Cet article examine les joints nominalement goupillés (connexions simples) qui sont utilisés dans les cadres contreventés à plusieurs étages au Royaume-Uni. Cette forme de construction contreventée, avec des joints nominalement goupillés, est appelée « construction simple ».

L’article énumère les types de connexions simples qui sont les plus couramment utilisés au Royaume-Uni. Il présente les procédures pour leur conception selon l’Eurocode 3 et discute des mérites relatifs des types de connexions en bout de poutre. Les avantages de la standardisation des connexions sont discutés pour les connexions poutre-poutre et poutre-colonne utilisant des connexions à plaque d’ailettes et à plaque d’extrémité flexible.

Les épissures de colonne, les bases de colonne et les connexions de contreventement sont également discutées ainsi qu’une brève mention donnée aux connexions spéciales.

 
Détails des assemblages standard à plaques à ailettes

Types d’assemblages simples

Les assemblages simples sont des assemblages nominalement goupillés qui sont supposés transmettre uniquement le cisaillement d’extrémité et avoir une résistance négligeable à la rotation. Par conséquent ne transfèrent pas de moments significatifs à l’état limite ultime. Cette définition est à la base de la conception des charpentes contreventées à plusieurs étages au Royaume-Uni, conçues comme une « construction simple », dans laquelle les poutres sont conçues comme étant simplement soutenues et les colonnes sont conçues pour la charge axiale et les petits moments induits par les réactions d’extrémité des poutres. La stabilité est assurée à la charpente par des contreventements ou par le noyau en béton.

 
Connexions simples

Deux formes principales de connexion simple (comme indiqué à droite) sont utilisées au Royaume-Uni, à savoir:

  • Plaques d’extrémité flexibles et
  • Plaques d’ailettes.

Les connexions simples couramment rencontrées comprennent :

  • Les assemblages poutre-poutre et poutre-colonne utilisant :
    • Des plaques d’extrémité à profondeur partielle
    • Des plaques d’extrémité à profondeur totale
    • Des plaques à ailettes
  • Des épissures de colonne (plaques de couverture ou plaques d’extrémité boulonnées)
  • Des bases de colonne
  • Des assemblages de contreventement (plaques de gousset).

Des connexions simples peuvent également être nécessaires pour les joints obliques, les poutres excentrées par rapport aux colonnes et la connexion aux âmes des colonnes. Ceux-ci sont classés comme des connexions spéciales et sont traités séparément.

Procédures de conception

La conception des assemblages simples est basée sur la norme BS EN 1993-1-8 et son annexe nationale d’accompagnement. Les capacités des composants de l’assemblage sont basées sur les règles données dans la clause 3.6. L’espacement des fixations est conforme à la clause 3.5 et suit les recommandations présentées dans le « Livre vert » (SCI P358).

La publication n° 126 de l’ECCS fournit également des conseils utiles sur la conception des connexions simples selon l’Eurocode 3.

Considérations sur les joints

Classification des joints

Selon la norme BS EN 1993-1-8, joints nominalement goupillés :

  • Doivent être capables de transmettre les forces internes, sans développer de moments significatifs qui pourraient affecter négativement les membres ou la structure dans son ensemble et
  • Sont capables d’accepter les rotations résultantes sous les charges de conception

En outre, le joint doit :

  • fournir la retenue directionnelle aux membres qui a été supposée dans la conception des membres
  • avoir une robustesse suffisante pour satisfaire aux exigences d’intégrité structurale (résistance au liage).

BS EN 1993-1-8 exige que tous les assemblages soient classés ; par la rigidité, qui est appropriée pour l’analyse globale élastique, ou par la résistance, qui est appropriée pour l’analyse globale plastique rigide, ou par la rigidité et la résistance, qui est appropriée pour l’analyse globale élastique-plastique.

Classification par la rigidité:

La rigidité initiale en rotation de l’assemblage, calculée conformément à la norme BS EN 1993-1-8 , 6.3.1 est comparée aux limites de classification données dans la norme BS EN 1993-1-8, 5.2.2.

Alternativement, les assemblages peuvent être classés sur la base de preuves expérimentales, de l’expérience de performances antérieures satisfaisantes dans des cas similaires ou par des calculs basés sur des preuves d’essais.

Classification en fonction de la résistance:

Les deux exigences suivantes doivent être satisfaites pour classer un assemblage comme étant nominalement goupillé, en fonction de sa résistance:

  • La résistance au moment de conception de l’assemblage ne dépasse pas 25% de la résistance au moment de conception requise pour un assemblage à pleine résistance
  • L’assemblage doit être capable d’accepter les rotations résultant des charges de conception.

