Principe de la methode modale spectrale

Généralité sur la conception de l’ouvrage

INTRODUCTION

L’étude des structures est une étape clé, et c’est un passage obligatoire dans l’acte de bâtir. Faire cette étude vise à mettre en application les connaissances acquises durant les années de formation de master.
La conception de ce projet s’élabore en tenant compte des aspects fonctionnels, structuraux et formels, donc il est nécessaire de connaitre l’éventail des solutions possibles avec leurs suggestions particulières, leurs limites et leurs couts.

PRESENTATION DE L’OUVRAGE

Ce projet s’oriente vers l’étude structurale d’un bâtiment R+8 étages en charpente métallique à usage d’habitation, qui se situe à REMCHI.
L’ossature est formée d’une structure en charpente métallique (poteaux. poutres), et de dalles mixtes collaborant (acier – béton).

Coefficient dynamique (cd)

Du fait qu’il s’agit d’un bâtiment à ossature est comportant des murs, et dont la hauteur h est inférieure à 100 m et a 4 fois la dimension du bâtiment mesurée dans la direction perpendiculaire à la direction du vent, la valeur simplifiée est conservative 𝑪𝒅= 1 peut être considérée (cf. chapitre 3 § 3.2).
Cependant pour montrer l’applicabilité de la procédure détaillée le tableau ci-dessous illustre les différentes étapes de calcul de coefficient Cd.

Coefficient de pression intérieure (Cpi)

Le coefficient de pression intérieure Cpi prend en considération l’influence des ouvertures sur la charge du vent appliqué sur la structure, il est en fonction de l’indice de perméabilité μp et du rapport h/d.
Dans ce cas il s’agit d’un bâtiment résidentiel (bâtiment cloisonné) donc l’indice de perméabilité doit être nul, mais d’après la figure 5.14 du (RNV2013) ce dernier est pris au minimum μp = 0.3.
La direction V1, V3 du vent (b = 19.3 m) : h = 31.2< 2×b = 2 × 19,3 = 38,6 (cas b)
La hauteur h est supérieure à la longueur b du côté, mais inférieure à 2b, donc la paroi doit être considérée comme étant constitués de deux parties :
– Une partie inférieure s’élevant du sol jusqu’à une hauteur égale à b.
– Une partie supérieure du reste de la hauteur jusqu’au sommet.
La direction V2, V4 du vent (b = 10 m) : h = 31.2 > 2× b = 2 × 10 = 20 (cas c)
La hauteur h est supérieure à 2b, donc la paroi doit être considérée comme étant constitués de plusieurs parties :
– Une partie inférieure s’élevant du sol jusqu’à une hauteur égale à b.
– Une partie supérieure s’étendant vers le bas, depuis le sommet, sur un hauteur à égale b.
– Une partie intermédiaire, entre la partie inférieure et la partie supérieure, divisée en un nombre suffisant de bandes horizontales de hauteur maximale b.

Coefficient de rugosité(Cr)

Le coefficient de rugosité traduit l’influence de la rugosité et de la hauteur sur la vitesse moyenne du vent.

Charge d’exploitation

Les charges d’exploitation notées « Q », correspondent aux mobiliers et aux personnes qui habitent ou fréquentent l’immeuble. Pour cela il y a des normes qui fixent les valeurs des charges en fonction de la destination de l’ouvrage et qui sont inscrits dans le règlement technique (DTR BC 2.2 charges permanentes et charges d’exploitation).

Evaluation des Charges

INTRODUCTION

Dans ce chapitre, nous allons définir les différents charges agissantes sur cette structure qui se résument dans l’action des charges permanentes et d’exploitations, les actions climatiques et accidentelles, ces dernières ont une grande influence sur la stabilité de l’ouvrage pour cela, une étude approfondie doit être élaborée pour la détermination de ces différents actions.

