Conception des structures de bâtiments :
principes théoriques
et bonnes pratiques

Bonnes pratiques pour conception des structures de bâtiments | ACCA software
Plan - Conception des structures | ACCA software
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3D - Conception des structures | ACCA software
B) 3D
Modèle structurel - Conception des structures | ACCA software
C) Modèle structurel
Plan d'exécution des structures - Conception des structures | ACCA software
D) Plan d'exécution des structures

La planification de la réalisation d’une structure et les phases correspondantes

La conception structurelle peut se traduire par l'application de principes théoriques et de bonnes pratiques, ainsi que par l’application de règles spécifiques qui ont pour but de garantir les exigences essentielles de résistance mécanique, de stabilité et de durabilité.

Le paradigme de conception actuel prévoit que les ouvrages doivent garantir certains niveaux de performance conformément aux états limites, tout au long de la durée de vie nominale de projet.

L'atteinte de certains niveaux de performances permet de conférer la capacité d'éviter les effondrements, les pertes d'équilibre mais aussi la capacité de maintenir un certain niveau de résistance mécanique en conditions d'incendie.

Le processus de conception des structures, qui permet d'atteindre ces niveaux de performance, peut être divisé en plusieurs phases :

  • Planification de la réalisation de la structure ;
  • Actions et analyse des charges ;
  • Méthodes d’analyse ;
  • Conception des éléments ;
  • Détails, dessins et préparation des activités.
Ossature en B.A. - Conception des structures | ACCA softwareOssature en B.A.

Planification de la réalisation de la structure

La planification de la réalisation de la structure est fortement influencée par le choix technologique effectué, c'est-à-dire par le matériau et la technologie correspondants.

Le choix technologique peut dépendre de plusieurs facteurs, tels que :

  • Le coût ;
  • Les temps d’exécution ;
  • Les exigences environnementales.

Une structure en béton armé pourrait avoir un coût moins élevé mais des temps de construction plus longs par rapport à une structure similaire réalisée grâce à la technologie de préfabrication. Par conséquent, le choix doit toujours être fait à la suite d'une analyse coûts-bénéfices.

Cependant, au-delà de ces aspects, le choix technologique influe à son tour sur la planification structurelle, qui doit tenir compte aussi d'autres aspects, tels que la dangerosité du site, la catégorie du bâtiment en fonction de laquelle définir les charges statiques et les besoins du client.

En considérant le cas d'une structure à ossature en béton armé, le processus de planification structurelle peut être divisé comme ci-dessous :

  • Étude de la dangerosité du site et définition du modèle de conception ;
  • Positionnement, orientation et respect des limitations sur les poteaux ;
  • Positionnement et respect des limitations sur les poutres ;
  • Définition des surfaces horizontales ;
  • Choix du type de fondation.
Exemple d'orientation correcte - Conception des structures | ACCA software
Exemple d'orientation correcte
Exemple orientation non bénéfique du point de vue des vérifications structurelles - Conception des structures | ACCA software
Exemple d'orientation non bénéfique du point de vue des vérifications structurelles

Étude de la dangerosité du site et définition du modèle de conception

Compte tenu des événements sismiques passés et récents qui ont intéressé notre territoire, et par conséquent du niveau de danger déduit en fonction de ces connaissances, le concepteur ne peut pas ignorer l'application de modèles de conception capables de répondre aux événements qui sont, avec toute probabilité, destiné à se produire.

Pour les structures soumises à des actions sismiques et non équipées de dispositifs isolants et / ou dissipatifs la réglementation définit deux comportements :

  • comportement dissipatif de la structure
  • comportement non dissipatif de la structure

Pour lesquels, dans le cas de structures à comportement dissipatif, il est nécessaire de choisir la classe de ductilité à considérer, ce qui affectera les différentes prescriptions afin de régler la capacité dissipative à la fois localement et globalement.

Selon cette approche, le concepteur sera amené à faire des choix sur le comportement qu'il souhaite obtenir, en tenant compte même de la dangerosité du site qui pourrait également être déduite, dans des situations particulièrement complexes, à partir d'une étude de réponse sismique locale.

