Plancher en acier léger : solives de plancher et diaphragme

Cet article traite de trois sujets liés au plancher dans les bâtiments en acier léger : la vérification des solives de plancher (joists), la génération automatique des solives par division du plancher en acier léger en bandes, et le contrôle du plancher en tant que diaphragme transmettant aux panneaux les forces sismiques et de vent. Pour la conception générale des poutres et poteaux, voir Conception des poutres et poteaux en acier léger ; pour les formulations, voir l’article Fondements théoriques de la conception en acier léger. L’article Exemple résolu : bâtiment en acier léger à deux niveaux, qui présente la démarche pas à pas, utilise l’ensemble de ces fonctions.

info

Dans quelles éditions ? Les calculs en acier léger et les onglets Acier léger des fenêtres Propriétés du chaînage et Propriétés de la dalle figurent dans l’édition StatiCAD Ultimate.

1. Vérifications des solives de plancher (HCBTİE 4.8, 7.4, 7.5)

Les poutres de type Acier léger sont vérifiées comme solives de plancher. Les données propres aux solives se trouvent dans l’onglet Acier léger de la fenêtre Propriétés du chaînage. Elles ne sont utilisées que pour le type de poutre Acier léger ; les valeurs par défaut (0) sont du côté de la sécurité.

Donnée	Signification	Valeur par défaut
Aile supérieure fixée en continu au revêtement	Si le revêtement du plancher (OSB, contreplaqué, tôle trapézoïdale) est vissé en continu sur l’aile supérieure, il ne se produit pas de déversement en moment positif (travée, aile supérieure comprimée) ; Md+ découle des lignes de voilement local et distorsionnel.	Désactivée (Lb+ = longueur de l’élément)
Entraxe de maintien latéral de l’aile inférieure Lb (mm)	Entraxe des blocages, du contreventement (bridging) ou du revêtement inférieur en moment négatif (zone d’appui, aile inférieure comprimée).	0 = longueur de l’élément
Type d’appui	Automatique : si aucun poteau n’est présent à l’extrémité et qu’un mur existe, l’appui est de type posé (le voilement de l’âme est vérifié) ; sur un poteau, la solive est considérée comme liée par l’âme. On peut choisir manuellement Posé ou Lié par l’âme (gousset ; pas de vérification de voilement).	Automatique
Longueur d’appui ss (mm)	Longueur d’appui à l’appui. La HCBTİE 7.4(e) exige au moins 40 mm ; un avertissement est émis si une valeur inférieure est saisie.	0 = 40 mm
Raidisseur d’âme à l’appui	S’il est déclaré, les conditions de 7.4 sont considérées comme satisfaites à la place du voilement de l’âme ; pour la flexion + cisaillement, l’Éq. 4.8.6 est utilisée.	Absent
Charge par le dessus à l’appui	Si un mur ou un montant de l’étage supérieur se trouve au-dessus de l’appui (deux forces locales opposées), le voilement de l’âme est calculé avec la formulation correspondante.	Absente
Entraxe des solives < 40 cm et au moins deux lits de contreventement	Seconde voie de la HCBTİE 7.5 : lorsque le rapport portée/hauteur dépasse 18 ou que la fréquence est inférieure à 8 Hz, cette déclaration supprime l’avertissement de vibration.	Absente

En sélection multiple, les champs qui diffèrent entre les poutres sélectionnées apparaissent comme indéterminés (case à cocher grisée, texte vide, liste sans sélection) et ne sont pas appliqués tant qu’ils ne sont pas modifiés. Les données sont enregistrées avec le projet ; les projets enregistrés avant ces données s’ouvrent avec les valeurs par défaut.