L’annexe nationale britannique de la norme BS EN 1993-1-8 indique que les assemblages conçus conformément au « livre vert » (SCI P358) peuvent être classés comme des joints à goupilles nominales.

Tous les assemblages standards donnés dans le ‘Livre Vert’ (SCI P358) peuvent être classés comme nominalement goupillés sur la base des exigences de résistance ainsi que de la vaste expérience des détails utilisés dans la pratique. Il convient d’être prudent avant de modifier les détails standard, car la connexion qui en résulte peut ne pas être conforme aux dispositions de l’annexe nationale britannique. En particulier:

  • La capacité de rotation des détails standard des plaques d’ailettes a été démontrée par des essais ; les détails modifiés peuvent ne pas être ductiles
  • L’épaisseur des plaques d’extrémité de pleine profondeur a été limitée pour garantir que la résistance au moment est inférieure à 25% d’un joint de pleine résistance, et peut donc être classée comme étant nominalement goupillée.

Intégrité structurelle

Les règlements de construction britanniques exigent que tous les bâtiments soient conçus pour éviter un effondrement disproportionné. Communément, ceci est réalisé en concevant les joints d’une charpente en acier (les connexions poutre-colonne et les épissures de colonne) pour les forces de liaison. Des conseils sur les valeurs de conception des forces de liaison sont donnés dans la norme BS EN 1991-1-7 Annexe A, et son annexe nationale britannique. Les exigences se rapportent à la classe du bâtiment, avec une valeur de conception de la force de liaison horizontale généralement non inférieure à 75 kN, et généralement beaucoup plus élevée. Les détails de la plaque d’extrémité à pleine profondeur ont été développés pour fournir une résistance accrue à l’arrachement par rapport aux détails de la plaque d’extrémité à profondeur partielle. D’autres détails sur la robustesse structurelle sont présentés dans le SCI P391 .

Sélection des types de connexion

La sélection des connexions d’extrémité de poutre peut souvent être assez impliquée. Les mérites relatifs des trois types de connexion (plaques d’extrémité à profondeur partielle, plaques d’extrémité à profondeur totale et plaques à ailettes) sont résumés dans le tableau ci-dessous. La sélection des poutres et des connexions est généralement la responsabilité de l’entrepreneur en charpente métallique qui choisira le type de connexion en fonction de la charge de travail de fabrication, de l’économie et de la stabilité temporaire pendant le montage.

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Mérites relatifs des types d’assemblages d’extrémité de poutre
Plaque d’extrémité à profondeur partielle Plaque d’extrémité à profondeur totale Plaque d’ailette
Conception
Résistance au cisaillement – pourcentage de la résistance de la poutre Jusqu’à 75% 100% Jusqu’à 50%
Jusqu’à 75% avec deux lignes verticales de boulons
Résistance à l’arrachement Juste Bon Bon
Considérations particulières
Joints obliques Correct Correct Bon
Poutres excentrées par rapport aux colonnes Correct Bien Bien
Connexion aux âmes des colonnes Bien Bien Bien Bien
Pour faciliter le montage, le dénudage des brides peut être nécessaire. Un raidissement peut être nécessaire pour les longues plaques d’ailettes
Fabrication et traitement
Fabrication Bon Bon Bon
Un raidissement peut être nécessaire pour… longues plaques à ailettes
Traitement de surface Bon Bon Bon
Montage
Facilité de montage Parfait
Conscience nécessaire pour les assemblages à deux
Correct
Soins nécessaires pour les connexions bilatérales
Bien
Ajustement du site Bien Bien Bien
Stabilité temporaire Bien Bon Pair

Planchers composites

Il est reconnu que l’interaction avec un plancher composite affectera le comportement d’une connexion simple. La pratique courante consiste à concevoir ces connexions sans utiliser les avantages de la continuité de l’armature à travers la dalle de béton. Cependant, la norme SCI P213 permet de tenir compte de la continuité de l’armature en fournissant des assemblages relativement simples à plaque d’extrémité pleine profondeur avec une résistance substantielle aux moments. Dans un cadre contreventé, cette résistance peut être utilisée pour réduire le moment et la déflexion à mi-portée, ce qui facilite la sélection d’une poutre plus petite.

