Assistant de ferme de toiture
Cet article décrit, dans StatiCAD, la construction d’une ferme de toiture en bois, en acier ou en acier léger avec l’assistant de ferme : choix du modèle, aperçu coté, pose avec deux points d’appui en plan (en série si on le souhaite), modification et modèle d’analyse. Pour ajouter des pannes entre les fermes, consultez l’article Pannes automatiques entre les fermes.
1. À propos de cet article
L’assistant permet de choisir la ferme de toiture en bois à partir d’un modèle, de la régler avec un aperçu coté et de la construire en cliquant sur deux points d’appui en plan (en série si on le souhaite). La ferme construite peut ensuite être modifiée avec la même fenêtre.
L’exposé s’appuie sur un exemple : dans un bâtiment à un seul niveau de 10 × 8 m, à murs de 24 cm, on pose, à 2 m d’entraxe, cinq fermes Howe de 8 m de portée, de pente 30 %, avec des débords de 40 cm de chaque côté. L’ajout de pannes entre les fermes est décrit dans l’article Pannes automatiques entre les fermes.
Édition : l’assistant de ferme est disponible dans toutes les éditions de StatiCAD. Les captures d’écran ont été réalisées avec StatiCAD Ultimate V.10.0.1.0.
2. L’ancienne méthode et ce qui change avec l’assistant
Dans StatiCAD, une ferme se modélisait auparavant de la façon suivante : la vue de la ferme était dessinée avec des poutres dans le plan (plan XY), puis amenée dans le plan vertical par une rotation de 90° autour de l’axe X avec la commande Faire pivoter. Après la rotation, les poutres restées verticales étaient converties en montants avec convertir la poutre en poteau.
L’assistant produit la même structure de données de façon paramétrique. La différence tient à ce que la géométrie est définie dans une seule fenêtre, que les axes des éléments se rejoignent aux nœuds et que la disposition des appuis et des articulations adaptée au modèle d’analyse est établie automatiquement.
| Méthode par rotation | Assistant de ferme | |
|---|---|---|
| Géométrie | Dessin manuel ; à refaire pour chaque portée et chaque pente | 13 modèles ; paramètres de portée, de pente, de faîtage et de débord ; la pente est conservée lorsque la portée change |
| Axes des éléments | Nœud de la poutre sur la face supérieure, axe situé h/2 plus bas (excentré) | Axe sur la ligne des nœuds : les barres se rejoignent au nœud avec des axes concourants |
| Articulations | Manuelles | Membrures continues, extrémités du treillis articulées dans le plan de la ferme (au choix) |
| Appui | Membrure inférieure directement à la cote du niveau | Montant d’appui fixe + glissant (recommandé) ou appui direct |
| Série | Par copie | Nombre et entraxe ; chaque ferme dans un groupe de sélection distinct (MAKAS-01 ...) |
| Modification | Élément par élément | Reconstruire la ferme sélectionnée avec l’assistant |
Projets dessinés avec l’ancienne méthode : les fermes dessinées par la méthode de rotation sont également prises en charge ; les recommandations pour ces modèles se trouvent à la Section 9.
3. Ouverture de l’assistant
L’assistant s’ouvre de trois façons : Dessiner › Ferme (assistant de ferme de toiture)..., Macros › Assistant de ferme... et le bouton Ferme de la barre d’outils de gauche. Les trois ouvrent la même fenêtre. La ferme est construite comme élément du niveau actif ; un avertissement est émis au niveau de fondation.
4. Fenêtre de l’assistant
À gauche de la fenêtre se trouve la galerie des types de fermes, au centre l’aperçu coté et à droite les réglages, répartis sur quatre onglets. L’aperçu est actualisé à chaque modification : la membrure supérieure est dessinée en rouge, la membrure inférieure en bleu, les montants en vert et les diagonales en orange ; la portée, la hauteur au faîtage, les débords et les pentes sont cotés, et les symboles d’appui sont affichés. Lorsque la souris survole un élément, sa longueur et sa section s’affichent. La ligne située sous l’aperçu indique le nombre de nœuds et d’éléments, le nombre et la longueur totale des groupes d’éléments et le volume de bois par ferme.