1.1 Vérifications effectuées

• Flexion signée : les moments positifs (travée) et négatifs (appui) sont enveloppés séparément. Chacun est comparé à Md+ et Md− calculés avec sa propre longueur de maintien latéral et son propre coefficient Cb (AISI S100 F2.1.1, HCBTİE 1.3). Pour un porte-à-faux et pour une longueur à maintien intermédiaire, on prend Cb = 1.
• Flexion + cisaillement simultanés (HCBTİE 4.8.2) : M et V de la même section et de la même combinaison sont pris ensemble. Au dénominateur, on utilise la résistance en flexion Mdlo, déversement exclu (pour une âme raidie, le plus petit de cette valeur et de la résistance distorsionnelle).
• Voilement de l’âme (HCBTİE 4.8.3) : la 4.8.3 ne donnant pas de formulation pour la résistance, celle-ci est calculée selon la TS EN 1993-1-3 6.1.7.2 (HCBTİE 1.3). À un appui intermédiaire (poutre en acier léger se poursuivant dans la même direction), la demande est la somme des cisaillements d’extrémité des deux côtés. Les âmes Sigma (Σ) et les sections telles que r/t > 6, hw/t > 200 sont hors du domaine de ces formulations ; dans ce cas, l’avertissement « denetlenemedi » (non vérifiable) est émis.
• Nécessité d’un raidisseur d’âme (HCBTİE 7.4) : pour une âme plane, un raidisseur intermédiaire est nécessaire si h/t > 180 ou V > 0,8Vd.
• Flèche due à la seule charge d’exploitation (HCBTİE Tableau 7.1) : limite L/250. Non appliquée au type de flèche en porte-à-faux.
• Vibration (HCBTİE 7.5) : rapport portée/hauteur ≤ 18 et fréquence propre estimée de la poutre à une travée ≥ 8 Hz.

remarque

La page du rapport consacrée aux poutres en acier léger comporte les lignes de voilement de l’âme, de raidisseur d’âme et de vibration ; les lignes de géométrie, de demande, de flexion, de cisaillement et de flèche donnent des valeurs signées (moment positif/négatif). Les avertissements d’analyse signalent la nécessité d’un raidisseur d’âme, la condition de vibration, le voilement de l’âme non vérifiable, la longueur d’appui inférieure à 40 mm et, à titre d’information, l’interaction moment + force locale de la TS EN 1993-1-3 6.1.11. Le type d’appui automatique repose sur la présence d’un poteau et d’un mur voisins à l’extrémité. Si le voisinage n’est pas reconnu (p. ex. pour certains poteaux en acier léger à section polygonale), la poutre est considérée comme un porte-à-faux (Cb = 1) et le voilement n’est pas contrôlé ; dans ce cas, choisissez manuellement le type d’appui Posé.

2. Plancher en acier léger : bandes et solives de plancher

Pour transformer une dalle quadrangulaire en plancher en acier léger, utilisez l’onglet Acier léger de la fenêtre Propriétés de la dalle (visible uniquement lors de l’édition d’une seule dalle) :

1. Cochez la case Plancher en acier léger ; saisissez le profilé de solive (dans la liste des profilés prédéfinis, p. ex. CC C200x80x16x2), le matériau (vide = S235), l’entraxe maximal des solives (mm), la direction des solives (parallèle à l’axe X ou Y), le type de revêtement et la déclaration de contreventement.
2. Cochez la case Générer / renouveler les bandes et les solives de plancher à la validation, puis appuyez sur OK.

Le programme divise la portée en parts égales de façon à ne pas dépasser l’entraxe indiqué (p. ex. 4,0 m et 400 mm → 10 intervalles, 9 solives). Les solives sont générées comme chaînages de type Acier léger : articulées aux deux extrémités en M2 + M3, aile supérieure liée au revêtement (Chapitre 1), le type de revêtement et l’entraxe des solives étant affectés pour la retenue en rotation du revêtement (kφ). La dalle est divisée, entre les solives, en bandes portant les mêmes propriétés (épaisseur, G, Q, matériau) ; les bandes et les solives sont regroupées dans le groupe de sélection de la dalle (s’il n’y a pas de groupe, il est créé au nom de la dalle).

• Régénération : dans l’onglet Acier léger d’une bande quelconque, modifiez la définition et validez par générer / renouveler ; les bandes du même groupe et les solives générées sont supprimées, la dalle d’origine est rétablie puis divisée avec la nouvelle définition.
• Annulation : décochez la case Plancher en acier léger et validez par générer / renouveler ; la dalle d’origine est rétablie et les solives générées sont supprimées.
• Géométrie : les deux bords parallèles aux solives doivent être parallèles à un axe (bords inférieur et supérieur dans la direction X, bords gauche et droit dans la direction Y) ; les deux autres bords peuvent être obliques. Les dalles polygonales (coques) ne sont pas prises en charge.
• Charge : pour que les solives reçoivent largeur d’influence × G/Q, il est recommandé de choisir dans les Paramètres généraux du projet le transfert de charges classique et « les dalles ne sont pas incluses dans la rigidité du système ». Avec un transfert en coque, ou lorsque les dalles participent à la rigidité, les bandes répartissent la charge entre les solives ; si les solives de rive sont souples, la charge se reporte vers les solives proches des poteaux et l’analyse émet un avertissement.

