Etude comparative des différents réglements Vent

Revue Construction MtalliqueRfrence

CHA-EC1 1-00

VOLUTION DE LA RGLEMENTATION VENT : INFLUENCE SUR LE DIMENSIONNEMENT DUN BATIMENTpar A. LEPONT

1

INTRODUCTION Lvolution rcente des NV65 avec notamment ladoption dune nouvelle carte vent et la mise en application prochaine des Eurocodes proccupe les diffrents acteurs de la construction mtallique. Ceci a conduit le CTICM et lA.P.K. (Association pour la Promotion de lEnseignement de la Construction Acier) effectuer une tude comparative entre les diffrents rglements actuellement en vigueur et ceux venir. Cette tude est effectue sur une simple halle industrielle mtallique de conception courante. Les lments sont de type lamins pour les portiques, les lisses et les pannes, ces dernires tant calcules isostatiques. La gomtrie est identique pour toute ltude (quelles que soient les zones de neige et zones ou rgions de vent considres) et permet donc aux professionnels de se faire une premire ide de limpact conomique des changements venir. Cette tude a permis de mener trois analyses diffrentes : La premire analyse concerne linfluence conomique du changement de la carte vent (passage de la carte vent des NV65 [3] la nouvelle carte vent des NV65/99 [4]) avec les N84/95 et les rgles CM66 [1] actuellement en vigueur en France. En effet, cette nouvelle carte vent et les CM66 pourront tre appliqus en France pendant une priode transitoire en attendant la mise en oeuvre des Eurocodes. Lanalyse suivante concerne linfluence du changement de rglementation qui suivra terme cette modification de la carte vent cest--dire le passage des NV65 et CM66 aux Eurocodes structuraux tels quils sont dfinis aujourdhui dans les prnormes europennes et les normes exprimentales franaises : lENV 1993 1-1 DAN [2], lENV 1991-2-3 DAN [5] et lENV 1991-2-4 DAN [6]. Les dernires prnormes europennes ENV tant en cours de conversion sous forme de normes europennes EN. Cette analyse permettra de prjuger la rglementation la plus avantageuse conomiquement pour ce type de btiment.

A. LEPONT Ingnieur ETP, lve CHEMCENTRE TECHNIQUE DE LA CONSTRUCTION INDUSTRIEL MTALLIQUEDomaine de Saint-Paul, 78470 Saint-Rmy-ls-Chevreuse Tl.: 01-30-85-25-00 - Tlcopieur 01-30-52-75-38

Construction Mtallique, n 2-2000

82

Rubrique

TECHNIQUE ET APPLICATIONS

CHA-EC1 1-00 La dernire analyse concerne linfluence conomique globale du passage des rgles actuellement en vigueur en France (ancienne carte vent et carte neige et Rgles CM66) aux Eurocodes.

1. HYPOTHSE GNRALE DE LTUDE Le recoupement de lancienne carte de vent des NV65 et de la carte neige N84/95 dune part, le recoupement de la nouvelle carte vent des NV65 avec la carte de neige N84/95 et le recoupement de la carte de vent de lENV 1991-2-4 DAN et de la carte neige de lENV 1991-2-3 DAN nous ont permis de dterminer les diffrents cas possibles tudier pour le btiment dcrit ci-dessous.

2

1,1. Caractristiques dimensionnelles du btiment 1,11. Description

6m 8,8 m 60 m

24 m Fig. 1 Perspective du btiment.

Le btiment usage industriel ou agricole est un btiment une nef de type portiques transversaux autostables. Sa longueur est de 60 mtres, sa largeur de 24 mtres et sa hauteur au fatage est de 10 mtres. La pente des deux versants de couverture est de 10 % (fig. 1). Le btiment sera considr de type ferm et se situera une altitude infrieure 200 mtres, sur un terrain plat. La structure comporte 11 portiques dont les poteaux sont des HEA et les arbaltriers des IPE (fig. 2). Des renforts du type jarret ont t dimensionns au niveau des crosses de portiques : leur longueur est de 1,2 mtres et leur hauteur la mme que celle de larbaltrier. Les portiques sont espacs de 6 mtres et leur porte est de 24 mtres (fig. 3). Ils sont articuls en pied. Afin de limiter le dversement des membrures infrieures des arbaltriers (sous chargement ascendant), celles-ci sont maintenues par des bracons tous les 2,4 m (soit une panne sur deux).


