Qu’est-ce que le calcul des structures en acier léger ?

Dans les bâtiments en acier léger, le système porteur est constitué de panneaux formés de montants de section C ou Sigma, formés à froid à partir de tôle mince, et de leur revêtement en OSB, en contreplaqué ou en plaques de plâtre. Les panneaux reprennent les charges horizontales par la résistance au cisaillement du revêtement ; les montants transmettent les charges verticales et les efforts de renversement.

Dans les sections à parois minces, la résistance est le plus souvent gouvernée par le flambement : flambement local de l’âme et des ailes, flambement distorsionnel où l’aile et le raidisseur de bord tournent ensemble, et flambement de l’élément dans son ensemble. HCBTİE calcule ces sections par la méthode de la largeur efficace ; TBDY 2018 Chapitre 10 définit quant à lui le calcul sismique des bâtiments en acier léger, les capacités au cisaillement des panneaux et les règles d’ancrage.

StatiCAD réunit ces deux règlements dans un seul flux : le modèle est analysé, les sollicitations des panneaux et des montants sont déduites, les vérifications au flambement et au vent sont effectuées, les ancrages et les fondations sont conçus selon les règles des codes, et les résultats sont présentés dans un rapport en turc ou en anglais.

Que fait StatiCAD pour les structures en acier léger ?

La chaîne de conception du bâtiment en acier léger, du calcul sismique aux fondations.

Capacité au cisaillement des panneaux et séisme

  • Capacité au cisaillement des panneaux revêtus (TBDY Tableau 10.5) ; OSB, contreplaqué, tôle et plaque de plâtre
  • Charge sismique par la méthode de la charge sismique équivalente, avec T = 0,2 s (TBDY 10.2.6.1)
  • Dans le modèle par éléments finis, les rigidités des panneaux sont proportionnelles à leur capacité ; la charge sismique est répartie entre les panneaux selon leurs capacités
  • Vérification de la part sismique des panneaux à plaques de plâtre (TBDY 10.2.7.2)

Vérification des montants (méthode de la largeur efficace)

  • Résistance de calcul à partir des lignes de flambement local, distorsionnel et par flexion–torsion
  • Pour le flambement distorsionnel, méthode générale de HCBTİE 4.10.3.3 ou option de bandes finies
  • Effort de renversement dans les montants d’extrémité avec le coefficient de sur-résistance (TBDY 10.4.1.1)
  • Prise en compte dans la résistance du maintien en rotation apporté au montant par le revêtement

Vent et flèche

  • Flexion due au vent hors plan dans les montants des murs extérieurs et effet combiné avec l’effort axial
  • Limite inférieure de la charge de vent de HCBTİE et vérification de la pression de vent selon la hauteur du bâtiment
  • Flèche des montants et des poutres avec l’inertie efficace de la section au moment de service
  • Limite de flèche sélectionnable selon le type de revêtement (h/120 – h/360)

Poutres et poteaux en acier léger

  • 527 profilés d’acier léger prédéfinis : C, Z, U, C+, Sigma et Sigma+
  • Poutre : effet combiné de la flexion, du cisaillement, de l’effort axial et de la flexion, flèche
  • Poteau : compression, effet combiné avec flexion bi-axiale, cisaillement et traction
  • Vérification de la suffisance du raidisseur de bord (lip) et des conditions de section

Ancrages, assemblages et conditions structurelles

  • Conception des ancrages de soulèvement (traction, hold-down) et des ancrages de cisaillement aux extrémités des panneaux
  • Ratios de cisaillement, de pression diamétrale et de résistance du béton pour les assemblages boulonnés et vissés
  • Conditions des panneaux de HCBTİE Chapitre 6 : entraxe des montants, épaisseur de paroi, dimensions de l’âme et du raidisseur de bord
  • Hauteur du bâtiment, limites de R et D (HCBTİE Tableau 1.2)

