Pannes automatiques entre les fermes
Cet article décrit, dans StatiCAD, la pose de pannes en bois, en acier ou en acier léger entre les membrures supérieures des fermes sélectionnées avec l’assistant de pannes. Pour la construction des fermes, consultez l’article Assistant de ferme de toiture.
1. À propos de cet article
L’assistant détermine le profil de la membrure supérieure des fermes sélectionnées, calcule les positions des pannes sur la ferme de référence et construit une poutre distincte en bois ou en acier (panne) dans chaque travée entre fermes.
L’exposé s’appuie sur l’exemple de l’article Assistant de ferme de toiture : cinq fermes Howe espacées de 2 m, construites dans un bâtiment de 10 × 8 m (portée de 8 m, pente de 30 %, débord de 40 cm).
Édition : l’assistant de pannes est disponible dans toutes les éditions de StatiCAD. Les captures d’écran ont été réalisées avec StatiCAD Ultimate V.10.0.1.0.
2. Fonctionnement
2.1. Reconnaissance des fermes
L’assistant reconnaît une ferme non pas par son nom ou son groupe, mais par sa géométrie. Les poutres situées dans un même plan vertical (droite en plan commune) et reliées entre elles sont considérées comme un groupe. Un groupe qui comporte au moins un élément incliné figure dans la liste comme ferme (ou poutre inclinée, chevron). Ce principe fonctionne donc aussi bien avec les fermes construites avec l’assistant de ferme qu’avec celles dessinées par l’ancienne méthode (dessin en plan puis rotation autour de l’axe X).
Le profil de la membrure supérieure est l’enveloppe supérieure des éléments du plan. L’enveloppe est simplifiée avec une tolérance de 2 cm ; des écarts de dessin tels qu’une contrefiche dépassant d’un ou deux cm au-dessus de la membrure ne perturbent pas le profil. Les éléments alignés qui ne sont pas reliés à la ferme (par ex. un chevron d’appentis commençant 10 cm sous la ferme) sont comptés comme un groupe distinct.
2.2. Positions
Les positions des pannes sont calculées le long de la membrure supérieure de la première ferme cochée dans la liste (la référence). Pour les autres fermes, on utilise le point correspondant à la même proportion du même tronçon de pente. Pour des fermes identiques, les pannes sont horizontales et perpendiculaires aux fermes ; pour des fermes différentes, les extrémités des pannes se trouvent sur la membrure propre à chaque ferme.
2.3. Modèle d’analyse
Dans StatiCAD, les pannes ne sont pas de simples éléments transmettant des charges : ce sont des poutres en bois ou en acier qui participent au modèle d’analyse et sont dimensionnées. Chaque travée entre deux fermes est une poutre distincte. Ses extrémités se trouvent sur la droite de la membrure supérieure de la ferme et se rejoignent au même nœud que la membrure dans le modèle d’éléments finis.
3. Ouverture de l’assistant
L’assistant s’ouvre par Dessiner › Panne (entre fermes)..., par Macros › Assistant de pannes... ou avec le bouton Panne de la barre d’outils de gauche. Si le niveau actif ne comporte pas au moins deux fermes parallèles, un avertissement est émis.
4. Sélection des fermes
Les fermes sur lesquelles poser des pannes peuvent être sélectionnées avant d’ouvrir l’assistant. 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. Utilisez plutôt la fenêtre 3D :
- Appuyez sur le bouton mode de sélection de la barre d’outils 3D (encadré en rouge sur la Figure 4).
- Cliquez sur un élément (par ex. la membrure supérieure) de chaque ferme à pourvoir de pannes ; l’élément sélectionné apparaît en jaune. L’image reste fixe entre les clics.
- Ouvrez l’assistant de pannes. Les fermes contenant un élément sélectionné arrivent cochées dans la liste.
