Revue Construction Métallique

Revue

Référence

Construction

CHA HA-E -EC C1 1-00

Métallique

ÉVOLUTION DE LA RÉGLEMENTATION VENT : INFLUENCE INFLUENCE SUR LE DIM ENSION NEM EN T D ’UN BATIM EN T par A. LEPONT

INTRODUCTION L’évolution récente récente des NV65 NV65 avec avec notamm ent l’adopt ion d’ une nouv elle carte carte vent et la mise en application prochaine des Eurocodes préoccupe les différents acteurs de la construction métallique. Ceci a conduit le CTIC CTICM M et l’A.P.K. l’A.P.K. (Associa (Association tion pour la Promotion Promot ion de l’Enseignem l’Enseignem ent de la Construction Construction Acier) à effectuer effectuer une étude comp arative entre les différents règlements actuellem actuellement ent en vigueur et ceux à venir. Cette étude est est effectuée sur sur une u ne simpl e halle industrielle m étallique de conception courante. Les éléments sont de type laminés pour les portiques, les lisses et les pannes, ces dernières étant calculées isostatiques. La géométrie est identique pour toute l’étude (quelles que soient les zones de neige et zones ou régions de vent considérées) et permet donc aux professionnels de se faire une première idée de l’impact économique des changements à venir. Cette étude a perm is de m ener trois troi s analyses analyses différentes : • La première prem ière analyse analyse concerne l’influence l’inf luence économique économi que du changem changement ent de la carte carte vent vent (passage de la carte vent des NV65 [3] à la nouvelle carte vent des NV65/99 [4]) avec les N84/95 et les règles CM66 [1] actuellement en vigueur en France. En effet, cette nouvelle carte vent et les CM66 pourront être appliqués en France pendant une période tr ansitoire en attendant la m ise en oeuvre des Eurocodes. Eurocodes. • L’analys L’analysee suivante suivante concerne concerne l’influence l’influence du changement de réglementation réglementation q ui suivra à terme cette modification de la carte vent c’est-à-dire le passage des NV65 et CM66 aux Eurocodes structuraux tels qu’ils sont définis aujourd’hui dans les prénormes européennes et les norm es expérimentales françaises françaises : l’ENV 199 19933 1-1 DAN DAN [2], [ 2], l’ENV l’ENV 1991-2-3 DAN [5] et l’ENV 1991-2-4 DAN [6]. Les dernières prénormes européennes ENV étant en cours de conversion sous forme de normes européennes EN. Cette analyse permettra de préjuger la réglementation la plus avantageuse économiquement pour ce type de bâtiment.

A. LEPONT – LEPONT – Ingénieur ETP, élève CHEM CENTRE TECHNIQU E DE LA CONSTRUCTION

INDU STRIEL MÉTALLIQUE

Domaine de Saint-Paul, Saint-Paul, 78470 Saint-Rémy-lès-C Saint-Rémy-lès-Chevreuse hevreuse Tél.: 01-30-85-25-00 - Télécopieur 01-30-52-75-38 Construction Métallique, n° 2-2000

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TECHNIQUE ET APPLICATIONS

CHA HA-E -EC C1 1-00 • La dernière analyse analyse concerne concerne l’influ ence économique économi que globale du passage passage des des règles règles actuellement en vigueur en France (ancienne carte vent et carte neige et Règles CM66) aux Eurocodes.

1. – HYPOTHÈSE GÉNÉRALE GÉNÉRALE DE L’ÉTUDE

2

Le recoupement de l’ancienne carte de vent des NV65 et de la carte neige N84/95 d’une part, le recoupement de la nouvelle carte vent des NV65 avec la carte de neige N84/95 et le recoupement de la carte de vent de l’ENV 1991-2-4 DAN et de la carte neige de l’ENV l’ENV 1991-2 1991-2-3 -3 DAN DAN nous n ous ont permis perm is de détermi ner les différents cas possibles possibles à étudier pour le bâtiment bâtim ent décrit ci-dessous. ci-dessous.

1,1. – Caractéristiques aractéristiques dimensionnelles dimensionnelles du bâtiment 1,11 1,11.. – Description 

6m 8,8 m 60 m

24 m

Fig. 1 – Perspective Perspective du bâtim ent.

Le bâtiment à usage industriel ou agricole est un bâtiment à une nef de type portiques transversaux autostables. Sa longueur est de 60 mètres, sa largeur de 24 mètres et sa hauteur au faîtage est de 10 mètres. La pente des deux versants de couverture est de 10 % (fig. (fig. 1). Le bâtiment sera considéré de type fermé et se situera à une altitude inférieure à 200 200 mètres, mètres, sur un terrain plat. La structur structuree comporte comp orte 11 port iques dont les poteaux sont des HEA HEA et les l es arbalétriers arbalétriers des IPE (fig. 2). Des renforts du type jarret ont été dimensionnés au niveau des crosses de porti ques : leur leur longueur lo ngueur est est de 1,2 mètres mètr es et et leur hauteur h auteur la m ême que celle de l’arbalél’arbalétrier. Les Les portiques port iques sont espacé espacéss de 6 m ètres et leur p ortée est de 24 m ètres (fig. 3). Ils sont articulés en pied. Afin de limiter le déversement des membrures inférieures des arbalétriers (sous chargement ascendant), ascendant), celles celles-ci -ci sont m aintenues par des br acons acons to us les 2,4 2,4 m (soit u ne panne sur deux).