Figure 4 – Assistant de ferme : Triangulaire – Howe, portée 8,00 m, pente 30 %, débords de 0,40 m
4.1. Types de fermes
La galerie contient 13 modèles. Lorsqu’un modèle est choisi, la géométrie et le treillis se remplissent avec les valeurs recommandées pour ce type ; chaque valeur des onglets peut ensuite être modifiée. Le bouton Revenir aux valeurs du modèle rétablit les valeurs du modèle sélectionné.
| Modèle | Utilisation |
|---|---|
| Triangulaire – Fink (W) | Triangle symétrique ; diagonales en forme de W. Type le plus courant dans les logements |
| Triangulaire – Howe | Les diagonales montent vers le faîtage (compression), les montants reprennent la traction |
| Triangulaire – Pratt | Les diagonales descendent du faîtage (traction), les montants reprennent la compression |
| À poinçon (king post) | Un seul montant central (poinçon) et deux contrefiches ; petites portées |
| Trapézoïdale – Pratt / Warren | Ferme à sommet plat (tronquée) |
| À un versant (appentis) | Inclinée dans un seul sens ; appentis et demi-toitures |
| Plate – Pratt / Warren | Poutre à treillis plate à membrures parallèles |
| Inclinée à membrures parallèles | Treillis incliné à membrures parallèles |
| Ferme en ciseaux | Ferme dont la membrure inférieure est elle aussi inclinée (plafond surélevé) |
| Arc / Croissant | Membrure supérieure courbe (et inférieure aussi pour le croissant) ; la courbe est divisée en segments de parabole |
4.2. Onglet Géométrie
| Champ | Description |
|---|---|
| Portée (entre appuis) | Distance horizontale entre les deux appuis. Si Conserver la pente lorsque la portée change est coché, les hauteurs au faîtage et au talon sont adaptées de façon que la pente reste identique (même règle lors de la pose en plan). Les valeurs intermédiaires pendant la saisie (par ex. « 8 » lorsqu’on tape 800) ne sont pas prises en compte. |
| Faîtage | Au centre, à gauche, à droite ou saisir la position ; la position est donnée en cm à partir de la gauche. Si Symétrique est coché, le côté droit suit le côté gauche. |
| Membrure supérieure | Hauteurs de l’extrémité gauche/droite (talon) et du faîtage en cm à partir de la base ; les pentes peuvent aussi être saisies en %. Membrure supérieure courbe donne une forme en arc. |
| Membrure inférieure | Hauteurs de l’extrémité gauche/droite et sous le faîtage (pour la ferme en ciseaux). Membrure inférieure courbe donne une forme en croissant. |
| Débord et cote | Le débord gauche/droit est le prolongement horizontal de la membrure supérieure au-delà de l’appui. Fermer l’extrémité du débord ajoute à l’extrémité une membrure inférieure et un montant. La cote de base est la hauteur de la base de la ferme par rapport à la cote supérieure du niveau. |
4.3. Onglet Treillis
Type de treillis : Pratt, Howe, Warren, Warren + montants, à un seul sens (N), Fink et à poinçon. Une brève description du type choisi s’affiche en bas.
La division en panneaux se donne de deux façons. Avec Par le nombre de panneaux, on saisit le nombre de panneaux à gauche et à droite du faîtage. Avec Par la longueur de panneau visée, on donne la longueur horizontale des panneaux et le nombre de panneaux en est déduit.
Montant central au faîtage ajoute un montant vertical au nœud de faîtage.
Les points de membrure qui ne sont pas des nœuds du treillis sont fusionnés ; la membrure n’est pas divisée inutilement.
4.4. Onglet Section
Type de matériau : Bois, Acier (ferme en acier) ou Acier léger (ferme en acier léger) ; l’acier est disponible dans StatiCAD Ultimate et Hybrid, l’acier léger uniquement dans StatiCAD Ultimate. Classe : classes de bois définies dans le projet et dans la bibliothèque (par ex. C24, GL28h) ou nuances d’acier (S235, S275, S355 ...). Si elle n’existe pas dans le projet, elle est ajoutée depuis la bibliothèque.
La section rectangulaire (b × h) (bois) se donne séparément pour quatre groupes : membrure supérieure, membrure inférieure, montant, diagonale.
