévues pour la mise en oeuvre, en vérifiant leur aptitude à reprendre les efforts de traction entre fermes et planchers ;
on tient compte de la continuité des barres ;
la géométrie du modèle de calcul doit correspondre aux sections figurant au plan de fabrication.

Epure de calcul, principes généraux :

Tous les types de fermes constituées de barres à inertie constante (en bois massif, lamibois, lamellé-collé ou reconstituées en pièces connectées ou à âme continue) doivent être modélisées pour le calcul selon des segments de droites confondus avec leur fibre neutre en flexion (avec leur axe de symétrie pour les pièces de section symétrique).

Les noeuds doivent en général être situés au point de concours des fibres neutres des barres.

Les barres périphériques, arbalétriers et entraits notamment, sont « prioritaires » par rapport aux barres internes du treillis. Il en découle que :
- les altérations de position des barres du modèle de calcul (par rapport aux fibres neutres des pièces définies au plan de fabrication) doivent être faites en premier lieu (et si possible exclusivement) sur les barres internes ;
- les longueurs des barres du modèle doivent être égales aux distances entre points d'épure tels que définies au plan de fabrication.
Cas particuliers :

À un noeud d'assemblage entre une pièce périphérique rectiligne (arbalétrier ou entrait) et une ou plusieurs pièces internes, la position du noeud de calcul est définie par le point de concours unique des axes de ces pièces avec celui de la pièce périphérique quand cela est possible. À défaut, la position du noeud de calcul est déterminée, sur l'axe d'une pièce périphérique, de manière à ce que les segments de droites servant à modéliser les pièces secondaires soient intégralement contenus dans la largeur des pièces de bois concernées, telles que prévues au plan de fabrication.

À un noeud d'assemblage entre deux barres de pentes différentes d'une pièce périphérique (arbalétrier ou entrait) et une ou plusieurs pièces secondaires, la position du noeud de calcul est définie par l'intersection des fibres neutres des deux barres périphériques (voir Figure C.3).

Figure C.3 Noeud défini par des barres périphériques

Dans les cas où l'on ne peut pas respecter les règles du présent article, les défauts de concourance des fibres neutres des barres doivent être incorporés au modèle de calcul sous la forme de barres fictives supplémentaires.

Les arbalétriers de la partie supérieure de la ferme au-dessus de l'entrait haut d'un comble habitable, lorsque cette partie est préfabriquée séparément, perdent leur priorité pour la détermination des positions de noeud du modèle et leurs positions peuvent être altérées comme celles des barres secondaires. On peut adopter, pour ces barres, une épure de calcul alignée sur celle de l'arbalétrier principal.

Pour les entraits composés (dans une zone de comble habitable par exemple) de deux pièces superposées et connectées, on conserve, pour le calcul, l'axe neutre de la pièce inférieure, en continuité avec les parties non renforcées de l'entrait.
Exceptions de modélisation :

Pour des raisons pratiques de fabrication (nécessité des doubles coupes de diagonales pour assurer la qualité de fabrication), il n'est pas toujours possible de respecter les points mentionnés au 2^ème tiret ainsi qu'au premier alinéa du point b) du présent paragraphe.

On admet en pratique que ces clauses sont respectées si les axes des barres internes concourent à l'intérieur ou à la limite de la largeur de la pièce périphérique passant par le noeud de calcul. Sous cette réserve, il n'est pas nécessaire de créer une barre fictive (voir b), alinéa 3).

C.5.2 Cas des assemblages entre arbalétriers et entraits

Si le point de concours des fibres neutres des deux barres se situe en dehors du bois, si ce point est extérieur à l'appui réel et si la longueur de contact entre les deux pièces est au moins égale à la longueur de l'assemblage nécessaire à la reprise de l'effort de cisaillement parallèle à ce joint, il est admis d'altérer l'inclinaison de l'une ou l'autre des premières barres d'arbalétrier ou d'entrait pour ramener le point de concours, au plus, à la limite du bois.

Toutefois, dans le cas d'un décalage intérieur de l'appui (voir Figure C.5), la position du noeud de calcul peut être rapprochée de celle du noeud d'appui (en restant sur la fibre moyenne de l'entrait) sous réserve que la barre du modèle ne sorte pas de la coupe de l'arbalétrier (voir Figure C.4).

Figure C.4 Exemples d'altérations d'épure admises

Figure C.5 Appui décalé — Modélisation pour le calcul

Si la longueur de contact entre les deux pièces de bois est inférieure à la longueur de l'assemblage nécessaire à la reprise de l'effort de cisaillement parallèle à ce joint, il faut prévoir l'adjonction d'une pièce de doublage de l'arbalétrier ou de l'entrait. Cette pièce et celle qu'elle double sont alors modélisées comme une barre unique partant du noeud précédent de la barre doublée et aboutissant au même point d'épure que celui qui résulterait de l'application du premier alinéa. La section totale de la pièce doublée doit assurer une concourance à l'intérieur du bois, et si tel n'est pas le cas, une barre fictive supplémentaire (verticale le plus souvent) doit être incorporée au modèle de calcul.

C.5.3 Positions et modélisations des appuis

Les appuis doivent être matérialisés par des noeuds.

Les noeuds d'appuis sont confondus avec les noeuds de triangulation lorsque la zone de contact des éléments recouvre la longueur de l'appui sur au moins 5 cm (Figure C.6).

Figure C.6 Critère de non décalage d'appuis

Dans le cas contraire, on doit créer un noeud d'appui spécifique.

Il n'est pas admis d'écrêter les moments sur appui.

Pour les barres d'appui très courtes (représentant un potelet ou écoinçon) les glissements d'assemblages, très grands par rapport à la déformation élastique de bois, conduisent à utiliser, si ces glissements ne sont pas pris en compte directement par la méthode de calcul, un module d'élasticité axial réduit ; une valeur égale au dixième de celle du bois est recommandée.

C.5.3.1 Décalage d'appui intérieur et dispositions constructives

On désigne par d la valeur du décalage, définie comme la distance horizontale entre l'extrémité intérieure de la coupe d'arbalétrier et le point le plus proche de l'appui (voir Figure C.7). Il n'est pas admis, dans le cadre de ce document, de décalage supérieur à 50 cm sans adjonction d'une barre supplémentaire pour assurer la triangulation du noeud d'appui.

Figure C.7 Valeur de décalage

Dans le cas d'un décalage inférieur ou égal à 50 cm, la mise en oeuvre d'un écoinçon ou d'un potelet est nécessaire.