Rubrique


83

CHA-EC1 1-00

10 m

Fig. 2 Vue du long pan

9,4 m

10 m 8,8 m

3

6,0 m

3,2 m

0,4 m

6m 24 m Fig. 3 Vue du pignon

Lossature secondaire est compose de : potelets : trois potelets par pignon ont t placs. La distance entre chacun est de 6 mtres. Il y a deux hauteurs diffrentes : 9,4 mtres et 10 mtres (pour le potelet central). Ils sont articuls en pieds et appuys en tte (appui glissant). Les profils retenus sont des IPE ou IPEA. Pour le dversement de la semelle intrieure, des bracons sont mis au niveau des lisses. lisses : quatre ranges de lisses sont places aux niveaux 0,4 m, 3,2 m, 6,0 m et 8,8 m, en long pan et en pignon ; elles sont fixes sur les poteaux des portiques et en pignon sur les potelets. Elles sont calcules de faon isostatique avec une porte de 6 mtres. Les profils pour les trois premires sont choisis dans la gamme des IPE et des IPEA. Une suspente est place mi-trave pour rduire la flche verticale. La lisse du haut sera un HEA de la mme taille que la lisse courante pour reprendre leffort de compression ramen de la suspente par les bretelles (fig. 4).Lisse haute (HE) 2,8 m Lisse courante (IPE ou IPEA)

Bretelle

Suspente

Potelet de 10 m

3,0 m Fig. 4 Principe dattache des suspentes en lisse haute


84

Rubrique


CHA-EC1 1-00 pannes : elles supportent la couverture et sont espaces de 1,20 m (fig. 5). Elles sont fixes sur les arbaltriers des portiques et ont donc une porte de 6 mtres : ce sont des pannes isostatiques. Les profils retenus sont des IPE et des IPEA. Les pannes comprimes qui servent la stabilit du btiment (essentiellement les pannes sablires) sont des HEA de mme hauteur.

4

Fig 5 Vue de la toiture

Le poids de couverture considr est de 15 daN/m2 et le poids du bardage est de 25 daN/m2. La stabilit est assure par les portiques dans le sens transversal et par des pales de stabilit dans le sens longitudinal (une par long pan, au milieu du btiment), pour navoir pas considrer la dilatation).

1,12. Choix de conserver les dimensions constantes Lors de cette tude, nous navons pas pu optimiser chaque dimension pour chaque cas. En effet, il est possible en fonction des forces doptimiser les espacements entre lments. Ainsi les pannes devraient, en fonction de la zone de neige, tre plus ou moins distantes les unes des autres en fonction des caractristiques des bacs de couverture. Nous avons donc fait un choix de btiment type pouvant tre implant dans toute la France et nous avons optimis les lments le composant.

1,2 Principes gnraux de vrification des diffrents lments Aucune tude dynamique na t ralise pour la prise en compte des sismes.

1,21. Lisses Les lisses courantes sont calcules en flexion dvie suivant laxe vertical et laxe horizontal.


Rubrique


85

CHA-EC1 1-00Les lisses hautes, elles, sont vrifies la flexion dvie compose. La flche admissible retenue est le 1/200e. Le dversement sera vrifi pour le cas o la semelle intrieure est comprime (la semelle extrieure tant maintenue par le bardage).

1,22. Potelets Les potelets sont dimensionns en flexion compression. La flche admissible retenue est le 1/200e. Le dversement est vrifi pour les cas o les semelles intrieure et extrieure sont comprimes.

5

1,23 Pannes Les pannes courantes sont calcules en flexion suivant laxe vertical et laxe horizontal. Les pannes sablires et celles participant la stabilit sont vrifies la flexion dvie compose. La flche admissible retenue est le 1/200e. Le dversement sera vrifi pour les cas o la semelle infrieure est comprime (la semelle suprieure tant maintenue par la couverture). La flche sous les charges dentretien ne sera pas vrifie car la situation est temporaire.

1,24. Portiques Les lments des portiques sont dimensionns en compression et en flexion. Les flches admissibles retenues sont le 1/150e pour le dplacement horizontal en tte de poteau et le 1/200e pour la flche verticale au fatage. La stabilit au dversement et au flambement est vrifie pour les poteaux et les arbaltriers.

1,25. Assemblages Les assemblages au fatage et en tte de poteau ont t vrifis pour sassurer que lencastrement tait ralisable.


86

Rubrique


CHA-EC1 1-00Cela a permis de vrifier quun jarret tait ncessaire au niveau de lassemblage entre le poteau et larbaltrier. Le tableau suivant rcapitule lensemble des vrifications effectues. lisses courantes rsistance flambement x hautes x x x 1/200 x 1/200 x x x 1/200 x 1/200 potelets pannes portiques

courantes comprimes poteaux arbaltriers x x x x 1/200 x x x 1/150 x x x 1/200

6

dversement flche

2. ANALYSE DES RSULTATS 2,1. Domaine de validit de ltude et rsultats 2,11. Domaine de validit de ltude Ltude concerne un btiment de type industriel (halle une nef avec deux versants gaux de faible pente 10 %) de longueur 60 mtres, de largeur 24 mtres et de hauteur au fatage 10 mtres (cf description dans la partie prcdente). Il ne contient pas de ponts roulants. Le btiment est de type ferm et se situe une altitude infrieure ou gale 200 mtres sur un terrain plat (pour les analyses, toute la surface de la France est considre ainsi). Cette tude ne tient pas compte des zones de sismicit dfinies par les rgles PS-92. Il appartient donc au lecteur danalyser avec prcautions les rsultats donns pour les zones sismiques. Ltude ne concerne ni les sites protgs dfinis par les NV65 ni la Classe 5 de rugosit dfinie par lENV 1991 2-4 DAN ; ces deux notions concernent trs peu de constructions de ce type.