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TECHNIQUE ET APPLICATIONS

CHA HA-E -EC C1 1-00

10 m

Fig. 2 – Vue du lon g pan 

10 m

9,4 m

8,8 m

6,0 m

3,2 m

0,4 m

6m 24 m

Fig. 3 – Vue du pig non 

L’ ossature ossature secondaire est comp osée de :

• potelets potelets : trois potelets potelets par pignon ont ét é placés. La distance entre chacun est de 6 m ètres. Il y a deux hauteurs diff érentes : 9,4 m ètres et 10 m ètres (pour le potelet central). Ils sont articul és en pieds et appuy és en t ête (appui glissant). Les profil és retenus sont des IPE ou IPEA. Pour le d éversement de la semelle int érieure, des bracons sont m is au niveau des lisses. lisses. lisses : quatre rang rang ées de lisses sont placées aux aux ni veaux 0,4 0,4 m, 3,2 m, 6,0 m et 8,8 m , • lisses en long pan et en pignon ; elles elles sont sont fi xées sur sur l es poteaux poteaux des port iques et en pigno n sur les potelets. Elles sont calcul ées de façon isostatique avec une port ée de 6 m ètres. Les profil és pour les trois premi ères sont choisis dans la gamme des IPE et des IPEA. Une suspente est placée à mi-travée pour r éduire la fl èche verticale. La lisse du haut sera un HEA de la m ême taille que la lisse courante pour reprendre l ’ effort de compression ramené de la suspente par les bretelles (fig. 4). Lisse haut e (HE) (HE)

Bretelle

2,8 m Lisse courante (IPE ou IPEA)

Suspente

Potelet de 10 m

3,0 m

Fig. 4 – Principe d’ attache des suspentes en en l isse haute 

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3

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TECHNIQUE ET APPLICATIONS

CHA HA-E -EC C1 1-00 • pannes : elles elles suppo suppo rtent la couverture et sont espac espacées de 1,20 m (fig. 5). Elles sont fix fi x ées sur les arbal étriers des portiques et ont donc une port ée de 6 m ètres : ce sont des pannes isostatiques. Les profilés retenus sont des IPE et des IPEA. Les pannes comprim ées qui servent à la stabilit é du b âtiment (essentiellement les pannes sabli ères) sont des HEA HEA de d e m ême h auteur. auteur.

4

Fig 5 – Vue de la toi ture 

Le poids de couverture consid ér é est de 15 daN/m 2 et le poids du bardage est de 25 daN daN/m /m 2. La stabilit é est assur ée par les portiques dans le sens transversal et par des pal ées de stabilit é dans le sens longitudinal (une par long pan, au milieu du bâtiment), pour n ’ avoir pas à considérer la dilatation).

1,12 1,12.. – Choix de conserver les dim ensions constantes  Lors de cette étude, nous n ’ avons pas pu optim iser chaque chaque dim ension pour chaque cas. cas. En effet, il est possible en fonction des forces d ’ optimiser les espacements entre él éments. Ainsi les pannes devraient, en fonction de la zone de neige, être plus ou moins distantes les unes des autres en fonction des caractéristiqu es des bacs bacs de couvertur e. Nous avons donc fait un choix de b âtiment type pouvant France et et nou s avons optim isé les él éments le composant.

être implanté dans toute la

1,2 – Princ Principes ipes généraux généraux de vérific vérification ation des différents différents éléments Aucune étude dynamique n ’ a ét é r éalisée pour la pri se en compt e des séismes.

1,21 1,21.. – Lisses  Les lisses courantes sont calcul ées en flexion d évi ée suivant l ’ axe vertical et l ’ axe horizontal.

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CHA HA-E -EC C1 1-00 Les lisses lisses hautes, elles, sont vérifi ées à la flexion d évi ée comp comp osée. La fl èche admissible retenue est le 1/200e. Le d éversement sera vérifi é pour le cas o ù la semelle int érieure est comprim ée (la sem sem elle ext érieure étant m aintenue par le bardage). bardage).

1,22 1,22.. – Potelets 

5

Les Les potelets sont sont d im ensionn és en en flexion compr ession. ession. La fl èche admissible retenue est le 1/200e. Le d éversement est v érifi é pour les cas o ù les semelles int érieure et ext érieure sont comprim ées.

1,23 – Pannes  Les pannes courantes sont calcul ées en en flexio n suivant l ’ axe vertical et l ’ axe horizontal. Les pannes sabli ères et celles participant composée.

à la stabilit é sont v érifi ées à la flexion d évi ée

La fl èche admissible retenue est le 1/200e. Le d éversement sera vérifi é pour les cas o ù la semelle inf érieure est comprim ée (la sem sem elle sup érieure étant m aintenue par la couvertu couvertu re). La fl èche sous les charges d’ entretien ne sera pas vérifi ée car la situation est temporaire.

1,24 1,24.. – Portiques  Les él éments des portiques sont dimensionn és en en com pression et en flexion. Les fl èches admissibles retenues sont le 1/150e pour le d éplacement horizontal en t ête de poteau po teau et le 1/200e pour la fl èche verticale au fa îtage. La stabilit é au d éversem versem ent et au flambement est vérifi ée pour les poteaux et les arbal arbalétriers.

1,25 1,25.. – Assemblages  Les assemblages au fa îtage et en t ête de poteau ont l ’ encastrement était r éalisable.

ét é v érifi és pour s’ assurer que

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TECHNIQUE ET APPLICATIONS

CHA HA-E -EC C1 1-00 Cela a permis de v érifier qu ’ un jarret était n écessaire cessaire au ni veau de l ’ assemblage assemblage entre l e poteau et l ’ arbalétrier. Le tableau tableau suiv ant r écapitule l ’ ensem ensem ble des v érifications effectu ées. l i sses

r ési st an ce

6

p o t el et s

co u rant es

h au t es

x

x

x

x

x

x

x

x

1/200

1/200

1/200

f l am b em en t d év er sem en t fl èch e

pan nes

p o r t i q u es

co ur an t es co m p r i m ées p ot eau x ar b al étriers x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

1/200

1/200

1/150

1/200

2. – ANALYSE DES RÉSULTATS 2,1. – Domaine Domaine de validité de l’étude et résultats résultats 2,11. – Domaine de validité de l’étude  L’étude concerne un b âtiment de type industriel (halle à une nef avec deux versants 10 %) de longu eur 60 m ètres, de largeur 24 m ètres et de hauteur égaux de faible pente 10 au fa îtage 10 m ètres (cf description dans la partie pr écédente). Il ne contient pas de ponts roulants. Le b âtiment est de type ferm é et se situe à une altitude inf érieure ou égale à 200 m ètres sur un terrain p lat (pour les analyses, analyses, toute la surface de la France France est est considér ée ainsi). Cette étude ne ti ent pas compt e des zones zones de séismicité d éfinies par les r ègles PS-92. Il appartient donc au lecteur d’ analyser avec pr écautions les r ésultats donn és pour les zones sismiques. L’étude ne concerne ni les sites prot ég és d éfinis par les NV65 ni la Classe 5 de rugosit é d éfinie par l ’ ENV 1991 2-4 DAN ; ces deux notions concernent tr ès peu de constructions de ce type.

