La conception des structures consiste à calculer les charges. Le cabinet d’ingénierie Nishkian en propose une description succincte : « Les charges sont communément comprises comme des forces qui provoquent des contraintes, des déformations ou des accélérations. Ces charges sont appliquées à une structure ou à ses composants qui provoquent des contraintes ou des déplacements. » Du concept général de « charge » découlent deux grandes catégories : les charges mortes et les charges vives. Comment diffèrent-elles ?
Charges mortes
En bref, la charge morte d’une structure comprend son poids achevé, généralement mesuré en livres par pied carré, avant sa mise en service. Les planchers, les murs, le toit, les colonnes, les escaliers, les équipements permanents et tout décor fixe constituent une charge statique qui ne change normalement pas au cours de la vie du bâtiment. Pour citer à nouveau Nishkian : « Les charges mortes tiennent compte des forces non dynamiques qui exercent une force continue et permanente sur une structure. »
Par conséquent, les calculs de la charge morte avant qu’un bâtiment ne prenne en charge les charges supplémentaires dues à l’occupation ou à l’utilisation, le poids de ses composants et les pressions appliquées vers le bas sur le sol doivent inclure le béton du système de fondation, les matériaux de construction prévus plus tout équipement de service tel que les ascenseurs, les unités et les conduits de CVC, la plomberie, les équipements fixes de fabrication, etc.
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Les charges vives font référence aux forces dynamiques provenant de l’occupation et de l’utilisation prévue. Elles représentent les forces transitoires qui peuvent être déplacées dans le bâtiment ou agir sur un élément structurel particulier. Également mesurées en psf, ces charges comprennent le poids anticipé des personnes, des meubles, des appareils, des automobiles, des équipements mobiles et autres.
L’American Society of Civil Engineers (ASCE) exige que les charges vives minimales dans la conception soient toujours supérieures aux charges vives maximales anticipées au cours de la durée de vie du bâtiment au cas où les charges seraient, en fait, dépassées. Les directives de l’ASCE prescrivent les charges vives en fonction des catégories d’occupation et d’utilisation prévues par type de bâtiment.
Parce que les charges vives dépendent de la résistance structurelle, la connaissance de l’utilisation exacte prévue du bâtiment est essentielle. La puissance de la charge morte, ou son absence, définit souvent la charge vive qu’elle peut supporter. Le béton armé génère les charges permanentes les plus lourdes, mais c’est aussi lui qui supporte le plus de poids grâce à son énorme résistance à la compression. L’acier de construction offre une charge morte beaucoup moins importante et supporte mieux les charges vives dans les bâtiments à plusieurs étages. Le bois naturel et le bois d’ingénierie reposent relativement légèrement sur les fondations mais supportent moins de charges vives que l’acier et le béton.
Le total des charges mortes et vives est égal à la « charge de gravité » de la structure. Mais d’autres charges encore agissent sur les bâtiments.
Charges environnementales
Avant qu’un édifice puisse passer les exigences du code, la conception structurelle doit également inclure d’autres charges dynamiques agissant sur lui latéralement. Ces charges environnementales peuvent provenir de la neige, du vent, des mouvements du sol et de l’activité sismique. Naturellement, les codes du Colorado Front Range sont légers en matière de contrôles sismiques mais tiennent certainement compte des conditions extrêmes de neige, de vent et de sol.
Sécurité contre économie
Lors de la conception de logements unifamiliaux et multifamiliaux, de bâtiments commerciaux, de détail, de bureaux, de parkings, de bâtiments agricoles ou industriels, le concepteur doit relever le défi de respecter et de dépasser les codes sans surconstruire. Bien que la sécurité doive toujours prévaloir, la construction d’une résistance structurelle excessive (charge morte) ajoute inutilement au coût final du projet. Ainsi, le choix de soutenir et d’encadrer avec du bois, de l’acier, du béton, ou des combinaisons, devient un élément critique dans la conception. Les charges vives qui exercent une pression et/ou une activité considérables dans la structure, comme c’est le cas pour un garage de stationnement, peuvent nécessiter du béton. Cependant, celles qui supportent moins de poids ou de mouvements intérieurs, comme celles des immeubles de bureaux à deux étages, peuvent suffire avec l’acier ou le bois. Avant de pouvoir obtenir l’approbation de la construction, vous devez avoir pris en compte toutes les charges dans votre conception.
Heureusement, vous n’avez pas besoin de partir de zéro en essayant de déterminer les poids des matériaux de construction, les charges moyennes d’occupation et les forces environnementales courantes lorsque vous commencez une conception structurelle. La richesse accumulée des connaissances en ingénierie et en architecture se retrouve dans des programmes informatiques facilement accessibles, tels que ceux utilisés par Barton Supply. N’hésitez pas à nous consulter pour votre projet. Nous pouvons vous aider pour l’estimation, les dessins d’atelier et la gestion de projet!