2,12. Rsultats de ltude 2,121. Variation du poids du btiment Nous avons tudi la variation du poids total du btiment entre les anciennes rgles, les rgles futures et le rglement actuellement en vigueur en France. Nous avons donc diffrenci les quatre configurations suivantes :


Rubrique


87

CHA-EC1 1-00 Passage de lancienne carte vent avec les NV65-N84/95 et les CM66 la nouvelle carte vent avec les NV65/99-N84/95 et les CM66.de 3,9 % 7,9 %

La France se divise en deux grandes parties : Le quart Nord/Nord-Ouest et le SudOuest o le tonnage dacier du btiment augmente en moyenne de 6 %. Le reste de la France o le tonnage dacier du btiment diminue en moyenne de 5 %. Il reste cependant certaines rgions de France o le changement de la carte vent ninflue pas sur le tonnage dacier (cf. carte 1 ci-contre)

de 4,3 % 5,8 %

de 3,7 % 11 %

7

5,8 %

de 3,7 % 3,9 %

de 3,9 % 7,9 %

CARTE 1 : PASSAGE DE LANCIENNE CARTE NV65 AVEC LES CM66 A LA NOUVELLE CARTE VENT AVEC LES CM66

Le pourcentage du territoire franais suivant la variation du tonnage dacier peut se rpartir de la faon suivante :

: augmentation du poids : conservation du poids : diminution du poids

42 %

7%

53 %

de 1,2 % 15,8 %

de 1,3 % 23,7 %

2,6 %

de 1,2 % 15 ,8 % de 14,6 % 23,7 %

CARTE 2 : PASSAGE DE LA CARTE NV65 AVEC LES CM66

A LA NOUVELLE CARTE VENT AVEC LES EUROCODES EN RUGOSITE 2

CARTE 3 : PASSAGE DE LA CARTE NV65 AVEC LES CM66 A LA NOUVELLE CARTE VENT AVEC LES EUROCODES EN RUGOSITE 3



88

Rubrique


CHA-EC1 1-00 Passage de lancienne carte vent avec les NV65-N84/95 et les CM66 aux Eurocodes structuraux appliqus en rugosit 2. Le tonnage dacier augmente en moyenne de 15 % sur la totalit de la France (cf. carte 2). Passage de lancienne carte vent avec les NV65-N84/95 et les CM66 aux Eurocodes structuraux appliqus en rugosit 3. Le tonnage dacier augmente en moyenne de 6,5 % sur 95 % du territoire franais (cf. carte 3). Passage de lancienne carte vent avec les NV65-N84/95 et les CM66 aux Eurocodes structuraux appliqus en rugosit 4.de 8,5% 14,6 % 8,5 % 1,3 % de 4,3 % 5,8 %

8

La France se divise en deux parties de faon pratiquement identique la premire configuration (cf carte 4) : Le quart Nord/Nord-Ouest avec le Sud-Ouest o le tonnage dacier du btiment augmente en moyenne de 1,5 % Le reste de la France o le tonnage dacier du btiment diminue en moyenne de 7 %.

1,4 %

Le pourcentage du territoire franais suivant la variation du tonnage dacier peut se rpartir de la faon suivante : 6,1 % 3,9 % de 2,4 % 11,8 % 1,3 %

35 %

1%

64 %

CARTE 4 : PASSAGE DE LA CARTE NV65 AVEC LES CM66 A LA NOUVELLE CARTE VENT AVEC LES EUROCODES EN RUGOSITE 4


2,123. Poids moyen du btiment sur la France dans les diffrents cas Cette comparaison ne tient pas compte du cas site expos des NV65 et de la rugosit 1 de lENV 1991 2-4 DAN Mthode utilise : Connaissant la rpartition dpartement par dpartement de chaque zone ou rgion de vent, nous avons calcul le poids moyen pondr du btiment suivant chaque rglementation. Nous avons ensuite fait la somme des rsultats trouvs sur tous les dpartements puis nous lavons divise par la superficie de la France. Remarque : Nous avons dcid de faire une moyenne pondre des Classes 3 et 4, car les photos donnes par lENV 1991 2-4 DAN ne permettent pas de faire un distinction franche entre ces deux classes.


Rubrique


89

CHA-EC1 1-00Les rsultats sont regroups dans le tableau suivant : poids moyen (t) NV65 (ancienne carte), N84/95, CM66 site normal NV65/99, N84/95, CM66 site normal Eurocodes, rugosit 2 Eurocodes, rugosit 3 Eurocodes, rugosit 4 Eurocodes, moyenne des rugosits 3 et 4 * Eurocodes, moyenne sur toutes les classes de rugosit * 73,48 73,74 85,01 77,89 71,32 75,39 77,67

9

* : Daprs une tude statistique [7] mene entre 1984 et 1985 sur 1454 btiments dans 7 dpartements, il a t possible de se faire une ide sur la rpartition des constructions suivant les classes de rugosit. Les rsultats sont les suivants : rugosit 1 : 2 % des constructions rugosit 2 : 22 % des constructions rugosit 3 : 44 % des constructions rugosit 4 : 27 % des constructions rugosit 5 : 5 % des constructions. Pour calculer le poids moyen pondr sur plusieurs classes de rugosit, nous avons pondr le poids moyen de chaque classe par les pourcentages correspondants donns ci-dessus.

