BORE Alice

CONSTANS Nelly

GC4

ROBOT TP 5

Eléments de contreventement

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Novembre 2007

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1. Etude de la nécessité d’un contreventement tridimensionnel

Pour observer l’importance d’avoir un contreventement tridimensionnel dans une halle simple nous avons fait une modélisation pas à pas qui montre le rôle de chaque élément de contreventement sous l’effet du vent.

Nous avons choisi deux vents différents W1 et W2 dirigés selon deux directions orthogonales.

1.1 Effet des vents sur les structures sans contreventement

W1 W2

On remarque ici la nécessité de mettre un contreventement pour assurer la tenue du bâtiment en général et celle du second œuvre.

1.2 Effet des vents avec un contreventement A

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Ici, on voit qu’en ajoutant un contreventement parallèlement à l’axe du vent, la structure se déforme moins aux alentours du contreventement. Lorsque le vent est perpendiculaire, le contreventement est inefficace. Ainsi comme la direction du vent est très aléatoire, il est nécessaire lors de la construction de prendre en compte ce paramètre. Pour renforcer la structure lors de l’application d’une charge W1 on ajoute un contreventement.

1.3 Effet des vents avec un contreventement AA’

On remarque que les pannes restent quasiment en place sous l’action du vent W1. Sous l’action du vent W2 les contreventements restent inutiles. On constate bien ici la nécessité d’avoir des contreventements supplémentaires pour maintenir les portiques sous l’action du vent W1. Pour avoir un équilibre de la structure sous W2 d’autres contreventements seront nécessaires.

1.4 Effet des vents avec un contreventement AA’B

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La mise en place de contreventements parallèlement à l’axe du vent permet d’obtenir une structure quasiment stable. Maintenant, il est nécessaire d’ajouter des contreventements pour stabiliser la structure sous l’action du vent W2.

1.5 Effet des vents avec un contreventement AA’B+CC’D

Nous avons vu précédemment qu’il est nécessaire d’avoir des contreventements dans deux dimensions pour stabiliser le vent. Ainsi, pour le vent W2, nous ajoutons directement les contreventements C, C’ et D.

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2. Etude de la disposition des contreventements

2.1 Type 1

On remarque que dans cette structure que les contreventements les plus utiles sont ceux parallèles au vent, sur le coté pour le vent de face et sur la face pour le vent de côté. On remarque alors que le contreventement empêche le soulèvement de la toiture.D’autre part, le contreventement sur tout un côté dans le sens du vent permet de stabiliser la majeure partie de la structure concernée, c’est-à-dire que le toit se soulève de façon moins importante.

2.2 Type 2

Sur la première figure, on remarque de plus grandes déformations de la structure au niveau de la toiture du côté où l’on a placé le contreventement longitudinal (à gauche). C’est le contreventement sur la file de droite qui le permet, évitant les grandes déformations. Dans cette configuration, la toiture se soulève très peu.

Contrairement à la première, on remarque sur la seconde figure que le contreventement est moins efficace puisque la toiture présente un

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soulèvement. Cependant, grâce au contreventement central, les déformations sont les mêmes sur l’ensemble de la structure.

2.3 Type 3

Dans le premier cas, on remarque de grandes déformations sur l’avant de la structure, c’est-à-dire où l’on applique les forces. Cependant, le reste de la structure se déplace raisonnablement et régulièrement. La toiture présente une grande déformation sur l’avant, mais est bien retenue par les contreventements sur le reste de la structure.

Le second type de charge présente des déformations sur l’ensemble de la structure. Les contreventements sur les côtés permettent de retenir le décollement de la toiture, mais celle-ci se soulève largement en son centre.

2.4 Type 4

La structure réagit de la même façon dans les deux cas. Le toit ne se soulève pas du tout. Cependant, la structure présente une déformation qui n’est pas symétrique : le contreventement de côté par rapport au vent évite les déformations, mais celui-ci n’étant pas présent de l’autre côté de la structure, elle n’est pas retenue.