2,12. – Résultats de l’étude  Variation du p oids du b â timent 2,121. – Variation Nous avons étudi é la variation variation du poids total du b âtim ent entre les anciennes anciennes règles, les r ègles futures et le r èglement actuellement en vigueur en France. Nous avons donc diff érencié les quatre confi confi guration s suivantes suivantes :

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CHA HA-E -EC C1 1-00 • Passage assage de l’ancienn l ’ancienn e carte vent avec les NV65-N84/9 NV65-N84/95 5 et les CM CM 66 à la nou velle cart e  vent avec les NV65/99-N84/95 et les CM66. La France se divise en deux grandes parties :

de 3,9 % à 7,9 %

Le quart Nor d/Nord-Ouest d/Nord-Ouest et l e SudOuest o ù le tonnage d’ acier du b âtiti ment augmente en en m oyenne de 6 %. ➩

de 4,3 % à 5,8 %

➩ Le reste de la France où le tonnage d ’ acier du b âtiment diminue en moyenne de 5 %.

de  –  3,7 % à  –  11 %

Il reste cependant certaines r égions de France où le changement de la carte vent n ’ influe pas sur le tonnage d ’ acier (cf. carte 1 ci-contre) 5,8 %

d e 3,7 % à 3,9 %

de 3,9 % à 7,9 %

CARTE 1 : PASSAGE DE L ’ ANCIENNE CARTE NV65 AVEC LES CM66 A LA NOUVELLE CARTE VENT VENT A VEC LES LES CM66

: augm augm entation du poids : conservation conservation du poids : diminution du poids

Le pourcentage du territoire français suivant la variation du tonnage d ’ acier peut se r épartir de la façon suivante :

42 %

de 1,2 %

de 1,3 %

7%

53 %

à 15,8 %

à 23,7 %

 – 2,6 %

de 1,2 % de 14,6 %

à 15 ,8 %

à 23,7 %

CARTE 2 : PASSAGE DE LA CARTE NV65 AV EC LES LES CM66

A LA NOUVELLE CARTE VENT AVEC LES EUROCODES EN RUGOSITE 2

CARTE 3 : PASSAGE DE LA CARTE NV65 AVEC LES CM66 A LA NOUVELLE CARTE VENT AVEC LES EUROCODES EN RUGOSITE 3

: augmentation augmentation du poi ds : conservation du poids : diminution du poids

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CHA HA-E -EC C1 1-00 • Passage de l’ancienne carte vent avec les NV65-N84/95 et les CM66 aux Eurocodes  structuraux appli qués en rugosité 2. Le tonnage d ’ acier acier augmente en mo yenne de 15 15 % sur la totalité de la France (cf. carte 2).

• Passage de l’ancienne carte vent avec les NV65-N84/95 et les CM66 aux Eurocodes  structuraux appli qués en rugosité 3. Le tonnage d ’ acier acier augmente en en m oyenne de 6,5 6,5 % sur sur 95 % du territoire français (cf. carte 3).

• Passage de l’ancienne carte vent avec les NV65-N84/95 et les CM66 aux Eurocodes 

8

structuraux appli qués en rugosité 4. de  – 8,5% à – 14,6 %

 – 8,5 % 1,3 %

de 4,3 %

à 5,8 %

La France se divise en deux parties de fa çon pratiquement identique à la prem i ère configur ation (cf carte 4) 4) : Le quart Nord/Nord-Ouest avec le Sud-Ouest o ù le tonnage d ’ acier du b âtiment augmente en moyenne de 1,5 % ➭

Le reste de la France où le tonnage d ’ acier du b âtiment diminue en m oyenne de 7 %.

➭

Le pourcentage du territoire français suivant la variation du tonnage d ’ acier peut se r épartir de la façon suivante :

1,4 %

 – 6,1 %  – 3,9 % de

 – 2,4 % à – 11,8 % 1,3 %

35 %

1%

64 %

CARTE 4 : PASSA PASSA GE DE LA CARTE NV65 A VEC LES CM66 A LA NOUVELLE CARTE VENT AVEC LES EUROCODES EN RUGOSITE 4

: augmentation augmentation du poi ds : conservation conservation du poids : diminution du poids

2,123. – Poids mo yen du b âtim ent sur la France dans les diff é rents cas Cette comparaison n e tient p as com com pte du cas cas site exposé des NV65 et de la rugosit é 1 de l ’ ENV 1991 2-4 DAN DA N M éthode utilisée : Conn onnaissa aissant nt la r épartition département par département d e chaque chaque zone zone ou région de vent, nous avons calculé le poids moyen pond éré du b âtim ent suivant chaque chaque réglementation. Nous avons ensuite fait la somme des r ésultats trouv és sur tous les d épartements puis nous l ’ avons divisée par la superficie de la France. Remarque : Nous avons d écid é de faire une moyenne pond ér ée des Classes 3 et 4, car les photos donn ées par l ’ ENV 1991 2-4 DAN ne permettent pas de faire un distinction franche franch e entre ces deux classes. classes.

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CHA HA-E -EC C1 1-00 Les r ésultats sont regroupés dans le tableau suivant : poids moyen (t) N V65 (an ci en n e car t e), N 84/95, CM 66 si t e n o r m al

73,48

N V65/99, N 84/95, CM 66 si t e n o r m al

73,74

Eurocodes, ru gosit é 2

85,01

Eurocodes, ru gosit é 3

77,89

Eurocodes, ru gosit é 4

71,32

Eurocodes, mo yenne des rugosit és 3 et 4 *

75,39

Eurocodes, mo yenne sur t outes les classe classes s de rug osité *

77,67

9

* : D’ apr ès une étude statistique [7] men ée entre 1984 et 1985 sur 1454 b âtiments dans 7 d épartements, il a ét é possible de se faire une id ée sur la r épartition des constructions suivant les classes de rugosit é. Les r ésultats sont les suivants :

• • • • •

rugosité 1 : 2 % des constructions rugosité 2 : 22 % des constructions rugosité 3 : 44 % des constructions rugosité 4 : 27 % des constructions rugosité 5 : 5 % des constructions.