2,124 Comparaison avec comme base les NV65 et NV65/99 Les variations en pourcentage du poids moyen du btiment sur la France mtropolitaine suivant les rgles de calcul sont donnes dans le tableau suivant : NV65, N84/95, CM66 site normal NV65, N84/95, CM66 site normal NV65/99, N84/95, CM66 site normal Eurocodes, rugosit 2 Eurocodes, rugosit 3 Eurocodes, rugosit 4 Eurocodes, moyenne des rugosits 3 et 4 Eurocodes, moyenne sur toutes les classes de rugosit 0 0,36 % 15,68 % 6,00 % 2,94 % 2,26 % 5,70 % 0 15,27 % 5,62 % 3,28 % 2,24 % 5,33 % NV65/99, N84/95, CM66 site normal


90

Rubrique


CHA-ECI 1-002,2. Analyses des rsultats 2,21. Combinaisons dimensionnantes Pour chaque lment courant du btiment, nous avons relev les combinaisons dimensionnantes. On note : Wn : action du vent normal Qe Sn Se Sa Si Sai : charge dentretien : action de la neige normale des N84/95 issue de la charge pn : action de la neige extrme des N84/95 issue de la charge p n : action de la neige accidentelle des N84/95 issue de la charge pna : action de la neige caractristique du cas (i) de lENV 1991-2-3 DAN (totalit de la charge de neige sur toute la toiture). : action de la neige accidentelle du cas (i) de lENV 1991-2-3 DAN. We : action du vent extrme

Wlp : action du vent normal sur le long pan

10

Elles sont donnes titre indicatif et sont regroupes dans le tableau ci-dessous :combinaisons dimensionnantes ancienne carte + NV65-N84/95 et CM66 lisses courantes avec liernes mi-porte potelets de pignon ELS : G + Wn nouvelle carte + NV65/99-N84/95 et CM66 ELS : G + Wn nouvelle carte + Eurocodes 1 et 3 ELU : 1,35G + 1,5Wlp

ELU : G + We

ELU : G + We

ELU : 1,35G + 1,5Wp Pour la rugosit 1 : Pour les zones de vent 1 3 : zone de neige 1A et 1B : ELS : G + Qe zone de neige 2A 4 : ELS : G + Si Pour la zone de vent 4 : ELU : G + Sai Pour les rugosits 2 4 : quelle que soit la zone de vent zone de neige 1A et 1B : ELS : G + Qe zone de neige 2A 4 : ELS : G + Si quelles que soient la zone de vent, la zone de neige et la rugosit ELS : G + Wlp sauf pour la zone de neige 4 et la rugosit 4 : ELU : G + Sa

pannes courantes (non comprimes)

quelle que soit la rgion de vent zone de neige 1A et 1B : ELS : G + Qe zone de neige 2A 4 : ELS : G + Sn

quelle que soit la zone de vent zone de neige 1A et 1B : ELS : G + Qe zone de neige 2A 4 : ELS : G + Sn

portiques courants

quelles que soit la rgion de vent et la zone de neige ELS : G + Wlp zone de neige 4 avec les rgions de vent II et III ELU : G + Sa

quelles que soient la zone de vent et la zone de neige ELS : G + Wlp sauf pour la zone de neige 4 avec les zones de vent 2 et 3 ELU : G + Sa


Rubrique


91

CHA-EC1 1-002,22. Pourcentage du btiment dimensionn par le vent sur le long pan Daprs le 2,21, la majorit du btiment est dimensionne par le vent soufflant sur le long pan (portiques et lisses) - ltat limite dimensionnant tant lELS avec la combinaison G + Wlp. La somme en pourcentage du poids des lisses et des portiques correspond donc au pourcentage du btiment dimensionn par le vent soufflant sur le long pan. Le tableau suivant donne le pourcentage du btiment dimensionn par le vent soufflant sur le long pan pour chaque rglementation :

11% du btiment dimensionn par le vent soufflant sur le long pan ancienne carte avec NV65-N84/95-CM66 - site normal ancienne carte avec NV65-N84/95-CM66 - site expos nouvelle carte vent avec NV65/99-N84/95-CM66 - site normal nouvelle carte vent avec NV65/99-N84/95-CM66 - site expos Eurocodes - rugosit 1 Eurocodes - rugosit 2 Eurocodes - rugosit 3 Eurocodes - rugosit 4 pourcentage moyen toutes rglementations confondues 79,6 81,4 79,6 80,8 77,2 77,8 78,1 78,6 79,1

2,23. Corrlation entre la pression du vent et le tonnage du btiment Daprs les rsultats des 2,21 et 2,22, il apparat intressant de savoir sil existe une relation entre la variation de poids du btiment et la variation de pression du vent lors des diverses comparaisons de rglementation. Premire tape : Calcul de la variation de pression du vent La variation en pourcentage de la pression du vent entre deux rglementations est donne par la formule gnrale suivante (notre rglement de rfrence est celui actuellement en vigueur en France savoir les NV65/99-N84/95 avec les CM66) : q =

qref [ce(ze) cpe ce(zi) cpi ] qH ks (ce ci)

1 100

avec zi = 5 m et ze = 10 m.

