Conception des panneaux et montants en acier formé à froid

Cet article décrit l'utilisation du module de panneaux de contreventement en acier formé à froid (acier léger) de StatiCAD. Le module effectue deux vérifications fondamentales : la capacité de cisaillement du revêtement du panneau (TBDY 2018) et la vérification des montants de l'ossature du panneau à la compression axiale combinée à la flexion due au vent hors plan (méthode de la largeur efficace — EGM selon le Chapitre 4 de la HCBTİE ; YDKT ou GKT). Les efforts sont repris de la résolution de l'analyse du programme ; les résultats sont présentés dans les avertissements d'analyse et dans les rapports de calcul en turc/anglais.

Articles associés : Conception des poutres et poteaux en acier formé à froid, Exigences réglementaires, ancrages et fondations, Fondements théoriques, Validation.

info

Dans quelles éditions ? Les calculs en acier formé à froid sont disponibles dans l'édition StatiCAD Ultimate. Les données des panneaux sont enregistrées avec le projet dans toutes les éditions.

1. Déroulement général

1. Dessinez le mur de la manière habituelle et ouvrez la fenêtre Propriétés du mur.
2. Cochez l'option « Panneau en acier léger » comme type de conception.
3. Dans l'onglet Panneau en acier léger, saisissez les données du revêtement et des montants (Chapitre 2), puis enregistrez avec OK.
4. Pour les panneaux de façade, cochez la case d'axe de rive appropriée dans les propriétés du mur (Axe de rive supérieur/inférieur/gauche/droit) ; la flexion due au vent n'est calculée que pour ces murs (Chapitre 5).
5. Dans les Paramètres généraux du projet, vérifiez la méthode de conception (YDKT/GKT), la pression dynamique du vent et la limite de flèche des montants (Chapitres 5 et 6).
6. Lancez l'analyse. La capacité de cisaillement des panneaux et les vérifications des montants sont calculées automatiquement pendant l'analyse ; les insuffisances apparaissent dans la liste d'avertissements en fin d'analyse (Chapitre 8).
7. Dans l'arborescence de l'onglet Rapport de la fenêtre Sélection des rapports, cochez le groupe « Rapports des éléments en acier léger » et ses sous-rapports, puis générez le rapport (Chapitre 9).

2. Saisies de l'onglet « Panneau en acier léger »

Saisie	Description	Valeur par défaut
Revêtement présent sur la face gauche/supérieure	Indique si la face gauche (supérieure) du panneau porte une plaque de revêtement	Oui
Revêtement présent sur la face droite/inférieure	Indique si la face droite (inférieure) du panneau porte une plaque de revêtement	Oui
vc,gauche, vc,droite (kN/m)	Résistance caractéristique au cisaillement du revêtement par unité de longueur (selon le type de plaque, le diamètre et l'entraxe des vis ; l'explication de l'onglet donne les valeurs typiques du Tableau 10.5 de la TBDY)	10,2 (OSB de 11 mm)
Profilé de montant (C / Sigma)	Section formée à froid utilisée pour les montants du panneau ; la liste est alimentée par la table de profilés fournie à l'installation	Vide (à choisir par l'utilisateur)
Entraxe des montants s (mm)	Entraxe des montants intermédiaires	600
Nombre de montants de rive n	Nombre de montants à chaque extrémité du panneau ; l'effort de renversement est réparti entre ces montants	2

remarque

Les anciens fichiers de projet qui ne contiennent pas ces saisies s'ouvrent sans modification ; les champs reçoivent les valeurs par défaut.

3. Capacité de cisaillement du panneau (TBDY 2018)

Pour chaque panneau en acier léger, la capacité de cisaillement de la ou des faces revêtues est calculée :

info

Vc = 0,6 · vc · L (L : longueur du mur)

• Pour 2 ≤ h/L ≤ 4, la capacité est réduite par le coefficient 2L/h ; si h/L > 4 ou L < 0,30 m, le panneau ne participe pas à la capacité de cisaillement.
• Si une seule face est revêtue, on retient la capacité de cette face ; si les deux faces sont revêtues, on retient le total pour des revêtements identiques et la règle max(2·petite, grande) pour des revêtements différents.

Le résultat est pris en compte comme capacité horizontale du panneau dans la répartition de l'effort tranchant d'étage et il est listé panneau par panneau dans le rapport.