remarque

Si une définition a été faite mais que les bandes et les solives n’ont pas été générées, l’analyse émet un avertissement. Les articulations d’extrémité définies sur les poutres en acier et en acier léger sont appliquées dans la résolution en éléments finis ; les solives générées fonctionnent comme des poutres simples.

astuce

Placez un linteau en acier léger à chaque ouverture de porte et de fenêtre où s’arrêtent les solives ; sinon, cette extrémité de la solive reste sans appui, la résolution en éléments finis émet un avertissement de rigidité singulière et les solives ressortent insuffisantes.

3. Diaphragme du plancher en acier léger (TBDY 10.5 / HCBTİE 7.4)

À chaque niveau de plancher possédant une définition de plancher en acier léger (Chapitre 2), l’analyse contrôle la transmission aux panneaux verticaux, par le plancher faisant office de diaphragme, des forces sismiques et de vent. Les données se trouvent dans le groupe Diaphragme de plancher de la partie inférieure de l’onglet Propriétés de la dalle › Acier léger (0 = valeur par défaut) :

• Résistance unitaire au cisaillement du revêtement vn (kN/m) : la réglementation ne donne pas de valeur pour le plancher. Si l’on laisse 0, la valeur du panneau mural du Tableau 10.5 de la TBDY est utilisée par analogie (OSB 11 mm 10,2 ; contreplaqué 12 mm 11,4 kN/m) ; pour la plaque de plâtre et un revêtement non défini, la vérification du revêtement n’est pas effectuée. Saisissez la valeur d’essai (TBDY Annexe 10.C) ou celle du fabricant.
• Vis plancher → lisse haute du panneau inférieur : diamètre et entraxe (0 → 4,8 mm / 300 mm), résistance au cisaillement de la vis du fabricant Pnvs facultative.

Une modification faite sur une bande se propage, à la validation par OK, à toutes les bandes de la famille (même si générer / renouveler n’est pas coché). Sont contrôlés :

1. Force de la ligne de mur (TBDY 4.5.6.4, avec D) : les panneaux de l’étage inférieur et de l’étage supérieur situés dans la même direction, à moins de 20 cm, forment une ligne ; F = cisaillement de la section supérieure des panneaux de l’étage inférieur − cisaillement de la section inférieure des panneaux de l’étage supérieur.
2. Cisaillement unitaire du revêtement : v = F/B (B : profondeur du plancher sur la ligne, TBDY Figure 10.11) ≤ φ·vn (séisme 0,60 / Ω 2,5 ; vent 0,65 / 2,0).
3. Collecteur (élément de transfert longitudinal) : effort axial le long de la ligne ; il augmente si le mur ne couvre pas toute la ligne ou si les murs supérieur et inférieur sont décalés. Il est comparé aux résistances en traction et en compression du profilé de la solive ; le nombre de vis requis pour l’éclissage est indiqué dans le rapport.
4. Liaison plancher → panneau inférieur : cisaillement de la section supérieure du panneau de l’étage inférieur (avec D) ≤ n·Ps (TBDY 10.3.4). La liaison panneau de l’étage supérieur → plancher figure dans le tableau des ancrages de panneau (type d’ancrage de cisaillement « vis »).
5. Force de membrure : dans chaque famille de planchers, T = C = F·L/(8·B) ; elle est comparée aux résistances en traction et en compression du profilé de la solive, et le nombre de vis requis pour l’éclissage est indiqué dans le rapport.
6. Ouverture : si la surface de l’ouverture dépasse 3 % de la surface du plancher, le plancher doit être modélisé comme élément coque (diaphragme semi-rigide) (HCBTİE 7.4(d)) ; le rapport est calculé lorsque les contrôles d’irrégularité sont activés.

