Actions vent sur les struct. - Deh 2007 42

4.5 Coefficients de pression et de forces

Pour les bâtiments, il convient de déterminer les coefficients de pressions extérieure et intérieure. Les coefficients de pression extérieure permettent de calculer l’effet du vent sur les surfaces extérieures des bâtiments en fonction des parois (ou des zones de parois) ; les coefficients de pression intérieure donnent l’effet du vent sur les surfaces intérieures des bâtiments. Les coefficients de pression extérieure cpe dépendent de l’aire de la surface chargée A qui est la surface de la paroi produisant l’action du vent dans l’élément que l’on étudie. Ils sont répartis en coefficients globaux et en coefficients locaux. Les coefficients locaux (cpe,1) permettent de calculer la pression pour les surfaces chargées d’aire inférieure ou égale à 1m2. Ils peuvent être utilisés pour le calcul des petits éléments de façade et de toiture et de leurs fixations. Les coefficients globaux (cpe,10) permettent de calculer la pression pour les surfaces chargées d’aire supérieure ou égale à 10m2. Ils peuvent être utilisés pour le calcul de la structure portante générale des bâtiments. La formule d’interpolation cpe=cpe,1−(cpe,1−cpe,10)log10A permet de traiter les surfaces pour lesquelles 1m2 < A<10m2.

Les valeurs des cpe indiquées dans les tableaux suivants pour les directions orthogonales du vent, sont les valeurs les plus défavorables pour une gamme de directions à ± 45°, de chaque côté de la direction orthogonale considérée. Pour les toitures isolées, les murs isolés, les acrotères et les clôtures, il convient d’utiliser les coefficients de pression nette ou résultante cp,net qui donnent l’effet résultant du vent par unité d’aire sur une construction, un élément de construction ou un composant.

Pour les murs et les surfaces parallèles à l’action du vent, il convient de déterminer les coefficients de frottement cfr .

Pour les panneaux de signalisation, les éléments structuraux de section transversale rectangulaire, de section à arêtes vives, de section polygonale régulière, les cylindres à base circulaire, les sphères , les structures en treillis , …, il convient d’utiliser les coefficients de force cf. Les coefficients de force donnent l’effet global du vent sur une construction, un élément ou un composant de la construction, considéré dans sa totalité, y compris le frottement, lorsqu’il n’est pas spécifiquement exclu. Pour les avancées de toit , la pression exercée sur la face inférieure de l’avant-toit est égale à la pression applicable à la zone du mur vertical directement relié à l’avancée de toit ; la pression exercée sur la face supérieure de l’avant-toit est égale à la pression de la zone définie pour la toiture elle-même.

4.5.1 Ecoulement de l’air autour d’une construction Lorsqu’on étudie l’écoulement de l’air autour d’une construction disposée perpendiculairement à la direction du vent, on constate que la présence de l’obstacle a pour effet de créer un coussin d’air de pression élevée sur la face « au vent » ; l’écoulement s’incurve graduellement à l’approche de la construction, se divise pour l’envelopper et se réunit ensuite à une certaine distance à l’arrière de la construction, y délimitant une zone relativement stagnante et en dépression appelée « sillage ». Cette déviation de l’écoulement s’accompagne d’un certain nombre de mouvements turbulents :

- à la base de la construction, un tourbillon d’axe horizontal se forme au niveau du sol sur la face « au vent », dans lequel l’air est conduit du centre vers l’extérieur ;

- le frottement de l’air à la surface de l’obstacle crée une couche limite turbulente intermédiaire entre l’écoulement et le sillage. Les tourbillons, qui forment cette couche limite, prennent naissance aux points de séparation se situant aux arêtes du bâtiment, et grandissent en se déplaçant vers l’aval ;

- lorsque le vent souffle en oblique sur un bâtiment avec toiture « terrasse », l’écoulement forme deux tourbillons

coniques le long des bords de la toiture, exerçant localement de fortes dépressions.

Actions vent sur les struct. - Deh 2007 43

4.6 Coefficients de pression extérieure cpe

4.6.1 Coefficients de pression extérieure pour murs verticaux de bâtiments rectangulaires Dans ce cas, les valeurs des coefficients de pression extérieure dépendent du rapport de la hauteur totale du bâtiment h à sa dimension en plan, parallèle à la direction du vent d, donc h/d ; on distingue cinq zones sur les parois du bâtiment où les coefficients prennent des valeurs différentes : une zone D pour la paroi « au vent » dans sa totalité, une zone E pour la paroi « sous le vent » dans sa totalité et trois zones A, B, et C pour les deux parois « parallèles au vent ». Dans les zones D et E, une interpolation en fonction de la valeur du rapport h/d peut être nécessaire.

