Conception des poutres et poteaux en acier
Cet article décrit l’utilisation du module de conception des poutres et poteaux en acier de StatiCAD. Les calculs sont effectués selon TBDY 2018 et ÇYTHYE (Principes de conception, de calcul et de construction des structures en acier — approche LRFD) : pour les poutres, flexion (y compris déversement), cisaillement, effet combiné et flèche ; pour les poteaux, flambement par compression axiale et effet combiné effort axial + flexion biaxiale. Les sollicitations de section proviennent de la résolution par éléments finis propre au programme, sous forme de valeurs enveloppes accompagnées des combinaisons de charges dont elles sont issues. Pour les formulations, consultez l’article Fondements théoriques de la conception en acier ; pour les comparaisons avec les calculs manuels, l’article Études de validation des structures en acier.
Dans quelles versions ? Les calculs de structures en acier sont disponibles dans la version StatiCAD Ultimate.
Domaine d’application : le calcul de résistance est effectué pour les profilés en I/H laminés à chaud (IPE, IPN, HEA/HEB/HEM, HD/HL/HP). Les profilés en U, L, T, tubes carrés/rectangulaires et tubes ronds peuvent être affectés ; ils figurent dans le modèle et dans la vue 3D. Le calcul des profilés formés à froid (C, Z, Sigma, etc.) est réalisé dans le module Structures en acier léger.
1. Déroulement général
- Modélisez le bâtiment de la manière habituelle (poutres en chaînages horizontaux, poteaux en chaînages verticaux).
- Ouvrez la fenêtre Propriétés de l’élément qui sera en acier et affectez le profilé depuis le formulaire Sélection de section préfabriquée au moyen du bouton Sélectionner la section (Chapitre 2). Lors de l’affectation du profilé, le matériau acier (S235, etc.) est également attribué à l’élément avec la section.
- Dans la même fenêtre, cochez le type de conception de l’élément sur "Acier" (Chapitre 3) et cliquez sur OK.
- Lancez l’analyse. Les vérifications de conception en acier sont effectuées automatiquement à la fin de l’analyse.
- Dans l’arbre de sélection des rapports, cochez le groupe Rapports des éléments en acier pour obtenir le rapport (Chapitre 6).
Si un profilé est affecté à un élément dont le type de conception "Acier" n’est pas coché, l’élément figure dans le modèle avec sa section en acier (poids, rigidité, vue 3D) mais n’entre pas dans la vérification de conception en acier.
2. Bibliothèque de profilés préfabriqués et affectation des sections
Le formulaire Sélection de section préfabriquée s’ouvre depuis le bouton Sélectionner la section des fenêtres de poutre (Propriétés du chaînage) et de poteau (Propriétés du chaînage vertical).
| Champ du formulaire | Fonction |
|---|---|
| Type de fabrication | Laminé (par défaut) : profilés laminés à chaud. Cold Formed : profilés formés à froid (module d’acier léger). |
| Catégorie | En mode Laminé : Tous / I-Wide Flange / Channel / Tee / Angle / Pipe / Tube. |
| Zone de recherche | Filtre par nom (par ex. "IPE 3"). |
| Aperçu | La section du profilé sélectionné est dessinée avec sa géométrie réelle ; les dimensions principales et les caractéristiques de la section sont listées. |
| Matériau... | Choix de la nuance d’acier (S235, S275, S355, etc.). S’il n’est pas sélectionné, la nuance d’acier par défaut est utilisée. Le matériau est affecté à l’élément avec la section. |
| Affecter | Inscrit le profilé et le matériau dans la fenêtre de l’élément ouverte ; la section est également ajoutée à la bibliothèque de sections du projet et l’image de la section est générée pour les rapports. |
| Section définie par l’utilisateur... | Passe à la voie de la section définie par l’utilisateur à la place de la bibliothèque préfabriquée. |
Le même formulaire s’ouvre aussi bien depuis la poutre que depuis le poteau ; l’affectation est faite à l’élément depuis la fenêtre duquel il a été ouvert. Le profilé affecté est conservé dans la bibliothèque du projet et est transporté avec le fichier.
3. Choix du type de conception
| Élément | Fenêtre | Option |
|---|---|---|
| Poutre | Propriétés du chaînage → groupe du type de conception | Acier (à côté des options Béton armé / Maçonnerie / Bois) |
| Poteau | Propriétés du chaînage vertical → groupe du type de conception | Acier |
Lorsque l’option est cochée et que l’on clique sur OK, le type de conception de l’élément est enregistré comme acier ; à la fin de l’analyse, ces éléments entrent dans la vérification de conception en acier et le groupe Rapports des éléments en acier devient visible dans l’arbre des rapports.