Assemblages (modèle d’analyse) : Membrures continues, extrémités du treillis articulées (recommandé), toutes les extrémités articulées ou rigide. L’articulation n’est donnée que dans le plan de la ferme (M3) ; la liaison hors plan est conservée.
Appuis : Montant d’appui fixe + glissant (recommandé) ou appui direct. Détails à la Section 8.
Ferme en acier
Lorsque Acier est choisi comme Type de matériau, on choisit pour chaque groupe, à la place des cases b × h, une famille de profilés (IPE, HE A, HE B, UPN, L, RHS, CHS ...) et un profilé. Valeurs par défaut : membrures HE 100 A, montants et diagonales IPE 80, nuance S235.
Les membrures et les diagonales sont construites comme poutres en acier, les éléments verticaux comme montants de ferme en acier. La section du profilé est ajoutée au projet ; dans le modèle aux éléments finis, l’aire et les moments d’inertie sont tirés du catalogue. Les articulations sont les mêmes que pour le bois (extrémités du treillis articulées dans le plan). Les montants d’appui reçoivent le profilé de la membrure inférieure.
Dans la vérification en acier, la longueur de déversement Lb d’un élément de membrure est la longueur de l’élément (du panneau) ; pour une membrure inclinée, c’est la longueur inclinée réelle. La ligne de synthèse sous l’aperçu indique le poids d’acier par ferme.
Vérification des éléments d’une ferme en acier : les membrures et les diagonales (poutres en acier) sont vérifiées au flambement par compression axiale et à l’interaction effort axial–flexion (ÇYTHYE 11.3) ; la longueur de flambement est la longueur de l’élément de nœud à nœud (longueur réelle inclinée pour une membrure inclinée). Les montants (vérification des poteaux en acier) sont vérifiés en compression et en traction. Profilés pris en charge : I/H, U (si l’aile est compacte), tubes carrés/rectangulaires, tubes ronds et cornières à ailes égales.
Non encore pris en charge : les profilés en T et les cornières à ailes inégales ne font pas partie de la vérification en acier ; dans l’analyse, ces éléments apparaissent insuffisants avec la mention « henüz desteklenmiyor » (pas encore pris en charge), ce que l’assistant signale dans la fenêtre et dans le message de résultat. Le flambement par flexion–torsion des profilés en U et les règles des cornières comprimées attachées par une seule aile ne sont pas calculés séparément.
Ferme en acier léger
Lorsque Acier léger est choisi comme Type de matériau, on choisit pour chaque groupe, dans le catalogue de profilés prédéfinis en acier léger, une famille de profilés (CC, UU, SIGMA, CPLUS, SIGMAPLUS) et un profilé. Valeurs par défaut : membrures CC C150x80x20x2, montants et diagonales CC C100x60x18x2, nuance S235. Les profilés Z ne figurent pas dans la liste des fermes.
Les membrures et les diagonales sont construites comme poutres en acier léger, les éléments verticaux comme montants de ferme en acier léger, et ils passent par la vérification des éléments en acier léger (HCBTİE). Avec l’hypothèse de nœuds vissés, la valeur par défaut des Assemblages est toutes les extrémités des éléments articulées (dans le plan ; continues hors plan) ; elle peut être modifiée.
Les résultats apparaissent après l’analyse dans le rapport des éléments en acier léger.
Limites de la ferme en acier léger : la vérification des assemblages vissés (nœuds) n’est pas effectuée ; les éléments sont des profilés simples (pas de section composée dos à dos). L’aile supérieure des membrures n’est pas considérée comme maintenue latéralement (les pannes construites avec l’assistant de pannes ne maintiennent la membrure qu’aux points des pannes).
4.5. Onglet Disposition
Le nombre de fermes et l’entraxe des fermes permettent de construire une série en une seule fois. Le sens de la série détermine si la série s’étend vers la gauche ou vers la droite, vu du premier point vers le second.
Chaque ferme est rattachée à un groupe de sélection distinct (préfixe du nom de groupe + numéro d’ordre : MAKAS-01, MAKAS-02 ...). En sélectionnant le groupe, on sélectionne, supprime ou copie ensemble tous les éléments de la ferme.