4. Vérification des montants (EGM — HCBTİE Chapitre 4)

4.1 Sollicitations

Pour chaque panneau, l'analyse établit l'enveloppe de l'effort tranchant dans le plan (V) et de l'effort axial vertical (N) du mur pour toutes les combinaisons de charges ; le nom de la combinaison déterminante est indiqué dans le rapport. Les sollicitations des montants sont déduites de cette enveloppe :

Élément	Sollicitation axiale	Description
Montant intermédiaire	Nint = N · s / L	Part de la charge verticale correspondant à la surface d'influence
Montant de rive	Nrive = max[ N·(s/2)/L + (V·h/L)/n ; Cd ]	Part de la surface d'influence + part de l'effort d'extrémité issu du moment de renversement, divisée par le nombre de montants de rive. Cd est la même répartition majorée du facteur de sur-résistance D de l'action sismique et calculée combinaison par combinaison (TBDY 10.4.1.1(a)) ; la plus grande valeur est retenue. Le rapport indique « (D ile) » (avec D) ou « (zarf) » (enveloppe) à côté de la sollicitation.

4.2 Capacité

Pour la section choisie, la capacité à la compression axiale (Pd) est obtenue par l'EGM : la plus petite des lignes voilement local (largeurs efficaces), voilement distorsionnel et voilement global par flexion–torsion est déterminante. Longueurs de flambement :

• Axe fort : Lx = hauteur du panneau h.
• Si au moins une face est revêtue, on prend Ly = Lz = entraxe des montants s pour l'axe faible et la torsion, et le déversement est considéré comme maintenu ; en l'absence de revêtement, Ly = Lz = h.

Les caractéristiques brutes de la section (A, Ix, Iy) sont les valeurs du catalogue du fabricant figurant dans la table de profilés ; la constante de torsion, le centre de cisaillement et la constante de gauchissement sont calculés automatiquement à partir de la géométrie de la section. Pour les panneaux revêtus, la ligne déterminante est le plus souvent le voilement distorsionnel ; la contrainte critique distorsionnelle est calculée par la méthode générale de la HCBTİE 4.10.3.3 ou, si on le choisit, par la méthode des bandes finies (voir Fondements théoriques).

Pour chaque panneau, le montant de rive et le montant intermédiaire sont vérifiés sur des lignes distinctes. Deux rapports sont calculés et le plus grand, retenu comme rapport déterminant, donne la décision Suffisant / YETERSİZ (insuffisant) :

• Rapport axial = PEd/Pd (enveloppe de toutes les combinaisons de charges),
• Rapport de la combinaison avec vent = P/Pd + M/Md (uniquement pour les murs extérieurs ; HCBTİE Éq. 4.8.4).

5. Flexion due au vent hors plan et flèche

Les montants des murs dont l'axe de rive est coché (murs extérieurs) fléchissent comme des poutres simples sous la pression du vent perpendiculaire à la face du mur :

• w = max(0,8 · q ; 0,5) kN/m² (0,8 : coefficient de pression de la TS 498 ; 0,5 kN/m² : limite inférieure de la charge de vent caractéristique de la HCBTİE)
• M = γW · w · b · h² / 8 (b : s pour un montant intermédiaire, s/2 pour un montant de rive ; l'amplification du second ordre est appliquée)

q correspond à la case « Charge de vent » de l'onglet Paramètres généraux du projet → Combinaisons de charges ; il faut y saisir la valeur de la TS 498 correspondant à la hauteur du bâtiment (0–8 m : 0,5 ; 8–20 m : 0,8 ; 20–100 m : 1,1 kN/m²). La charge de neige du même onglet est incluse dans l'effort axial de la combinaison avec vent. Combinaisons avec vent — YDKT : 1,2G + 1,0Q + 0,5S + 1,6W et 1,2G + 1,6S + 0,8W ; GKT : G + 0,75Q + 0,75S + 0,45W et G + 0,6W.

remarque

Si aucun panneau en acier léger du projet n'est marqué comme mur extérieur, une ligne l'indiquant apparaît dans la liste d'avertissements de l'analyse ; la flexion due au vent n'est pas ignorée silencieusement. Un avertissement est également émis si q n'est pas saisi ou s'il est inférieur à la valeur de la TS 498 correspondant à la hauteur de la cote supérieure du panneau (q n'est pas modifié par le programme).

