REGLES CPMI

Règles de construction parasismiquedes maisons individuelles

Exemple d’application au casd’une maison à ossature métalliqueaux Antilles

Pierre-Olivier MARTIN

25/01/2019

SOMMAIRE

1Introduction5

2Description de la maison5

3Application du guide CPMI9

4Comparaisons avec les règles précédentes12

5Références12

CPMI – Exemple CM Antilles

CPMI – Exemple CM Antilles

Version Phase 2 – 25/01/191 / 13

Rapport CTICM – Document de travail – Version Phase 2 – 25/01/1913 / 13

Introduction

Ce document constitue un exemple d’application des règles CP-MI Zone 5 au cas d’une maison avec ossature métallique. Il s’appuie sur la version juillet 2015 de ces règles.

Description de la maison

Maison R+1 – Cf. Figure 1

Dimensions :

· au RdC : 10,3x9,4 m en plan au RdC (64,92m2 habitable+31,90 m2 terrasse = 96,82 m2)  :

· à l’étage : et 7,80x7,40 m à l’étagepour la partie habitable, soit 57,72 m2). Le niveau 1 comprend aussi la couverture de la terrasse, d’une surface de Terrasse couverte au RdC (surface 31,90 m2). La Figure 4 donne la constitution du diaphragme horizontal pour le niveau 1.

Hauteur premier niveau 3,00 m, hauteur second niveau : 5,80 m.

Toiture bi-pente symétrique avec pente de 18° (surface de toiture : 96,8 m2)

Surface habitable : 64,9+57,7 = 122,6 m2

Figure 1

Figure 2

Figure 3

Contreventements dans la direction x (en rouge sur les figures) :

· 2 panneaux sur la face avant

· 3 panneaux sur la face arrière

Contreventements dans la direction y (en vert sur les figures) :

· 3 panneaux sur la face avant

· 3 panneaux sur la face arrière

Triangulation horizontale de la toiture pour reconstituer un diaphragme horizontal.

Dalle béton pour l’étage faisant office de diaphragme horizontal (connecté à la charpente). La dalle est rectangulaire. La galerie avant de la maison est constituée par une structure légère, triangulée et rapportée en façade (cf. Figure 4).

Profilés laminés à chaud (pas de classe 4).

Figure 4 – Principe de contreventement horizontal au niveau 1

On considère que le niveau 1 est constitué par une dalle de béton rectangulaire de 9,40 x 7,80 m (soit une surface de 73,3 m2) faisant office de diaphragme horizontal, ainsi que par une galerie de coursive rapportée pour sur une dimension de 2,5 x 9,40 m (soit une surface de 23,5 m2) – cf. Figure 4. La dalle béton couvre la totale de la surface habitable du rez-de-chaussée, ainsi qu’une partie de la véranda.

Masses sismiques (poids propre + fraction des charges d’exploitation) associées aux diaphragmes :

Diaphragme béton niveau 1 : 450 kg/m2 x 73,3 m2 = 32985 kg

Galerie de coursive rapportée : 25 kg/m2 x (9,4 x 2) m2 = 470 587 kg

Diaphragme toiture :95 kg/m2 x 57,7 m2 = 5480 kg

Calculs basés sur :

250 kg/m2 pour la dalle béton

70 kg/m2 pour les parois verticales par demi-niveau (70 en toiture et 140 au niveau 1)

60 kg/m2 pour la fraction de charges d’exploitation sur le plancher du niveau 1

25 kg/m2 pour la toiture (et la galerie), y compris fermettes et triangulation.

Maison implantée aux Antilles, en zone de sismicité 5. Sol de classe E.

Application du guide CPMI

MI CM : Maison individuelle à ossature métallique

§ CP-MI

Règle

Commentaire

1 – Domaine d’application

1.1

Surface au sol inférieure à 200 m2

Respect des autres règles en vigueur, hors situation sismique

Oui

Oui

1.2

Zone sismique 5 et catégorie d’importance II

Oui

1.3

Charges d’exploitation des planchers

Charges permanentes

Oui

1.4

Contreventement

Panneaux de contreventement dans des plans parallèles dans 2 directions orthogonales

Ossature métallique comprenant des palées avec diagonales de contreventement

Oui

1.5

Conditions sur la toiture

Toiture légère (pas de dalle béton)

1.6

Nombre de niveaux = 2 (y compris toiture)

Pas de combles habitables

Dans le domaine d’application

2 niveaux au total à prendre en compte

1.7

Conditions sur la hauteur des niveaux

Hauteur de la toiture / plancher = 2,8 m. OK

Hauteur RdC = 3,0 m OK

1.8

Conditions sur les planchers

Diaphragme horizontal reliant toutes les palées de stabilité.

Sur les plans, réduire la trémie d’escalier à 4 m.