NOTE

II est suggéré de ne recourir à l'emploi d'un écoinçon que si : h_a > (d + 5) × tan a

où :

h_a est la hauteur de section de l'arbalétrier ;
a est l'angle entre arbalétrier et entrait ;
d (décalage) et h_a étant exprimés en centimètres, car cette condition permet seule de récupérer la chute de la coupe d'arbalétrier comme écoinçon.

Dans tous les cas de décalages, la vérification par calcul doit porter aussi sur les contraintes de flexion et de cisaillement. L'écoinçon doit être assemblé à l'arbalétrier et à l'entrait, au même titre qu'un potelet, par un ou des connecteurs suffisants pour transmettre l'effort que l'on y a calculé.

L'axe du potelet doit être situé dans l'axe de l'appui ou à 5 cm au moins à l'intérieur de l'appui. Lorsqu'un potelet ou un écoinçon est mis en oeuvre pour satisfaire le présent paragraphe, il doit être incorporé au modèle de calcul, comme toute autre barre interne.

C.5.3.2 Reprises d'arrachement dans le cas d'appuis rapprochés

Voir 5.3.2.

C.5.3.3 Technologie des appuis

Pour les fermes dont les appuis du modèle sont constitués par une rotule et un ou plusieurs appuis roulants, et lorsque le déplacement (calculé sous cas de charge 1) d'un appui roulant n'excède pas 5 mm, on admet l'emploi d'appareils d'appuis de technologie simple (équerres, boîtiers) qui présentent de faibles rigidités en déplacement horizontal.

Cette simplification n'est admissible que sous réserve que la portée entre appuis de la ferme n'excède pas 18 m.

Dans tous les cas, les appareils d'appuis doivent présenter des caractéristiques de résistance et de rigidité compatibles avec les hypothèses et les résultats de calcul propres à chacun des appuis.

C.5.3.4 Décalage d'appui externe

Pour que la vérification des contraintes de flexion et de cisaillement puisse être effectuée au niveau d'un décalage d'appui extérieur sur entrait, il est nécessaire qu'une barre horizontale prolongeant l'entrait soit modélisée.

Pour ce faire, il est souhaitable que, lorsque ces conditions de décalage sont détectées, le logiciel de calcul génère automatiquement cette barre et fasse apparaître sur la note de calcul un message précisant les taux de contrainte de flexion et de cisaillement au niveau de l'appui.

C.5.4 Cas particuliers : Fermes dissymétriques (chien-assis)

Il est question ici des fermes de combles habitables prenant appui à deux niveaux différents (sablière haute de façade de lucarne et plancher inférieur par exemple), sollicitées par chargement vertical. Les poussées horizontales, alors engendrées, ne peuvent en général pas être reprises par l'infrastructure. (Voir Figure 15).

Un dispositif de reprise de la poussée doit être conçu. Le calcul doit être conduit selon C.6.3.

Exemples de dispositif de reprise de la poussée :

poutre longitudinale dans le plan des entraits (voir Figure 16) ;
une poutre longitudinale, dans le plan vertical, fournissant un appui supplémentaire aux fermes (voir Figure 17) ;
ou toute autre combinaison des deux systèmes.

C.6 Justifications

Les combinaisons et pondérations de charges ainsi que les vérifications doivent être menées conformément aux Règles CB 71.

Le Tableau C.1 donne la liste des cas de charges à appliquer à la structure et les performances à atteindre.

C.6.1 Barres

C.6.1.1 Généralités

Pour les calculs, les dimensions doivent être rapportées à 20 % d'humidité.

Les propriétés mécaniques des bois massifs de section rectangulaire (conformes à la NF EN 14081-1) sont fournies par la NF P 21-400. Les propriétés des bois lamellés (conformes à la NF EN 14080) sont fournies par la NF P 21-400.

C.6.1.2 Calcul des barres

Les barres comprimées avec risque de flambement doivent être vérifiées conformément aux Règles CB 71 sauf prescriptions particulières indiquées ci-après.

Les barres soumises à une flexion composée doivent être vérifiées à l'aide des formules suivantes :

(Seconde formule modifiée par l'Amendement A1)

en considérant successivement le flambement selon le plan de ferme et perpendiculairement à celui-ci.

Le coefficient de flambement K est calculé selon les Règles CB 71.

Les modifications de contraintes et limites élastiques en flexion, définies dans les Règles CB 71 pour des hauteurs de flexion différentes de 15 cm, ne sont pas applicables.

Aucune correction des contraintes admissibles et des modules d'élasticité instantanés en fonction de l'humidité ne doit être appliquée lorsque les conditions d'exploitation de l'ouvrage ne conduisent pas l'humidité du bois à dépasser 18 %.

C.6.1.3 Longueurs de flambement

C.6.1.3.1 Flambement dans le plan de la ferme

Voir 6.1.3.1.

C.6.1.3.2 Flambement hors plan – cas général

Pour la vérification des barres internes comprimées, la longueur totale de la barre est retenue sauf si elle est maintenue par une ou plusieurs lisses ou tout autre dispositif d'antiflambement.

Pour la vérification des barres périphériques comprimées (arbalétriers notamment), la longueur de flambement hors plan, l_ef, est définie comme suit :

l_ef = c x e

où :

e
- antiflambement de type A (définition au C.6.4.2.1) :
  
  e = entraxe des fermes (limite maximale de l'entraxe des éléments de rappel au C.6.4.2.1) ;
- antiflambement de types B et C (définition aux C.6.4.2.2 et C.6.4.2.3) :
  
  e = entraxe des éléments de rappel ;
c coefficient dépendant de la portée (voir Tableau 3).

On entend ici par « portée », la plus grande distance entre deux appuis consécutifs (pris en compte dans le calcul) de la ferme étudiée (voir Figure 1).

Lorsque l'antiflambement est assuré par des panneaux supports de couverture cloués directement sur les fermes, l_ef est égal à :

l_ef = 1,1·d

où :

d est la distance entre points de fixation sur l'arbalétrier.

La méthodologie de justification de ces dispositifs d'antiflambement est donnée au C.6.4.

Les trois types d'antiflambement envisagés ci-après sont définis au C.6.4 :

type A : Antiflambement continu par diagonales sous arbalétriers ;
type B : Antiflambement par poutre au vent ;
type C : Antiflambement par le chaînage des pignons en maçonnerie.

C.6.1.4 Taux de contrainte de cisaillement

En appui sur mur, poutre ou sablière, la hauteur de section (h) à prendre en compte pour le calcul de la contrainte en cisaillement longitudinal sous l'effet de l'effort tranchant est celle du bois au droit du nu intérieur de l'appui (voir Figure C.8).

Dans le cas d'un appui sur étrier, on prend en compte, comme position de l'appui du modèle de calcul, ainsi que pour la hauteur de section (h), pour le calcul de contrainte de cisaillement, le milieu de la longueur d'appui (voir Figure C.9).