Placer par coordonnées : on saisit les deux points d’appui (cm) et la ferme est construite avec Ajouter, sans cliquer dans le plan.
5. Pose en plan
Avec le bouton Placer en plan (2 points), la fenêtre se masque et le programme passe en mode de sélection dans le plan. Les options d’accrochage du programme (extrémité, intersection d’axes, intersection d’objets) s’appliquent ; lorsque Shift est maintenu, le second point est verrouillé dans la direction orthogonale par rapport au premier.
- Cliquez sur le premier point d’appui (dans l’exemple, sur le mur du bas, à x = 1,00 m).
- Amenez la souris vers le second appui. La ligne élastique montre toutes les lignes de fermes de la série ; la fenêtre Aperçu de la ferme actualise la portée en direct (la pente est conservée).
- Cliquez sur le second point d’appui. Les fermes sont construites et un résumé s’inscrit dans la barre d’état.
- L’outil reste actif ; pour une nouvelle série de fermes, on peut cliquer de nouveau sur deux points. Un clic droit ou le choix d’un autre outil met fin à l’outil.
Figure 9 – En attente du second point : la ligne élastique montre les cinq lignes de fermes, la fenêtre d’aperçu la portée en direct (7,96 m)
Figure 10 – Après le second clic, les cinq fermes (MAKAS-01 … MAKAS-05) sont construites ; résumé dans la barre d’état
6. Modèle obtenu
L’assistant produit les mêmes types d’éléments que l’ancienne méthode par rotation. Les membrures et les diagonales sont des poutres en bois dont les cotes d’extrémité sont différentes. Les éléments verticaux sont du type Montant de ferme ; ce type ne reçoit pas d’appui automatique et ses articulations sont prises en compte. Les axes des éléments se trouvent sur la ligne des nœuds (décalage de poutre h/2) ; les barres se rejoignent aux nœuds avec des axes concourants.
Figure 11 – Les fermes construites en vue 3D
| Groupe | Type d’élément | Condition d’extrémité |
|---|---|---|
| Membrure supérieure | Poutre en bois | Continue (dans l’assemblage recommandé) |
| Membrure inférieure | Poutre en bois | Continue |
| Diagonale | Poutre en bois | Articulée aux deux extrémités dans le plan de la ferme (M3) |
| Montant | Montant de ferme | Articulé aux deux extrémités dans le plan de la ferme (M3) |
| Montant d’appui | Montant de ferme | Au 1er appui, articulé en partie haute (fixe) ; au 2e appui, articulé aux deux extrémités (glissant) |
7. Modification d’une ferme
Sélectionnez un élément quelconque d’une ferme construite ; ouvrez l’assistant par le menu contextuel (clic droit) du plan ou par Macros › Modifier la ferme sélectionnée.... La fenêtre s’ouvre avec le titre Modifier la ferme. Avec Mettre à jour la ferme, les anciens éléments du groupe sont supprimés et la ferme est reconstruite à partir du même premier appui, dans la même direction, avec les nouvelles valeurs (la portée peut aussi être modifiée).
Figure 13 – Mode modification : les paramètres de la ferme construite dans la même session sont rappelés ; Mettre à jour la ferme
Les paramètres sont enregistrés dans le fichier : depuis la V10.0.7.1, les paramètres de la ferme (type de matériau et profilés compris) sont écrits dans le fichier du projet ; lors de la modification, les réglages enregistrés dans le fichier sont rappelés. Pour une ferme construite avec une version antérieure, l’axe, la portée, la cote de base et les montants d’appui sont retrouvés à partir des éléments ; les autres réglages reviennent avec les valeurs du modèle.
8. Modèle d’appui et analyse
Lorsque la membrure inférieure repose directement sur le mur à la cote supérieure du niveau et que l’option diaphragme sous chargements verticaux est activée, le diaphragme rigide bloque entre eux, dans le plan, les appuis et les nœuds de la membrure inférieure. Dans ce cas, aucune traction ne se développe dans la membrure inférieure sous charges verticales ; l’effort est repris par la liaison cinématique du diaphragme. Il en allait de même avec l’ancienne méthode par rotation.