Positionnement et respect des limitations sur les poutres

Les poutres permettent le transfert de charges vers les poteaux et, dans des contextes de charge exceptionnelle, elles doivent permettre l'activation des charnières plastiques de manière à favoriser des mécanismes les plus ductiles possible.

Comme déjà fait pour les poteaux, les aspects spécifiques qui doivent être considérés pour les poutres sont les suivants :

  • Positionnement : Les poutres doivent être placées entre les poteaux afin de créer un cadre spatial en trois dimensions à moins d'exigences architecturales particulières ou de types de schémas structurels. Ceci contribue à rendre le bâtiment régulier en hauteur et également à limiter les déplacements inter-étages.
  • Limitations réglementaires Plusieurs limitations sont définies sur la géométrie mais au-delà de celles-ci on peut citer également la bonne règle :

h_poutre ≤ h_poteau -5cm

à prendre en compte lors du prédimensionnement afin de respecter le principe de Hiérarchie des Résistances poutre-colonne , mais à vérifier après l'analyse structurelle.

Exemple de joint de séparation utile pour l'amélioration structurelle - Conception des structures | ACCA softwareExemple de joint de séparation utile pour l'amélioration structurelle

Définition des surfaces horizontales

Du point de vue structurel, les surfaces horizontales, ou planchers, peuvent être à ossature simple ou double. Les planchers à ossature simple sont idéalement conçus en considérant une bande unitaire exempte de toute connexion transversale.

This behavior highlights the need to carefully establish the structural design parameters. Simple rules suggest keeping the ratio between the free span of the floor and its thickness in the range 18-20 in order to limit deformability. By limiting the deformability it is possible to avoid stress concentrations produced by non-structural elements and therefore the onset of crack patterns.

En tenant compte de cette considération, ces planchers, toujours de façon idéale, sous charge devraient présenter une déformation cylindrique, mais cela ne se produit presque jamais. Ce comportement met en évidence la nécessité de définir soigneusement les paramètres de conception structurelle. Des règles simples suggèrent de maintenir le rapport entre la portée libre du plancher et son épaisseur dans l'intervalle 18-20 afin de limiter la déformabilité. En limitant la déformabilité, il est possible d'éviter les concentrations de contraintes produites par des éléments non structuraux et donc l'apparition de fissures.

Dans les planchers à ossature simple, l'interaction sur les bords est un aspect qui doit surement être pris en compte. En effet, les structures parallèles à la direction des poutrelles de plancher, qui ne constituent donc pas un appui direct, constituent une contrainte réelle transversale, ce qui engendre des contraintes internes et par conséquent d'éventuels états de fissuration. Le problème peut être résolu en formant des nervures ou en cas de fortes contraintes en créant un joint structurel le long de ces directions.

La direction du plancher est certainement un aspect d'intérêt pour le concepteur. Généralement, la tendance est celle d'alterner la direction des poutrelles afin de maintenir une répartition uniforme de la charge sur les différents étages.

Conception des ouvrages de fondation - Conception des structures | ACCA softwareConception des ouvrages de fondation à travers l'étude des tensions générées dans le sol dues à l'effet de la superstructure

Choix du type de fondation

Dans le processus de planification de la réalisation d’une structure, au-delà des aspects déjà définis et d'autres aspects non mentionnés, le choix du type de fondation est très important. La fondation est la partie de l'ouvrage qui a pour but de transférer les charges provenant des structures positionnées sur le sol, dans des conditions statiques et dynamiques.

Dans cette phase, les études géotechniques peuvent aider à étudier les propriétés du sol, en fournissant également des informations utiles concernant la présence d'éventuels nappes phréatiques et les variations de leur niveau.

Il existe différents types d'études et il est clair que celles-ci doivent être à la mesure de la nature de l'ouvrage et / ou de l'intervention à réaliser, mais il est important de mettre en évidence que le concepteur est responsable de la définition du plan des études, de la caractérisation et de la modélisation géotechnique, même si ce genre d'étude est toujours caractérisée par une incertitude intrinsèque.

Par conséquent, le choix du type de fondation ne doit jamais être fait a priori, mais il est toujours nécessaire d'étudier et donc de définir un modèle géotechnique du sol afin de faire le meilleur choix, pour toute la durée de vie nominale du projet.

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