Pour calculer le poids moyen pond ér é sur plusieurs classes de rugosit é, nous avons pond ér é le poid s mo yen de chaque classe classe par les pourcentages correspondants correspondants do nnés ci-dessus.

2,124 – Com paraison avec com com m e base les NV65 et NV65/99 NV65/99 Les Les variations en pourcentage du poids mo yen du bâtim ent sur la France France m étropolitaine suivant les r ègles de calcul calcul sont d onn ées dans le tableau tableau suivant : N V65, N 84/95, CM66 si t e n o r m al al N V65, N 84/95, CM 66 si t e n o r m al N V65/99, N 84/95, CM 66 si t e n o r m al

N V65/99, N 84/95, CM66 si t e n o r m al al

0 0,36 %

0

Eurocodes, ru gosit é 2

15,68 %

15,27 %

Eurocodes, ru gosit é 3

6,00 %

5,62 %

Eurocodes, ru gosit é 4

 – 2,94 %

 – 3,28 %

Eurocodes, mo yenne des rugosit és 3 et 4

2,26 %

2,24 %

Eurocodes, moyenne sur toutes les classes de rugosit é

5,70 %

5,33 %

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TECHNIQUE ET APPLICATIONS

CHA HA-E -EC CI 1-00 2,2. – Analyses des résultat résultat s 2,21. – Combinaisons dimensionnantes  Pour chaque él ément courant du b âtiment, nous avons relev é les combinaisons dimensionnantes. On no note te : W n  : action action du vent norm al

W e  : action action d u vent extr êm e

W lp  : action action du v ent norm al sur le long pan

10

Q e 

: charge d ’ entretien

S n 

: action de la neige normale des N84/95 issue de la charge p n 

S e 

: action action de la neige extr êm e des N84/95 N84/95 issue de la charge p n 

S a 

: action de la neige accidentelle des N84/95 issue de la charge p na 

S i 

: action de la neige caract éristique du cas (i) de l ’ ENV 1991-2-3 DAN (totalit é de la charge de neige sur sur to ute la toit ure).

S ai 

: action de la neige accidentelle du cas (i) de l ’ ENV 1991-2-3 DAN. DAN .

′    ′   

Elles sont d onn ées à titre indicatif et sont regroup ées dans le tableau ci-dessous : combinaisons dimensionnantes

lisses courantes avec lier nes à mi-porté mi-portée potelets de p i gn o n

an ci en n e car te + N V65-N 84/95 et CM 66 66

n o u v el l e car te + N V65/99-N 84/95 et CM 66 66

n o u v el l e car t e + Eu r o co d es 1 et 3

ELS : G + W n 

ELS : G + W n 

ELU : 1,35G + 1,5W lp 

ELU : G + W e 

ELU : G + W e 

ELU : 1,35G + 1,5W p 

quelle que soit la ré r égion de vent • zone de neige 1A et 1B : ELS : G + Q e  • zone de neige 2A à 4 : ELS : G + S n 

quelle qu e soit la zone de vent • zone de neige 1A et 1B : ELS : G + Q e  • zone de neige 2A à 4 : ELS : G + S n 

Pour la rugosité rugosité 1 : Pour les zones de vent 1 à 3 : • zone de neige 1A et 1B : ELS : G + Q e  • zone de neige 2A à 4 : ELS : G + S i  Pour la zone de vent 4 : ELU : G + S ai  ⇒ Pour les rugosité rugosités 2 à 4 : quelle que soit l a zone zone de vent • zone de neige 1A et 1B : ELS : G + Q e  • zone de neige 2A à 4 : ELS : G + S i 

quelles que soit la ré région de vent et la zone de neige ELS : G + W lp  zone de neige 4 avec les r égion s de vent II et III III ELU : G + S a 

quelles que soient l a zone zone de vent et la zone de neige ELS : G + W lp  sauf pour la zone de neige 4 avec les zones zones de v ent 2 et 3 ELU : G + S a 

quelles que soient l a zone zone de vent, la zone de neige et la rugosité rugosité ELS : G + W lp  sauf pour l a zone zone de neige 4 et la rugosité rugosité 4 : ELU : G + S a 

⇒

pannes courantes (non comprimé comprim ées)

portiques courants

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TECHNIQUE ET APPLICATIONS

CHA HA-E -EC C1 1-00 2,22. – Pourcentage du bâtim ent dim ensionné par le vent vent sur le long pan  D’ apr ès l e § 2,21, 2,21, la major it é du b âtiment est dim ensionn ensionn ée par le vent soufflant sur le long pan (porti ques et lisses) lisses) - l’état limite dim ensionnant ensionnant étant l ’ ELS avec la combinaison G + G + W lp . La somme en pourcentage du poids des lisses et des portiques correspond donc au pour centage centage du b âtiment dim ensionn ensionn é par le vent soufflant sur le long pan. Le tableau tableau suivant don ne le pourcentage du bâtiment dimensionn é par le vent soufflant sur le long pan pour chaque réglementation :

% du b âtiment dim ensionn ensionn é par le vent soufflant sur le long pan an ci en n e cart e av ec N V65-N 84/95-CM 66 - si t e n o r m al

79,6

ancienne carte avec NV65-N84/95 NV65-N84/95-C -CM M 66 - site exp os é

81,4

n o u v el l e cart e v en t av ec N V65/99-N 84/95-CM 66 66 - si t e n o r m al al

79,6

nouvelle nou velle carte vent avec NV65/99NV65/99-N84/95 N84/95-C -CM66 M66 - sit e expos é

80,8

Eurocodes - rugosit é 1

77,2

Eurocodes - rugosit é 2

77,8

Eurocodes - rugosit é 3

78,1

Eurocodes - rugosit é 4

78,6

pourcentage moyen tout es rég l em en t at i o n s co n f on d u es

79,1

pression du v ent et le tonnage du bâtim ent  2,23. – Corrélation entr e la pression D’ apr ès les r ésultats des § 2,21 et 2,22, il appara ît int éressant de savoir s’ il existe une relation entre la variation de poids du b âtiment et la variation de pression du vent lors des diverses comparaisons de r églementation. Premi ère étape étape : C Calcul alcul de la variation de pression du vent  La variation variation en pourcentage de la pression pression d u vent entre deux r églementations est donn ée par la formule gén érale suivante (notre r èglement de r éf érence est celui actuellement en vigueur en France à savoir les NV65/99-N84/95 avec les CM66) : ∆q

=



q ref  × [ c e (z e ) × c pe  – c e (z i ) × c pi ]

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

q H  × δ × k s  × (c e  – c i )



 – 1

×

100

av ec z i  = 5 m et z e  = 10 m.