CHARGES PERMANENTES

Les charges permanentes notées « G » sont des charges qui ne varient pas dans le temps.
Il s’agit du poids propre de la structure elle-même, ainsi que d’autres éléments de l’ouvrage tel que (la couverture, les revêtements, …). Elles sont données les documents techniques règlementaires (DTR BC 2.2 charges permanentes et charges d’exploitations)
Le plancher sera mixte collaborant en béton armé de 8 cm d’épaisseur et repose sur un coffrage perdu (HI-bond 55)

Le boulonnage

Le boulonnage et le moyen d’assemblage le plus utilisé en construction métallique sur site. Pour ce cas, des boulons de haute résistance (HR) de classe 10.9 et 8.8 pour les assemblages rigides des portiques auto stables ont été utilisés, les boulons HR comprennent une tige filetée, une tête hexagonale et un écrou en acier à très haute résistance avec des rondelles, du fait de sa facilité de mise en oeuvre, et des possibilités de réglage qu’il permet

Le soudage

Le soudage est une opération qui consiste à joindre deux parties d’un même matériau avec un cordon de soudure constitué d’un métal d’apport, ce dernier sert de liant entre les deux pièces à assembler.

INTRODUCTION

Les actions dynamiques les plus complexes appliquées sur un bâtiment, sont généralement des actions dus au séisme.
Ces actions sismiques induisent au niveau de la fondation des mouvements essentiellement horizontaux. Et à la superstructure des forces d’inertie qui s’oppose aux mouvements du sol, qui donnent des déplacements assez importants.
L’objectif est de déterminer tout d’abord des efforts sismiques sollicités la structure, et de vérifier après plusieurs paramètres.
Le calcul sismique se fait selon le règlement parasismique Algérien RPA99/version 2003 (D.T.R-B.C-2.48), qui met à notre disposition trois méthodes de calcul :
 La méthode statique équivalente.
 La méthode d’analyse modale spectrale (spectre de réponse).
 La méthode d’analyse dynamique par accélérogramme.
On choisit la méthode d’analyse modale spectrale.

PRINCIPE DE LA METHODE MODALE SPECTRALE

Le principe de cette méthode réside dans la détermination des modes propres de vibrations de la structure, et le maximum des effets engendrées par l’action sismique, celle-ci étant représentée par un spectre de réponse de calcul. Les modes propres dépendent de la masse de la structure.

CRITERES DE CLASSIFICATION PAR LE RPA99 V 2003

Pour ce cas, la structure se trouve dans la wilaya de TLEMCEN (REMCHI) qui se situe dans une zone de faible sismicité zone I.
Cet ouvrage représente un bâtiment à usage d’habitation dont la hauteur ne dépasse pas 48m, il est considéré comme ouvrage d’importance moyenne, groupe 2.
Le site est meuble donc il est classé en catégorie S3.

ANALYSE DYNAMIQUE DE LA STRUCTURE

L’objectif de l’étude dynamique d’une structure est la détermination de ses caractéristiques dynamiques propres. Ceci est obtenu en considérant son comportement en vibration libre non amorti. Cela nous permet de calculer les efforts et les déplacements maximums lors d’un séisme.

Modélisation de la structure

La modélisation est l’établissement d’un modèle à partir de la structure réelle. Ceci sera suivi par certaines modifications afin d’approcher le comportement de la structure d’origine au maximum.
Le logiciel ROBOT, conçu pour le calcul et la conception des structures d’ingénieries, spécialement dans le domaine du bâtiment et des ouvrages de génie civil, permet dans un premier temps de modéliser la structure réelle.

INTRODUCTION

L’importance du calcul des assemblages en construction métallique est comme celle du dimensionnement des pièces pour la sécurité finale de la construction.
Les noeuds entre les éléments résistants sont le point de passage des sollicitations d’un profilé a un autre donc l’assemblage doit être fait correctement pour assurer la continuée de matière.
Un mauvais assemblage peuvent mettre en cause le fonctionnement global de la structure. Les assemblages sont des ensembles constitués de plusieurs composants :
Les abouts des éléments structurels attachés.
Les pièces accessoires de liaison.
Les organes de fixation proprement dits assurant la solidarisation effective entre les composants en présence.
Les dessins techniques et autre détails sont représentés dans l’ANNEXE C.

ROLE DES ASSEMBLAGES

Un assemblage est un dispositif qui permet de réunir et de solidariser plusieurs pièces entre elles, en assurant la transmission et la réparation des diverses sollicitations entre les pièces.
Pour conduire les calculs selon les schémas classiques de la résistance des matériaux, il y a lieu de distinguer, parmi les assemblages :
Les assemblages articulés qui transmettent uniquement les efforts normaux et les
efforts tranchants.
Les assemblages rigides qui transmettent en outre les divers moments.

