Annexe A (informative)  Dispositions constructives types d'éléments de structure en profilés formés à froid

A.1  Généralités

La présente Annexe informative propose des solutions types, pour des applications particulières,

Le prédimensionnement des éléments d'ossature en profilés formés à froid, tels que palées de stabilité, poteaux de murs et solives de planchers, proposé ci-après, est établi pour un domaine d'emploi limité à des bâtiments de type maison individuelle ou en bande de type R+1+combles, de forme rectangulaire et symétrique, édifiés sur les sites suivants :

• Régions de vent selon la norme NF EN 1991-1-4/NA : régions 1 à 4 en métropole et 6 à 8 pour les DROM et catégories de rugosité 0 à IV ;

• Zones de sismicité selon la norme NF EN 1998-1 : Zones 1 à 5.

Pour les ouvrages supérieurs à R+1+combles ou ne répondant pas aux dispositions précisées en A.2, les valeurs prédéterminées dans la présente Annexe A ne doivent pas être utilisées et une justification complète propre à l'ouvrage doit être établie.

La justification du contreventement est basée sur :

• la résistance des éléments de stabilité horizontale et verticale (poutres au vent et palées de stabilité) de type croix de Saint-André ;

• la résistance et la rigidité des ancrages sur des infrastructures rigides en béton armé ;

• la transmission des efforts entre les éléments de stabilité (poutres au vent et palées de stabilité).

Les dispositions relatives aux ancrages et aux fixations entre éléments sont données aux chapitres 8.2 et 8.5 du présent document.

Le transfert aux fondations des efforts appliqués aux ouvrages est décrit au chapitre 8.2. Il s'effectue par l'intermédiaire des fixations au travers du rail bas ou des platines d'appuis.

A.2  Dispositions constructives types

Dans le cadre de la présente Annexe informative, la justification en résistance et en stabilité peut être basée sur les valeurs de prédimensionnement proposées au chapitre A.3, pour les ossatures de maisons individuelles isolées ou en bande, qui répondent à l'ensemble des conditions ci-dessous :

1. Bâtiment de type R+1+combles maximum, dont les dimensions répondent aux critères suivants :

   • Bâtiment de forme rectangulaire sans discontinuité en élévation ou en plan vis-à-vis des effets du vent ;

   • Bâtiment régulier au sens des règles parasismiques ;

     NOTE

     Le terme « régulier » au sens des règles parasismiques signifie un bâtiment rectangulaire homogène en plan et en élévation et avec une distribution symétrique des palées.

   • Hauteur d'étage maximale 3 m ;

   • Toiture à 2 pentes ;

   • Faîtage situé à un niveau inférieur ou égal à 10 m au-dessus du sol ;

   • Entraxe inférieur ou égal à 12 m entre deux files de palées verticales de stabilité ;

   • Répartition symétrique et homogène des palées dans chaque direction principale.

2. Dans le cas d'utilisation de palées de stabilité types, telles que décrites ci-dessous (voir Figure A.1.a et Figure A.1b), la justification en résistance et en stabilité des éléments de contreventement peut être établie à partir des efforts pré-calculés aux chapitres A.3.1 et A.3.2 ci-après.

3. Chaque façade extérieure doit comporter au minimum 2,40 m de parties pleines comportant des ensembles structuraux contreventés par des croix de Saint-André, dont la largeur est supérieure ou égale à 1,20 m et la hauteur inférieure ou égale à 3,00 m. Chaque niveau est indépendamment contreventé. La distance entre deux murs parallèles résistants à des efforts horizontaux dans leur plan est inférieure ou égale à 12 m. En cas de refend intermédiaire dans la direction concernée, chaque file de façade et de refend doit comporter au minimum 2,40 m de parties pleines contreventées.

4. Les planchers intermédiaires ne comportent pas de percement autre que celui nécessité par une trémie d'escalier (dimension maximale 1,20 m × 3,00 m ou 1,80 m × 1,80 m) ou par le passage des gaines. Ils doivent être contreventés dans leur plan dans les deux directions principales.

5. L'entraxe entre montants porteurs est inférieur ou égal à 0,60 m.

6. Les éléments porteurs en profilés formés à froid sont de nuance minimale S350GD ou inox 1.4003 et d'épaisseur minimale d'acier 1,5 mm.

7. Les panneaux à base de bois des parois verticales, fixés directement sur la structure, doivent être constitués par des panneaux conformes aux spécifications de la partie 1.2 (CGM) du présent NF DTU 32.3. Ils doivent être fixés sur la structure porteuse par des vis de diamètre 4,8 mm minimum et disposées au minimum tous les 150 mm au périmètre des panneaux et tous les 500 mm sur les montants intermédiaires.