Coûts

Les connexions simples sont invariablement moins chères à fabriquer que les connexions résistant aux moments, car elles impliquent beaucoup moins d’efforts de fabrication, en particulier dans le soudage.

Donner des conseils spécifiques sur les coûts est difficile, car les taux d’exécution d’un entrepreneur en acier peuvent varier considérablement et dépendent du niveau d’investissement dans l’usine et les machines. Cependant, l’objectif principal est de minimiser le contenu du travail. Le coût du matériel pour les raccords et les boulons est faible par rapport aux coûts de la main-d’œuvre, qui sont dominés par le contenu du soudage. Dans un atelier de fabrication typique, le coût de fabrication des raccords peut représenter 30 à 50% du coût total de fabrication.

Durabilité

Les raccords normalisés sont efficaces dans leur production. Les entrepreneurs en charpente métallique équipent leurs ateliers de machines spécialisées qui augmentent la vitesse de fabrication, ce qui leur permet de produire des raccords et de préparer les éléments beaucoup plus rapidement qu’ils ne le feraient si la configuration de l’assemblage était différente à chaque fois.

Les détails normalisés signifient que la charpente métallique est simple à monter, ce qui offre un environnement de travail plus sûr pour les monteurs d’acier.

En raison de la nature de la plupart des joints boulonnés, les assemblages sont démontables à la fin de la vie utile de la structure. La charpente métallique peut être démontée, réutilisée ou recyclée, ce qui réduit l’impact environnemental de la construction.

Accords normalisés

Les avantages de la normalisation

Dans une charpente typique à plusieurs étages contreventés, les assemblages peuvent représenter moins de 5% du poids de la charpente, et 30% ou plus du coût total. Des connexions efficaces auront donc le plus faible contenu en main-d’œuvre de détail, de fabrication et de montage.

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Composants recommandés
Composant Option préférée Notes
Accessoires Matériau de qualité S275 Tailles recommandées des plaques d’extrémité et des plaques d’ailettes – voir le tableau ci-dessous
Boulons M20 8.8 Boulons, entièrement filetés Certains assemblages fortement chargés peuvent nécessiter des boulons de plus grand diamètre

Les boulons de fondation peuvent être M20, M24, M30, 8.8 ou 4.6

Trous Généralement de 22 mm de diamètre, perforés ou percés Diamètre de 26 mm pour les boulons M24

Surdimensionnement de 6 mm pour les boulons de fondation

Soudures Soudures d’angle généralement de 6 mm ou 8 mm de longueur de branche Des soudures plus grandes peuvent être nécessaires pour certaines bases de colonnes

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Dimensions recommandées des plaques d’extrémité et des plaques d’ailettes
Raccords L’emplacement
Dimensions (mm) Épaisseur (mm) Plaque d’extrémité Plaque d’ailettes
100 10
120 10
150 10
160 10
180 10
200 12

Poutre-à poutre et de poutre à colonne

Les procédures de conception données ci-dessous conviennent soit pour le calcul manuel, soit pour la préparation de logiciels informatiques.

La conception des assemblages à la main peut être un processus laborieux et c’est pourquoi un ensemble complet de tableaux de résistance a été inclus dans le « Livre vert » (SCI P358).

La vérification de la résistance d’un assemblage à goupilles nominales comporte trois étapes :

  1. S’assurer que l’assemblage est détaillé de telle sorte qu’il ne développe que des moments nominaux qui n’affectent pas négativement les membres ou l’assemblage lui-même. Le joint doit être détaillé de manière à ce qu’il se comporte de manière ductile.
  2. Identifier le chemin de la charge à travers le joint, c’est-à-dire de la poutre à l’élément porteur.
  3. Vérifier la résistance de chaque composant.

Pour la conception normale, il y a dix vérifications de la procédure de conception pour toutes les parties d’un joint poutre à poutre ou poutre à poteau pour le cisaillement vertical.

Six autres vérifications sont nécessaires pour vérifier la résistance à l’arrachement du joint. Les assemblages poutre-colonne doivent pouvoir résister aux forces de liage latérales, à moins que ces forces ne soient résistées par d’autres moyens dans la structure, comme les dalles de plancher.

Le tableau ci-dessous résume les vérifications de la procédure de conception requises pour les plaques d’extrémité à profondeur partielle, les plaques d’extrémité à profondeur totale et les plaques à ailettes. Les procédures de conception sont décrites en détail dans le « Livre vert » (SCI P358).