Figure C.8 Hauteur h dans le cas d'un appui sur mur

Figure C.9 Hauteur h dans le cas d'un appui sur étrier

NOTE

Il est souhaitable que la note de calcul décrive les options prises au niveau des appuis (schémas par exemple).

Le taux de contrainte de cisaillement est donné par la relation :

C.6.2 Assemblages

C.6.2.1 Règles générales

Aux noeuds d'assemblage, la totalité des efforts tranchants et normaux (hors compression, voir C.6.2.1.1) amenés par chaque barre doit être reprise par le gousset ou connecteur et pour les sollicitations définies au Tableau C.1.

Les assemblages mécaniques par pointes, boulons, connecteurs sont supposés, pour les calculs de stabilité, avoir une limite élastique conventionnelle déduite de l'effort admissible par le coefficient multiplicateur 1,5.

NOTE 1

La limite d'élasticité d'un assemblage est la valeur de l'effort au-delà duquel les déformations instantanées ne sont plus exactement réversibles.

Les efforts admissibles dans les connecteurs à dents et les goussets d'assemblages sont définis, pour chaque procédé, à l'aide d'essais, sur des éprouvettes d'assemblages faisant intervenir en particulier l'orientation relative des connecteurs, du fil du bois et de l'effort ;

NOTE 2

Les efforts admissibles correspondent à un coefficient de sécurité de 2,75 par rapport à la moyenne des ruptures et à un glissement de l'assemblage inférieur ou égal à 1 mm ; ils sont donnés en N/mm² de recouvrement d'un bois par connecteur ou par unité d'assemblage, et rapportés à une masse volumique du bois de classe C24.

Un effort admissible de joint (en N/mm) est défini également pour chaque type de connecteur ou de gousset à la suite d'essais.

NOTE 3

L'effort admissible correspond à un coefficient de sécurité de 2,5 et est donné d'une part en traction, d'autre part en cisaillement, et en fonction, si nécessaire, de l'angle de sollicitation.

Les modules de glissements des assemblages sont évalués sur la base de résultats d'essai (se reporter, pour les connecteurs métalliques aux dispositions du paragraphe C.6.2.1.2). Le fluage des assemblages est supposé égal à celui des bois assemblés.

C.6.2.1.1 Efforts à prendre en compte

La surface de connecteur nécessaire sur les barres doit être calculée à partir de la force résultante sur cette barre, de l'angle de cette force avec la barre et de l'orientation du connecteur.

Les dimensions de chaque connecteur doivent permettre de reprendre l'effort de cisaillement et de traction dans toutes les directions du plan de ferme.

Les dimensions et positions des connecteurs doivent satisfaire à tous les cas de charge.

Les fermes sont soumises à des efforts de manutention pendant la fabrication, le transport et la pose. Pour en tenir compte, les connecteurs doivent être capables de reprendre un effort de 100 daN dans n'importe quelle direction du plan de la ferme.

Pour la vérification de la surface de contact de l'ancrage, on soustrait la tolérance de positionnement, définie dans la norme NF EN 14250, à l'aire efficace (A_ef).

Lors de la prise en compte du contact bois-bois, il convient de considérer la moitié de la composante de l'effort de compression perpendiculaire à la surface de contact pour :

la vérification des surfaces d'ancrage ;
la vérification de la capacité de la plaque.

C.6.2.1.2 Glissements d'assemblage

Les calculs de déplacements doivent tenir compte des glissements d'assemblage.

Les modules de glissement des assemblages sont évalués sur la base de résultats d'essai. Le fluage des assemblages est supposé égal à celui des bois assemblés.

Pour les connecteurs à dents embouties on peut, en alternative, tenir compte forfaitairement des glissements d'assemblage en réduisant les modules d'élasticité de traction et de compression du bois (instantanés ou différés) par les coefficients suivants :

1 (pas de réduction) pour les barres continues à leurs deux noeuds d'extrémité ;
0,75 pour les barres assemblées à une de leur extrémité et continues à l'autre extrémité ;
0,50 pour les barres assemblées à leurs deux extrémités ou pour les barres comportant un joint d'aboutage par connecteur métallique, même si une extrémité est continue.

(On entend ici par barre, une pièce reliant deux noeuds de triangulation, qu'elle comporte ou non un joint d'aboutage intermédiaire).

C.6.2.1.3 Règles constructives

Le recouvrement minimum du connecteur sur l'élément de bois, h_e (voir Figure 20), indiqué sur les plans de fabrication, est au moins égal à 35 mm.

Les dimensions minimales du gousset ou connecteur ayant été définies (surfaces, largeur de joint, etc.) conformément aux dispositions qui précèdent, les dimensions finales sont établies en fonction des règles suivantes : L'emprise réelle moyenne, h_m, d'un connecteur ou gousset sur une pièce ne doit jamais être inférieure à 25 mm. Afin de tenir compte des tolérances de fabrication, la dimension minimale du connecteur doit être augmentée de 10 mm sur chacun des bords pour lesquels une translation perpendiculaire de la plaque fait varier la surface de recouvrement du connecteur sur le bois. En conséquence, l'emprise moyenne h_m (Figure C.10) ne doit jamais être inférieure, sur plan, à 35 mm.

Figure C.10 Définition de l'emprise h_m

C.6.2.1.4 Joints de transport ou de chantier

Les assemblages réalisés sur chantier doivent être conçus dimensionnés et indiqués dans le cadre de l'étude de la ferme et leurs caractéristiques mécaniques incorporées aux hypothèses de cette étude. Ils doivent être étudiés, selon le type d'assemblage utilisé, en fonction de la norme NF P 21-701 (Référence DTU Règles CB 71) (pointes, boulons, broches, etc.) ou selon les préconisations des fabricants (anneaux, crampons, etc.). On vérifie en particulier la reprise correcte des moments, efforts normaux et efforts tranchants, et on tient compte des conditions particulières de préparation et de mise en oeuvre sur chantier pour l'évaluation de leur comportement mécanique.

Lorsque l'on ne peut pas éviter la création de moments secondaires perpendiculaires au plan de ferme, on étudie les mesures à mettre en oeuvre (retournements, contreventements, antiflambements) pour en éliminer les conséquences néfastes.

