Charges de pont roulant, masses sismiques additionnelles et R–D différents
Cet article présente trois sujets propres aux bâtiments industriels préfabriqués : les masses additionnelles qui ne participent au système porteur qu’en tant que masse sismique, les charges de pont roulant et les coefficients R et D différents pour les parties supérieure et inférieure dans les bâtiments à plancher intermédiaire. Pour les étapes de modélisation, consultez l’article Modélisation des structures préfabriquées.
1. Masses des panneaux de façade et du pont roulant (masse sismique additionnelle)
Pour les masses qui doivent participer au système porteur non pas comme poids mais uniquement comme masse sismique, telles que les panneaux de façade suspendus aux poteaux ou le pont roulant :
- Sélectionnez dans le plan les poteaux sur lesquels la masse agira et ouvrez la fenêtre Macros → Ajouter un nœud prédéfini.... Avec l’option Sur l’axe des montants/poteaux sélectionnés, le nœud est placé en tête de poteau (cote de la gouttière) ou à la cote Z absolue indiquée (par ex. console de pont roulant) ; saisissez la masse en tonnes (= kN·s²/m) dans la case Masse sismique additionnelle. Pour un point situé en dehors d’un poteau, utilisez l’option Par coordonnées (X, Y, Z). Les nœuds apparaissent dans le plan sous la forme d’un carré vide.
- Pour modifier la valeur ensuite, faites un clic droit sur le symbole du nœud et ouvrez la fenêtre Propriétés du nœud prédéfini ; dans la case Masse sismique additionnelle de l’onglet Général, saisissez la masse en tonnes. Dans l’onglet Forces de la même fenêtre, on saisit les charges nodales (kN, kN·m ; axes globaux, Z vers le haut) ; dans l’onglet Général, les degrés de liberté d’appui.
Dans l’analyse, le nœud est relié au nœud d’éléments finis dont les coordonnées coïncident. Si le nœud se trouve dans l’intervalle d’étage d’un poteau et à l’intérieur de sa section, le poteau est divisé à cette cote. La masse d’un point qui ne peut être relié à aucun nœud n’entre que dans le total de l’étage et est signalée dans la liste des avertissements de l’analyse.
La masse additionnelle participe à la masse sismique de l’étage où se trouve le nœud, à la matrice de masse de l’analyse modale, à la charge sismique équivalente, à l’indicateur du second ordre et aux rapports partie supérieure/partie inférieure. N’étant pas un poids, elle n’est pas ajoutée aux charges verticales ni aux charges de fondation. L’affectation à l’étage se fait d’après la cote du nœud.
Lorsque plusieurs nœuds sont sélectionnés, si la case est laissée vide, les valeurs existantes sont conservées. Utilisation typique : la moitié du poids du panneau (la part portée par la liaison supérieure) en tête des poteaux à la cote de la gouttière. Ne saisissez pas ici séparément la masse du pont roulant : l’option Écrire la masse du pont de la fenêtre du pont roulant écrit la masse totale du pont (poids du pont / g) en la répartissant à parts égales entre les nœuds de console des poteaux de masse (section 2) ; si les deux méthodes sont utilisées ensemble, la masse est comptée deux fois.
2. Charges de pont roulant
La fenêtre Macros → Charges de pont roulant (gezer vinç)... calcule, à partir des réactions de roues, les efforts de dimensionnement de la poutre de roulement et les efforts verticaux et horizontaux transmis aux poteaux ; elle écrit les charges de pont roulant dans le modèle sous forme de chargements prédéfinis distincts. Le programme résout ces chargements séparément dans l’analyse et établit lui-même les combinaisons de pont roulant. La fenêtre n’est pas modale : tant qu’elle est ouverte, vous pouvez sélectionner des poteaux dans le plan.
Dans quelle édition, avec quelle organisation des charges ? Les chargements de pont roulant fonctionnent dans l’édition StatiCAD Ultimate et avec des chargements et des combinaisons prédéfinis (combinaisons de la TBDY) : dans Paramètres généraux du projet → Combinaisons de charges, l’option Utiliser les combinaisons de charges béton armé-maçonnerie doit être sélectionnée. Lorsque Utiliser les combinaisons de charges pour structures en bois (organisation des chargements définie par l’utilisateur) est sélectionnée, les chargements de pont roulant ne peuvent pas être appliqués.