1.9

Conditions de site et de sol

1.10

Autre conditions

Pas d’étages en encorbellement

1.11

Modifications ultérieures

Sans objet ici

§ CP-MI

Règle

Commentaire

2 – Dispositions concernant la conception

2.1

Classes de sol

Prise en compte de la classe de sol EC8-1

2.2

2.2.2

2.2.3

Pas de points de vulnérabilité dans la liste

2.3.1

Critère 1 : Elancement = 10,3/9,4 = 1,09

Inférieure à 2,5 Oui.

Critère 2 : Compacité

Pour l’application du critère 2, on prend en compte la surface du diaphragme rigide, hors les structures légères rapportées.

Pour le niveau 1 et pour la toiture, le diaphragme horizontal est horizontal, et ne comporte donc pas de retrait : le critère est vérifié.

Critère 3 : Au moins 2 panneaux de contreventement parallèle par direction principale

Oui

Critère 4 : Position des panneaux par rapport au périmètre

Direction x : panneaux espacés de 7,40 > 3/4x9,40 = 7,05 m

Direction y : panneaux espacés de 7,80 > 3/4x10,30 = 7,72 m

Critère 5 : Limitation des effets de la torsion

Il faut proposer un critère pour la CM, par exemple : Dans les deux directions, le rapport entre la raideur cumulée la plus élevée des plans de contreventements sur une face extérieure et la raideur cumulée de la façade opposée doit être compris entre 0,41 et 2,5.

En se basant sur les longueurs cumulées : OK

Critère 6 : Sans objet pour la CM

2.3.2

Limitation de l’écart entre surface de planchers successifs

Continuité des éléments de contreventement de la toiture jusqu’aux fondations

La surface de diaphragme rigide du niveau 1 (hors structure légère de la coursive) vaut 7,8 x 9,4 = S1 = 73,3 m2. La surface du diaphragme de toiture vaut 7,8 x 7,4 = S2 = 57,7 m2.

0,8 S1 = 58,6 ≤ S2 = 57,7 ≤ S1 = 73,3 m2.

Le critère est vérifié.

Oui

2.3.3

Espacement entre blocs

Sans objet

2.3.4

2.4

Fondations

2.5.1

Porte-à-faux de toiture inférieure à 1,20 m

Porte-à-faux de toiture négligeables

2.5.2

Galerie de coursive rapportée.

La galerie est supportée par des poteaux, c’est donc le deuxième critère qui est considéré pour la largeur.

Masse de coursive = 470 kg, inférieure à 10% de la masse de diaphragme (0,1 x 32985 = 3286 kg) ; largeur 2,5 m, inférieure à 3,0 m et à 30 % de la longueur de façade (0,3 x 10,3 = 3,09 m).

Galerie triangulée.

2.6

Dimensionnement des murs de contreventement en maçonnerie chainée

Hors sujet

2.7

Dimensionnement des murs de contreventement en béton banché

Hors sujet

2.8

Dimensionnement des ossatures bois

Hors sujet

2.9.1

Calcul des charges voir plus bas

Rajouter les commentaires suivants :

· La force doit être distribuée entre les panneaux de contreventement au prorata de leur rigidité respective.

· Les effets de la torsion sont pris en compte dans la méthode simplifiée.

2.9.2

La clause sur la majoration des forces à prendre en compte pour le calcul des ancrages me parait excessivement conservative. A mon avis, il faudrait la supprimer. Elle a été rédigée à une époque où l’interprétation sur le dimensionnement en capacité des fondations n’était pas encore pleinement fixée.

2.9.3

Toiture

La toiture est contreventée horizontalement

Calcul des charges pour la structure à 2 niveaux :

mt At = 5480 kg

mp Ap = 32985 + 470 587 = 33455 33572 kg

= 33455 33572 / 5480 = 6,1

K = 0,77 pour un sol de classe E (colonne la plus défavorable =7,5)

F1 = 0,77 x 33455 33572 x 9,81 = 252 253 709 592 N = 252,7 6 kN

F2 = 2 x 0,77 x 5480 x 9,81 = 82 788 N = 82,8 kN

Les palées de contreventement étant toutes identiques, on peut calculer les charges sur l’une d’entre elles:

Direction x (5 palées) :

F1p = 50,4 kN

F2p = 16,6 kN

Direction y (6 palées) :

F1p = 42,1 kN

F2p = 13,8 kN

§ CP-MI

Règle

Commentaire

3 – Dispositions concernant l’exécution

Rajouter un chapitre pour l’exécution des structures acier, avec un renvoi vers : le DTU des maisons en acier, les recommandations sur les classes d’exécution et la norme NF EN 1090-2.