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2.5 Conclusion

La dernière structure est la meilleure, puisqu’elle ne présente aucun soulèvement de la toiture. D’autre part, pour limiter la majorité des déformations il faut ajouter un contreventement sur chaque côté de la structure.

3. étude de l’influence de la position du contreventement transversal

Structure type 5 Structure type 6

L’étude des déplacements des nœuds de la structure permet de conclure que les déplacements sont divisés par deux dans la structure de type 6 par rapport à la structure de type 5. Il est donc préférable de placer deux contreventements aux extrémités de la structure plutôt qu’une au centre. Pour un même vent, la structure se déformera deux fois moins.

En application sur le terrain, le doublement des contreventements entraine un surcout de matériau et de main d’œuvre non négligeable. Il faut donc faire le choix du contreventement en fonction de ses paramètres et de la destination du bâtiment.De plus, sur les diagrammes les déplacements sont en millimètres, ils sont donc assez faibles. L’ajout de contreventements peut être superflu.

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4. comparaison de différents types de contreventements

4.1 La croix de St André

Ce type de contreventement est symétrique. Ainsi quelque soit le sens du chargement, la déformée sera identique.

4.2 En « V »

Le contreventement n’est pas à structure symétrique. Si le chargement est vertical, le contreventement ne permettra pas d’assurer le maintient de la structure.

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4.3 En « K »

Comme pour le contreventement en « V », il n’y a pas de symétrie, le sens du vent conditionne donc l’intensité de la déformation de la structure.

4.4 En « N »

La barre ne travaille pas en traction, il est donc inutile. En appliquant la charge dans l’autre sens, la barre travaille en traction. L’utilisation des matériaux est alors optimale.

4.5 Conclusions

Les contreventements en « V » et en « K » ne sont pas efficaces dans le maintient de la structure. Les déformations sont importantes et leur géométrie antisymétrique fait que le comportement de la structure varie en fonction du sens du vent. Un contreventement en « N » ne trouve son utilité que dans un sens du vent.Ainsi, l’utilisation de contreventements en croix de St André est le choix le plus efficace et le plus pertinent. Dans tous les cas de chargement une barre au moins permet le maintient de la structure, les déformations globales sont réduites. Ainsi, comme nous avons vu dans les parties précédentes, l’utilisation de contreventements en croix de St André dans les trois dimensions limite les déformations de la structure.

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5. Exemples d’application des contreventements

5.1 Bâtiment E de l’INSA

Figure 1 : cage d’escalier à l’extrémité Figure 2 : cage d’escalier et d’ascenseur au centre du bâtiment

Dans ce bâtiment, la principale présence de contreventement se fait par des voiles en béton armé et des cages d’escalier et d’ascenseur.

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Figure 3 : voile en béton armé. Le lien entre le nouveau bâtiment à gauche et l’ancien à droite se fait par des butons.

Dans la structure globale du bâtiment il n’y a pas de contreventements apparents. Les voiles en béton armé et les cages d’escalier et d’ascenseur suffisent à la tenue du bâtiment.

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5.2 Gymnase de l’esplanade

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Les contreventements présents sur cette structure sont de 3 types

- Tout d’abord, on trouve des contreventements en treillis dans l’axe du côté de la structure. Ils permettent d’éviter le déplacement de la structure longitudinalement.

- Ensuite, le voile béton en façade permet de rigidifier la structure et limiter les déformations selon cet axe.

- Enfin, tous les portiques sont rigidifiés afin de créer des « cadres-portiques », rigidifiant les nœuds de l’ossature, et permettant de reprendre les actions dans l’axe des poteaux.

5.3 Le gymnase

Sur cette photo, on voit que le gymnase est constitué de différents types de contreventements. Au niveau du toit, on a des contreventements en « K », au niveau des parois latérales, les contreventements sont en « V » et les parois extrêmes du gymnase sont constituées de croisillons. Les portiques sont en bois fait en une pièce.

Ces types de contreventement permettent d’assurer le maintient de la structure pour des vents transversaux et longitudinaux.

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