[0001] L'invention concerne une charpente métallique antisismique constituée par des colonnes
et des profilés, éventuellement munis de béton.
[0002] De nombreux constats de dommages subis par des immeubles lors de tremblements de
terre attestent que les constructions métalliques ont en général un meilleur comportement
que celles en pierre ou en bois. Une raison en est la bonne ductilité de l'acier et
sa capacité d'absorber l'énergie, quel que soit le mode de sollicitation (compression,
traction, cisaillement). Une autre raison réside dans les propriétés d'isotropie et
d'homogénéité de ce matériau. Il faut évidemment veiller à ce que les qualités intrinsèques
du matériau soient conservées lorsqu'on lui donne une forme de poutre, de poteau etc.
et finalement d'assemblage.
[0003] En principe, les constructions devant résister à des séismes sont calculées élastiquement
sous l'action de forces définies dans des Codes de calcul. Ces forces sont généralement
plus petites que les forces réelles susceptibles de solliciter la construction lors
d'un tremblement de terre, si cette construction travaillait uniquement dans le domaine
élastique; on considère en effet que la structure peut dissiper une grande partie
de l'énergie transmise au moyen de déformations plastiques. Il en découle la nécessité
de concevoir la structure en choisissant les matériaux, les sections des barres et
les assemblages de façon telle que l'énergie dissipée soit beaucoup plus importante
que l'énergie élastique emmagasinée sous les mêmes forces.
[0004] Les forces de calcul représentant l'action d'un tremblement de terre sur une construction
sont dans une zone géographique donnée et pour une structure donnée
- proportionnelle à la masse de la construction
- fonction des caractéristiques vibratoires de la structure (périodes propres)
- dépendante de la capacité de la structure à absorber l'énergie du tremblement de
terre dans des mécanismes stables, de type rotule plastique, appelés "zones dissipatives".
[0005] Il n'est pas facile de modifier beaucoup dans un sens favorable l'effet des deux
premiers termes: la masse est directement liée à l'utilisation de la construction;
les périodes fondamentales ne sont pas aisément modifiables parce que des conditions
de limitation des déformations bloquent les périodes des structures réelles dans une
bande relativement étroite. La dernière influence, liée à la capacité de la structure
à dissiper de l'énergie, a par contre un intervalle de variation très grand, puisqu'il
amène à considérer des forces de calcul variables dans le rapport de 1 à 6, les forces
de calcul les plus faibles correspondant évidemment aux structures les plus dissipatives.
[0006] Les Codes de calcul définissent un certain nombre de conditions à respecter pour
avoir droit aux forces de calcul les plus faibles et, en conséquence, aux structures
les plus légères. Ces conditions portent sur
- la topologie des structures,
- les élancements de parois des sections et
- les dimensions des assemblages; celles-ci doivent être telles que les zones dissipatives
soient situées en dehors des assemblages, parce que ces derniers sont généralement
incapables de développer un mécanisme plastique stable et ductile.
[0007] On atteint ce dernier objectif en imposant une résistance R
d des assemblages supérieure à 120 % de la résistance plastique R
fy des barres assemblées, c.à d. R
d > 1,2 R
fy.
[0008] Dans les portiques R
fy représente le moment plastique M
p des barres. Dans les treillis, R
fy est l'effort normal plastique N
p des barres. Il s'agit d'une condition très contraignante, conduisant à des assemblages
coûteux, difficiles sinon impossibles à réaliser.
[0009] L'invention a pour but de proposer une charpente métallique ayant un excellent comportement
lors d'un tremblement de terre tout en étant légère, de réalisation simple et économique.
[0010] Ce but est atteint par la charpente métallique selon l'invention, telle qu'elle est
caractérisée dans les revendications indépendantes. Des variantes d'exécution préférentielles
sont décrites dans les revendication dépendantes.
[0011] L'avantage découlant de l'invention consiste en ce est que la condition
R
d > 1,2 R
fy
s'applique en considérant la valeur R
fy de la section réduite du profilé. Ceci ramène l'assemblage à des dimensions normales,
supérieures mais comparables à celles obtenues dans un projet classique, tout en
garantissant la présence d'une zone dissipative et en permettant de bénéficier pleinement
de la réduction des forces de calcul correspondant à l'action sismique.
[0012] L'invention sera expliquée plus en détail au regard de dessins montrant plusieurs
modes d'exécution possibles. Il a été représenté, en
Fig. 1 et 2 une vue de côté respectivement de dessus d'une structure en portique,
en
Fig. 3 la vue de dessus d'une structure en portique et en
Fig. 4, 5 et 6 des vues de côté de trois variantes de structures en treillis.