| Donnée | Description | Valeur par défaut (ouvrage) |
|---|---|---|
| Capacité de levage (kN) | Capacité du pont roulant | 200 |
| R1max, R1min, R2max, R2min (kN) | Réactions de roues d’après le tableau du fabricant : côté chargé (R1) et côté opposé (R2) ; maximum et minimum pour deux positions du chariot | 153 / 49 / 134 / 30 |
| Entraxe des roues a (m) | Distance entre les deux roues sur une poutre de roulement | 3,84 |
| Coefficient dynamique ψ | Majore les efforts verticaux et horizontaux du pont roulant | 1,40 |
| Portée de la poutre de roulement L (m) | Entraxe des files | 7,5 |
| Poutre + rail q (kN/m) | Poids propre de la poutre de roulement et du rail | 5,1 |
| Cote supérieure de la console Z (cm, absolue) | Cote de la console de pont roulant ; les charges sont écrites à cette cote dans le nœud situé sur l’axe du poteau (le poteau est divisé à cette cote). Z doit se situer entre les cotes inférieure et supérieure des poteaux de rail | 800 |
| Excentricité de la console e (cm) | Distance de l’axe du rail à l’axe du poteau. La console est supposée dirigée vers le rail opposé, le signe est automatique (si les rails sont dans la direction X, MX = −V·ey ; dans la direction Y, MY = +V·ex) | 0 |
| Direction du rail | Direction des rails en plan (X ou Y). L’effort horizontal dans la direction du pont (Rkol/10) est pris perpendiculairement au rail, l’effort de freinage (Rkol/7) dans la direction du rail | X |
| Effort horizontal sur le rail opposé avec la charge de roue minimale (ouvrage) | Si cochée, l’effort horizontal est pris, dans le même sens, à partir de Rkol,max sur le rail chargé et de Rkol,min sur le rail opposé ; si décochée, à partir du maximum sur les deux rails (côté sécurité) | cochée |
| KG : poids propre du pont dans les combinaisons sismiques | Le poids propre du pont (ΣR − capacité) entre, comme chargement distinct, uniquement dans les combinaisons sismiques | cochée |
| γK (coefficient des combinaisons de pont roulant) | Coefficient de KV et de KH dans les combinaisons de pont roulant (TS 500, charge mobile du pont roulant) | 1,6 |
| Écrire la masse du pont | La masse du pont (poids du pont / g) est écrite comme masse sismique additionnelle, répartie à parts égales entre les poteaux de masse (section 1) | cochée |
- Calculer : s’affichent le poids propre et la masse du pont, les charges ponctuelles de poids propre sur la console, les moments et efforts tranchants de la poutre de roulement (Md, Vd, Md horizontal), les réactions de poteau (rail chargé / rail opposé) et les efforts horizontaux par poteau. La poutre de roulement est dimensionnée séparément avec ces valeurs. Avec les données de l’ouvrage : ΣR = 366 kN, poids du pont 166 kN (16,92 t), réaction de poteau 305,7 kN sur le rail chargé et 89,1 kN sur le rail opposé ; effort horizontal par poteau (rail chargé / rail opposé) 30,6 / 8,9 kN dans la direction du pont et 43,7 / 12,7 kN dans la direction du rail.
- Sélectionnez dans le plan les poteaux reposant sur un rail et appuyez sur Rail A ← poteaux sélectionnés, puis sélectionnez les poteaux du rail opposé et appuyez sur Rail B ← poteaux sélectionnés. Les poteaux sur lesquels seront répartis le poids propre du pont (KG) et sa masse sont affectés avec Masse ← poteaux sélectionnés ; en l’absence d’affectation, KG et la masse sont répartis à parts égales entre tous les poteaux de rail. Les boutons prennent les poteaux sélectionnés sur tous les niveaux : aucun poteau d’un autre niveau ne doit rester sélectionné.
- Appliquer les chargements de pont roulant : un nœud prédéfini est créé (ou un nœud existant est utilisé) sur l’axe de chaque poteau de rail et de masse, à la cote de la console, et les charges y sont écrites. Lors d’une nouvelle application, les charges et masses de pont roulant précédentes sont d’abord effacées (pas de double addition). Relancez ensuite l’analyse.
- Retirer le pont roulant : les chargements de pont roulant et les nœuds ouverts par l’application du pont roulant (sans autres données) sont supprimés ; la masse des nœuds où la masse du pont avait été écrite revient à sa valeur d’avant le pont roulant. Les données de la fenêtre et les affectations de poteaux sont conservées.
Les données et options de la fenêtre ne sont reprises dans le projet que lorsque l’on appuie sur Appliquer les chargements de pont roulant : après avoir modifié une donnée, appliquez de nouveau le pont roulant ; si vous vous contentez d’appuyer sur Calculer puis de fermer la fenêtre, la modification n’est pas conservée. Les affectations Rail A, Rail B et Masse, en revanche, sont conservées dès que l’on appuie sur le bouton. La définition du pont roulant et les chargements de pont roulant sont enregistrés avec le projet. Appliquer les chargements de pont roulant et Retirer le pont roulant peuvent chacun être annulés en une seule étape avec Annuler.