La pression du vent dimensionnant les portiques courants et les lisses de notre b âtiti ment est modul ée par le coefficient δ (6m) = 0,86 pour les NV65/99 et par le coefficient w nette  ––––––––– = c  (z ) × c   – c (z ) × c  (pour chaque rugosit é) de la surface surface du long pan frapp ée e  e  pe  i  i  pi  q ref  par le vent pour l ’ ENV 1991 2-4 DAN DAN..

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TECHNIQUE ET APPLICATIONS

CHA HA-E -EC C1 1-00 Deuxièm De uxièm e étape étape : Variation Variation du poid s du bâtim ent entre les différentes réglementatio ns  Pour ce faire, nous avons donc superposé pour chaque comparaison de r églementations les cartes vents correspondantes et la carte neige N84/95 et nous avons calcul é la variation d e poids pou r chaque cas se présentant. Troisième étape : Rec Recherche herche de la corrélation entre l a variation d e la pression pression vent et la  variation variation du poids du bâtiment 

12

En traçant les courbes « variation pression du vent-variation du poids du b âtiment » pour les diff érentes zones de neige, il appara ît une tr ès forte corr élation lin éaire entre la variation de la pression du vent sur le long pan et la variation du poids du b âtiment sous les zones de n eige 1A, 1B, 2A, 2B et 3. Cependant pou r l a zone zone de neige 4, il n’ existe pas de corr élation pr obante entre la variation de la pression du vent et celle du poids du b âtiment, car dans certains cas le bâtiti ment est dim ensionn ensionn é par le vent sur le long pan et dans d ’ autres cas par la neige accidentelle (cf. tableau tableau des combi naisons § 2,22). Quatrième étape : Comment exploiter cette variation linéaire du poids du bâtiment en  fonction de la pression pression dynam ique de vent ?  En connaissant la variation de la pression du vent, nous pouvons en déduire une estimation de la variation du poids de notre b âtiment (s’ il est dimensionn é au ELS). En effet

∆poid s

= pente de la droit e × ∆pression

La moyenne des pentes des droites est d ’ environ 3,6 t.m 2 /daN

2,24. – Comparaison entre la nouvelle carte vent avec les NV65/99-N84/95 (et les CM66) et les Euro Euro codes  Pendant la phase de transition du passage aux Eurocodes, en France, il est possible de choisir entre la r églementation actuelle (NV65/99, N84/95 et les CM66) et la r églementation europ éenne (Euro (Euro codes). C’ est pour cela que nous avons compar é le poids du b âtim ent entre ces ces deux réglementations. Le tableau ci-dessous donne la répartitio n de surf ace ace de chaque zone zone de vent de la carte ENV 1991-2-4 DAN sur la France m étropolitaine : r épartitio n des zones zones de vent 1

2

3

4

9%

75 %

11 %

5%

Le tableau ci-apr ès r ésume la moyenne pond ér ée de la variation du poids du b âtiment entre ces deux r églem entations et cela cela pour chaque rugosité Cette moyenne de la variation du poids est pond ér ée par le pourcentage de chaque zone de d e vent sur la France métropolitaine.

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Rubrique

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TECHNIQUE ET APPLICATIONS

CHA HA-E -EC C1 1-00 moy enne pond ér ée de la variation du poids en % carte ENV 1991-2 1991-2-4 -4 DAN avec Eurocod es - rug osit é 1 comparée à nou velle cart e vent avec NV65/99-N84 NV65/99-N84/95 /95-C -CM M 66 site exposé

+ 14,99 %

carte ENV 1991-2 1991-2-4 -4 DAN avec Eurocod es - rug osit é 2 com com parée à nou nouve velle lle carte vent vent avec vec NV NV6 65/99-N8 N84 4/95-CM66 - site normal normal

+ 14,10 %

carte ENV 1991-2 1991-2-4 -4 DAN avec Eurocod es - rug osit é 3 com com parée à nouv nouve elle lle carte rte ve vent ave avec c NV NV6 65/99-N8 N84 4/95-CM6 M66 6 - site ite norma normall

+ 5, 5,08 %

carte ENV 1991-2 1991-2-4 -4 DAN avec Eurocod es - rug osit é 4 com com parée à nou velle carte ven t avec NV65/99-N84 NV65/99-N84/95/95-C CM 66 - site site norm n orm al

 – 2,15 %

Nous pouvons donc en conclure pour notre b âtim ent que pendant la phase de transition pendant laquelle nous aurons le choix entre ces deux r églementations il sera plus int éressant de construire avec les Eurocodes en rugosit é 4 et de continuer à appliquer les r ègles fran çaises dans les autr es cas. cas.