8. Les rives des panneaux à base de bois doivent être supportées par un élément de structure. Dans le cas des panneaux de planchers, les jonctions des bords perpendiculaires aux solives (non supportés par un élément de structure), sont de type rainures et languettes collées en continu.

9. Les vis de fixation des panneaux dans la structure métallique sous-jacente doivent dépasser d'au moins 3 filets sous le support. Le compostage de la face du panneau à base de bois par la fixation n'est pas admis.

Toutes les informations exposées dans le présent paragraphe sont basées sur une hypothèse de comportement rigide des planchers et sans aucun effet de torsion sollicitant la construction et en tenant compte d'une compatibilité de déformation entre les niveaux.

Ces informations relatives au prédimensionnement d'éléments structuraux types ne dispensent pas le constructeur de ses obligations de justification des ouvrages, telles que prévues par la partie 2 (CCS) du présent NF DTU 32.3.

La Figure A.1.a fourni un exemple de palée de stabilité type, de largeur 1,20 m en profils minces formés à froid en acier S350GD Z275 ou en inox 1.4003, pouvant reprendre d'un effort en tête de 10,00 kN à l'ELS avec des ancrages de type chevilles à expansion M16.

Figure A.1.a  Exemple de constitution de palée de stabilité avec chevilles à expansion M16

La Figure A1.b fournit un exemple de palée de stabilité type, de largeur 1,20 m, en profils minces formés à froid en acier S350GD Z275 ou en inox 1.4003, pouvant reprendre un effort en tête de 10,00 kN à l'ELS, avec des ancrages de type chevilles chimiques M20.

Figure A.1.b  Exemple de constitution de palée de stabilité type avec chevilles chimiques M20

A.3  Prédimensionnement d'éléments d'ossature en profils formés à froid

A.3.1  Prédimensionnement des palées de stabilité sous l'action du vent

Les hypothèses de base du calcul correspondent à la région 1 de vent avec une catégorie de rugosité de site II (rase campagne) et pour un site avec un coefficient orographique C_O égal à 1 (non soumis à survitesse locale de vent) selon la NF EN 1991-1-4/NA.

Les valeurs de base du Tableau A.1 ont été calculées selon la NF EN 1991-1-4 et son Annexe Nationale française, pour une emprise au sol de largeur 9,60 m et de longueur 12,00 m, des hauteurs par niveau de 3,00 m et une toiture à 2 pentes de 35°. Ces valeurs ont ensuite été ajustées (par excès) à un bloc type de 10 m × 10 m au sol.

Dans cette configuration, les palées verticales de contreventement du rez-de-chaussée reçoivent un effort horizontal total dans chaque sens de vent, donné par le Tableau A.1 :

Tableau A.1  Effort horizontal dans chaque direction

En fonction des caractéristiques réelles du bâtiment et du terrain, ces efforts de base F_hw doivent être augmentés par application des coefficients multiplicateurs ci-dessous :

• un coefficient de dimension C_d égal à la largeur réelle de la façade exposée au vent (en m) divisé par 10 ;

• un coefficient C_w selon la région de vent et la rugosité du site, déterminé selon le Tableau A.2.

F_hw,Ed = F_hw × C_d × C_w

Tableau A.2  Coefficient multiplicateur C_w selon les régions de vent

Une étude particulière doit être réalisée pour les sites susceptibles de survitesse de vent, tels que par exemple les vallées étroites ou la proximité de bord de falaise. Dans ces cas, les efforts sont à multiplier par le coefficient d'orographie C_O attaché au relief du lieu de construction (voir NF EN 1991-1-4 et NF EN 1991-1-4/NA).

Les efforts fournis dans les exemples proposés ci-dessous sont calculés pour un coefficient d'orographie C_O égal à 1.

EXEMPLE Pour un bâtiment à R+1 d'emprise au sol 8,40 m × 11,00 m et situé en région 2 en rase campagne (catégorie de rugosité II)

vent direction X (vent perpendiculaire à la largeur de 8,40 m) :

F_X = 44,00 × (8,40/10,00) × 1,19 = 44,00 kN soit 3 × 2 palées type (reprenant chacune 7,30 kN)

vent direction Y (vent perpendiculaire à la longueur de 11,00 m) :

F_Y = 44,00 × (11,00/10,00) × 1,19 = 57,60 kN soit 2 × 3 palées type (reprenant chacune 9,60 kN)

La disposition à retenir à chaque étage pour les palées de stabilité type sera donc la suivante (voir Figure A.2) :

Figure A.2  Exemple de disposition en plan des palées

Pour des raisons de distribution symétrique, il convient d'avoir des raideurs homogènes dans chaque file de contreventement à chaque niveau. L'association de palées articulées en croix de Saint-André et de portiques de stabilité dans une même direction est déconseillée.