La pression du vent dimensionnant les portiques courants et les lisses de notre btiment est module par le coefficient (6m) = 0,86 pour les NV65/99 et par le coefficient wnette = c (z ) c e e pe ci (zi) cpi (pour chaque rugosit) de la surface du long pan frappe qref par le vent pour lENV 1991 2-4 DAN.


92

Rubrique


CHA-EC1 1-00Deuxime tape : Variation du poids du btiment entre les diffrentes rglementations Pour ce faire, nous avons donc superpos pour chaque comparaison de rglementations les cartes vents correspondantes et la carte neige N84/95 et nous avons calcul la variation de poids pour chaque cas se prsentant. Troisime tape : Recherche de la corrlation entre la variation de la pression vent et la variation du poids du btiment En traant les courbes variation pression du vent-variation du poids du btiment pour les diffrentes zones de neige, il apparat une trs forte corrlation linaire entre la variation de la pression du vent sur le long pan et la variation du poids du btiment sous les zones de neige 1A, 1B, 2A, 2B et 3. Cependant pour la zone de neige 4, il nexiste pas de corrlation probante entre la variation de la pression du vent et celle du poids du btiment, car dans certains cas le btiment est dimensionn par le vent sur le long pan et dans dautres cas par la neige accidentelle (cf. tableau des combinaisons 2,22). Quatrime tape : Comment exploiter cette variation linaire du poids du btiment en fonction de la pression dynamique de vent ? En connaissant la variation de la pression du vent, nous pouvons en dduire une estimation de la variation du poids de notre btiment (sil est dimensionn au ELS). En effet poids = pente de la droite pression

12

La moyenne des pentes des droites est denviron 3,6 t.m2/daN

2,24. Comparaison entre la nouvelle carte vent avec les NV65/99-N84/95 (et les CM66) et les Eurocodes Pendant la phase de transition du passage aux Eurocodes, en France, il est possible de choisir entre la rglementation actuelle (NV65/99, N84/95 et les CM66) et la rglementation europenne (Eurocodes). Cest pour cela que nous avons compar le poids du btiment entre ces deux rglementations. Le tableau ci-dessous donne la rpartition de surface de chaque zone de vent de la carte ENV 1991-2-4 DAN sur la France mtropolitaine : rpartition des zones de vent 1 9% 2 75 % 3 11 % 4 5%

Le tableau ci-aprs rsume la moyenne pondre de la variation du poids du btiment entre ces deux rglementations et cela pour chaque rugosit Cette moyenne de la variation du poids est pondre par le pourcentage de chaque zone de vent sur la France mtropolitaine.


Rubrique


93

CHA-EC1 1-00moyenne pondre de la variation du poids en % carte ENV 1991-2-4 DAN avec Eurocodes - rugosit 1 compare nouvelle carte vent avec NV65/99-N84/95-CM66 site expos carte ENV 1991-2-4 DAN avec Eurocodes - rugosit 2 compare nouvelle carte vent avec NV65/99-N84/95-CM66 - site normal carte ENV 1991-2-4 DAN avec Eurocodes - rugosit 3 compare nouvelle carte vent avec NV65/99-N84/95-CM66 - site normal carte ENV 1991-2-4 DAN avec Eurocodes - rugosit 4 compare nouvelle carte vent avec NV65/99-N84/95-CM66 - site normal

+ 14,99 % + 14,10 % + 5,08 % 2,15 %

13

Nous pouvons donc en conclure pour notre btiment que pendant la phase de transition pendant laquelle nous aurons le choix entre ces deux rglementations il sera plus intressant de construire avec les Eurocodes en rugosit 4 et de continuer appliquer les rgles franaises dans les autres cas.

2,3. Commentaires sur ltude 2,31. Influence de laltitude Notre btiment a t dimensionn pour une altitude infrieure ou gale 200 mtres. Nous avons pu remarquer que pour la zone de neige 4, les portiques courants commencent tre dimensionns aux ELU avec une combinaison faisant intervenir la neige (dans notre cas cest la neige accidentelle avec la combinaison G + Sa). Comme la pression du vent est indpendante de laltitude, il parat assez raisonnable de pouvoir extrapoler ces rsultats au-del de 200 mtres daltitude (sachant que la surcharge de neige augmente avec laltitude), et de penser que pour des altitudes suprieures 200 mtres la combinaison dimensionnante des portiques sera, quelles que soient les zones de neige ou zones de vent, soit : G + Se (pour les NV65-N84/95 avec les CM66) G + Sa ou G + Sai 1,33G + 1,5Sn (pour les NV65-N84/95 avec les CM66) 1,35G + 1,5Si (pour les Eurocodes)