2,3. – Commentaires sur l’étude 2,31. – Influence de l’altitu de  Notre b âtiment a ét é dimensionn é pour une altitude inf érieure ou égale à 200 m ètres. Nous avons pu rem arquer que pou r la zone zone de neige 4, les portiques courants comm encent à être dimensionn és aux ELU avec une combinaison faisant intervenir la neige (dans notre cas c’ est la neige accidentelle avec la combinaison G + G + S a ). Com me la pression du vent est ind épendante de l ’ altitude, il para ît assez raisonnable de pouvoir extrapoler ces r ésultats au-del à de 200 m ètres d ’ altitude (sachant que la surcharge de neige augmente avec l’ altitude), et de penser que pour des altitudes supérieures à 200 m ètres la combinaison dimensionnante des portiques sera, quelles que soient les zones zones de neige ou zones de vent, soit :

• G + G + S e  (pour (pou r les NV65-N84/95 NV65-N84/95 avec les CM66) • G + G + S a  ou G + G + S ai  • 1,33G  1,33G + + 1,5S  1,5S n  (pour (pou r l es NV65-N84/95 NV65-N84/95 avec les CM CM 66) • 1,35G  1,35G + + 1,5S  1,5S i  (pour les Eurocodes)

Cas s d es N84/95 2,311. – Ca Au-delà de 200 m ètres d ’ altitude et quelle que soit la zone de neige consid ér ée, les N84/95 donnent la loi de variation des surcharges de neige en fonction de p no  (sur-

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TECHNIQUE ET APPLICATIONS

CHA HA-E -EC C1 1-00 charge de neige verticale normale uniform ément r épartie) et p no  ′ (surcharge de neige verticale extr ême uniform ément r épartie) et de l ’ altitude A. Les form ules sont sont r appelées dans le tableau ci-dessous :

14

p n ’ en daN/m 2

p n  en daN/m 2

Altitude 200 m



A



500 m

500 m



A



1 500 500 m

1 500 500 m



A



2 000 000 m

p no  +

A  – 200

p ’no  +

––––––––––––

10

p no  + 30 +

A  – 500

A  – 200 ––––––––––––

’ + 50 + p no 

––––––––––––

4

A  – 1500 p no  + 280 + ––––––––––––––– 2,5

’ + 467 + p no 

6

A  – 500 ––––––––––––

2,4

A  – 1500

–––––––––––––––

1,5

La courbe d ’é volu tion d e la surcharge surcharge de la neige extr extr ême en fonction de l ’ altitude intervenant dans la combinaison G  + S e  est la suivante. Nous avons également tracé la courbe d ’é volution de la neige accidentelle pour la zone de neige 4 pour pouvoir comparer la com com binaison G + G + S e  avec G + G + S a  (qui dim ensionne ensionne notre por tique). tique).

VARIATION DE p′n (neige extrême) EN FONCTION DE L’ALTITUDE p ′n en daN/m 2 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 200

500

1000

15 0 0

20 0 0 Altitude en m

zones de neige 1A et 1B zones de neige 2A et 2B zone de neige 3 zone de neige 4 neige accidentelle en zone 4

La courbe de 1,5 × (la surcharge neige normale) intervenant dans la combinaison 1,33G  1,33G + + 1,5S n  est est la suivant e. Nous avons également tracé la courbe de la neige accidentelle pour la zone de neige 4 pour pouvoir comparer la combinaison G + G + S e  avec G + G + S a  (qui dim ensionne ensionne notre po rtique).

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TECHNIQUE ET APPLICATIONS CHA-EC1 CHA-EC1 1-00 VARIATION DE 1,5 pn EN FONCTION DE L’ALTITUDE 1,5 p n en daN/m 2 900 800 700 600 500 400 300 200

15

100 0 200

500

1000

1 50 0

2 00 0 Altitude en m

zones de neige 1A et 1B zones de neige 2A et 2B zone de neige 3 zone de neige 4 neige accidentelle en zone 4

D’ apr ès les 2 courbes ci-dess ci-dessus, us, nous pou vons do nc en conclure qu e pour les CM CM 66, au dessus de 500 m ètres d ’ altitude et que quelles que soient les zones de neige et les r égions ou zones de vent, notre bâtim ent sera sera dim ensionn ensionn é avec une combinaison aux ELU faisant seulement intervenir la neige (en effet les courbes p n  1,5p  p n  sont au des′ et 1,5 sus de la surcharge de neige accidentelle au-delà de 500 m ètres d ’ altitude) Remarquons que nous pouvons extrapoler a priori nos résultats de cette mani ère car nos limites de fl èche pour les portiques ne sont pas sév ères (1/150 en tête de poteau et 1/200 au fa îtage), et que de ce fait la combinaison aux ELS faisant intervenir le vent est moins d éfavorable que la combinaison aux ELU faisant intervenir la neige au-del à de 500 m ètres d ’ altitude et ceci ceci quelles que soient l es région s ou zones de vent. Nous pouvons également dire que notre b âtiment dim ensionn ensionn é pour la zone zone de neige 4 (avec la zone de vent 4 ou r égion de vent III) à une altitude inf érieure ou égale à 200 m ètres convient (m ême si son poids n ’ est pas totalement optimisé essentiellement pour l ’ empanage) pour les zones de neige 1, 2 et 3 jusqu ’à 500 m ètres d ’ altitude (les courbes de p n  ′ et de 1,5 × p n  des zones de neige 1, 2 et 3 avec altitude  500 m sont au dessous des courbes de la neige accidentelle en zone de neige 4 avec altitude  200 m).

2,312.  – Cas de l ’ ENV 1991-2-3 DAN Au-delà de 200 m ètres d ’ altitude et quelle que soit la zone de neige consid ér ée, l ’ ENV 1993 1993 2-3 2-3 DAN DAN do nne la loi de variation d es surcharges surcharges de neige en en fon ction de s ko  (surcharge (surcharge de neige verticale norm ale uniform ément r épartie) parti e) en en kN/m 2 et de l ’altitude A.

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TECHNIQUE ET APPLICATIONS

CHA-EC1 CHA-EC1 1-00

Les Les form ules sont sont r appelées dans le tableau ci-dessous :

s k  en kN/m 2

Altitude

16

200 m



A



500 m

500 m



A



1 000 m

s ko  +

1 000 000 m



A



2 000 m

s ko  +

0,15A 0,15A  – 30

s ko  +

–––––––––––––––––

100

0,30A 0,30A  – 105 –––––––––––––––––––

100

0,45A 0,45A  – 255 –––––––––––––––––––

100

VARIATION DE 1,5 sk EN FONCTION DE L’ALTITUDE sk en daN/m 2 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 20 0