Contrôle de la flèche : pour les montants des murs extérieurs, la flèche hors plan est calculée avec la valeur caractéristique du vent et la condition δ ≤ h/K est vérifiée. La flèche est calculée avec l'inertie de la section efficace au moment de service (HCBTİE 4.9.5) ; pour les sections élancées, elle peut être supérieure à celle calculée avec l'inertie brute. K se choisit dans la liste Limite de flèche des montants de la case « Méthode de conception des éléments en acier léger » de l'onglet Paramètres généraux du projet → Choix de la réglementation (h/120, h/200, h/240 par défaut, h/300, h/360). La HCBTİE ne donnant pas de limite propre aux montants, le choix doit être fait par l'ingénieur selon le type de revêtement : h/120 pour un revêtement souple, h/240 pour un revêtement en plaque de plâtre ou en OSB, h/360 pour un enduit ou un carrelage sont courants. Le résultat est inscrit sur une ligne « Sehim » (flèche) distincte du rapport ; si la limite est dépassée, le montant est considéré comme insuffisant.

6. Méthode de conception : YDKT / GKT

La méthode se choisit dans la case « Méthode de conception des éléments en acier léger » de l'onglet Paramètres généraux du projet → Choix de la réglementation (visible lorsque le type de bâtiment est acier léger ou que le projet contient un panneau en acier léger) et est enregistrée avec le projet :

Option	Résistance	Combinaisons de charges
YDKT (LRFD, par défaut)	φc = 0,85, φb = 0,90 (HCBTİE)	Combinaisons du programme ; 1,2G à la place de G dans les combinaisons sismiques ; de plus, les combinaisons verticales de la HCBTİE 4.3.1 (1,4G ; 1,2G + 1,6Q + 0,5S ; 1,2G + 1,6S + Q) sont générées à partir des résultats bruts G/Q/S et ajoutées à l'enveloppe.
GKT (ASD)	Ωc = 1,80, Ωb = 1,67 (AISI S100)	Les combinaisons du programme sont converties en leurs équivalents GKT ; de plus, G + Q, G + S, G + 0,75Q + 0,75S et la forme G + 0,7E des combinaisons sismiques sont ajoutées à l'enveloppe.

danger

La HCBTİE ne définit que la YDKT ; l'option GKT est destinée à la comparaison et au prédimensionnement. Pour les calculs officiels, utilisez la YDKT. Les anciens projets s'ouvrent en YDKT.

7. Retenue en rotation du revêtement (kφ)

Un revêtement en OSB ou en contreplaqué retient les ailes du montant contre la rotation et augmente ainsi la résistance au voilement distorsionnel (HCBTİE 4.10.3.3, AISI S240). Si aucune donnée n'est saisie, kφ = 0 est retenu.

• Dans la case « Retenue en rotation du montant par le revêtement » de l'onglet Propriétés du mur → Panneau en acier léger, on saisit pour les faces gauche et droite le type de plaque (Non défini / Plaque de plâtre / OSB / Contreplaqué / kφ utilisateur), la rigidité en flexion de la plaque (0 = valeur par défaut du type), l'entraxe des vis et, uniquement pour « kφ utilisateur », la valeur de kφ. Le calcul retient la plus petite des deux faces : si l'une des faces est en plaque de plâtre, non définie ou sans revêtement, kφ = 0.
• Conditions : entraxe des vis ≤ 305 mm et entraxe des montants ≤ 625 mm ; sinon kφ = 0 est retenu et la raison est indiquée dans le rapport. La plaque de plâtre n'est pas prise en compte dans le calcul de la résistance.
• Dans la note du montant du rapport figurent la valeur de kφ de chaque face, ou la raison de la valeur nulle, ainsi que la valeur retenue.

8. Avertissements d'analyse

Avertissement	Signification / action à mener
« … hafif çelik panel dikme hesabı yapılamadı: Dikme profili seçilmedi » (calcul des montants du panneau en acier léger impossible : aucun profilé de montant n'a été choisi)	Aucun profilé de montant n'a été choisi dans l'onglet du panneau. Choisissez un profilé dans Propriétés du mur → Panneau en acier léger.
« … hafif çelik panel KENAR/ARA dikmesi yetersiz (oran=…) » (montant de RIVE/INTERMÉDIAIRE du panneau insuffisant)	Le rapport déterminant du montant concerné dépasse 1. Choisissez un profilé plus grand ou plus épais, réduisez l'entraxe des montants ou augmentez le nombre de montants de rive.
« Hafif çelik panellerde bina kenar aksı (dış duvar) işaretli duvar yok … » (aucun mur marqué axe de rive du bâtiment (mur extérieur) parmi les panneaux en acier léger)	Aucun panneau n'étant marqué comme mur extérieur, la flexion due au vent n'a pas été calculée. Cochez les cases d'axe de rive pour les panneaux de façade.
« … hafif çelik panel dikme sehimi fazla (rüzgâr: sehim=… mm > h/K=… mm) » (flèche excessive du montant du panneau en acier léger)	La flèche hors plan du montant d'un mur extérieur dépasse la limite choisie. Choisissez un profilé plus rigide, réduisez l'entraxe des montants ou, si le type de revêtement le permet, réexaminez la limite.
« Rüzgâr basıncı q girilmemiş …» / « … TS 498 yükseklik kademesinin altında …» (pression de vent q non saisie / inférieure au palier de hauteur de la TS 498)	Saisissez dans Paramètres généraux du projet → Combinaisons de charges → Charge de vent une valeur adaptée à la hauteur du bâtiment.