Conception des fondations et méthode de conception

  • Conception des fondations avec les efforts sismiques majorés par le coefficient de sur-résistance (TBDY 10.4.1.2)
  • Option de méthode de conception LRFD (HCBTİE) et ASD à titre de comparaison
  • Ajout automatique des combinaisons de charges verticales de HCBTİE
  • Rapports de panneaux, montants, poutres et poteaux en turc ou en anglais

Solives de plancher en acier léger

  • Division du plancher en bandes entre les solives et génération automatique de solives de plancher articulées aux deux extrémités
  • Longueur de maintien latéral distincte pour le moment positif et négatif, et Cb issu du diagramme de moment (AISI S100 F2.1.1)
  • Flexion et cisaillement simultanés, plissement de l’âme sur appui (TS EN 1993-1-3 6.1.7.2) et nécessité d’un raidisseur
  • Flèche sous charge variable seule (L/250) et contrôle des vibrations (HCBTİE 7.5)

Diaphragme de plancher (TBDY 10.5)

  • Efforts transmis aux lignes de murs et cisaillement unitaire du revêtement
  • Efforts dans le collecteur (élément de transfert longitudinal) et dans les membrures
  • Vérification des vis reliant le plancher au panneau de l’étage inférieur
  • Contrôle du taux d’ouverture ; pour les étages dont tous les planchers sont en acier léger, les vérifications du diaphragme en béton armé ne sont pas effectuées

Aperçus du programme

Vue 3D d’une maison en acier léger à deux niveaux dans StatiCAD

Vue 3D d’une maison type en acier léger à deux niveaux

Plan du rez-de-chaussée : panneaux en acier léger, solives de plancher et bandes

Plan du rez-de-chaussée : panneaux en acier léger, solives de plancher et bandes

Propriétés de mur, onglet Panneau en acier léger : résistance du revêtement, profilé des montants et maintien en rotation

Onglet Panneau en acier léger : résistance du revêtement, profilé des montants, entraxe des montants et maintien en rotation du revêtement

Propriétés de mur, onglet Ancrage en acier léger : données des ancrages de traction et de cisaillement

Onglet Ancrage en acier léger : données des ancrages de traction (soulèvement) et de cisaillement

Propriétés de chaînage, onglet Acier léger : données de vérification des solives de plancher

Données de vérification des solives de plancher en acier léger (HCBTİE 4.8, 7.4, 7.5)

Fenêtre de choix de section dans la bibliothèque de profilés formés à froid

Choix de la section dans la bibliothèque prédéfinie de profilés formés à froid

Solution pas à pas avec ces captures : Exemple résolu – Bâtiment en acier léger à deux niveaux (Base de connaissances)

Comment ça marche ?

  1. Dessinez les murs, choisissez le type de conception « Panneau en acier léger » dans Propriétés du mur ; saisissez le revêtement, le profilé des montants, l’entraxe des montants et le nombre de montants d’extrémité.
  2. Repérez les panneaux de façade ; définissez la méthode de conception, la pression de vent et la limite de flèche dans Paramètres généraux du projet.
  3. Dans l’onglet Acier léger, divisez les planchers en bandes et générez les solives de plancher ; si nécessaire, attribuez aux poutres et poteaux un profilé en acier léger prédéfini et saisissez les informations d’ancrage.
  4. Lancez l’analyse ; les vérifications des panneaux, montants, poutres, poteaux, ancrages et fondations sont effectuées automatiquement, et les insuffisances apparaissent dans la liste d’avertissements.
  5. Obtenez les rapports dans le groupe Rapports des éléments en acier léger.