[0013] Sur les Fig. 1 et 2 on distingue une colonne 1 reliée par l'intermédiaire d'une
plaque d'about 2 à une poutrelle 3. La liaison plaque d'about-poutrelle se fait usuellement
par soudage tandis que la plaque d'about est boulonnée à la colonne.
[0014] Dans les structures en portique métallique ou mixte acier-béton, une prescription
des Codes exige que les zones dissipatives soient situées dans les poutrelles et non
dans les colonnes. La section de la poutrelle à proximité de l'assemblage 4, a été
diminuée sur une longueur 1 égale à la hauteur h de la poutrelle. Cette longueur est
en fait la longueur minimale nécessaire à la formation d'une rotule plastique. L'importance
du rétrécissement 5 peut valoir quelque 30 % de la largeur b des ailes de la poutrelle.
La distance minimale du début du rétrécissement à l'assemblage 4 est de l'ordre du
quart de la largeur des ailes de la poutrelle.
[0015] Au lieu de prendre une allure trapézoïdale, la réduction de section effective de
la poutrelle peut également prendre la forme d'une diminution de section par forage
ou par poinçonnage de multiples trous 6, tel que représenté en Fig. 3.
[0016] En Fig. 4 on distingue une partie d'une structure en treillis. Les diagonales tendues
42 sont réalisées avec des cornières. La membrure supérieure 41, constituée par des
profilés en U, est reliée par l'intermédiaire d'un gousset 43 et de cornières 44 et
45 à la colonne 40. Notons que dans de tels assemblages de profils en U ou de cornières
sur une seule paroi, il est souvent impossible de réaliser une zone dissipative en
conception classique. L'invention prend ici un aspect particulièrement élégant en
prévoyant une réduction de section 46 dans les diagonales tendues 42 destinée à constituer
une zone dissipative fiable en traction. En principe on peut prévoir une telle zone
dissipative vers chaque extrémité des diagonales tendues. Pour des raisons d'économie
de fabrication, on ne les prévoit que près d'une des extrémités, en général celle
qui est fixée à la membrure supérieure.
[0017] Dans la variante représentée en Fig. 5, la diagonale tendue 42 possède une réduction
de section effective due à une multitude de forages 47.
[0018] En Fig. 6 a été représentée une structure en treillis plus simple, dans laquelle
la membrure supérieure 41 est directement fixée au gousset 43. Pareillement, le gousset
43 est directement soudé sur la colonne 40. La réduction de section effective 48 consiste
ici en une découpe ellipsoïdale dans le bord d'une des deux ailes de chaque cornière.
On peut également effectuer un enlèvement moins prononcé dans les deux ailes d'une
cornière.
[0019] La solution proposée entraîne d'un côté une perte de section utile des diagonales
qui peut atteindre 50 %, mais le facteur de réduction sur les forces de calcul est
de 4 si la structure en treillis peut être considérée comme dissipative. Le résultat
global reste donc une réduction de l'acier mis en oeuvre pour les diagonales par un
facteur de l'ordre de 2.
1. Charpente métallique antisismique constituée par des colonnes et des poutres prenant
appui aux colonnes, les colonnes et/ou les poutres étant éventuellement munies de
béton, caractérisée en ce que les poutres présentent, au moins près de l'une de leurs
extrémités, une zone dissipative localisée sous forme d'une réduction de section effective.
2. Charpente selon la revendication 1, caractérisée en ce que la réduction de section
effective consiste en une découpe trapézoïdale dans les bords des ailes, la grande
base correspondant au côté de l'aile et la petite base possédant une longueur au moins
égale à la hauteur de la poutre.
3. Charpente selon la revendication 2, caractérisée en ce que les côtés du trapèze
forment avec sa grande base au plus un angle de 60° et en ce que sa hauteur est au
plus égale à 30% de la largeur de l'aile de la poutre.
4. Charpente selon la revendication 1, caractérisée en ce que la réduction de section
effective consiste en une découpe sensiblement ellipsoïdale dans les bords des ailes.
5. Charpente selon la revendication 1, caractérisée en ce que la réduction de section
effective consiste en au moins un évidement s'étendant sur une distance au moins égale
à la hauteur de la poutre.
6. Charpente selon la revendication 5, caractérisée en ce que les évidements sont
des trous arrondis, à faible section et régulièrement distribués.
7. Charpente selon la revendication 5, caractérisée en ce que le/les évidements ont
une section carrée ou rectangulaire.
8. Charpente selon une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les poutres
ont une section en forme de H ou de I et font partie d'une structure en portique.
9. Charpente selon une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les poutres
ont une section en forme de U ou de L et relient la membrure supérieure à la membrure
inférieure d'une structure en treillis.