Figure 4 – Mode de sélection dans la fenêtre 3D : les membrures supérieures des cinq fermes sont sélectionnées (en jaune)
La liste Fermes, à gauche de la fenêtre de l’assistant, contient toutes les fermes et poutres inclinées du niveau. Chaque ligne indique la position de la ferme (x ou y), sa longueur (L, débords compris), sa cote de sommet et son type (ferme : à deux versants ; poutre inclinée : à un seul versant). Les coches peuvent être modifiées à la main. Le bouton Prendre de la sélection coche les fermes contenant les éléments actuellement sélectionnés dans le plan ou en 3D. Il y a aussi les boutons Toutes et Aucune.
Sans sélection : si aucun élément n’est sélectionné à l’ouverture de l’assistant, le plus grand groupe de la même famille de profils arrive coché (fermes dont les intervalles s se recouvrent et qui ont le même nombre de tronçons de pente ; la famille dont la longueur totale est la plus grande). Par exemple, dans un projet d’utilisateur, 12 fermes principales arrivent cochées tandis que les 18 chevrons d’appentis situés dans la même direction restent décochés.
5. Onglet Disposition
Figure 5 – Disposition : entraxe maximal 100 cm → 5 intervalles par tronçon de pente (92 cm), 11 lignes de pannes
En haut de l’aperçu central est dessinée la vue de la ferme de référence : profil de la membrure supérieure en rouge, autres éléments en gris, sections de pannes en orange ; les distances entre pannes (le long de la pente, en cm) sont inscrites. En dessous est dessiné le plan : fermes cochées en rouge, autres en gris, pannes en orange, prolongements en orange foncé. Tout en bas sont indiqués le nombre de fermes, de lignes de pannes et de poutres de pannes, ainsi que la longueur totale et le volume.
5.1. Type de disposition
| Option | Description |
|---|---|
| Entraxe maximal (le long de la pente) | Chaque tronçon de pente est divisé en parts égales de façon à ne pas dépasser l’entraxe indiqué (dans l’exemple, 459 cm → 5 × 92 cm). |
| Nombre par tronçon de pente | Chaque tronçon de pente reçoit le nombre de pannes indiqué, à entraxe égal (extrémités comprises). |
| Aux nœuds de la membrure supérieure de la ferme | Les pannes sont placées aux points où les éléments du treillis se raccordent à la membrure supérieure (avec une tolérance de 5 cm). Aucune flexion locale n’apparaît dans la membrure ; c’est, sur le plan structurel, la disposition la plus appropriée pour une poutre en treillis. |
Figure 6 – Disposition aux nœuds : les pannes sont aux points de panneau de la ferme Howe (104 cm) ; une panne à l’extrémité du débord et une au-dessus de l’appui
5.2. Pannes d’extrémité
Si Panne d’égout (extrémité de ferme) est cochée, une panne est placée aux extrémités de la membrure supérieure. Si une distance de la panne d’égout à l’extrémité est indiquée, cette panne est rentrée de cette distance à partir de l’extrémité, le long de la pente. Si Panne faîtière (sommet) est cochée, une seule panne est placée au sommet, là où les deux pentes se rejoignent.