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Procédure de conception des assemblages de poutres – Tableau récapitulatif
Contrôles de la procédure de conception Plaque d’extrémité à profondeur partielle Plaque d’extrémité à profondeur totale.profondeur Plaque d’extrémité à pleine profondeur Plaque d’aile
1 Pratique de détail recommandée
2 Poutre supportée Welds Welds Groupe de boulons
3 Poutre supportée N/A N/A Plaque d’ailettes
4 Poutre supportée Toile en cisaillement
5 Poutre supportée Résistance à une entaille N/A Résistance à une entaille
6 Poutre supportée Stabilité locale de la poutre entaillée N/A Stabilité locale de la poutre avec entaille
7 Poutre supportée sans contrainte Stabilité globale de la poutre avec entaille N/A Stabilité globale de la poutre avec entaille
La poutre avec entaille
8 Connexion Groupe de boulons Groupe de boulons Tôles
9 Connexion Plaque d’extrémité en cisaillement N/A N/A
10 Poutre/colonne porteuse Cisaillement et roulement
11 Résistance à la traction Plaque et boulons
12 Résistance à la traction Epaisseur de poutre porteuse
13 Résistance à l’arrachement Epaisseurs
14 Résistance à l’arrachement Epaisseur de poteau porteuse (UKC ou UKB)
15 Résistance à l’arrachement Mur du poteau porteur (RHS ou SHS)
16 Résistance à la traction N/A N/A Mur du poteau porteur (CHS)

Notes :Les vérifications de la résistance à la flexion, au cisaillement, au flambement local et latéral d’une section de poutre entaillée sont incluses dans ce tableau car c’est généralement au stade du détail que l’exigence d’entailles est établie, après quoi, une vérification doit être faite sur la section réduite

Connexions poutre-poutre

Connexions poutre-colonne

.poteau

Connexions de plaques d’extrémité flexibles

 
Connexions de plaques d’extrémité de poutre à poteau et de poutre à poutre

Des connexions de plaques d’extrémité flexibles typiques sont illustrées dans la figure de droite. La platine d’extrémité, qui peut être de profondeur partielle ou totale, est soudée à la poutre supportée en atelier. La poutre est ensuite boulonnée à la poutre ou au poteau porteur sur le site.

Ce type de connexion est relativement peu coûteux mais présente l’inconvénient de ne pas offrir de possibilités d’ajustement sur site. Les longueurs globales des poutres doivent être fabriquées dans des limites serrées, bien que des paquets puissent être utilisés pour compenser les tolérances de fabrication et les tolérances d’érection.

Les plaques d’extrémité sont probablement les plus populaires des connexions de poutres simples actuellement utilisées au Royaume-Uni. Elles peuvent être utilisées avec des poutres obliques et peuvent tolérer des décalages modérés dans les joints entre poutres et poteaux.

Le fluoperçage, les Hollo-Bolts, les boulons aveugles ou d’autres assemblages spéciaux sont utilisés pour les connexions aux colonnes à section creuse.

Les exigences de détail et les contrôles de conception pour les assemblages de plaques d’extrémité à profondeur partielle et à profondeur totale, qui sont applicables aux assemblages poutre-poutre ainsi qu’aux assemblages poutre-colonne, sont couverts de manière exhaustive dans le « Livre vert » (SCI P358). Ils comprennent des procédures, des exemples travaillés, des tableaux de détails et de résistance de conception.

Un outil de conception de plaques d’extrémité est également disponible.

Les détails standard des plaques d’extrémité flexibles (plaques d’extrémité de pleine profondeur et de profondeur partielle) sont présentés dans la figure ci-dessous, ainsi que les dimensions et les raccords recommandés.

 
Connexions standard des plaques d’extrémité flexibles

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Boulons ordinaires et Flowdrill
Poutre supportée Dimension recommandée de la plaque d’extrémité
bp × tp
Jauge de boulon
p3
Jusqu’à 533 UB 150 × 10 90
533 UB et plus 200 × 12 140
Boulons : M20 dans des trous de 22 mm de diamètre
Plaque d’extrémité: Acier S275, longueur minimale 0.6hb1
où hb1 est la profondeur de la poutre supportée
Pas vertical: p1=70 mm
Distance d’extrémité: e1=40 mm
Distance de bord : e2=30 mm

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Hollo-…Boulons
Poutre supportée Dimension recommandée de la plaque d’extrémité
bp × tp
Jauge du boulon
p3
Jusqu’à 533 UB 180 × 10 90
533 UB et plus 200 × 12 110
Plaque d’extrémité : Acier S275, longueur minimale 0.6hb1
où hb1 est la profondeur de la poutre supportée
Pas vertical: p1=80 mm
Distance à l’extrémité: e1=45 mm
Distance au bord : e2=45 mm

Plaques à ailettes

 
Connexions des plaques à ailettes poutre à poteau et poutre à poutre

Les connexions des plaques à ailettes sont économiques à fabriquer et simples à monter. Ces assemblages sont populaires, car ils peuvent être les assemblages les plus rapides à ériger et permettent de surmonter le problème des boulons partagés dans les assemblages à deux côtés.