Par sécurité, il convient de placer un minimum de 2 palées en croix de 1,20 m par façade et par refend et par file porteuse de planchers.

La constitution des palées de 1,20 m doit être capable d'assurer la reprise de ces efforts horizontaux aux ELS avec des déplacements en tête de palée inférieurs à 10 mm (h/300). Les palées de 1,20 m classiques en profils minces formés à froid, telles que décrites au chapitre A.2 (Figure A.1.b) supportent généralement des efforts horizontaux de 10,00 kN aux ELS (15,00 kN aux ELU).

Dans le cas d'un décalage vertical des palées (voir Figure A.3 ), les ancrages et les poteaux de stabilité du rez-de-chaussée et ceux situés sous les poteaux des stabilités d'étages doivent être dimensionnés en fonction des efforts reçus.

Figure A.3  Exemple de décalage vertical des palées de stabilité en façade

A.3.2  Prédimensionnement des palées de stabilité sous l'action sismique

A.3.2.1  Valeurs de calcul des actions sismiques

Les valeurs fournies au présent chapitre, basées sur l'application de la NF EN 1998-1, sont applicables pour des bâtiments rectangulaires réguliers de hauteur totale au faîtage inférieure à 10 m, ce qui permet l'utilisation des règles simplifiées.

Elles ne s'appliquent pas aux bâtiments de plus de deux étages, qui doivent faire l'objet d'une étude particulière.

Les hypothèses de calcul sont basées sur un coefficient de comportement de l'ossature métallique q égal à 1,5 et des planchers et des toitures rigides dans leur plan. Dans ce cadre, il n'est pas admis de mixer des palées articulées en croix de Saint-André et des portiques de stabilité dans une même direction.

Les valeurs de base du Tableau A.3 ont été calculées pour des bâtiments de 10 m × 10 m au sol, de catégorie d'importance II avec « planchers légers », en zone 3 sur sol de classe A.

Ces valeurs résultent d'une masse activée de 2,30 kN/m²/niveau correspondant à un habitat à plancher léger (1,60 kN/m²) (combinaison de 100 % des charges permanentes et de 24 % des charges variables d'exploitation de 1,50 kN/m²).

Dans cette configuration, les palées verticales de contreventement doivent transmettre un effort global horizontal équivalent F_he donné au Tableau A.3 :

Tableau A.3  Efforts globaux équivalents

Figure A.4  Efforts verticaux en pied de palées

En fonction des caractéristiques réelles du bâtiment et du terrain, ces efforts de base équivalents doivent être augmentés par application des coefficients multiplicateurs ci-dessous :

• Coefficient multiplicateur de surface k_s

  k_s = surface au sol en m² / 100

• Coefficient multiplicateur k_b en cas de planchers « lourds » rempli de béton 2,60 kN/m² (masse activée = 3,45 kN/m²/niveau)

  k_b = 1,50

• Coefficients dépendant de la zone, de la catégorie et du sol selon les Tableaux A.4, A.5 et A.6 ci-après.

Tableau A.4  Coefficient multiplicateur selon la zone sismique

Tableau A.5  Coefficient multiplicateur selon la catégorie d'importance du bâtiment

Tableau A.6  Coefficient multiplicateur selon la classe de sol

Ces valeurs correspondent aux actions sismiques et sont à considérer pour dimensionner les profils et assemblages des palées de contreventement. Selon la configuration de la structure, il convient également de tenir compte de l'action des autres charges statiques supportées par les poteaux des palées de stabilité.

Cette méthode simplifiée considère une faible dissipation, et il convient donc de vérifier les ancrages et les fondations, en majorant les efforts sismiques horizontaux et verticaux en pied de palées par le coefficient de comportement q = 1,5.

En zone 3, 4 et 5, l'utilisation de sections travaillant en classe de section 4 selon la NF EN 1993-1-1 est permise en classe de ductilité DCL, mais uniquement avec une valeur du coefficient q = 1 (voir les « Recommandations de la CNC2M pour le dimensionnement parasismique des structures en acier et mixtes non ou faiblement dissipatives » [2]). L'application de la méthode simplifiée reste possible, après avoir multiplié toutes les valeurs F_he du Tableau A.3 par 1,5.