2.1 Chargements de pont roulant
Lorsque le pont roulant est appliqué, le nombre de chargements du projet passe de 13 à 20 ; les chargements de pont roulant sont ajoutés avec les numéros 13 à 19 et apparaissent dans le tableau Propriétés du nœud prédéfini → Forces du nœud. Dans les projets sans pont roulant défini, le nombre de chargements, les combinaisons et les résultats ne changent pas.
| Chargement | Contenu |
|---|---|
| KV1 / KV2 | Réactions verticales de poteau et moment de console : dans KV1, Rkol,max sur les poteaux du rail A et Rkol,min sur les poteaux du rail B ; l’inverse dans KV2. Rkol,max = ψ·(R1max + R2max·(L − a)/L), Rkol,min = ψ·(R1min + R2min·(L − a)/L) (poutre de roulement simplement appuyée, avec ligne d’influence) |
| KHX1 / KHX2 | Efforts horizontaux dans la direction globale X ; KHX1 est associé à la position KV1 (rail A chargé), KHX2 à la position KV2 |
| KHY1 / KHY2 | Efforts horizontaux dans la direction globale Y, même association |
| KG | Poids propre du pont W = ΣR − capacité (statique, sans ψ ; uniquement pour les combinaisons sismiques) ; réparti à parts égales entre les poteaux de masse |
Dans un chargement, tous les poteaux de chaque rail sont chargés simultanément (une seule position du pont roulant). Les chargements de pont roulant sont résolus avec la même rigidité et la même règle de diaphragme que G et Q.
2.2 Combinaisons de pont roulant
Lorsque des chargements de pont roulant existent, le programme ajoute à la fin de la liste des combinaisons jusqu’à dix combinaisons de pont roulant : 1,4G + 1,6Q + γK·KVi, 1,4G + 1,6Q + γK·KVi ± γK·KHXi et 1,4G + 1,6Q + γK·KVi ± γK·KHYi (i = 1, 2). Une combinaison de pont roulant reprend telles quelles les coefficients de la combinaison 1,4G + 1,6Q ; KHX et KHY n’entrent pas dans la même combinaison ; la neige (S) n’y figure pas.
- Les combinaisons de pont roulant ne sont pas considérées comme des combinaisons sismiques : elles n’entrent pas dans l’effort axial sismique des poteaux et des voiles (limite 0,40·fck·Ac pour le poteau) ; elles entrent dans les efforts de dimensionnement selon la TS 500 et dans l’enveloppe de l’effort tranchant.
- Les charges de pont roulant n’entrent pas dans les combinaisons sismiques (TBDY Éq. 4.11 et 4.12) ; seul KG y est ajouté, avec le coefficient G de la combinaison (1,0 / 0,9).
- Les combinaisons de pont roulant sont aussi utilisées dans le dimensionnement des poteaux, des poutres, des voiles, des fondations et du radier, dans la vérification de la contrainte du sol et dans l’enveloppe des combinaisons des sollicitations des liaisons préfabriquées.
- Seul le poids propre du pont entre dans la masse sismique, la charge levée n’y entre pas (TBDY 4.5.9.2).
Le pont roulant est modélisé avec une seule position ; il n’y a ni balayage des positions du pont roulant ni ponts roulants multiples. Les chargements de pont roulant n’entrent pas dans la vérification de la flèche des poutres ni dans les efforts internes de coque des dalles. Dans les combinaisons du règlement des bâtiments à risque (RBTE), aucune combinaison de pont roulant n’est générée ; avec les combinaisons de charges pour structures en bois ou dans une édition autre qu’Ultimate, les charges de pont roulant n’entrent pas dans l’analyse (les deux cas sont signalés dans la liste des avertissements de l’analyse ; la masse du pont continue de participer à la masse sismique). La console de pont roulant est dimensionnée si elle est définie comme console courte dans l’onglet Console de la fenêtre des propriétés du poteau : sa sollicitation est reprise automatiquement du nœud du pont roulant, tandis que l’effort sismique de la masse du pont n’entre pas dans la sollicitation horizontale (voir Dimensionnement des consoles courtes (corbeaux)). La synthèse de calcul du pont roulant n’est pas transférée dans le rapport.