Assemblage poteau – poutre (HEA 450 – IPE 220)

Le principe de l’assemblage est de souder une platine en bout de traverse, elle est percée symétriquement de part et d’autre de la poutre. Les mêmes perçages qui sont effectuées sur l’aile du poteau, permettent de solidariser les deux éléments assemblés.

Etude de l’infrastructure

INTRODUCTION

Les fondations d’une construction sont faites pour transmettre toutes les sollicitations de la superstructure au sol, elles constituent donc la partie essentielle de l’ouvrage car elle assure la stabilité générale de la structure
Le calcul va se faire au début sur les pieds de poteaux en déterminant tous les dimensions et paramètres, ensuite l’étude de l’infrastructure qui demande la reconnaissance géologique et géotechnique du terrain, car l’étude des fondations et leurs dimensions dépendent des caractéristiques physiques et mécaniques de sol

CHOIX DE TYPE DE FONDATION

Le choix du type de fondation s’effectue en respectant deux critères essentiels à savoir :
 Stabilité totale du bâtiment.
 Solution économique et facile à réaliser.
 Type de construction.
 Caractéristique du sol.
 Charge apportée par structure.

Dimensionnement des éléments Structuraux et Secondaires

INTRODUCTION

Après avoir fait le choix de la structure porteuse du bâtiment (poteaux, poutres), on dimensionne chaque élément à partir des conditions suivantes :
Condition de flèche pour déterminer le type de profilé adéquat. Vérification faite selon la condition de résistance.

DIMENSIONNEMENT DES POUTRES

Les poutres principales et secondaires sont des éléments structuraux, qui permettent de supporter les charges des planchers et les transmettent aux poteaux, elles sont sollicitées principalement par un moment de flexion.

Poutre intermédiaire pour terrasse

Pour les poutres principales intermédiaires de terrasse, on a tiré des profilés en IPE 270.
D’après le Logiciel Autodesk Robot, on prend les valeurs de charges les plus importantes sous la combinaison la plus défavorable qui est G + Q + Ex avec :

Poutre principale de rive d’étage courant

Pour les poutres principales intermédiaires de terrasse, on a tiré des profilés en IPE 220.
D’après le Logiciel Autodesk Robot, on prend les valeurs de charges les plus importantes sous la combinaison la plus défavorable qui est G + Q + Ey avec :

Conclusion générale

La conception d’une structure métallique repose sur le dimensionnement aux états limites ultimes en tenant compte des actions environnantes les plus sévères tels que les surcharges d’exploitation, la température, la neige, le vent et le séisme. Ce dimensionnement concerne chaque élément, assemblage, connexion ou partie sensible de la construction. La précision et la rigueur dans les calculs et vérifications d’une part et la conception exacte des différents détails de la construction sont requises. Le bâtiment sur lequel nous avons réalisé cette étude, présente certains avantages à savoir la régularité en plan et en élévation. Il comporte des systèmes de contreventements en V et en X qui permettent d’augmenter sa rigidité structurale. La disposition de ces derniers lui permet d’offrir un bon comportement face au séisme. Ce projet nous présente la première expérience pratique d’étude et de calcul d’une structure en construction métallique et cela nous a permis d’appliquer et d’enrichir nos connaissances dans ce domaine, ce qui a été une occasion d’apprendre à utiliser notamment avec l’utilisation de différents logiciels et règlements.