C.6.2.2 Vérifications locales

Outre la surface minimale de recouvrement de la pièce de bois, on vérifie :

les efforts de cisaillement et de traction dans les goussets ou connecteurs ;

Lorsque l'emprise (h) du gousset ou connecteur sur la pièce (distance la plus grande à partir du joint) est inférieure à la moitié de la largeur de la pièce plus 1 cm, on vérifie dans ce cas :
- la traction axiale entraînée par l'effort d'assemblage sur une section égale à la partie de la pièce recouverte par le gousset ou connecteur (voir Figure C.11) ;
- la traction transversale supposée répartie également sur l'épaisseur de la pièce et sur la longueur du joint d'assemblage prise égale à la longueur du connecteur (cote parallèle aux fibres) majorée d'une valeur égale à son emprise (cote perpendiculaire) h (voir Figure C.12).

Figure C.11 Section de référence pour vérification de traction axiale

Figure C.12 Section de référence pour la vérification de traction

Si l'emprise h du connecteur est supérieure à (L/2 + 1) cm, où L est la hauteur du bois, ces vérifications ne sont pas demandées.

Pour les assemblages d'arbalétrier sur entrait, lorsque l'entrait est coupé (« queue de vache » par exemple), la résistance unitaire des connecteurs est réduite, en fonction de la pente (voir Tableau C.2).

Tableau C.2

C.6.2.3 Joints de continuité

Les assemblages de barres non coaxiales par connecteurs ne sont pas des joints de continuité et devront être considérés comme des rotules (ferme à facettes, ferme cintrée, etc.).

Sont considérés ci-après les assemblages réalisés sur une barre en dehors de noeuds de triangulation.

C.6.2.3.1 Assemblages de continuité à une paire de connecteurs (aboutage)

On peut considérer les assemblages coaxiaux de barres comme susceptibles de transférer des moments de flexion sous la condition suivante :

le joint est nécessairement placé en un point de moment nul sous cas de charge 1 du Tableau C.1 (compte tenu de la tolérance de ± 15 cm) ;
on se réfère aux dispositions générales de dimensions minimales de connecteurs d'aboutage ;
- pour la largeur : 0,6 fois la largeur du bois utilisé ;
- pour la longueur : 1,2 fois la largeur du bois utilisé ;
- minimum 72 mm x 150 mm.

Dans ce cas on vérifie seulement les résistances en matière d'effort tranchant et d'effort normal pour tous les cas de charge.

Pour les barres autres que les entraits porteurs de combles habitables, l'effort normal seul est pris en compte pour le calcul de la surface du gousset ou connecteur (l'effort tranchant est négligé).

C.6.2.3.2 Assemblages de continuité à une paire de connecteurs à l'aide d'une cale

Voir 6.2.3.2.

C.6.2.3.3 Assemblages de continuité à deux paires de connecteurs

On peut considérer les assemblages coaxiaux de barres (aboutages par connecteurs pour les joints d'entrait des fermes supportant un plancher) comme susceptibles de transférer des moments de flexion par deux paires de connecteurs de dimensions identiques (voir Figure C.13), sous les conditions indiquées ci-après.

Le joint connecté de continuité ne peut être placé que dans une zone de la pièce où le moment de flexion, quelque soit le cas de charge considéré, n'excède pas la moitié du moment admissible de la pièce de bois elle-même.

On néglige la résistance polaire de chacune des paires de connecteurs.

On ne calcule que le connecteur le plus tendu, auquel sont attribués la moitié de l'effort de traction et la moitié de l'effort tranchant.

L'effort de traction dû au moment est calculé en utilisant la distance entre axes des deux connecteurs.

La hauteur totale h' de l'assemblage est au moins égale à 0,9 fois la hauteur des pièces.

Enfin, dans tous les cas, on majore de 50 % les surfaces minimales calculées afin d'augmenter la rigidité en rotation.

AVERTISSEMENT — Le fonctionnement correct de ce type d'aboutage connecté assurant la reprise de moments n'est possible que dans l'hypothèse d'un contact initial des bois en fabrication. Cette nécessité est réputée satisfaite si l'ouverture de la coupe respecte les tolérances de la norme NF EN 14250.

Figure C.13 Joint de continuuité à deux paires de connecteurs

C.6.2.3.4 Assemblages de chantier

Tous les assemblages de chantier (et faisant appel à des plaques d'acier prépercées, goussets en contreplaqué cloués, fourrures en bois massif, boulons) doivent être étudiés et calculés selon les règles qui leur sont propres (Réglementation et Recommandations en vigueur) et définis sur plan (voir Figures 27 et 28).

C.6.3 Fermes

C.6.3.1 Déplacements et flèches

Les déplacements et flèches sont calculés en fonction des cas de charge précisés sous référence 1 et 3 du Tableau C.1.

Le coefficient de fluage est affecté aux déplacements et flèches dus à la partie permanente des charges. Dans le cas de justification par voie d'essai, ce coefficient doit être appliqué au moment de l'interprétation des résultats en majorant les résultats mesurés.

Si des critères de comportement complémentaires sont à prévoir (déplacements et flèches absolues en particulier), ils doivent être explicités au niveau des documents particuliers du marché.

Les calculs de déplacements doivent tenir compte des glissements d'assemblage (voir C.6.2.1.2).

Les mêmes hypothèses doivent être utilisées pour les calculs d'efforts nécessitant l'utilisation des raideurs de barres aux sollicitations axiales (modèles hyperstatiques).

Dans le cas des assemblages mécaniques complétés par des collages réalisés à l'aide de colles de structure à faible fluage (résorcines, urée-formol, mélamine-urée-formol), les glissements sont réputés nuls. Ces collages et ces assemblages mécaniques auxquels ils sont associés doivent être capables, chacun, de reprendre (en valeur admissible) la totalité des efforts.

C.6.3.2 Méthodes de calcul / fluage

Sauf indications concernant des conditions particulières d'état hygrométrique et de température, on peut, pour les combles (habitables ou non) de maisons individuelles et toutes les charpentes intérieures exposées à des conditions hygrothermiques normales, utiliser un coefficient de fluage de 1,5 correspondant à la partie permanente des charges.

Sont considérés comme charges permanentes à l'égard des caractéristiques de déformation :

le poids propre de la structure ;
les couvertures, remplissages, plafonds, isolation, revêtements de sol et équipements fixes divers ;
pour les locaux d'habitation, 20 % des charges d'exploitation, sauf prescriptions particulières.

AVERTISSEMENT — Certains types de charges d'exploitation sont permanents par nature et doivent être considérés comme tels (réservoirs de fluides à niveau constant par exemple, remise et stockages divers, etc.).

Lorsque l'on calcule les déplacements et flèches pour un cas de charge combinant des charges permanentes et des charges temporaires, on doit calculer séparément, puis sommer, les flèches et déplacements dus aux parties permanentes des charges d'une part, aux parties temporaires d'autre part, en utilisant les modules d'élasticité appropriés.