6. Onglet Section
Figure 7 – Section : C24, 10 × 12 cm, articulée, sur l’axe de la membrure
| Champ | Description |
|---|---|
| Type de matériau | Bois, Acier (Section 6.1) ou Acier léger (Section 6.2). L’option Acier est disponible dans les éditions StatiCAD Ultimate et Hybrid, l’option Acier léger uniquement dans l’édition StatiCAD Ultimate. |
| Matériau | Pour le bois, classes de bois du projet et de la bibliothèque ; pour l’acier et l’acier léger, nuances d’acier (S235, S275, S355 ...) ; si la classe n’existe pas dans le projet, elle est ajoutée depuis la bibliothèque. |
| Largeur b, Hauteur h | Bois : section rectangulaire de la panne (cm). |
| Famille de profilés, Profilé | Acier : famille (IPE, IPN, HE A, HE B, UPN, UPE ...) et profilé du catalogue des profilés laminés à chaud. Acier léger : famille (CC, ZZ, SIGMA, CPLUS, SIGMAPLUS) et profilé du catalogue de profilés prédéfinis en acier léger. |
| Aile supérieure vissée au revêtement | Acier léger uniquement : l’aile supérieure de la panne est considérée comme maintenue latéralement (Section 6.2). |
| Liaison | Articulée : chaque travée est une poutre simple (M2 et M3 libérés aux extrémités). Continue : la panne passe de façon continue au-dessus des fermes. |
| Position | Sur l’axe de la membrure (nœud) : l’axe de la panne se trouve sur la ligne des nœuds de la membrure supérieure et partage le même nœud que la membrure dans le modèle d’éléments finis. Posée sur la membrure : la panne est placée sur la face supérieure de la membrure (excentrée) ; la liaison est établie par le module de contact des poutres, c’est pourquoi l’option « lier automatiquement les poutres qui se croisent/se touchent » du Contrôle de la géométrie doit être activée. |
Dans la vérification de la flèche, les pannes sont repérées avec le type d’élément panne.
6.1. Panne en acier
Lorsque Acier est choisi comme Type de matériau, les champs Famille de profilés et Profilé remplacent les zones b et h. Les pannes sont construites comme des poutres en acier à profilé du catalogue ; la section du profilé est ajoutée à la bibliothèque de sections et au projet, et, dans le modèle aux éléments finis, l’aire et les moments d’inertie sont tirés du catalogue. La ligne de synthèse indique le poids total (kg) au lieu du volume.
Figure 8 – Panne en acier : S235, IPE 140, articulée, sur l’axe de la membrure
- L’âme du profilé est verticale ; sous charge verticale, c’est l’axe fort qui travaille.
- Dans la vérification en acier, la longueur de déversement Lb est la portée de la panne ; Cb est calculé à partir du diagramme de moments (1,14 sous charge uniformément répartie pour une panne articulée). La limite de flèche est L/200 (panne).
- Dans le système de fermes, la panne peut aussi reprendre un effort axial ; la vérification en acier tient compte du flambement par compression axiale (longueur de flambement égale à la portée) et de l’interaction effort axial–flexion (ÇYTHYE 11.3).
- Les résultats apparaissent après l’analyse dans le rapport des éléments en acier ; une panne en acier insuffisante est comptée parmi les éléments insuffisants indiqués dans le titre de la fenêtre de modification du groupe enregistré.
Profilés en U : les pannes UPN et UPE sont elles aussi vérifiées (règles des sections en U). Un profilé en U dont l’aile n’est pas compacte (b/tf > 0,38·√(E/Fy) ; cas qui ne se présente pas, jusqu’à la nuance S355, pour les profilés en U du catalogue) apparaît insuffisant avec la mention « henüz desteklenmiyor » (pas encore pris en charge). Le flambement par flexion–torsion n’est pas calculé séparément pour les profilés en U.
6.2. Panne en acier léger
Lorsque Acier léger est choisi comme Type de matériau, les pannes sont construites comme poutres en acier léger avec des profilés en acier léger formés à froid (Z, C, Σ, C+, Σ+) et passent par la vérification des éléments en acier léger (HCBTİE ; largeur efficace, voilement distorsionnel). Le profilé par défaut est ZZ Z200x60x15x2, nuance S235. Les profilés U (rails) ne figurent pas dans la liste des pannes.
Figure 8a – Panne en acier léger : S235, ZZ Z200x60x15x2, aile supérieure vissée au revêtement
- Si Aile supérieure vissée au revêtement (maintenue latéralement) est cochée (par défaut), l’aile supérieure est considérée comme maintenue en continu : sous moment positif (charge verticale, aile supérieure comprimée), il n’y a pas de déversement. Sous la succion du vent et pour le moment sur appui d’une panne continue, la longueur de flambement de l’aile inférieure comprimée est égale à la portée. Si le revêtement n’est pas vissé, décochez la case ; l’aile supérieure est alors elle aussi considérée comme non maintenue sur toute la portée.