3. R et D différents en partie supérieure et inférieure (TBDY 4.3.6)
Pour les bâtiments dont la partie inférieure (par ex. la partie à plancher intermédiaire) a un système porteur différent de celui de la partie supérieure, on utilise la fenêtre Macros → R-D différents en partie supérieure/inférieure (TBDY 4.3.6).... L’analyse est effectuée pour tout le bâtiment avec les coefficients de la partie supérieure (R, D des Paramètres généraux du projet) ; les efforts internes des éléments de la partie inférieure sont corrigés par le coefficient ν du règlement.
| Donnée | Description | Valeur par défaut |
|---|---|---|
| Appliquer des coefficients R et D différents en partie supérieure/inférieure | Active l’option | désactivé |
| Dernier étage de la partie inférieure (n° d’étage) | Cet étage et ceux en dessous sont considérés comme « partie inférieure » | 1 |
| R de la partie inférieure (X), R (Y) | Coefficient de comportement du système porteur de la partie inférieure (TBDY Tableau 4.1) | 8 |
| D de la partie inférieure (X), D (Y) | Coefficient de sur-résistance de la partie inférieure (TBDY Tableau 4.1) | 3 |
| νsup (X), νsup (Y) | Rapport de l’effort tranchant à la base de la partie supérieure à l’effort tranchant total à la base ; si 0 est saisi, il est calculé automatiquement à partir des poids et des hauteurs d’étage | 0 |
Le bouton Calculer / Afficher montre les valeurs νsup, νinf, ν, (R̄a)inf et D̄inf.
Dans l’analyse : les efforts internes ductiles issus des chargements sismiques des éléments de la partie inférieure sont majorés par ν ; le comportement non ductile (calculs de capacité à l’effort tranchant) est traité avec D̄inf ; le déplacement relatif d’étage de la partie inférieure est calculé avec (R̄a)inf. Le réglage est enregistré avec le projet.
Exemple (bâtiment de l’ouvrage) : partie supérieure R = 3, D = 2 ; partie inférieure R = 5, D = 2,5 ; dernier étage inférieur 1 ; νsup = 0,408 (X) / 0,406 (Y) → ν = 0,763 / 0,762, (R̄a)inf = 3,93, D̄inf = 1,81. Si une comparaison exacte est nécessaire, la valeur νsup peut aussi être saisie manuellement.
4. Situations fréquentes
| Symptôme | Solution |
|---|---|
| Le bouton « Appliquer les chargements de pont roulant » est inactif. | Dans Paramètres généraux du projet → Combinaisons de charges, Utiliser les combinaisons de charges pour structures en bois est sélectionné. Sélectionnez Utiliser les combinaisons de charges béton armé-maçonnerie, fermez la fenêtre du pont roulant et rouvrez-la (section 2). |
| Dans les avertissements de l’analyse, le message « Les chargements de pont roulant (gezer vinç) sont définis dans le projet mais n’ont pas participé à l’analyse ». | Les combinaisons de charges pour structures en bois sont sélectionnées ou l’édition n’est pas Ultimate. Sélectionnez Utiliser les combinaisons de charges béton armé-maçonnerie et relancez l’analyse ; si le pont roulant n’est pas nécessaire, exécutez Retirer le pont roulant dans la fenêtre du pont roulant. |
| Les combinaisons de pont roulant sont absentes de la liste. | Le pont roulant n’a pas été appliqué ou a été retiré ; Appliquer les chargements de pont roulant doit être exécuté avant l’analyse. Lorsque les combinaisons du règlement des bâtiments à risque (RBTE) sont utilisées (lors de la détermination d’un bâtiment à risque, ou lorsque l’option « Appliquer les directions sismiques séparément, uniquement selon X et Y » est sélectionnée dans les Paramètres généraux du projet pour la combinaison des effets sismiques), les combinaisons de pont roulant ne sont pas établies. |
| Avertissement « Rail A et rail B apparaissent sur la même ligne » ; le moment de console n’a pas été écrit. | La direction du rail ne correspond pas à la direction des rails en plan, ou des poteaux situés sur la même ligne ont été affectés au rail A et au rail B. Corrigez la direction du rail ou les affectations de poteaux et réappliquez le pont roulant. |
| Message « Poids propre du pont (ΣR − capacité) nul : KG et masse non écrits ». | La capacité de levage doit être inférieure à la somme des réactions de roues (ΣR) ; vérifiez que les valeurs R1/R2 du tableau du fabricant comprennent le poids du pont. |
| La masse sismique totale est supérieure à celle attendue. | La masse du pont a été écrite à la fois à la main (Masse sismique additionnelle) et avec la fenêtre du pont roulant. Décochez Écrire la masse du pont et réappliquez le pont roulant, ou supprimez la masse saisie à la main. |
| La masse additionnelle n’apparaît pas dans les charges de fondation. | Comportement attendu : la masse sismique additionnelle n’est pas un poids, elle ne participe qu’au calcul sismique. |