En ce qui concerne les poutres droites en treillis à diagonales en bois ou métalliques, on retient, outre l'effet des glissements d'assemblages, et sauf justification par voie d'essai, un coefficient de fluage égal à 1,9 (au lieu de 1,5) lorsque leur élancement est supérieur à 10.

C.6.3.3 Déplacements aux noeuds et flèches limites

AVERTISSEMENT — Il est nécessaire, dans tous les cas, de tenir compte des déplacements et flèches des éléments porteurs sur le comportement des ouvrages associés (portés par ou liés) à ces éléments.

Les déplacements des noeuds d'un élément, ou de ses points les plus déplacés doivent être limités comme indiqué dans les Tableaux C.3 et C.4.

Tableau C.3 Déformations admissibles des ouvrages ou parties d'ouvrages de charpentes pour les bâtiments d'habitation ou assimilés et les établissements recevant du public

Tableau C.4 Autres bâtiments

La portée est définie au Tableau 5 (voir 6.3.3).

On appelle flèche le plus grand déplacement calculé (compté perpendiculairement) entre la déformée de l'élément considéré et la ligne droite joignant ses appuis.

Contreflèches :

Les contreflèches de fabrication peuvent être déduites dans les justifications précédentes, mais la déformation totale de l'élément ne doit en aucun cas excéder 1/200^ème de sa portée. Elles ne doivent pas être prises en compte pour les justifications des éléments de fermes supportant des planchers. La contreflèche prise en compte ne peut excéder la valeur de la valeur de la flèche sous la charge permanente, y compris l'effet du fluage.

C.6.3.4 Modèle d'appui des fermes

Lorsqu'une ferme repose sur plus de deux appuis, les appuis intermédiaires sont situés de préférence au droit de noeuds de triangulation.

Dans ce cas, le treillis est globalement considéré comme hyperstatique à moins que des dispositions ne soient prises pour supprimer la continuité sur les appuis intermédiaires.

Fermes en appui sur poutre : Les poutres porteuses ou de poussée doivent être considérées comme des éléments essentiels de la charpente. Deux cas sont à distinguer :

les déformations de la (ou des) poutre(s) influent sur le fonctionnement des fermes portées (interaction hyperstatique) (voir Figure C.14).

La méthode la plus précise consiste à réaliser le calcul global d'un modèle incorporant la totalité des fermes portées et de la (ou des) poutre(s) porteuse(s). Un tel calcul ne nécessite pas impérativement l'utilisation d'un programme tridimensionnel et peut, moyennant certaines précautions (notamment : liaisons, entre fermes et poutres, libres dans un plan horizontal), être conduit sur un programme de structures planes par « rabattement » dans un plan unique. Dans le cas où les fermes portées sont l'objet d'un calcul distinct de celui des poutres, ces fermes doivent être justifiées dans les deux conditions de fonctionnement extrêmes :
1. sans déplacement imposé, la (ou les) poutre(s) porteuse(s) étant considérée(s) comme infiniment rigide(s) dans leur propre plan ;
2. avec un déplacement imposé (au niveau des appuis sur poutre(s)) correspondant au déplacement calculé de la poutre (calculée préalablement) sous l'effet de la poussée ou action naturelle des fermes (c'est-à-dire fonctionnant comme en 1).
Il est tenu compte des déplacements des appuis de la poutre.

Pour la justification de ce type de poutres (ou fermes) porteuses ayant une interaction hyperstatique avec les éléments portés, il n'est pas possible de prendre en compte une éventuelle contreflèche de fabrication ;

NOTE
Dans le cas où la (ou les) poutre(s) sont conçues de manière à présenter sous cas de charge 1, une flèche inférieure à 1/500^ème de leur portée sans excéder 10 mm, l'interaction hyperstatique peut être ignorée et les fermes portées peuvent être justifiées comme étant sur appui infiniment rigide (selon le plan de la (ou des) poutre(s) porteuse(s)), ce qui revient à se placer dans le contexte de b).
lorsque les déformations de la (ou des) poutre(s) n'influent pas sur le fonctionnement des fermes portées (pas d'interaction hyperstatique, par exemple fermes de croupes), le calcul des fermes portées est conduit comme pour une ferme isolée.

Figure C.14 Modélisation d'une poutre de faîtage par un appui élastique

C.6.3.5 Liaisons à l'infrastructure

Les fermes et les divers éléments porteurs principaux de la charpente doivent être munis de dispositifs d'appuis susceptibles de reprendre en sécurité les divers efforts correspondant aux cas de charge étudiés et respectant au mieux les hypothèses du calcul théorique (appuis à rotule ou libres par exemple). On doit vérifier en particulier :

les surfaces d'appui (compression localisée et cisaillement longitudinal) ;
la résistance aux efforts éventuels de soulèvement ;
la résistance aux efforts horizontaux dans les plans parallèles et perpendiculaires aux fermes.

Ces vérifications doivent s'appuyer sur des efforts admissibles des organes de liaisons dûment justifiés (par essais notamment).

C.6.3.6 Fermes multiples

C.6.3.6.1 Charge verticale excentrée

Voir 6.3.6.1.

C.6.3.6.2 Charge verticale centrée uniformément répartie

On fait référence ici aux chargements dont la résultante se situe au voisinage de l'axe de la section constituée par les fermes multiples (voir Figure 34 au 6.3.6.2).

Il n'y pas de réduction du nombre de plis.

Le système de liaison entre les fermes doit être capable de distribuer uniformément la charge entre les plis.

C.6.3.7 Fermes de pignons, support de bardage

Voir 6.3.7.

C.6.3.8 Fermes supports de chevêtres

Voir 6.3.8.

C.6.3.9 Cas particulier des entraits en deux pièces superposées assemblées par connecteurs

II est possible, pour des raisons pratiques de calcul, de considérer ce type d'entrait comme une pièce unique.

Compte tenu de l'augmentation notable de déformation par effort tranchant par rapport à une pièce massive d'encombrement identique, il est toutefois nécessaire de modéliser cette pièce en calculant préalablement l'inertie ou la hauteur équivalente) de la pièce unique équivalente en flexion.

L'Article C.9 donne un exemple de méthode de calcul permettant l'évaluation de cette hauteur équivalente. L'effet du retrait sur ces poutres doit également être pris en compte en fonction de l'écart entre humidité de fabrication et de stabilisation.

C.6.4 Système de stabilisation

C.6.4.1 Généralités concernant l'antiflambement

L'antiflambement est nécessaire, dans toutes les hypothèses, pour assurer aux fermes leur capacité portante nominale. Ce dispositif doit présenter des caractéristiques minimales de résistance et de rigidité. La position et la nature des dispositifs d'antiflambement doivent impérativement être mentionnées sur les plans d'exécution.

