Pannes automatiques entre les fermes
Cet article décrit, dans StatiCAD, la pose de pannes en bois 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 en bois distincte (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 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 |
|---|---|
| Matériau bois | Classes de bois du projet et de la bibliothèque ; si la classe n’existe pas dans le projet, elle est ajoutée depuis la bibliothèque. |
| Largeur b, Hauteur h | Section rectangulaire de la panne (cm). |
| 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.
7. Onglet Prolongement
Figure 8 – 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 9 – Résultat : 11 lignes de pannes, 66 poutres de pannes entre 5 fermes (ASIK-01), longueur totale 94,60 m, volume 1,135 m³
Figure 10 – 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 11 – 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 n’est construite qu’avec une section rectangulaire en bois. 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 ne sont pas enregistrés dans le fichier ; les pannes sont enregistrées comme des poutres ordinaires. Pour modifier la disposition, supprimez le groupe ASIK-nn et relancez l’assistant, ou utilisez 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.