2,311. Cas des N84/95 Au-del de 200 mtres daltitude et quelle que soit la zone de neige considre, les N84/95 donnent la loi de variation des surcharges de neige en fonction de pno (sur-


94

Rubrique


CHA-EC1 1-00charge de neige verticale normale uniformment rpartie) et p (surcharge de neige no verticale extrme uniformment rpartie) et de laltitude A. Les formules sont rappeles dans le tableau ci-dessous :

Altitude 200 m A 500 m

pn en daN/m2 pno + A 200 10 A 500 4

p en daN/m2 n p no + A 200

6

14

500 m

A

1 500 m

pno + 30 +

p no + 50 +

A 500

2,4

1 500 m

A

2 000 m

A 1 500 pno + 280 + 2,5

p no + 467 +

A 1 500 1,5

La courbe dvolution de la surcharge de la neige extrme en fonction de laltitude intervenant dans la combinaison G + Se est la suivante. Nous avons galement trac la courbe dvolution de la neige accidentelle pour la zone de neige 4 pour pouvoir comparer la combinaison G + Se avec G + Sa (qui dimensionne notre portique).

VARIATION DE pn (neige extrme) EN FONCTION DE LALTITUDE pn en daN/m2 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 200 500 1000 1500 2000 Altitude en m zones de neige 1A et 1B zones de neige 2A et 2B zone de neige 3 zone de neige 4 neige accidentelle en zone 4

La courbe de 1,5 (la surcharge neige normale) intervenant dans la combinaison 1,33G + 1,5Sn est la suivante. Nous avons galement trac la courbe de la neige accidentelle pour la zone de neige 4 pour pouvoir comparer la combinaison G + Se avec G + Sa (qui dimensionne notre portique).


Rubrique


95

CHA-EC1 1-00VARIATION DE 1,5 pn EN FONCTION DE LALTITUDE 1,5 pn en daN/m2 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 200 500 1000 1500 2000 Altitude en m

15zones de neige 1A et 1B zones de neige 2A et 2B zone de neige 3 zone de neige 4 neige accidentelle en zone 4

Daprs les 2 courbes ci-dessus, nous pouvons donc en conclure que pour les CM66, au dessus de 500 mtres daltitude et que quelles que soient les zones de neige et les rgions ou zones de vent, notre btiment sera dimensionn avec une combinaison aux ELU faisant seulement intervenir la neige (en effet les courbes p et 1,5pn sont au desn sus de la surcharge de neige accidentelle au-del de 500 mtres daltitude) Remarquons que nous pouvons extrapoler a priori nos rsultats de cette manire car nos limites de flche pour les portiques ne sont pas svres (1/150 en tte de poteau et 1/200 au fatage), et que de ce fait la combinaison aux ELS faisant intervenir le vent est moins dfavorable que la combinaison aux ELU faisant intervenir la neige au-del de 500 mtres daltitude et ceci quelles que soient les rgions ou zones de vent. Nous pouvons galement dire que notre btiment dimensionn pour la zone de neige 4 (avec la zone de vent 4 ou rgion de vent III) une altitude infrieure ou gale 200 mtres convient (mme si son poids nest pas totalement optimis essentiellement pour lempanage) pour les zones de neige 1, 2 et 3 jusqu 500 mtres daltitude (les courbes de p n et de 1,5 pn des zones de neige 1, 2 et 3 avec altitude 500 m sont au dessous des courbes de la neige accidentelle en zone de neige 4 avec altitude 200 m).

2,312. Cas de lENV 1991-2-3 DAN

Au-del de 200 mtres daltitude et quelle que soit la zone de neige considre, lENV 1993 2-3 DAN donne la loi de variation des surcharges de neige en fonction de sko (surcharge de neige verticale normale uniformment rpartie) en kN/m2 et de laltitude A.


96

Rubrique


CHA-EC1 1-00Les formules sont rappeles dans le tableau ci-dessous :

Altitude 200 m A 500 m

sk en kN/m2 sko + 0,15A 30

100

500 m

A

1 000 m

sko +

0,30A 105

100

16

1 000 m

A

2 000 m

sko +

0,45A 255 100

VARIATION DE 1,5 sk EN FONCTION DE LALTITUDE sk en daN/m2 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 200 500 1000 1500 2000 Altitude en m zones de neige 1A et 1B zones de neige 2A et 2B zone de neige 3 zone de neige 4 Sa en zone 4

zone neige 1 2 3 4

200 m 1,5pn 52,5 67,5 82,5 120 1,5sk 54 66 78 108

500 m 1,5pn 97,5 112,5 127,5 165 1,5sk 121,5 133,5 145,5 175,5

1 000 m 1,5pn 285 300 315 352,5 1,5sk 346,5 358,5 370,5 400,5

1 500 m 1,5pn 472,5 487,5 502,5 540 1,5sk 684 696 708 738

2 000 m 1,5pn 772,5 787,5 802,5 840 1,5sk 1021,5 1033,5 1045,5 1075,5


Rubrique


97

CHA-EC1 1-00Nous remarquons quau-del de 200 mtres, les charges de neige sont lgrement plus dfavorables avec lENV 1991-2-3 DAN quavec les NV65 et N84/95. Pour les ENV 1991-2-3 DAN, les conclusions prcdentes sont donc a priori possibles.