L'antiflambement des pièces peut être assuré :

par des éléments à haute rigidité tels que des panneaux supports de couverture en matériaux dérivés du bois si ceux-ci sont solidarisés aux pièces à antiflamber (certains cas d'arbalétriers ou d'entraits) ;
par la création de points suffisamment rigides (selon le plan dans lequel on doit empêcher le flambement) à des écartements suffisamment réduits pour annuler le risque de flambement. Ces points rigides peuvent être rendus tels :
- soit par simple rappel (sur une distance n'excédant jamais 12 m) par des pièces transversales assemblées à un élément rigide de la construction (poutre au vent, pignon rigide) ;
- soit par un rappel (comme ci-dessus) prenant appui sur une triangulation assurant le report des efforts et la liaison avec l'infrastructure. L'extrémité basse de cette triangulation doit être rigidement liée aux pieds de fermes et à la sablière d'appui.
  
  La méthode la plus fiable à l'égard des conditions de mise en oeuvre de la charpente consiste à créer cette triangulation sous la forme d'une ou plusieurs poutres préfabriquées qui peuvent aussi, dans de nombreux cas, remplir une fonction de contreventement.
par l'adjonction à la barre concernée d'une pièce présentant, dans le plan où l'on doit assurer l'antiflambement, une inertie suffisante (voir méthode de calcul au C.10).

Dans tous les cas, le but est d'empêcher la translation de points intermédiaires de la pièce par rapport à ses extrémités, ce qui implique que la chaîne des liaisons entre ces points et les extrémités soit continue.

Les Tableaux C.5 et C.6 ci-dessous donnent, pour des exemples de sections, la valeur admissible de résistance au flambement R :

(Titres des tableaux modifiés par l'Amendement A1)

Tableau C.5 Valeurs admissibles pour des bois à 22 % d'humidité et de classe de résistance C24

Tableau C.6 Valeurs admissibles pour des bois à 22 % d'humidité et de classe de résistance C18

(modifié par l'Amendement A1)

NOTE 1

Les exemples de sections sont donnés pour des bois de classe de résistance C24 (selon norme NF EN 338).

NOTE 2

Les lisses ont été calculées avec une longueur de flambement égale à un entraxe de fermes. Les AFA et CVS ont été calculés avec une longueur de flambement égale à un entraxe de fermes multiplié par √2.

C.6.4.2 Antiflambement d'arbalétriers

C.6.4.2.1 Antiflambement continu / Type A

On peut concevoir la réalisation d'un antiflambement continu de plusieurs manières :

l'antiflambement est réalisé à l'aide de lisses fixées sous les arbalétriers (Anti-Flambement sous Arbalétriers, AFA). L'antiflambement forme avec ces derniers un angle voisin de 45°. La distance entre les intersections antiflambement-arbalétriers est alors égale à la valeur « L » proche de l'entraxe des fermes. Voir Figure 1. Cette méthode d'antiflambement n'est valide que dans la mesure où il existe, dans le plan des arbalétriers, des éléments de rappel, perpendiculaires au plan des fermes (supports de couverture entre autres), fixés individuellement sur les fermes, dont l'écartement n'excède pas celui des fermes. Dans le cas de supports à entraxe supérieur à celui des fermes, des éléments de rappel intermédiaires doivent être ajoutés. En alternative, chaque AFA peut être remplacé par une paire de feuillards d'acier disposés en Croix-de-Saint-André. Des lisses filantes sont disposées à chaque noeud des arbalétriers et bloquées à leurs extrémités ;
l'antiflambement est réalisé par panneaux à base de bois fixés aux arbalétriers formant ainsi un diaphragme de toiture ;
l'antiflambement est réalisé par le seul voligeage, fixé aux arbalétriers par au moins deux pointes, formant ainsi un diaphragme de toiture.

Ces antiflambements (AFA) doivent exister sur toute la longueur de la charpente et sur toute la longueur des parties comprimées des arbalétriers.

Chacune de leurs extrémités inférieures doit être fixée à un appui rigide tel que :

entretoisement entre pieds de fermes (ESA). Voir Figure 38 ;
entretoisement entre fermes au droit de la sablière dans le cas de fermes à entrait prolongé. Voir Figure 39.

En alternative, chaque AFA peut être remplacé par une paire de feuillards d'acier disposés en Croix-de-Saint-André.

Des lisses filantes sont disposées à chaque noeud des arbalétriers et bloquées à leurs extrémités.

La conception de ces éléments de rappel et leur mise en oeuvre doit assurer leur continuité (voir 5.4.3 de la partie 1-1 (CCT) du présent document ainsi que la transmission des efforts axiaux.

C.6.4.2.2 Antiflambement ponctuel / Type B

Voir 6.4.2.2.

C.6.4.2.3 Antiflambement par pignon en maçonnerie / Type C

Voir 6.4.2.3.

C.6.4.2.4 Justification des dispositifs d'antiflambement d'arbalétriers

La méthode suivante suppose que la pose des fermes est réalisée conformément à la partie 1-1 (CCT) du présent document.

Lorsque le dispositif d'antiflambement fait aussi office de contreventement, la charge due à une action horizontale externe (par exemple vent, séisme) est à prendre en compte.

Le dispositif d'antiflambement (éléments et assemblages) doit être capable de résister à une charge de stabilité interne uniformément répartie, q_d : où :

n est le nombre de fermes afférentes à la poutre ;
N_d est l'effort normal moyen (valeur de calcul) dans l'arbalétrier ;
l est la longueur du rampant.

C.6.4.2.5 Justification des liaisons entre l'arbalétrier et les éléments de rappel

Ces liaisons doivent pouvoir résister à un effort Q_d.

où :

l_e est l'écartement des éléments de rappel (liteaux, pannelettes ou lisses filantes), dans le plan du rampant (voir Figure 1).

C.6.4.2.6 Justification des liaisons entre l'arbalétrier et l'AFA (type A)

Ces liaisons doivent pouvoir résister à un effort Q_d.

où :

L est la distance, dans le plan du rampant, entre deux points durs (égale à l'entraxe des fermes si l'antiflambement est posé à 45° de celles-ci (voir Figure 38).

C.6.4.2.7 Justification de la liaison de l'AFA à l'infrastructure (type A)

Voir 6.4.2.7.