Un assemblage par plaque à ailettes consiste en une longueur de plaque soudée en atelier à l’élément porteur, à laquelle l’âme de la poutre supportée est boulonnée sur place, comme le montre la figure ci-dessous. Il y a un petit jeu entre l’extrémité de la poutre supportée et le poteau de support.

Les assemblages par plaque à ailettes

Dans la conception d’un assemblage par plaque à ailettes, il est important d’identifier la ligne d’action appropriée pour le cisaillement. Il y a deux possibilités : soit le cisaillement agit sur la face du poteau, soit il agit le long du centre du groupe de boulons reliant la plaque d’ailette à l’âme de la poutre. Pour cette raison, les deux sections critiques doivent être vérifiées pour un moment minimum pris comme le produit du cisaillement vertical et de la distance entre la face du poteau (ou l’âme de la poutre) et le centre du groupe de boulons. Les deux sections critiques sont ensuite vérifiées pour le moment résultant combiné au cisaillement vertical. En raison de l’incertitude du moment appliqué à la plaque d’ailette, les soudures de la plaque d’ailette sont dimensionnées pour être à pleine résistance.

Les assemblages par plaque d’ailette tirent leur capacité de rotation dans le plan de la déformation du boulon en cisaillement, de la déformation des trous de boulon en appui et de la flexion hors plan de la plaque d’ailette. Notez que les plaques d’ailettes avec de longues projections ont tendance à se tordre et à se rompre par flambement latéral en torsion. Une vérification supplémentaire pour prendre en compte ce comportement est incluse dans les procédures de conception des assemblages de plaques à ailettes.

Le « livre vert » (SCI P358) couvre les exigences de détail, les contrôles de conception et les procédures applicables à la conception des plaques à ailettes. Des exemples travaillés et des tableaux de résistance de conception sont également donnés dans cette publication.

Un outil de conception de plaques à ailettes est également disponible.

 
Détails des connexions standard des plaques à ailettes


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Détails des connexions standard des plaques à ailettes
Profondeur nominale de la poutre supportée
(mm)
Lignes de boulons verticaux
n2
Dimension recommandée de la plaque d’ailette
(mm)
Espacement horizontal des boulons, e2/e2 ou e2/ p2/e2
(mm)
Espace, gh
(mm)
≤610 1 100 × 10 50/50 10
>610* 1 120 × 10 60/60 20
≤610 2 160 × 10 50/60/50 10
>610* 2 180 × 10 60/60/60 20
Boulons : M20 8.8 dans des trous de 22 mm de diamètre
Plaque: S275 acier, longueur minimale 0.6hb1 où hb1 est la profondeur de la poutre soutenue
Soudure : Deux congés de 8 mm pour des plaques de 10 mm d’épaisseur

* Pour les poutres de plus de 610 mm de profondeur nominale, le rapport portée/profondeur de la poutre ne doit pas dépasser 20 et la distance verticale entre les boulons extrêmes ne doit pas dépasser 530 mm. boulons extrêmes ne doit pas dépasser 530 mm

L’intérêt croissant pour l’utilisation du S355 pour les plaques d’ailettes a suscité des questions sur la rigidité de ces connexions – sont-elles toujours nominalement goupillées ? Pour répondre à cette question, la BCSA et Steel for Life ont demandé à SCI de mener une étude comparant le comportement des assemblages de plaques d’ailettes avec des plaques d’ailettes S275 et S355. L’étude a conclu que tant que la géométrie d’assemblage standardisée présentée dans le livre vert est respectée, les plaques à ailettes de 10 mm en S355 sont classées comme des assemblages à goupilles nominales et peuvent être utilisées comme alternative aux plaques S275. De plus amples informations sont disponibles dans un article du numéro de mai 2018 du magazine NSC.