2,32. Influence de la hauteur de la construction Il est galement intressant de comparer les lois de variation de la pression de vent en fonction de la hauteur H de la construction pour les rglementations NV65 et ENV 19912-4 DAN. Pour les NV65, la pression du vent est module par le coefficient damplification H + 18 2,5 ks. H + 60 ks dpend du type de site : protg, normal ou expos. Pour lENV 1991-2-4 DAN la pression du vent est module par le coefficient damplificaCe(z) tion . Ce(10) Ce(z) dpend de la hauteur H de la construction et de la classe de rugosit. Les courbes ci-dessous (fig 6) illustrent ces deux lois de variation dans le cas du site normal pour les NV65 qui correspond aux Classes de rugosit 2 4 pour lENV 1991-2-4 DAN.

17

coefcient damplication 3.00 2.50 2.00 1.50 ENV1991-2-4 DAN classe 4 ENV 1991-2-4 DAN classe 3 NV 65 site normal ENV1991-2-4DAN classe 2

1.00 0.50 0.00 10

15

20

25

30

40 50 60 hauteur h (m)

70

80

90

100

200

Fig. 6 Variation des coefficients damplification de la pression du vent en fonction de la hauteur de la construction pour les deux rglementations.

Bien que 79 % de notre btiment soit dimensionn par le vent, il tait donc peu intressant de faire varier sa hauteur, car daprs les courbes ci-dessus le coefficient damplification de la pression du vent entre les deux rglementations varie de faon relativement similaire en fonction de la hauteur de la construction. Ainsi la hauteur de la construction pour notre cas aurait trs peu dinfluence sur les rsultats.


98

Rubrique


CHA-EC1 1-00Nous pouvons aussi noter lavantage de la classe de rugosit 4 pour les btiments de hauteur infrieure 40 mtres.

2,33. Dfinition du site expos et de la rugosit 1 Notre tude montre que globalement notre btiment est en moyenne 8 % plus lourd avec lENV 1991-2-4 DAN et les Eurocodes 1 et 3 quavec les NV65-N84/95 et CM66. Cependant, il apparat quavec la dfinition de la rugosit 1 correspondant au site expos, il est possible de gagner normment de poids en passant du site expos des NV65 la rugosit 4 de lEurocode 1. En effet, la rugosit 1 pour notre btiment stend dans une bande de 500 mtres sur le littoral alors que le site expos stend sur une bande de 6 kilomtres sur le littoral. Il existe donc une bande de 5,5 kilomtres de large o il est thoriquement possible de passer de la notion de site expos la notion de rugosit de Classe 2 4. Dans ce cas le passage la rglementation europenne peut tre favorable voire mme trs favorable.

18

2,34. Remarques sur les modes de calcul des pressions du vent La dfinition mme de la pression dynamique de rfrence de lENV 1991 2-4 DAN et de pression de base des rgles NV65 diffrent. La vitesse de base des rgles NV65 correspond une vitesse de pointe alors que la vitesse de rfrence de lENV correspond une vitesse moyenne sur 10 minutes. Cette pression dynamique est multiplie par diffrents coefficients propres chaque rglementation pour obtenir une force par unit de surface. Rgles NV65 pression dynamique prise comme rfrence coefficient multiplicateur de la pression dynamique prise comme rfrence qo ks x (ce ci) ENV 1991 2-4 DAN qref ce(ze) cpe ce(zi) cpi

Nous considrerons, ce qui est possible pour un btiment ferm, ce(ze) = ce(zi) = ce(10 m). On trouve pour la France les valeurs moyennes suivantes :

site normal : (ks qo) moyen site expos : (ks qo) moyen rugosit 1 : (ce(10) qref) moyen rugosits 2,3 et 4 : (ce(10) qref) moyen

64,2 daN/m2 84,1 daN/m2 120,0 daN/m2 81,3 daN/m2


Rubrique


99

CHA-EC1 1-00Do sur la France mtropolitaine : (ce(10) qref )moyen (ks q0)moyen 1,43 1,27

site expos - rugosit 1 site normal - rugosits 2, 3 et 4

Cette comparaison na de sens quaccompagne des coefficients arodynamiques cpe , cpi , ce et ci dont les valeurs diffrent entre les deux rglements. Nous avons donc calcul (cpe cpi ) et (ce ci ) pour notre btiment et le rapport cpe cpi

19

ce ci

Enfin nous avons (ce(10) qref )moyen (ks q0)moyen

multipli

les

valeurs

ainsi

trouves

par

le

coefficient

Le tableau ci-dessous donne la variation de la pression dynamique du vent entre le calcul fait avec les NV65 et lENV 1991 2-4 DAN. Site expos - Rugosit 1 Site normal - Rugosits 2, 3 et 4

Vent sur long pan Vent sur pignon Vent sur long pan Vent sur pignon Surface D + 42 % + 22 % + 26 % +8%

Nous pouvons en conclure que lENV 1991 2-4 DAN majore, a priori, en moyenne de faon assez importante la pression du vent appliquer sur le btiment par rapport aux NV65. Sans toutefois pouvoir gnraliser de faon certaine ce rsultat, on peut penser que le mode de calcul des pressions dynamiques du vent avec lENV 1991 2-4 DAN donne des pressions de vent suprieures celles calcules par les NV65.