500

1 00 0

1 50 0

20 0 0 Altitude en m

zones de neige 1A et 1B zones de neige 2A et 2B zone de neige 3 zone de neige 4 Sa en zone 4

zone neige

200 m

500 m

1 000 m

1 500 m

2 000 m

1,5p  1,5 p n 

1,5s  1,5 s k 

1,5p  1,5 p n 

1,5s  1,5 s k 

1,5p  1,5 p n 

1,5s  1,5 s k 

1,5p  1,5 p n 

1,5s  1,5 s k 

1,5p  1,5 p n 

1,5s  1,5 s k 

1

52,5

54

97,5

121,5

285

346,5

472,5

684

772,5

1021,5

2

67,5

66

112,5

133,5

300

358,5

487,5

696

787,5

1033,5

3

82,5

78

127,5

145,5

315

370,5

502,5

708

802,5

1045,5

4

120

108

165

175,5

352,5

400,5

540

738

840

1075,5

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TECHNIQUE ET APPLICATIONS CHA-EC1 CHA-EC1 1-00

Nous remarquons qu’ au-del à de 200 m ètres, les charges de neige sont l ég èrement plus d éfavorables avec l ’ ENV 1991-2-3 DAN q u ’ avec les NV65 et N84/95. Pour les ENV ENV 1991-2-3 1991-2-3 DAN, les conclu sions p r écédentes sont sont d onc a priori possibles.

2,32.  – Influence de la hauteur hauteur d e la constructio constructio n  Il est également galement int éressant de comparer les lois de variation de la pression de vent en fonction de la hauteur H de H de la construction pou r les réglementations NV65 et ENV 19912-4 DAN. Pour les NV65, la pression du vent est modul ée par le coefficient d ’ amplification H + H + 18 2,5 × –––––––––––– × k s . H + H + 60





k s  d épend du t ype de site : prot ég é, normal ou exposé. Pour l ’ ENV 1991-2-4 DAN la pression du vent est modul ée par le coefficient d ’ amplificaC e (z ) tion –––––––––– . C e (10) C e (z ) dépend de la hauteur H de H de la construction et de la classe classe de rugo sité. Les Les courbes ci-dess ci-dessous ous (fig 6) illustrent ces deux loi s de variation dans le cas cas du site n ormal pour les NV65 qui correspond aux Classes de rugosit é 2 à 4 pour l ’ ENV 1991-2-4 DAN. coef fi cient d ’ amplifi cation 3.00 ENV1991ENV1991- 2-4 DAN classe 4

2.50

ENV 1991-2-4 DAN classe 3 NV 65 site normal

2.00

ENV1991-2-4DAN classe 2 1.50

1.00 0.50 0.00 10

15

20

25

30

40

50

60

70

80

90

100

200

hauteur h (m)

Fig. 6 – Variation Variation des coefficients coefficients d’ampl d’ampl ification de la pression pression du vent  en fonction de la hauteur de la construction pour les deux réglementations. réglementations.

Bien que 79 % de notre b âtiment soit dim ensionn ensionn é par le vent, il était donc peu int éressant de faire varier sa hauteur, car d ’ apr ès les courbes ci-dessus le coefficient d ’ amplification cation de la pression pression d u vent entr e les deux réglementations varie de façon relativement simil aire en en fonctio n de la hauteur de la construction construction . Ainsi la hauteur hauteur de la construction pour notr e cas cas aurait aurait tr ès peu d ’ influ ence sur sur les résultats.

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TECHNIQUE ET APPLICATIONS

CHA-EC1 CHA-EC1 1-00

Nous pouvons aussi noter l’ avantage de la classe de rugosit é 4 pour les b âtiments de hauteur inf érieure à 40 m ètres.

2,33.  – Dé Définit finit ion du site exposé et de la rugosité 1

18

Notre étude montre que globalement notre b âtiment est en moyenne 8 % plus lourd avec l ’ ENV 1991-2-4 DAN et les Eurocodes 1 et 3 qu ’ avec les NV65-N84/95 et CM66. Cependant, il appara ît qu ’ avec la d éfinition de la rugosit é 1 correspondant au site exposé, il est possible de gagner énorm ément de poids en passant du site exposé des NV65 à la rugosit é 4 de l ’ Eurocode 1. En effet, la rugosit é 1 pour notre b âtiment s’é tend dans une bande de 500 m ètres sur le littoral alors que le site exposé s’é tend sur une bande de 6 kilom ètres sur le litto ral. Il existe donc une bande de 5,5 5,5 kilom ètres de large o ù il est th éoriquement possible de passer de la notion de site exposé à la notion de rugosité de Classe 2 à 4. Dans ce cas le passage à la r églementation européenne peut être favorable voire m ême très favorable.

2,34.  – Remarques sur les modes de calcul des pressions du vent  La définition m ême de la pression dynamique de r éf érence de l ’ ENV 1991 2-4 DAN et de pression de base des r ègles NV65 diff èrent. La vitesse de base des r ègles NV65 correspond à une vitesse de pointe alors que la vitesse de r éf érence de l ’ ENV correspond à une vitesse m oyenne sur 10 minut es. Cette pression dynamique est multipli ée par diff érents coefficients propres r églementation pour obtenir un e force par unité de surface. Règ le les N V6 V65

EN V 1991 2-4 DA N

q o

q ref 

k s  x (c  (c e  – c i )

c e (z e ) × c pe  – c e (z i ) × c pi 

pression pression dynamique prise comm e réf érence coefficient mul tipl icateur icateur de la pression pression dynamique prise comm comm e réf érence

à chaque

Nous consid érerons, ce ce qui est possible pour un b âtiment ferm é, c e (z e ) = c e (z i ) = c e (10 m). On trou ve pour la France France les valeurs valeurs m oyennes suivantes :

site norm al : (k s  × q o ) m o y en

64,2 d aN /m 2

site exposé : (k  (k s  × q o ) m oyen

84,1 daN/m 2

rugosité 1 : (c  (c e (10) × q ref ) m o y en

120,0 d aN /m 2

rugosités 2,3 et 4 : (c  ( c e (10) × q ref ) m o y en

81,3 d aN /m 2

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TECHNIQUE ET APPLICATIONS CHA-EC1 CHA-EC1 1-00