Épissures de colonne

 
Connexions d’épissures

Les épissures de colonne dans la construction à plusieurs étages sont nécessaires pour assurer la résistance et la continuité de la rigidité autour des deux axes des colonnes. Les épissures de colonne boulonnées typiques utilisées pour les éléments laminés à section en I et à section creuse sont illustrées dans la figure de droite.

Les épissures sont généralement prévues tous les deux ou trois étages et sont habituellement situées à environ 600 mm au-dessus du niveau du plancher. Cela permet d’obtenir des longueurs pratiques pour la fabrication, le transport et le montage, et donne un accès facile depuis l’étage adjacent pour le boulonnage sur le site. La fourniture d’épissures à chaque niveau d’étage est rarement économique car l’économie de matériau de colonne est généralement largement compensée par les coûts de matériau, de fabrication et de montage de la fourniture de l’épissure.

Épissures de plaques de couverture boulonnées pour les sections en I :

Il existe deux catégories pour ce type d’assemblage:

  • type palier
  • type non palier.

Dans l’épissure de type palier (voir figure ci-dessous), les charges sont transférées en palier direct depuis l’arbre supérieur, soit directement, soit par l’intermédiaire d’une plaque de division. L’épissure de type « palier » est l’assemblage le plus simple, comportant généralement moins de boulons que l’épissure sans palier, et c’est donc celui qui est le plus utilisé dans la pratique.

Lorsqu’il n’y a pas de tension nette, un assemblage standard peut être utilisé, mais la norme BS EN 1993-1-8 impose que les plaques d’épissure et les boulons transmettent au moins 25% de la force de compression maximale dans la colonne.

Pour les épissures de type palier, la résistance à l’arrachement est susceptible d’être le contrôle critique.

 
Joints de poteaux porteurs pour les sections en I laminées


Les joints catégorisés de type non porteur (voir figure ci-dessous) transfèrent les charges par l’intermédiaire des boulons et des plaques de jonction. Tout roulement direct entre les éléments est ignoré, la connexion étant parfois détaillée avec un espace physique entre les deux arbres. La conception d’une épissure sans palier est plus complexe, car toutes les forces et tous les moments doivent être transmis par les boulons et les plaques d’épissure. Pour les épissures de type non porteur, les exigences minimales de la norme BS EN 1993-1-8 sont très onéreuses, étant basées sur la capacité de l’élément plutôt que sur la force appliquée.

Comme les épissures sont généralement prévues juste au-dessus du niveau du plancher, le moment dû à l’action de l’étai est considéré comme insignifiant. Les moments induits dans les épissures placées à d’autres positions, cependant, doivent être pris en compte.

 
Des épissures de colonne non porteuses pour les sections en I laminées


Les épissures de colonne devraient maintenir les éléments reliés en ligne et, dans la mesure du possible, les éléments devraient être disposés de telle sorte que l’axe centroïde du matériau de l’épissure coïncide avec l’axe centroïde des sections de colonne au-dessus et au-dessous de l’épissure. Si les sections de colonne sont décalées (par exemple pour maintenir une ligne externe constante), le moment dû à l’excentricité doit être pris en compte dans la conception de l’assemblage.

Les vérifications de conception requises pour les épissures de colonnes à plaques de couverture boulonnées ainsi que les procédures, les exemples travaillés, les exigences de détail et les tableaux de résistance de conception sont disponibles dans le chapitre 6 du « Livre vert » (SCI P358).

Joints boulonnés ‘cap et base’ ou ‘plaque d’extrémité’ pour les sections tubulaires et laminées en I

 
Joint ‘cap et base’ ou ‘plaque d’extrémité’

Ce type de joint, consistant en des plaques qui sont soudées aux extrémités des colonnes inférieures et supérieures, puis simplement boulonnées ensemble sur le site, est couramment utilisé dans la construction tubulaire, mais peut également être utilisé pour les sections ouvertes.

La forme la plus simple de l’assemblage est celle présentée sur la figure de droite et est satisfaisante tant que les extrémités de chaque arbre sont préparées de la même manière que pour une épissure de type palier. La possibilité d’inversion de la charge doit être prise en compte, en plus de la stabilité pendant l’érection et des exigences de ligature.

Bien que couramment utilisé, il est difficile de démontrer que les épissures de chapeau et de base répondent aux exigences de la clause 6.2.7.1(14) de la BS EN 1993-1-8. Si ces types d’épissures sont utilisés, la pratique courante est de s’assurer que les plaques sont épaisses, et que les boulons sont situés près des brides pour augmenter la rigidité de l’assemblage. Des plaques allongées, avec des boulons situés à l’extérieur du profil de la section, peuvent être utilisées. Si les épissures des plaques de chapeau et de base sont situées loin d’un point de contrainte, il faut veiller à assurer une rigidité adéquate pour que la conception de l’élément ne soit pas invalidée.