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Table des matières

INTRODUCTION GENERALE 
CHAPITRE I : Généralité sur la conception de l’ouvrage 
I.1. INTRODUCTION
I.2. PRESENTATION DE L’OUVRAGE
I.2.1. Données géométriques de l’ouvrage
I.2.2. Localisation et données concernant le site
I.3. REGLEMENTS UTILISÉS
I.4. LOGICIELS UTILISÉS
I.5. MATERIAUX
I.5.1 Acier de construction
I.5.2. Acier pour ferraillage
I.5.3. Le béton
I.6. LES ASSEMBLAGES
I.6.1. Le boulonnage
I.6.1. Le soudage
CHAPITRE II : Evaluation des charges 
II.1. INTRODUCTION
II.2. CHARGES PERMANENTES
II.2.1. Les planchers
II.2.2. Les cloisons
II.2.3. Les escaliers
II.2.4. L’acrotère
II.3. CHARGES D’EXPLOITATION
II.4. CHARGE CLIMATIQUE
II.4.1. Charge de neige
II.4.2. Charge du vent
II.5. CONCLUSION
CHAPITRE III : Pré dimensionnement des éléments structuraux 
III.1. INTRODUCTION
III.2. PRE DIMENSIONNEMENT
III.2.1. Les solives
III.2.2. Les poutres principales
III.2.3. Les poteaux
CHAPITRE IV : Etude du plancher mixte
IV.1. INTRODUCTION
IV.2. CALCUL DU PLANCHER MIXTE
IV.2.1. Phase de construction
IV.2.2. Phase finale
IV.3 CALCUL DE L’ACROTERE
IV.3.1 Introduction
IV.3.2 Calcul au séisme
IV.3.3 Sollicitations agissant sur l’acrotère
IV.3.4 Ferraillage de l’acrotère
CHAPITRE V : Etude sismique
V.1. INTRODUCTION
V.2. PRINCIPE DE LA METHODE MODALE SPECTRALE
V.3. CRITERES DE CLASSIFICATION PAR LE RPA99V2003
V.4. ANALYSE DYNAMIQUE DE LA STRUCTURE
V.4.1. Modélisation de la structure
V.4.2. Spectre de réponse de calcul
V.4.3. Analyse modale spectrale
V.5. VERIFICATION DE LA STRUCTURE
V.5.1. Vérification de la période fondamentale de la structure
V.5.2. Vérification de la force sismique à la base
V.5.3. Vérification des déplacements
CHAPITRE VI : Dimensionnement des éléments structuraux et secondaires 
VI.1. INTRODUCTION
VI.2. DIMENSIONNEMENT DES POUTRES
VI.2.1. Poutre principale de rive pour terrasse
VI.2.2. Poutre intermédiaire pour terrasse
VI.2.3. Poutre principale de rive d’étage courant
VI.2.4. Poutre principale intermédiaire d’étage courant
VI.2.5. Poutres secondaires
VI.3. DIMENSIONNEMENT DES POTEAUX
VI.3.1. Tronçon du RDC au 2ème étage
VI.4. DIMENSIONNEMENT DES CONTREVENTEMENTS
VI.4.1. Contreventement en X
VI.4.2. Contreventement en V
VI.5. DIMENSIONNEMENT DES ESCALIERS
VI.5.1. Le nombre de marches (m)
VI.5.2. Longueur de la volée (LV)
VI.5.3. Dimensionnement des éléments porteurs
CHAPITRE VII : Etude des assemblages
VII.1. INTRODUCTION
VII.2. ROLE DES ASSEMBLAGES
VII.3. CALCUL DES ASSEMBLAGES
VII.3.1. Assemblage poteau – poutre (HEA 450 – IPE 220)
VII.3.2. Assemblage poteau – poutre secondaire (HEA 280 – IPE 270)
VII.3.3. Assemblage poutre – solive (IPE 220 – IPE 160)
VII.3.4. Assemblage poteau – poteau (HEA 450 – HEA 450)
VII.3.5. Assemblage des contreventements
CHAPITRE VIII : Etude de l’infrastructure 
VIII.1. INTRODUCTION
VIII.2. CHOIX DE TYPE DE FONDATION
VIII.3. PIED DE POTEAU
VIII.3.1. INTRODUCTION
VIII.3.2. Efforts sollicitant
VIII.3.3. Dimensionnement de la plaque d’assise
VIII.4. ÉTUDE DE L’INFRASTRUCTURE
VIII.4.1. Introduction
VIII.4.2. Détermination des sollicitations
VIII.4.3. Vérification de la stabilité au renversement
VIII.4.4. Calcul du ferraillage (Par la méthode des bielles)
VIII.5. CALCUL DES LONGRINES
VIII.5.1. Pré-dimensionnement des longrines
VIII.5.2. Calcul des ferraillages longitudinaux
CONCLUSION GENERALE
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
ANNEXES 
ANNEXE A : Modélisation
ANNEXE B : Abaque de Macquarte et paramètre du plancher mixte
ANNEXE C : Etude des assemblages

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