Le montant d’appui fixe + glissant (recommandé) supprime ce problème. La ferme est construite plus haut, d’une hauteur égale à la hauteur d’appui (10 cm par défaut). Le court montant du premier appui est articulé en partie haute dans le plan de la ferme (appui fixe). Le montant du second appui est articulé à ses deux extrémités (bielle pendulaire, appui glissant). Hors plan, la ferme est retenue aux deux extrémités. La ferme travaille ainsi comme un véritable treillis.
Option d’appui direct : lorsque Appui direct est choisi, l’assistant émet un avertissement concernant le diaphragme. Avec cette option, pour résoudre la ferme, désactivez l’option « Créer un diaphragme aussi sous chargements verticaux (G et Q) » de Paramètres généraux du projet › Efforts dans les éléments.
Figure 14 – Analyse du modèle exemple : aucun avertissement d’élément flottant (les avertissements de la liste concernent le poids volumique du matériau des murs de l’exemple)
9. Fermes dessinées avec l’ancienne méthode
Les fermes dessinées par rotation autour de l’axe X sont analysées comme celles construites avec l’assistant. Dans les poutres obtenues par symétrie ou par rotation, les cotes d’extrémité, le type et la longueur d’appui, le dépassement, les articulations d’extrémité et l’armature d’appui verrouillée sont transportés avec l’extrémité ; la géométrie de la ferme ne change pas dans l’analyse.
La liaison des fermes aux poutres d’appui est assurée par le module de contact des poutres (Contrôle de la géométrie › lier automatiquement les poutres qui se croisent/se touchent) : une membrure inférieure qui touche la poutre de débord ou la poutre de mur est liée par une liaison de contact ; un élément vertical dont l’extrémité inférieure repose sur une poutre (par ex. le montant de faîtage de la ferme) n’est pas considéré comme reposant sur le sol.
Recommandations pour le projet :
- Dessinez la membrure inférieure de la ferme à une cote telle qu’elle touche la poutre d’appui ou la tête de poteau ; si l’écart entre les deux dépasse la tolérance de contact (5 cm), aucune liaison n’est établie.
- Un montant isolé sans ferme au-dessous, un poteau dessiné deux fois au même endroit et un poteau relié à rien apparaissent dans la liste des avertissements de l’analyse comme groupe d’éléments flottants ; supprimez-les.
- Les extrémités du montant de faîtage et des contrefiches doivent se trouver sur la ligne de la membrure ; un écart de quelques cm peut empêcher le treillis de se lier à la membrure.
- Pour les nouvelles fermes, utilisez l’assistant ; les axes se rejoignent au nœud et le modèle d’appui est fourni prêt à l’emploi.
10. Sélection dans la fenêtre 3D
Il est difficile de sélectionner la membrure supérieure d’une ferme dans le plan, car les membrures supérieures, la membrure inférieure et le treillis se superposent en plan. Dans la fenêtre 3D, un élément se sélectionne en cliquant dessus avec le bouton mode de sélection. La sélection se fait avec le point de vue affiché à l’écran ; l’image ne change pas au clic. Les éléments de ferme sélectionnés en 3D sont utilisés dans l’assistant de pannes avec Prendre de la sélection (voir Pannes automatiques entre les fermes).
11. Limites et conseils
- La ferme est construite avec une section rectangulaire en bois (b × h), avec un profilé en acier laminé à chaud ou avec un profilé en acier léger formé à froid. Pour le domaine d’application des vérifications en acier et en acier léger, voir la Section 4.4.
- Les paramètres de la ferme sont enregistrés dans le fichier du projet (Section 7) ; les éléments sont aussi enregistrés comme des poutres et des montants ordinaires.
- La ferme est construite au niveau actif ; les points d’appui sont les points cliqués dans le plan, aucun mur ni poteau n’est recherché.
- Il n’existe pas de symbole distinct pour la ferme dans le plan ; les éléments sont dessinés comme des poutres et des montants.
- Pour supprimer une ferme, sélectionnez l’un de ses éléments, sélectionnez son groupe de sélection (MAKAS-nn) et supprimez-le. Annuler annule l’opération de l’assistant en une seule étape.
Le modèle et les sections de l’exemple sont donnés à titre d’illustration ; l’exactitude du choix des sections, des assemblages et des conditions d’appui relève de l’ingénieur responsable du projet.