D’ o ù sur la l a France France m étropolitaine : (c e (10) × q ref  )moyen 

––––––––––––––––––––––––––––––

(k s  × q 0)moyen 

site exposé - rugosit é 1

1,43

site normal - rugosit és 2, 3 et 4

1,27

Cette comparaison n ’ a de sens qu ’ accompagnée des coefficients aérodynamiques c pe , c pi , c e  et c i  dont l es valeurs diff èrent entre les deux r èglements. Nous avons donc calcul é (c pe   – c pi ) et (c  (c e   – c i ) pour notre b âtiment et le rapport c pe  – c pi 

––––––––––––––

c e  – c i 

Enfin

nous

avons

multipli é

les

valeurs

ainsi

trouv ées

par

le

coefficient

(c e (10) × q ref  )moyen 

––––––––––––––––––––––––––––––

(k s  × q 0)moyen 

Le tableau ci-dessous donne la variation de la pression dynamique du vent entre le calcul fait fai t avec les NV65 et et l ’ ENV 1991 2-4 DAN. DAN . Site exposé - Rugo Rugo sit é 1 Vent sur long long pa p an Su r f ace D

+ 42 %

Si t e n o r m al - Ru g o si tés 2, 3 et 4

Vent sur pignon pignon Vent sur long long pa pan Vent s sur ur pignon pignon + 22 %

+ 26 %

+8%

Nous pouvons en conclure que l ’ ENV 1991 2-4 DAN majore, a priori, en moyenne de façon assez importante la pression du vent à appliquer sur le b âtiment par rapport aux NV65. Sans toutefois pouvoir g én éraliser de façon certaine ce r ésultat, on peut penser que le mo de de calcul calcul des pressions pressions dyn amiq ues du vent avec l’ ENV 1991 2-4 2-4 DAN d onn e des pressions pressions de v ent sup érieures à celles calcul ées par l es NV65.

2,35.  – Com mentaires sur les Eurocodes  Eurocodes  2,351.  – Com m entaires sur l ’ ENV 1991 2-4 DAN

• La définition des classes de rugosit é n ’ est pas toujours aisée, notamment lorsqu’ il s’ agit de diff érencier les classes de rugosit é 3 et 4 (probl èm e d’ interprétation). • La d éfinition par l ’ ENV 1991-2-4 DAN des coefficients de pression int érieure c pi  et de pression pression extérieure c pe  m anque de clart clart é (param ètres subjectifs). • L’ ENV 1991-2-4 DAN d éfinit également des zonages de la toiture et des murs o ù la pression pression d u vent est nettement sup érieure aux parti es courantes courantes du b âtiment.

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TECHNIQUE ET APPLICATIONS

CHA-EC1 CHA-EC1 1-00

En effet pou r la toi ture, la pression pression d u vent sur la surface F es F estt en m oyenne 3,5 fois plu s grande que sur l a surface surface H , et et pou r les mur s la pression pression du v ent sur la surface A est en mo yenne 2,5 2,5 fois plus im port ante que sur la surface surface C . La d éfini tion de ces ces surfaces surfaces pourrait s’ apparenter aux surfaces des actions locales d éfifi nies par les NV65, mais ces surfaces semblent trop grandes pour être consid ér ées comm e telles ce qui po se un pro blèm e d’ application.

2,352.  – Com m entaires sur l ’ ENV 1993 1-1 DAN

20 Lors de la v érification des él éments, nous avons pu vérifier, que la condition de non d éversement des él éments fl échis était tr ès souvent dimensionnante. Par ailleurs les v érifications de r ésistance et de rigidit é des asse assem m blages, bien que non exposées dans ce document, se sont av ér ées satisfaisantes et tout à fait comp atibles atibles avec le dim ensionnement des él éments.

3.  – CONCLUSION Cette étude simple permet de mettre en évidence l ’ influence des changements intervenus r écem cem ment et ceux ceux à venir :

• Changement de carte : globalement, :  globalement, le poids du b âtiment ne varie pas (moyenne sur la France) ce qui était pr évu lors de l ’é tablissement tablissement de la carte. • Passage assage de la carte des NV65/99 aux Eurocod es :  L’ analyse d épend d e la classe classe de rugosit é ; en effet le site normal des NV correspond trois classes diff érentes.

à

 – par rapport à la classe de rugosit é 2 : + 14,10 14,10 % d’ augmentation 5,08 % d’ augmentation  – par rapport à la classe de rugosit é 3 : + 5,08  – par rapport à la classe de rugosit é 4 : – 2,15 2,15 % de dimin ution . • Passage assage direct dir ect de l’ancienne carte des NV65 aux Eurocodes :   – par rapport à la classe de rugosit é 2 : + 15 15 % d’ augmentation  – par rapport à la classe de rugosit é 3 : + 6.5 6.5 % d’ augmentation  – par rapport à la classe de rugosit é 4 : – 2,94 2,94 % de dimin ution . D’ une façon g én érale, les forces de vent cinquantenal à considérer en rugosit é 2 sont fortement p énalisantes. Cependant le coefficient de r éduction utilisé en rugosit é 3 et 4 (repr ésentant 70 70 % des constructions) permet aux bâtiments d ’ avoir un poids proche de celui calcul é avec les r èglements actuels (voire d ’être plus l éger en rugosité 4). Ainsi, l ’é tude montre les évolutions de structures dues aux changements obligatoires des charges réglementaires de vent. Il serait, de plus, intéressant ressant de po usser usser l a comparaison en optimisant l ’ espacement des pannes et des lisses en fonction des zones de vent et neige.

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TECHNIQUE ET APPLICATIONS

CHA-EC1 CHA-EC1 1-00

4.  – BIBLIOGRAPHIE

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Règles CM66 (DTU P22-701) : Règles de calcul des Constructions en Acier . Acier . Édition Eyro lles 1979. 1979.

[2]

ENV 1993-1-1 DAN DAN : Calcul des structur structur es en en acier et document d’application natio-  nale, partie 1-1 : règles générales générales et et r ègles pour les bâtim ents ; décembre cemb re 1992. 1992.

[3]

Règles NV65 et N84 modifiées 95 : Règles définissant les effets de la neige et du  vent sur les constructio constructio ns et annexes, douzième édition . édition . Eyro Eyro lles.

[4]

DTU P 06-002 : Règles NV65 définissant les effets de la neige et du vent sur les  constructions et annexe ; annexe ; décembr e 1999. 1999.

[5]

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