Les valeurs ci-dessus s’appliquent aussi bien aux bâtiments à toitures plates, à toitures inclinées à un ou deux versants .

Pour les bâtiments avec h/d > 5, la charge totale du vent peut être calculée à partir du coefficient de forme cf .

Dans les cas où la force aérodynamique s’exerçant sur un bâtiment est calculée par l’application des coefficients de pression cpe sur les faces « au vent » et « sous le vent » (zones D et E) du bâtiment de manière simultanée, le défaut de corrélation entre les pressions aérodynamiques, au vent et sous le vent, peut être pris en considération comme suit :

- pour les bâtiments avec h/d = 5, la force résultante est multipliée par 1 ; - pour les bâtiments avec h/d = 1, la force résultante est multipliée par 0,85 ; - il convient d’appliquer une interpolation linéaire pour les valeurs intermédiaires de h/d.

Les dimensions et répartition des zones A, B, C figurent sur les croquis suivants. Elles dépendent de la dimension e qui est la plus petite des deux dimensions b ou 2h. Ces croquis sont valables quelle que soit la direction du vent (transversale ou longitudinale), seul le rapport h/d change car d est la dimension du bâtiment parallèle au vent.

Actions vent sur les struct. - Deh 2007 44

Lorsque les fluctuations instantanées du vent sur les surfaces peuvent entraîner une asymétrie significative de pressions ou forces et lorsque le type de structure est susceptible d’être sensible à un tel chargement (par exemple torsion dans le cas de bâtiments à noyau unique nominalement symétriques), il convient alors de prendre en compte leur effet. On pourra procéder comme suit : a) pour les constructions rectangulaires sensibles aux effets de torsion, il est recommandé d’appliquer la répartition de la

pression indiquée à la figure ci-dessous pour la représentation des effets de torsion dus à un vent oblique ou à l’imparfaite corrélation entre les forces aérodynamiques agissant aux différents points de la construction ;

b) pour les autres cas, la prise en compte de l’asymétrie du chargement est généralement obtenue en éliminant

entièrement l’action de calcul du vent des parties de la construction sur lesquelles ladite action produit un effet bénéfique.

Actions vent sur les struct. - Deh 2007 45

4.6.2 Coefficients de pression extérieure pour toitures-terrasses Les toitures plates ou toitures terrasses sont définies comme ayant une pente α comprise entre −5° et +5°. Il convient de diviser la toiture en zones F, G, H et I comme indiqué ci-dessous.

Actions vent sur les struct. - Deh 2007 46

Les coefficients à utiliser dans chaque zone figurent au tableau ci-dessous :

Coefficients de pression extérieure pour toitures-terrasses

Remarque : Les croquis et coefficients de zones précédents sont valables quelle que soit la direction du vent (transversale ou longitudinale), seul le rapport h/d change, d étant la dimension du bâtiment parallèle au vent. En cas de vent transversal, d est donc la « largeur » du bâtiment et en cas de vent longitudinal, d est la « longueur » du bâtiment !

Actions vent sur les struct. - Deh 2007 47

4.6.3 Coefficients de pression extérieure pour toitures à un versant Il convient de diviser la toiture, y compris les avancées de toiture, en zones F, G, H et I comme indiqué ci-dessous. Il faut bien noter que, dans ce cas, les croquis de zones sont différents selon la direction du vent. La direction transversale est notée « θ = 0° ou 180° » et la direction longitudinale « θ = 90° ».

Actions vent sur les struct. - Deh 2007 48

Les coefficients à utiliser dans chaque zone figurent au tableau ci-dessous :

Coefficients de pression extérieure pour toitures à un versant

Actions vent sur les struct. - Deh 2007 49

4.6.4 Coefficients de pression extérieure pour toitures à deux versants Il convient de diviser la toiture, y compris les avancées de toiture, en zones F, G, H, I et J comme indiqué ci-dessous. Il faut bien noter que, dans ce cas également, les croquis de zones sont différents selon la direction du vent. La direction transversale est notée « θ = 0° ou 180° » et la direction longitudinale « θ = 90° ».

Actions vent sur les struct. - Deh 2007 50

Les coefficients à utiliser dans chaque zone figurent au tableau ci-dessous :

Coefficients de pression extérieure pour toitures à deux versants