4. Calcul des poutres en acier
| Vérification | Règlement | Explication |
|---|---|---|
| Flexion | ÇYTHYE Chapitre 9 | Plastification, déversement inélastique et élastique ; les limites Lp et Lr sont calculées et affichées dans le rapport. L’état limite déterminant est indiqué dans le rapport. |
| Cisaillement | Chapitre 10 | Vn = 0,6·Fy·Aw·Cv |
| Effet combiné | Chapitre 11 | Vérification de l’interaction entre flexion, effort axial et cisaillement |
| Flèche | Aptitude au service | Vérification f ≤ L/K ; affichée dans le rapport par la ligne "Sehim f = ... ≤ L/K = ..." (flèche). |
Longueur de maintien latéral Lb : si les champs de maintien latéral (Le) de la fenêtre des propriétés de l’élément sont laissés en automatique, la longueur L de la poutre (entre ses nœuds d’extrémité) est retenue ; si une valeur est saisie manuellement, c’est elle qui est utilisée. Si la poutre est maintenue latéralement en des points intermédiaires (par exemple par une poutre secondaire qui s’y raccorde ou par un contreventement), saisissez dans le champ Le la plus grande longueur non maintenue.
Coefficient de correction du moment Cb : Cb (ÇYTHYE Éq. 9.1) est calculé séparément pour chaque combinaison de charges à partir du diagramme de moments des éléments finis. Cb variant selon la combinaison, la combinaison déterminante n’est pas celle qui donne le moment maximal, mais celle dont le rapport demande/capacité est le plus élevé ; dans le rapport, le moment de calcul, le nom de la combinaison et Cb se rapportent à cette combinaison.
- Pour les poutres consoles (dont une extrémité n’est reliée ni à un poteau, ni à un voile, ni à une autre poutre), on prend Cb = 1,0 (ÇYTHYE 9.1(e)).
- Lorsqu’une longueur inférieure à la longueur de la poutre est saisie dans le champ Le, on prend Cb = 1,0 (du côté de la sécurité).
- L’extrémité d’une poutre secondaire qui se raccorde à une poutre principale est considérée comme un appui ; Cb est calculé à partir du diagramme de moments.
Limite de flèche K : elle est déterminée par élément, au même endroit que le choix de K de la flèche des poutres en bois (par défaut K = 300 ; selon le choix 200 / 150 / valeur saisie manuellement). La flèche est calculée à partir du moment de service (G+Q ou G+S non pondérés) ; pour une poutre console, l’équivalent de la charge d’extrémité est utilisé.
5. Calcul des poteaux en acier
| Vérification | Règlement | Explication |
|---|---|---|
| Compression axiale | Chapitre 8 | Flambement par flexion selon les axes x et y et, pour une section à double symétrie, flambement par torsion ; Fcr et φcPn (φc = 0,90) à partir de la contrainte critique élastique de flambement déterminante. Le mode de flambement déterminant est indiqué dans le rapport. |
| Élancement de la section | Tableau 5.1A | Les limites b/2tf de l’aile et hw/tw de l’âme sont vérifiées. Un élément à section élancée est explicitement marqué "narin enkesit" (section élancée) dans le rapport et est considéré comme insuffisant. |
| Rapport d’élancement | Recommandation ÇYTHYE | Si KL/r > 200, un avertissement rouge "KL/r>200!" est affiché dans le rapport. |
| Effet combiné | Chapitre 11.3 | Compression axiale + flexion biaxiale : Éq. 11.3a (Pr/Pc ≥ 0,2) ou 11.3b ; l’équation utilisée est indiquée dans le rapport. |
Longueur de flambement effective KL : par défaut, on retient la longueur du poteau à l’intérieur de l’étage (hauteur d’étage et différences de cotes inférieure/supérieure) et l’on suppose K = 1,0. En saisissant manuellement des valeurs dans les champs Le de la fenêtre Propriétés du chaînage vertical, la longueur de flambement peut être définie séparément pour chaque axe.
6. Combinaisons de charges
L’approche de calcul est LRFD (φb = φc = φv = 0,90). Les demandes sont issues de l’enveloppe des combinaisons LRFD de ÇYTHYE (1,4G ; 1,2G + 1,6Q + 0,5S ; 1,2G + 1,6S + 1,0Q ; en présence de vent, 1,2G + 1,0Q + 0,5S + 1,6W et 0,9G + 1,6W) et des combinaisons sismiques du programme (en situation sismique 1,2G, Q au minimum 1,0). Ces combinaisons ne modifient pas la liste des combinaisons de charges du projet ; elles sont utilisées uniquement dans la conception en acier. Le nom de la combinaison qui donne l’enveloppe est affiché dans le rapport à côté de la demande.