A.3.2.2  Exemples d'application

Les Tableaux A.7, A.8 et A.9 fournissent des exemples d'application des valeurs de calcul des actions sismiques en pied de palée de stabilité, déterminées à partir de la méthode simplifiée proposée au chapitre A.4.

Tableau A.7  Exemple de bâtiment R+0 à plancher léger, en zone 3 sur sol de classe C

Tableau A.8  Exemple de bâtiment R+1 à plancher léger, en zone 3 sur sol classe C

Tableau A.9  Exemple de bâtiment R+1+combles à plancher léger, en zone 3 sur sol classe C

A.3.3  Prédimensionnement d'éléments porteurs en profils formés à froid

Pour les composants de constructions répondant aux caractéristiques du chapitre A.1, cette annexe propose des valeurs repères de la capacité portante de poteaux et de solives en éléments minces formés à froid.

A.3.3.1  Poteaux bi articulés de murs de type colombage

Les valeurs repères N_b,Rd de capacité portante ci-après sont fournies pour des poteaux composés de profils minces pliés à froid de section pleine en C 120×60+r12 et U 120×60, d'épaisseur 1,5 mm, en acier S350+Z275 ou inox 1.4003, maintenus en torsion au niveau des rails hauts et bas et par des entretoises :

• Poteau en simple C dont les deux ailes sont tenues latéralement par des entretoises d'entraxe 1,10 m :

  Charge verticale maximale applicable au dos ⇒ N_b,Rd = ± 25,00 kN

• Poteau de stabilité en double C dos à dos dont les ailes ne sont pas tenues latéralement :

  Charge verticale maximale applicable au dos ⇒ N_b,Rd = ± 50,00 kN

  NOTE

  Les poteaux à double profil sont vérifiés pour maintenir le flambement latéral de poteaux simples supportant une charge verticale globale de 125,00 kN (soit 5 poteaux chargés à 25,00 kN, soit 10 poteaux chargés à 12,50 kN).

• Poteau de jambage de baie en profil C+U dont les deux ailes sont tenues latéralement par des entretoises d'entraxe 2,20 m :

  Charge verticale maximale applicable au dos ⇒ N_b,Rd = ± 50,00 kN

Ces valeurs repères N_b,Rd ont été calculées pour les charges climatiques de la France métropolitaine et de l'outremer (à l'exception du bord de mer en Guadeloupe) selon les normes NF EN 1991 et NF EN 1993 pour un espacement de 0,60 m.

Les angles des constructions doivent comporter systématiquement un assemblage de 3 profils sur deux directions. Les poteaux de jambage de baies doivent être composés au minimum de profils C+U.

A.3.3.2  Solives isostatiques de planchers

Les Tableaux A.10 et A.11 fournissent des valeurs de portée maximale pour des solives de plancher soumis à des charges d'habitation (catégorie d'usage A selon la norme NF EN 1991-1-1), constituées de profilés formés à froid en double C 196x60+r15 d'épaisseur 2 mm sur deux appuis simples.

Les solives doivent être maintenues vis-à-vis des risques de déversement. Les valeurs des Tableaux A.10 et A.11 tiennent compte d'un maintien anti-déversement de la semelle supérieure des solives par le panneau de plancher.

Ces Tableaux ne dispensent pas de la vérification des limitations de flèches particulières à certains types de revêtements ou de remplissage (carrelages, cloisons en matériaux fragiles, ...).

Ces Tableaux ne s'appliquent pas aux poutres porteuses, ni aux ramasses solives qui doivent être dimensionnées selon les règles de calcul de la NF EN 1993.

Tableau A.10  Exemple de portées limites pour plancher léger

Tableau A.11  Exemple de portées limites pour plancher lourd

NOTE

Les rives de planchers et bords de trémies doivent être renforcés par des profils en fonction des dimensions et des efforts. Au droit des baies, les linteaux sont de type poutres caissons ou poutres treillis composées.

A.4  Exemple de système constructif à base de profilés formés à froid

Le présent chapitre A.4 fournit un exemple de système constructif à base de profilés formés à froid. Cet exemple est donné à titre indicatif en complément des informations fournies en Annexe A afin d'expliciter la position des éléments porteurs principaux et des contreventements, ayant servi de base au prédimensionnement.

Figure A.5.a  Schéma général type

Figure A.5.b  Schéma général type

Figure A.6  Exemple d'ossature courante

Figure A.7  Eléments de murs et planchers et poutres au vent

Figure A.8  Eléments de toit