Les épissures de poteaux « chapeau et base » ou « plaque d’extrémité » sont traitées au chapitre 6 du « Livre vert » (SCI P358). Les exigences de détail, les procédures de conception, les exemples travaillés et les tableaux de résistance de conception sont donnés.

Bases de colonne

 
Bases de colonne typiques

Les bases de colonne typiques, comme le montre la figure de droite, consistent en une seule plaque soudée d’angle à l’extrémité de la colonne et fixée à la fondation par quatre boulons de maintien. Les boulons sont coulés dans la base en béton dans des tubes ou des cônes de positionnement et sont équipés de plaques d’ancrage pour éviter tout arrachement. Un coulis à haute résistance est versé dans l’espace situé sous la plaque (voir la figure ci-dessous).

Ces bases de colonnes ne sont souvent soumises qu’à une compression axiale et à un cisaillement. Cependant, le soulèvement et le cisaillement horizontal peuvent être un cas de conception pour les bases de colonne dans les baies contreventées.

 
Boulons de maintien de base de colonne


Connexion de base de colonne

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Exemple de talon de cisaillement

Une simple plaque de base rectangulaire ou carrée est presque universellement utilisée pour les colonnes de construction simple. La plaque de base doit être de taille et de résistance suffisantes pour transmettre la force de compression axiale de la colonne à la fondation par le biais du matériau d’assise, sans dépasser la résistance locale à l’appui de la fondation.

Un outil de conception de plaque de base est disponible.

Les bases de colonne sont généralement conçues pour transférer la force de la colonne à la plaque de base en appui direct. Les systèmes de maintien sont conçus pour stabiliser la colonne pendant la construction, et résister à tout soulèvement dans les baies contreventées. Dans certains cas, on suppose que le cisaillement horizontal modeste est également porté par les boulons de retenue.

Transfert du cisaillement horizontal

La façon dont les forces de cisaillement horizontal sont transférées à la fondation n’est pas bien étudiée. Certains concepteurs vérifient la résistance des boulons de retenue, et s’assurent qu’ils sont convenablement jointoyés. Cette pratique a été suivie avec succès pour les bases des portiques, qui supportent un cisaillement important.

Les baies en treillis peuvent avoir des forces de cisaillement relativement élevées. Les concepteurs peuvent opter pour la fourniture d’un talon de cisaillement soudé à la face inférieure de la plaque de base, bien que l’évidement puisse compliquer le coulage de la fondation et qu’une attention particulière doive être accordée à l’opération d’injection de coulis. Les méthodes de conception qui couvrent ce type de détail sont données dans le « livre vert » (SCI P398).

Le cisaillement entre l’extrémité du poteau et la plaque de base sera transmis par des soudures entre le poteau et la plaque de base. Les soudures peuvent être prévues sur l’âme uniquement, ou autour de certaines parties du profilé – on constate généralement que la résistance des soudures est plus qu’adéquate pour des forces de cisaillement modestes.

Accords de contreventement

 
Accordement de contreventement typique à un gousset

Les éléments de contreventement comprennent les plats, les angles, les canaux, les sections en I et les sections creuses. Les dispositions de contreventement peuvent impliquer que les éléments de contreventement travaillent en tension seule, ou à la fois en tension et en compression. Dans la plupart des cas, l’élément de contreventement est fixé par boulonnage à un gousset, qui est lui-même soudé à la poutre, au poteau, ou plus communément soudé à la poutre et à sa connexion d’extrémité comme le montre la figure de droite.

Les systèmes de contreventement sont généralement analysés en supposant que toutes les forces se croisent sur les axes centraux des éléments. Cependant, la réalisation de cette hypothèse dans les détails de connexion peut entraîner une connexion avec une plaque de gousset très grande, en particulier si le contreventement est peu profond ou raide. Il est souvent plus commode de disposer les intersections des éléments pour réaliser un assemblage plus compact et de vérifier localement les effets des excentricités qui sont introduites.