Références suggérées :

· NF DTU 32.2, Parties 1 à 3, Travaux de bâtiments, Construction d’ossatures en acier pour maisons et bâtiments résidentiels, publication AFNOR – CSTB courant 2015

· NF EN 1090-2 - Exécution des structures en acier et des structures en aluminium - Partie 2 : exigences techniques pour les structures en acier

· CNC2M N0145 – Recommandations pour la détermination des classes d’exécution selon l’EN 1090-2 pour les structures en acier de bâtiment – BNCM – Janvier 2015

Comparaisons avec les règles précédentes

Avant parution de l’arrêté modificatif qui imposera l’usage des nouvelles règles CPMI, les règles applicables d’après l’arrêté du 22 octobre 2010 [1] sont les suivantes :

· Norme PS-MI 89 pour les zones 1 à 4 [7]

· Règles dites CP-MI Antilles pour la zone 5 [8].

Dans le cas de la maison individuelle traitée dans ce document, les règles simplifiées éventuellement applicables sont donc les règles CP-MI Antilles. Or, le domaine d’application de ce document ne couvre pas les maisons individuelles en charpente métallique. Ces règles simplifiées ne sont donc pas applicables et les règles de dimensionnement sont les règles de l’Eurocode 8.

Pour évaluer l’impact éventuel de la mise en œuvre du projet de révision des textes CP-MI par rapport à la situation présente, il fait donc comparer le projet de nouvelles règles à celles de l’EN 1998-1.

Il faut souligner en préambule que la méthode simplifiée proposée dans le projet de nouvelles règles CP-MI [5] et [6] n’est qu’une adaptation sous forme tabulée de la méthode simplifiée déjà disponible dans l’Eurocode 8 pour les structures simples. L’application de la nouvelle méthode ne devrait donc pas à priori conduire à des écarts notables par rapport aux résultats des règles actuelles.

L’exercice est ici mené de calculer les charges sismiques sur la maison de l’exemple à l’aide de la méthode simplifiée, dite par force latérale, de l’EN 1998-1 (application du § 4.3.3.2 de [2]) :

accélération du sol :ag = 3,0 m/s2

coefficient de sol (classe E) :S = 1,4

masse totale de la structure :mtot = 33455 33572 + 5480 = 38935 39052 kg

coefficient de comportement (classe DCL) :q = 1,5

accélération spectrale de calcul :Sd = 2,5 ag S / q = 7 m/s2

effort tranchant total à la base :Fb = 1 x mtot x Sd = 272,63,4 kN

effort tranchant total à la base par la méthode du projet de CPMI : Fb = 335 kN

L’effort tranchant total à la base calculé avec la méthode du projet de CPMI intègre un coefficient forfaitaire de 1,20 pour prendre en compte les effets de la torsion accidentelle. Pour comparer les deux valeurs, il faut donc aussi prendre en compte la torsion accidentelle dans le calcul selon l’Eurocode 8. On applique pour cela la référence [9] applicable aux charpentes métalliques. La majoration forfaitaire à appliquer au calcul Eurocode vaut 1,20 dans la direction x et 1,21 dans la direction Y.

Finalement l’écart entre les deux méthodes reste limitée à environ 5 %.

Références

[1] Arrêté du 22 octobre 2010 relatif à la classification et aux règles de construction parasismique applicables aux bâtiments de la classe dite « à risque normal » (JORF 24/10/2010).

[2] NF EN 1998-1 : Eurocode 8 – Calcul des structures pour leur résistance aux séismes – Partie 1 : Règles générales, actions sismiques et règles pour les bâtiments. AFNOR – Septembre 2005

[3] NF EN 1998-1/NA : Eurocode 8 – Calcul des structures pour leur résistance aux séismes – Partie 1 : Règles générales, actions sismiques et règles pour les bâtiments. Annexe Nationale à la NF EN 1998-1. AFNOR – Décembre 2007.

[4] Recommandations pour la conception parasismique de structures métalliques ou mixtes en classe de ductilité DCL – CNC2M-N0035 (Commission de Normalisation de la Construction Métallique et Mixte) – 31/01/13 – Publiées dans la revue Construction Métallique 1/2013 et disponibles sur le site internet www.bncm.fr.

[5] Règles de construction parasismique des maisons individuelles – CPMI-EC8 Zones 3 et 4. Projet version mai 2016.

[6] Règles de construction parasismique des maisons individuelles – CPMI-EC8 Antilles. Projet version mai 2016.

[7] NF P06-014 - Règles de construction parasismique - Construction parasismique des maisons individuelles et des bâtiments assimilés - Règles PS-MI 89 révisées 92 Domaine d´application - Conception – Exécution – AFNOR – Mars 1995

[8] Guide CP-MI Antilles - Construction parasismique des maisons individuelles aux Antilles – Recommandations AFPS tome IV – Edition 2004

[9] RCM 2013-2 « Prise en compte forfaitaire de la torsion accidentelle sous charges sismique pour les plans de stabilité d’un niveau avec effet de diaphragme » - Revue construction métallique - CTICM

Rapport CTICM – DRV/13-RCM-112/001-A5 / 13