Compression dans le collecteur et la membrure : la force du diaphragme changeant de signe avec le sens du séisme et du vent, l’effort du collecteur et de la membrure doit être repris aussi bien en traction qu’en compression. La résistance en compression Pd est la résistance en compression du profilé de la solive obtenue par l’EGM ; la longueur de flambement est l’entraxe des solives (entraxe maximal des solives du Chapitre 2 ; 400 mm s’il n’est pas saisi). Le rapport indique « Td = …, Pd = … (Lb = …) » et, pour l’éclissage, « ek yeri ≥ n vida » (éclissage ≥ n vis) ; la position de l’éclissage n’étant pas connue, le nombre de vis est donné pour l’effort maximal. Dans la partie du collecteur franchissant une ouverture, sans mur en dessous, la longueur de flambement selon l’axe fort est égale à la portée de l’ouverture ; vérifiez cette partie séparément.

remarque

Les résultats figurent dans le rapport, à la fin de la section de conception des poutres en acier léger, sous le titre Diaphragme de plancher en acier léger (si les solives de plancher ont été générées) ; les synthèses par niveau figurent sur la page du diaphragme de plancher, et les insuffisances dans les avertissements d’analyse et dans la liste de contrôle du projet (TBDY 10.5 / HCBTİE 7.4). Aux niveaux dont tous les planchers sont en acier léger, les vérifications du diaphragme de plancher en béton armé (TBDY M.7.11) ne sont pas effectuées.

4. Décalage de l’axe de la poutre et effort axial composite

Si, dans les Paramètres généraux du projet, la case Prendre en compte les valeurs Offset1 et Offset2 dans la matrice de rigidité du système ou Prendre en compte les excentricités dans la matrice de rigidité du système avec un axe défini est cochée, l’axe de la poutre est modélisé sous l’axe du nœud. Le diaphragme rigide ou les appuis retenant le déplacement axial des nœuds, le profilé se comporte comme une section composite travaillant avec une table infiniment rigide et reçoit un effort axial qui n’existe pas en réalité.

Dans la conception des poutres en acier léger, le programme déduit cette part de l’effort axial de chaque cas de charge, comme pour les poutres en béton armé ; le moment ne change pas, c’est-à-dire que le profilé reprend le moment total sans contribution composite. Il n’est donc pas nécessaire de décocher les cases de décalage. L’état de la case Offset1 et Offset2 est enregistré avec le projet ; les anciens projets qui ne contiennent pas cette information s’ouvrent avec la case cochée. Dans les tableaux de résultats des poutres en éléments finis, l’effort axial brut continue d’apparaître. La même correction est appliquée aussi aux poutres en acier lourd (laminées à chaud). Pour les formulations, voir l’article Fondements théoriques.

5. Questions fréquentes

J’obtiens l’avertissement « gövde buruşması denetlenemedi » (voilement de l’âme non vérifiable) pour une solive de plancher. La section est hors du domaine des formulations de la TS EN 1993-1-3 6.1.7.2 (âme Sigma, r/t > 6 ou hw/t > 200). Choisissez une section C, Z, U ou C+, ou déclarez un raidisseur d’âme à l’appui.

Le voilement de l’âme n’est jamais calculé pour la solive de plancher. Avec le type d’appui automatique, la solive peut avoir été considérée comme « liée par l’âme » parce qu’un poteau se trouve à l’extrémité, ou le voisinage d’extrémité n’a pas été reconnu. Si la solive repose sur un mur, choisissez le type d’appui Posé dans l’onglet Acier léger.

Comment lever l’avertissement de vibration ? La HCBTİE 7.5 exige un rapport portée/hauteur ≤ 18 et une fréquence propre ≥ 8 Hz. Choisissez un profilé plus haut, réduisez la portée, ou ramenez l’entraxe des solives sous 40 cm, mettez en place au moins deux lits de contreventement et cochez cette déclaration.

Les moments des solives de plancher générées sont très différents les uns des autres. Si les dalles participent à la rigidité du système en tant que coques, le revêtement répartit la charge entre les solives ; si les solives de rive sont souples, la charge se reporte vers les solives proches des poteaux. Pour une conception selon la largeur d’influence, choisissez le transfert de charges classique dans les Paramètres généraux du projet et n’incluez pas les dalles dans la rigidité du système.

La vérification du revêtement du diaphragme ressort insuffisante. La valeur vn par défaut est prise par analogie dans le tableau des panneaux muraux. Pour les diaphragmes avec blocage ou à entraxe de vis de rive serré, saisissez la valeur d’essai ou celle du fabricant dans le groupe Diaphragme de plancher ; si la liaison est insuffisante, resserrez l’entraxe des vis.