C.6.4.2.8 Cas des ouvrages courants (voir Figure C.15)

Lorsque les caractéristiques suivantes sont réunies dans l'ouvrage concerné :

la longueur (distance entre pignons) n'excède pas 15 m ;
l'effort maximal de compression axiale dans les arbalétriers n'excède pas 1 500 daN (premier genre) ;
les pignons ou refends sont porteurs et rigides ;

NOTE
Cette condition est satisfaite lorsque les pignons ou refends sont réalisés en maçonnerie de petits éléments car leurs couronnements sont munis d'un chaînage en béton armé.
l'écartement des fermes n'excède pas 1 m ;
il existe, dans le plan des arbalétriers, des éléments de rappel, perpendiculaires au plan des fermes (supports de couverture entre autres), fixés individuellement sur les fermes, dont l'écartement n'excède pas 60 cm.

On considère comme suffisant, pour l'antiflambement des arbalétriers, un dispositif de type A (antiflambement continu), à condition qu'une ferme soit adjointe et rigidement solidarisée à chaque pignon ou refend.

Dans ce cas, la longueur de flambement, hors plan des arbalétriers (nécessaire au calcul de leur taux de contraintes combinées), est forfaitairement fixée à 60 cm.

AVERTISSEMENT — Pour tous les systèmes d'antiflambement, la prise en compte des supports de couverture dans la justification de la charpente suppose, notamment, que leurs abouts sont cloués à une distance suffisante de leurs extrémités, ce qui conduit, pour des arbalétriers d'une épaisseur inférieure à 45 mm, à adjoindre des fourrures pour la fixation des liteaux, fixées par des pointes torsadées ou crantées à un écartement moyen de 15 cm.

Figure C.15 Antiflambement des arbalétriers d'ouvrages courants (effort axial maximal inférieur à 1 500 daN)

C.6.4.3 Antiflambement des autres barres

L'antiflambement d'une pièce comprimée peut être réalisé par une (ou plusieurs) lisse(s) horizontale(s) dans le cas où les conditions suivantes sont respectées :

chaque lisse relie les pièces comprimées de toutes les fermes ;
chaque lisse est bloquée en translation, au moins à chaque extrémité du bâtiment ;
- soit par une pièce oblique (élément de blocage) joignant la lisse à l'une des extrémités de la pièce comprimée (voir Figure 45) ;
- soit par fixation ou butée sur un appui rigide de la structure ;
le retour à un appui rigide doit être effectué tous les 12 m.

Les pièces de contreventement de la structure peuvent réaliser ce blocage. Chaque contrefiche peut être antiflambée individuellement sur chaque ferme par des raidisseurs disposés soit latéralement, soit sur l'un des chants de la pièce.

C.6.4.3.1 Justification des liaisons entre l'antiflambement et la pièce comprimée

La liaison de la lisse d'antiflambement avec la pièce comprimée doit être vérifiée pour un effort, F_d : où :

N_d est l'effort normal moyen (valeur de calcul) dans l'élément comprimé.

C.6.4.3.2 Justification des liaisons de l'élément de blocage

Les liaisons de l'élément de blocage doivent être vérifiées pour un effort, F_d,bl : où :

n est le nombre de fermes ;
N_d est l'effort normal moyen (valeur de calcul) dans l'élément comprimé.

C.6.4.4 Eléments de maintien de la verticalité

Voir 6.4.4.

C.6.5 Contreventements pour les actions extérieures

Voir 6.5.

C.7 Résistance au feu

Les règles pour la justification de la protection et du dimensionnement des éléments bois sont contenues dans le DTU Bois-Feu 88 (NF DTU P 92-703).

C.8 Séismes

Voir Article 8.

C.9 Poutres composites — détermination de la hauteur équivalente en flexion des poutres en deux pièces superposées connectées

C.9.1 Objet

Détermination d'une hauteur équivalente de pièce unique présentant la même flèche au milieu, en tenant compte des glissements de connecteurs en cisaillement longitudinal, pour introduction en modèle informatisé.

C.9.2 Hypothèses

Poutre sur deux appuis libres (portée L) ;
chargement uniformément réparti p (exprimé en décanewtons par centimètre) ;
connecteurs uniformément répartis (correspondant à un cisaillement admissible F, exprimé en décanewtons par centimètre) ;
poutre en deux pièces (hauteur totale H), d'inertie I ;
épaisseur des pièces b.

C.9.3 Principe de calcul

Définir le rapport entre la flèche f_F d'une pièce unique de hauteur H (le glissement du bois est négligé), et la flèche de la poutre en deux parties, majorée d'une composante f_T due aux seuls glissements de connecteur.

La hauteur équivalente h sera alors définie par l'expression suivante, traduisant l'équivalence d'inertie :

C.9.4 Dimension minimale des connecteurs

L'effort de cisaillement à reprendre, fonction de l'effort tranchant à l'appui pL/2 est :

(si e' est le rapport L/H)

F_c est exprimé en décanewtons par centimètre.

Soit :

g_o est le glissement nominal du connecteur soumis à sa contrainte admissible F d'adhérence dans le bois ;

si F_c < F, on a :

où :

g est le glissement à prendre en compte dans le calcul de f_T qui suit :

Calcul de f_T :

soit :

Calcul de f_T/f_F :

où :

g_o = 0,06 cm.

C.9.5 Application numérique

On donne ci-dessous un tableau indicatif des rapports h/H et en fixant, dans la formule (C.6), les paramètres suivants :

E = 100 000 daN/cm² (soit 10 000 MPa) ;

b = 3,6 cm.

Alors :

f_T/f_F = 51 840 / Le'F.

L'effort F par centimètre de poutre est fonction du type, des dimensions et de l'écartement entre connecteurs.

Par exemple, pour un connecteur fournissant un effort admissible de cisaillement de 100 daN/cm de joint, et si le joint entre les deux pièces de bois est garni de connecteurs sur sa longueur, F est égal à 10 daN/cm.

Le Tableau C.7 qui suit est établi pour F = 10 daN/cm et donne le rapport h/H, en fonction du rapport L/H.

Tableau C.7

NOTE

L'introduction dans un calcul informatisé des hauteurs de poutre ainsi réduites équivaut à une réduction de module d'élasticité en flexion dans une proportion égale au cube du rapport h/H dans le Tableau C.7 (par exemple, pour 0,90 : (0,90)³ = 0,73) et à la réduction de contrainte admissible de flexion proportionnelle à son carré.

C.10 Antiflambement de pièce comprimée par adjonction d'une inertie (méthode de calcul)

C.10.1 Par augmentation de l'inertie géométrique

a) Hypothèse

La nervure est intimement liée à la pièce d'origine.

Elle est sollicitée par la compression globale.

b) Calcul

Le calcul considère une section monolithique formée des deux pièces associées.

AVERTISSEMENT — Cette méthode de calcul qui néglige le glissement entre les pièces n'est correcte que si l'on assemble les deux pièces par collage, solution qui n'est guère habituelle.