Rapports

Dans le groupe Rapports des éléments en acier léger :

  • Conception des panneaux en acier léger : informations sur le revêtement et capacités au cisaillement des panneaux
  • Conception des montants en acier léger : sollicitations des montants d’extrémité et intermédiaires, capacités de flambement, combinaison de vent, flèche, lignes d’ancrage et de cisaillement des panneaux
  • Conception des poutres en acier léger : flexion, cisaillement, interaction, flèche, plissement de l’âme et vibrations
  • Conception des poteaux en acier léger : compression, effet combiné, cisaillement et traction
  • Combinaisons de charges déterminantes et hypothèses de calcul dans chaque rapport
  • Diaphragme de plancher en acier léger : efforts de ligne, revêtement, collecteur, membrures et vérifications des fixations

Documents d’aide

Utilisation pas à pas, exemples résolus, fondements théoriques et études de validation dans la Base de connaissances.

Vérification

Les caractéristiques de section ont été comparées aux valeurs du fabricant pour la totalité des 527 profilés prédéfinis ; les grandeurs de torsion ont été vérifiées par une solution analytique et par une application indépendante.

La chaîne de résistance a été comparée ligne par ligne aux équations des règlements, et la déduction des sollicitations (effort axial et vent, LRFD et ASD) à un calcul manuel ; tout le flux, des paramètres au rapport, a été exécuté de bout en bout sur des projets d’exemple.

Détails des études de vérification (Base de connaissances)

Codes

TBDY 2018 Chapitre 10 HCBTİE TS 498 AISI S100 et S240 (référence complémentaire) TS EN 1993-1-3 (plissement de l’âme)
Dans quelle édition ? Les calculs en acier léger sont disponibles dans StatiCAD Ultimate.

Questions fréquentes

Selon quels règlements un bâtiment en acier léger est-il calculé ?

Le calcul sismique, la capacité au cisaillement des panneaux, ainsi que les règles d’ancrage et de fondation suivent TBDY 2018 Chapitre 10 ; les résistances de section des montants, poutres et poteaux sont calculées selon les Principes de conception des bâtiments en acier léger (HCBTİE). La pression de vent est saisie selon TS 498.

Quels profilés en acier léger peut-on utiliser ?

Les 527 profilés d’acier léger prédéfinis sont utilisables : sections C, Z, U, C+, Sigma et Sigma+, de 100 à 400 mm de hauteur et de 1,0 à 4,0 mm d’épaisseur de paroi. Pour les montants de panneaux, les sections C, C+, Sigma et Sigma+ sont proposées. Vous pouvez aussi ajouter vos propres profilés avec la même structure de tableau.

Comment le flambement distorsionnel est-il calculé ?

Le flambement distorsionnel est calculé par la méthode générale de HCBTİE 4.10.3.3 ; c’est la méthode par défaut pour les sections C+, et la solution par bandes finies peut être utilisée, si on le souhaite, pour toutes les sections. Si les données de revêtement sont saisies, le maintien en rotation que la plaque apporte à l’aile du montant est également pris en compte.

Comment les panneaux à plaques de plâtre sont-ils traités dans le calcul sismique ?

Selon TBDY 10.2.7.2, les panneaux à plaques de plâtre ne peuvent pas reprendre seuls la demande sismique. Le programme calcule, pour chaque étage et chaque direction, la part de la plaque de plâtre dans la résistance au cisaillement du panneau et la compare à la limite du TBDY Tableau 10.3 ; un avertissement est émis si la limite est dépassée.

Dans quelle édition de StatiCAD est-ce disponible ?

Les calculs en acier léger sont disponibles dans StatiCAD Ultimate. Vous pouvez essayer le flux de travail avec la version démo gratuite.

Comment modéliser un plancher en acier léger ?

Une dalle quadrangulaire est convertie en plancher en acier léger depuis l’onglet Acier léger des Propriétés de dalle : une fois le profilé, l’entraxe maximal des solives et la direction des solives saisis, le programme divise le plancher en bandes et génère des solives de plancher articulées aux deux extrémités. Les solives de plancher sont vérifiées selon HCBTİE 4.8, 7.4 et 7.5, et le diaphragme de plancher est contrôlé selon TBDY 10.5.

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