- La retenue en rotation du revêtement (kφ) n’est pas prise en compte (du côté de la sécurité) ; la limite de flèche est L/200 (panne).
- Les résultats apparaissent après l’analyse dans le rapport des éléments en acier léger ; une panne insuffisante est comptée dans le titre de la fenêtre de modification du groupe.
7. Onglet Prolongement
Figure 9 – Prolongement : 30 cm au-delà de la première et de la dernière ferme (débord de rive d’une toiture à deux versants) ; 66 poutres de pannes
Le prolongement à partir de la première/dernière ferme prolonge les pannes en console au-delà de la première et de la dernière ferme (débord de rive d’une toiture à deux versants). Les parties en console sont liées rigidement à la ferme ; même si l’option articulée est choisie, l’extrémité de la console étant libre, aucun mécanisme ne se forme.
Les pannes de chaque opération sont regroupées dans un groupe de sélection distinct (préfixe du groupe de sélection + numéro d’ordre : ASIK-01, ASIK-02 ...). En sélectionnant le groupe, on sélectionne, supprime ou copie ensemble toutes les pannes de cette opération.
8. Construction et résultat
Avec Construire les pannes, les pannes sont ajoutées au niveau actif et un message de synthèse s’affiche. L’opération peut être annulée en une seule étape avec Annuler. L’assistant mémorise les derniers réglages utilisés pendant toute la session.
Figure 10 – Résultat : 11 lignes de pannes, 66 poutres de pannes entre 5 fermes (ASIK-01), longueur totale 94,60 m, volume 1,135 m³
Figure 11 – Pannes construites en plan (poutres bleues perpendiculaires aux fermes) et en vue 3D
9. Analyse
Dans l’analyse, les pannes sont résolues et dimensionnées comme des poutres en bois ordinaires. Leurs extrémités sont au nœud commun avec la membrure supérieure de la ferme ; l’extrémité d’une panne arrivant en un point intérieur de la membrure divise la membrure en ce point. Dans l’analyse du modèle exemple, il n’y a aucun élément flottant.
Figure 12 – Analyse du modèle avec pannes (les avertissements de la liste concernent le poids volumique du matériau des murs de l’exemple)
Charges : l’assistant n’affecte pas de charges aux pannes. Les charges de revêtement de toiture et de neige sont données avec les outils de charges de toiture/dalle du programme ou avec les charges supplémentaires des poutres. Le poids propre des pannes est calculé à partir du matériau.
10. Limites et conseils
- La panne est construite avec une section rectangulaire en bois, avec un profilé en acier laminé à chaud ou avec un profilé en acier léger formé à froid. Les axes de la section sont verticaux ; la panne n’est pas tournée selon la pente de la toiture (la flexion déviée n’est pas prise en compte).
- Seules des fermes parallèles entre elles (de même direction) sont utilisées ensemble ; dans une toiture à croupes, chaque direction est traitée séparément.
- Les fermes sont recherchées au niveau actif ; les pannes deviennent des éléments du même niveau.
- Les réglages des pannes sont enregistrés dans le fichier du projet. Si l’assistant est ouvert alors qu’un élément de panne est sélectionné, les réglages et les fermes de ce groupe sont rappelés ; Mettre à jour les pannes reconstruit le groupe sous le même nom (l’opération peut être annulée avec Annuler).
- Si, sur la membrure supérieure de la ferme, les raccords du treillis s’écartent de plus de 5 cm de la droite de la membrure, la disposition « aux nœuds » saute ces points.
- Pour des fermes jumelées très rapprochées (par ex. deux fermes à 10 cm d’intervalle encadrant un poteau de part et d’autre), la courte travée intermédiaire est elle aussi construite comme tronçon de panne distinct.
Le modèle et les sections de l’exemple sont donnés à titre d’illustration ; l’exactitude de l’entraxe des pannes, de la section et des liaisons relève de l’ingénieur responsable du projet.