Dans les avertissements d’analyse, la ligne "Çelik kiriş/kolon tasarımında rüzgâr birleşimleri yok" (pas de combinaisons de vent dans la conception des poutres/poteaux en acier) signale qu’aucun cas de charge de vent n’est défini dans le projet. La liste de combinaisons par défaut (TBDY) ne comporte pas de vent ; pour que le vent soit pris en compte, sélectionnez dans l’onglet Combinaisons de charges les cas de charge et les combinaisons définis.
7. Rapports
Après l’analyse, le groupe Rapports des éléments en acier apparaît dans l’arbre de sélection des rapports :
| Rapport | Contenu |
|---|---|
| Calculs des poutres en acier | Étage par étage, un bloc par poutre : nom de la section ; matériau (Fy) ; caractéristiques de la section (A, Ix, Wel, Wpl, ry) ; Lb, Cb, Lp, Lr ; moment de calcul (avec la combinaison de charges donnant l’enveloppe), Mn, rapport et état limite déterminant ; effort tranchant de calcul, Vn et rapport ; effet combiné ; ligne de flèche ; Résultat : Yeterli / Yetersiz (Suffisant / Insuffisant) |
| Calculs des poteaux en acier | Caractéristiques de la section (A, Ix, Iy, rx, ry) ; KLx, KLy, KL/r le plus grand (avec avertissement si nécessaire) ; effort axial (avec sa combinaison), φcPn, rapport et mode de flambement déterminant ; moments selon les deux axes et leurs capacités ; équation d’interaction et sa valeur ; Résultat |
Les vérifications satisfaites sont marquées par un UYGUN (conforme) vert, celles qui ne le sont pas par un X rouge. Les rapports sont produits en turc lorsque la langue du programme est le turc, et en anglais dans les autres langues.
8. Vue 3D
Les poutres et poteaux auxquels un profilé est affecté sont dessinés dans la fenêtre 3D avec la géométrie réelle de leur section (âme–ailes des I/H, tube carré/rectangulaire, tube rond, contour des profilés formés à froid). Les éléments sans profilé affecté apparaissent comme des prismes rectangulaires. Les images des sections sont également ajoutées aux tableaux de sections des rapports.
9. Remarques importantes
- Pour les poteaux à section élancée, la méthode de la section efficace n’est pas appliquée dans cette version ; le programme ne produit pas de capacité et marque explicitement l’élément. Le résultat n’est jamais affiché silencieusement comme "sûr".
- Dans le calcul des poutres, Cb est calculé à partir du diagramme de moments de chaque combinaison ; il est pris égal à 1,0 pour une console et pour une courte Lb saisie manuellement dans le champ Le (voir le chapitre 4).
- Pour la longueur de flambement des poteaux, K = 1,0 est supposé ; pour d’autres conditions d’appui, saisissez manuellement la valeur K·L dans les champs Le.
- Le module d’élasticité du matériau acier est lu dans la bibliothèque de matériaux ; peu importe qu’il soit défini en kg/cm² ou en MPa (l’unité est reconnue automatiquement).
- Les conditions de ductilité sismique des sections du Chapitre 9 de TBDY, le rapport de capacité poteau–poutre et les éléments de contreventement ne relèvent pas du domaine de cette version.
10. Questions fréquentes
"Rapports des éléments en acier" n’apparaît pas dans l’arbre des rapports. Le groupe apparaît lorsque le projet comporte au moins une poutre ou un poteau dont le type de conception Acier est coché, et après l’analyse. Assurez-vous que l’option "Acier" est cochée dans la fenêtre des propriétés de l’élément et que l’analyse a été relancée.
Le rapport indique "Profil katalogda bulunamadı". Le nom de la section affectée à l’élément n’a pas été trouvé à l’identique dans la bibliothèque de profilés préfabriqués (par exemple, un nom de section modifié manuellement). Réaffectez la section depuis le formulaire Sélection de section préfabriquée.
Les capacités sont beaucoup plus faibles ou plus élevées que prévu. Comparez d’abord la ligne des caractéristiques de la section du rapport (A, Ix, Wpl) avec le tableau des profilés ; examinez ensuite les valeurs de Lb, de Cb et de KL — le maintien latéral ou la longueur de flambement ont peut-être été saisis manuellement. La cohérence de l’état limite de la poutre (plastification / déversement inélastique / déversement élastique) avec Lp et Lr peut être vue dans le rapport.
La poutre ou le poteau en acier apparaît comme un rectangle dans la vue 3D. Aucun profilé n’a été affecté à l’élément. Affectez un profilé en suivant les étapes du Chapitre 2.
Un même élément peut-il être soumis à la fois à une vérification en acier et en béton armé ? Non ; le type de conception est à choix unique. L’élément entre dans la vérification du module correspondant au type pour lequel il est coché.