C.10.2 Par addition d'une inertie externe

a) Hypothèse

La pièce additionnelle est libre en cisaillement longitudinal mais liée par des attaches régulièrement espacées qui imposent aux deux pièces la même déformation transversale.

La pièce additionnelle n'est donc pas sollicitée axialement.

b) Calcul

Dans ces conditions, on ne doit plus faire appel au rayon de giration de l'ensemble selon le plan de flambement. Il convient de considérer l'expression de la force critique de flambement (F_c) avant l'introduction de la notion de rayon de giration :

(pièce bi-articulée de longueur L et d'inertie I dans le plan considéré).

Le calcul devient très aisé puisque la force critique est proportionnelle à l'inertie. Il suffit d'adjoindre une pièce d'inertie Is tel que le rapport :

soit au moins égal à

où :

N'_c est l'effort réel de compression à reprendre ;
N_c est l'effort de compression admissible selon le calcul habituel pour la pièce initiale seule.

AVERTISSEMENT — Cette méthode d'antiflambement est préférable à la première en raison du fait que la qualité des liaisons n'influence que très peu la sécurité.

c) Exemple

Soit une barre comprimée d'un effort de 2 100 daN, longueur de flambement 120 cm, section (3,6 x 14,7) cm.

(Contrainte admissible en compression axiale du bois utilisé : 10 MPa = 100 daN/cm²).

Flambement dans le plan de ferme :

(= 28,3 pas de flambement)

Flambement hors plan :

Attention : Pour ce calcul, utiliser la formule ci-après, même au-delà d'un élancement de 133.

soit :

N_c = 0,232 5 x 100 x 3,6 x 14,7 = 1 230 < 2 100

et :

donc :

Ceci implique le montage d'un raidisseur de :

(4,7 x 4,7) cm (l_s = 40,66 > 40,4 cm

ou de :

(2,5 x 6,0) cm (l_s = 45 > 40,4).

C.11 Exemples de solutions concernant les trémies d'escaliers, de conduits de fumées et d'accidents de couverture d'accidents de couverture

On rappelle que tout ouvrage local destiné à reporter des charges sur les fermes des charges ponctuelles doit faire l'objet de justifications de dimensionnement de ses éléments et assemblages, ainsi que des fermes porteuses, et que les positions et dimensions de tous les accidents de couverture doivent être précisées sur plans.

Les exemples de la présente annexe ne sont pas exhaustifs et sont donnés à titre informatif. Ils ne dispensent pas des justifications de dimensionnement et de dispositions constructives.

C.11.1 Conduit de fumée

La distance de sécurité entre le nu extérieur du conduit et les éléments de structure en bois doit être respectée, telle que définie par les normes NF DTU de la série 24.

NOTE

La notion « d'écart au feu » préexistante a été remplacée par la notion de « distance de sécurité ». La règle d'écart au feu de 16 cm est caduque et dépend entre autre de la nature du conduit.

Tout ensemble de conduit maçonné doit faire l'objet d'un renforcement des fermes latérales par lien de triangulation et/ou par doublage des barres sollicitées entre noeuds (voir Figure C.16).

Figure C.16 Distance de sécurité

C.11.2 Fenêtres de toit, lucarnes, houteau sur fermes symétriques, sur dalle ou plancher indépendant

C.11.2.1 Passage entre ferme

Le chevêtre aura une hauteur au moins égale aux 2/3 de celle des éléments qui le supportent.

C.11.2.2 Fermes coupées

Renforcement des arbalétriers des fermes latérales, si nécessaire.

Sauf des dispositions contractuelles, les fermes porteuses du chevêtre restent entières et conformes à leur géométrie de base.

Pour les fermes de combles habitables, positionnement de deux chevêtres de reprise verticaux dans le chapeau de la ferme en prenant soin de les bloquer par potelets.

Lorsque l'on fait appel à des renforcements par doublage, il convient de procéder à la vérification des ancrages et des assemblages des fermes porteuses (voir Figures C.17 et C.18).

Figure C.17 Exemple de renforts d'arbalétriers pour trémies de lucarne et chevêtres de reprise des efforts dissymétriques (1)

Figure C.18 Principe de reprise d'effort au droit d'une trémie en toiture

C.11.3 Cage d'escalier sur ferme en « A », sur dalle ou plancher indépendant

Les fermes latérales sont renforcées conformément au paragraphe précédent.

La ferme sur escalier est renforcée si nécessaire par renfort d'arbalétrier de section adaptée allant jusqu'à l'appui du pied de la ferme (voir Figures C.19 et C.20).

Figure C.19 Exemple de chevêtre et de renforcement d'arbalétrier sur trémie d'escalier

Figure C.20 Renfort d'arbalétrier

C.11.4 Fenêtre de toit, lucarne, houteau et cage d'escalier sur fermes symétriques à entrait porteur

AVERTISSEMENT — On ne traite ici que du cas d'une ferme coupée (voir Figures C.21 et C.22).

Figure C.21 Renfort d'arbalétrier pour trémie de lucarne

Figure C.22 Renfort d'arbalétrier pour trémie

Sur la ferme coupée, renfort d'entrait, au minimum dans le cas de changement de largeur habitable entre jambette au droit de l'accident.

Renforcement des fermes latérales par doublage des arbalétriers et/ou entrait, symétriquement ou doublage complet de la partie basse trapèze de la ferme.

Mise en place des bras de reprise verticaux et symétriques et blocage par potelets dans le chapeau de la ferme.

Mise en place d'un bras de reprise vertical dans le pied du trapèze et symétriquement fixé sur jambette.

C.11.5 Cage d'escalier sur ferme à entrait porteur

La trémie d'escalier reporte sur les fermes adjacentes, par leurs chevêtres, des charges ponctuelles qui doivent être prise en compte pour leur justification et leurs éventuels renforcements.

C.11.6 Fermes porteuses

Les fermes porteuses sont spécialement étudiées, justifiées par calcul et définies sur plans.

La reprise des fermes portées est réalisée par des boîtiers adaptés et de hauteur au moins égale aux 3/4 du bois porteur en recouvrement.

Les sections de bois doivent être choisies de manière à assurer la mise en oeuvre et le fonctionnement corrects des boîtiers (ou de tout autre type d'assemblage utilisé) (voir Figure C.23).

Figure C.23 Hauteur minimale d'un boîtier de chevêtre

Avec

Dans le cas de fermes porteuses réalisées par fermes multiples, on doit les solidariser par clouage ou boulonnage sur l'ensemble des membrures.

Il est recommandé que cette solidarisation soit effectuée en atelier.