Les assemblages de contreventement sont généralement réalisés avec des boulons non préchargés dans des trous de dégagement. En théorie au moins, cela permet un certain mouvement dans l’assemblage, mais en pratique, cela est ignoré dans la construction orthodoxe. Dans certains cas, il se peut que le mouvement lors de l’inversion soit inacceptable – des connexions préchargées devraient être utilisées dans ces circonstances.

Le processus général de conception est le suivant :

  • Identifier le chemin de charge à travers l’assemblage
  • Arranger l’assemblage pour s’assurer que l’intention de conception des membres est réalisée, par exemple, les assemblages de poutres restent nominalement épinglés
  • Inclure les effets de toute excentricité significative
  • Vérifier les composants de l’assemblage.

Connexion goupillée pour un élément de contreventement tubulaire

Les règles de conception pour déterminer la résistance de la plaque de gousset sont données dans le « livre vert » (SCI P358).

Un outil de conception des goussets est également disponible.

Assemblages spéciaux

Les assemblages de charpente métallique pour une construction simple, illustrés ci-dessus, produiront généralement la charpente métallique la plus économique. Un écart par rapport à ces assemblages entraînera inévitablement une augmentation du coût global. L’augmentation des coûts de dessin de détail, de fabrication et de montage peut être supérieure à 100% si les connexions non standard constituent la majorité des connexions utilisées.

Le besoin de connexions spéciales peut souvent être évité par une sélection judicieuse des tailles des éléments. Une structure de poids minimum n’est probablement pas la plus rentable. Il est donc de bonne pratique économique de s’assurer que la charpente métallique peut être placée avec des axes centraux sur des grilles établies. Les ailes supérieures des poutres doivent, si possible, être à un niveau constant, mais ceci est moins critique pour le coût que les assemblages excentriques.

Lors de la conception d’assemblages spéciaux, il peut être possible d’utiliser une version modifiée d’un des assemblages normalisés donnés dans le Livre Vert, sous réserve de vérifications supplémentaires de la conception. Les principes de conception et les règles de dimensionnement des composants donnés dans le Livre vert doivent être incorporés dans la conception des connexions autant que possible.

Des exemples typiques de situations où des assemblages spéciaux sont nécessaires sont présentés dans le « Livre vert » (SCI P358).

  1. 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 BS EN 1993-1-8:2005. Eurocode 3 : Conception des structures en acier. Conception des assemblages, BSI
  2. 2.0 2.1 2.2 NA à BS EN 1993-1-8:2005. Annexe nationale britannique à l’Eurocode 3 : Conception des structures en acier. Conception des assemblages, BSI
  3. Publication ECCS n° 126 Recommandations européennes pour la conception des assemblages simples dans les structures en acier. J. P. Jaspart et al. 2009.
  4. BS EN 1991-1-7:2006+A1:2014. Eurocode 1 : Actions sur les structures. Actions générales. Actions accidentelles. BSI
  5. NA+A1:2014 à BS EN 1991-1-7:2006+A1:2014. Annexe nationale britannique à l’Eurocode 1 : Actions sur les structures. Actions générales. Actions accidentelles. BSI

Lecture complémentaire

  • Manuel des concepteurs en acier 7e édition. Rédacteurs B Davison & G W Owens. The Steel Construction Institute 2012, chapitre 27
  • Architectural Design in Steel – Trebilcock P and Lawson R M published by Spon, 2004

Ressources

  • SCI P358 Joints in Steel Construction – Simple Joints to Eurocode 3, 2014
  • SCI P213 Assemblages dans la construction – Assemblages composites, 1998
  • SCI P391 Robustesse structurelle des bâtiments à ossature en acier, 2011
  • SCI P398 Assemblages dans la construction en acier : Joints résistants aux moments selon l’Eurocode 3, 2013
  • Spécification nationale des charpentes métalliques (7e édition), publication n° 62/20, BCSA 2020
  • Ressource d’enseignement de l’architecture. Guide de studio. SCI 2003

Outils de conception de connexions :

  • Créateur de plaques de base
  • Créateur de plaques d’extrémité
  • Créateur de plaques d’ailettes
  • Créateur de plaques de gousset

Voir aussi

  • Les bâtiments de bureaux à plusieursétages
  • Coût de la charpente métallique
  • Durabilité
  • Produits de construction en acier
  • Cadres contreventées
  • Construction composite
  • Codes de conception et normes
  • Modélisation et analyse
  • . et analyse
  • Connexions résistantes aux moments
  • Robustesse structurelle
  • Fabrication
  • Soudage
  • Précision de la fabrication de l’acier
  • Construction
  • Boulonnage préchargé

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