2,35. Commentaires sur les Eurocodes 2,351. Commentaires sur lENV 1991 2-4 DAN La dfinition des classes de rugosit nest pas toujours aise, notamment lorsquil sagit de diffrencier les classes de rugosit 3 et 4 (problme dinterprtation). La dfinition par lENV 1991-2-4 DAN des coefficients de pression intrieure cpi et de pression extrieure cpe manque de clart (paramtres subjectifs). LENV 1991-2-4 DAN dfinit galement des zonages de la toiture et des murs o la pression du vent est nettement suprieure aux parties courantes du btiment.


100

Rubrique


CHA-EC1 1-00En effet pour la toiture, la pression du vent sur la surface F est en moyenne 3,5 fois plus grande que sur la surface H, et pour les murs la pression du vent sur la surface A est en moyenne 2,5 fois plus importante que sur la surface C. La dfinition de ces surfaces pourrait sapparenter aux surfaces des actions locales dfinies par les NV65, mais ces surfaces semblent trop grandes pour tre considres comme telles ce qui pose un problme dapplication.

2,352. Commentaires sur lENV 1993 1-1 DAN

20Lors de la vrification des lments, nous avons pu vrifier, que la condition de non dversement des lments flchis tait trs souvent dimensionnante. Par ailleurs les vrifications de rsistance et de rigidit des assemblages, bien que non exposes dans ce document, se sont avres satisfaisantes et tout fait compatibles avec le dimensionnement des lments.

3. CONCLUSION Cette tude simple permet de mettre en vidence linfluence des changements intervenus rcemment et ceux venir : Changement de carte : globalement, le poids du btiment ne varie pas (moyenne sur la France) ce qui tait prvu lors de ltablissement de la carte. Passage de la carte des NV65/99 aux Eurocodes : Lanalyse dpend de la classe de rugosit ; en effet le site normal des NV correspond trois classes diffrentes. par rapport la classe de rugosit 2 : + 14,10 % daugmentation par rapport la classe de rugosit 3 : + 5,08 % daugmentation par rapport la classe de rugosit 4 : 2,15 % de diminution. Passage direct de lancienne carte des NV65 aux Eurocodes : par rapport la classe de rugosit 2 : + 15 % daugmentation par rapport la classe de rugosit 3 : + 6.5 % daugmentation par rapport la classe de rugosit 4 : 2,94 % de diminution. Dune faon gnrale, les forces de vent cinquantenal considrer en rugosit 2 sont fortement pnalisantes. Cependant le coefficient de rduction utilis en rugosit 3 et 4 (reprsentant 70 % des constructions) permet aux btiments davoir un poids proche de celui calcul avec les rglements actuels (voire dtre plus lger en rugosit 4). Ainsi, ltude montre les volutions de structures dues aux changements obligatoires des charges rglementaires de vent. Il serait, de plus, intressant de pousser la comparaison en optimisant lespacement des pannes et des lisses en fonction des zones de vent et neige.


Rubrique


101

CHA-EC1 1-004. BIBLIOGRAPHIE

[1] [2] [3] [4] [5]

Rgles CM66 (DTU P22-701) : Rgles de calcul des Constructions en Acier . dition Eyrolles 1979. ENV 1993-1-1 DAN : Calcul des structures en acier et document dapplication nationale, partie 1-1 : rgles gnrales et rgles pour les btiments ; dcembre 1992. Rgles NV65 et N84 modifies 95 : Rgles dfinissant les effets de la neige et du vent sur les constructions et annexes, douzime dition . Eyrolles. DTU P 06-002 : Rgles NV65 dfinissant les effets de la neige et du vent sur les constructions et annexe ; dcembre 1999. ENV 1991-2-3 DAN : Bases de calcul et actions sur les structures et document dapplication nationale, actions sur les structures - charges de neige . Norme exprimentale ; AFNOR, octobre 1997. ENV 1991-2-4 DAN : Bases de calcul et actions sur les structures et document dapplication nationale, actions sur les structures - actions du vent. Norme exprimentale ; CEN, mars 1998. Jacques BIETRY : lEurocode 1 partie 2.4. prsentation et lments de comparaison avec les rgles NV 65. Revue construction mtallique n 2 - 1999.

21

[6]

[7]


Documents

Etude comparative des différents réglements Vent