9. Rapports

Dans l'arborescence Sélection des rapports → onglet Rapport se trouve le groupe « Rapports des éléments en acier léger » (visible si le projet contient un panneau en acier léger) :

• Conception des panneaux en acier léger : informations sur le revêtement panneau par panneau, saisies de h, L, vc et capacités de cisaillement du revêtement.
• Conception des montants en acier léger (EGM) : étage par étage et panneau par panneau — nom du panneau et profilé, géométrie (h, L, s, n), méthode de conception et pression du vent, efforts d'enveloppe (avec le nom de la combinaison déterminante), sollicitation, capacité, rapport axial, rapport déterminant et état pour les montants de rive et intermédiaires ; ligne de combinaison avec vent et flèche pour les murs extérieurs ; lignes d'ancrage et de cisaillement du panneau ; note sur les hypothèses de calcul.
• Conception des poutres en acier léger (EGM) et Conception des poteaux en acier léger (EGM) : si le projet contient de tels éléments (voir Conception des poutres et poteaux en acier formé à froid).

Les rapports sont produits en turc ou en anglais selon la langue du programme ; une fois l'analyse terminée, on les obtient avec « Générer tous les rapports sélectionnés » et on peut les exporter en PDF/DOCX.

10. Questions fréquentes

La capacité de cisaillement du panneau s'affiche à 0. Il se peut que h/L > 4 ou L < 0,30 m, ou qu'aucun revêtement ne soit coché sur les deux faces. Dans les anciens projets, la résistance du revêtement peut provenir de l'ancienne valeur par défaut (2,7 kN/m) ; vérifiez-la dans l'onglet.

La liste des profilés de montant est vide ou n'affiche que des profilés Sigma. Les profilés sont chargés depuis le fichier HafifCelikProfil.txt du dossier d'installation (527 profilés). Si ce fichier est introuvable, le fichier de secours HafifCelikSigma.txt (90 profilés Sigma) est utilisé ; si aucun des deux n'existe, la liste reste vide. Réinstallez la mise à jour.

Le profilé de montant est vide sur un nouveau mur en acier léger. Le profilé est choisi par l'utilisateur : Propriétés du mur → Panneau en acier léger → Profilé de montant. S'il n'est pas choisi, l'analyse émet un avertissement.

Le rapport n'a pas de ligne de combinaison avec vent et indique « iç duvar » (mur intérieur). Le mur n'est marqué par aucune des cases d'axe de rive. S'il s'agit d'un mur de façade, cochez l'axe de rive correspondant dans les Propriétés du mur et relancez l'analyse.

« (D ile) » est inscrit à côté de la sollicitation du montant de rive. Conformément à la TBDY 10.4.1.1(a), la sollicitation du montant de rive est également calculée à partir des combinaisons sismiques majorées du facteur de sur-résistance D ; dans un bâtiment à plusieurs étages, le moment de renversement cumulé depuis les étages supérieurs est lui aussi pris en compte. Si le rapport est insuffisant, augmentez le nombre de montants de rive ou renforcez leur profilé.

La note de bas de page du rapport contient « Kenar rijitleştirici (HCBTİE 4.9.3) » (raidisseur de bord). Le retour (lèvre) ne suffit pas à raidir entièrement l'aile ; le coefficient de plaque de l'aile et les largeurs efficaces ont été réduits conformément à la réglementation. Si l'on choisit une épaisseur plus forte ou un profilé à lèvre plus longue, la réduction diminue.

Pourquoi la ligne déterminante d'un panneau revêtu est-elle toujours le voilement distorsionnel ? Le revêtement limite le voilement par axe faible et par torsion à l'entraxe des montants ; pour les sections à parois minces, c'est alors généralement le voilement distorsionnel qui donne la résistance la plus faible. La saisie de la retenue en rotation du revêtement (Chapitre 7) et l'option des bandes finies (pour les sections Sigma) permettent de calculer cette résistance de façon plus réaliste.