Conception d'un système de toiture en charpente métalique pour batiment industriel ou commercial

114 Pages·2010·2.15 MB·French

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~-..R-O-J-E-T--D-E--F-I-N--D--'E-T-U-D-E-S-
TITRE: -C-O-N-C-E-P-T-I-O-N--D--'U-N_.S_Y-S-T-E-M-E-
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~~!!~~:FODE SYLLA
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DE DI CA C·E
-=-=-=-=-=-=
Je dédie ma Thèse d'ingénieur. à ::
Tous CeUX qui de près ou de loin ont participé à ma
formation-
...
A mon pere
...
A ma mere
A mes grand-parents
A mes frères et soeurs
A tous mes amis
Et enfin à tous CeUX qui
croient 'et OeUvrent pourvun
Sénégéll Nouveau
- i-
Remerciements
-=-=-=-=
Je tiens à remercier le plus sincèrement
- Mr Thomas Aquin mon directeur de projet qui n'a ménagé
ni son temps, ni ses contraintes academiques pour nous
guider par ses conseils et ses suggestions judicieux.
- Mr Joseph Gabriel Sambou, mon collaborateur, pour sa pleine
participation et son esprit d'équipe louable.
- Tous mes collègues, pour leurs conseils et encouragement
pour la réussite du projet.
Mlle Bineta Bououm, la sécrétaire qui a assuré la frappe
du présent document et qui a été tout le long de la
rédaction d'une disponibilité et d'une gentillesse sans
limite.
\
-ii-
SOMMAIRE
-=-::-==-=-=
Cette thèse vise par le biais de l'exemple de la con
ception d'un système de toiture, à voir s'il n'existe pas
des réalisations de structures légères en construction métal
liques faisant appel à une technol,ogie de fabrication plus
simple que ce dont on dispose traditionnellement.
Dans notre étude, il s'agit de dimensionner tous les éléments
'structuraux d'une toiture en charpente métallique ainsi que
les assemblages les reliant. La méthode utilisée est celle du
calcul aux états limites des structures. Elle a renplacé la
méthode aux contraintes admissibles et est en général plus
économique., Nous nous sommes reférés au code National du
Bâtlinent-jdu Canada du fait de l'indisponibilité du code
sénégalais., Néanmoins, nous nous sommes efforcés d'utiliser
au maximum les matériaux en acier disponibles sur le marché
sénégalais. Cela va des nuances d'acier jusqu'aux boulons et
électrodes de Soudage. Le matériau utilisé est l'acier
formé à froid. La manufacturation qui consiste au déroulage,
à la coupe et au pliage, ne requiert pas une technologie
sophistiquée. Les formes de fermes, seront par conséquent
simples, sections C et I. Dans la dernière partie, nous nous
ferons une étude économique dans laquelle nous ferons une
comparaison entre la forme de ferme conçue et celle qui est
traditionnellement utilisé (ferme avec profilés laminés).
iii
TABLE DES MATIERES
- =-=-=-=-=-
Titre
PRELIMINAIRES
Page- titre
Dedicacé•••••••••• '••••.••.•••••••.. ~ •• ~ i
e ••• It '" ... ;
Remerciements•...•••••......•••••••••••••••••••'. i i
Sornmaire.•.....•..•.....••...•................ i i i
0 •
Table des matières••••.••••••..•.••.••••.••.•••• iv
TEXTE
CHAPITRE I_INTRüDUCTlüN
A. Généralités••...•..•....
co1 ••••••••• o ........
, .
a} Critère ecOnOmlque. .•. . . • . . . . . . . . ...••
b) Critère technologique................. 1
c) Disponibilité du matériau... ......•••• 2
CHAPrf.lREII_ANALYSE STRUCTURALE
II 1 Etude des fermes de type Warren..... 3
II. 1. 1. Procédure................... 3
II 2 Détermination des charges•..••.••••• 6
II. 2. 2. Généralités•..•.........••. 6
............
II. 2. 3. Charges prévues 6
II. 2. 4. Hypothèses de calcul•.••••.. 6
II. 2. 5. Calcul des charges•••••••••• 7
II. 2. 6. Etude des différentes combinaisons
de charges•••S
CHAJ9:ITRE III DESIGN DES ELEMENTS
III. Pr-océdur-e••••••••••••••••••• 11
III. 1. 1 Flambage général des éléments 11
iv
III • 2 Choix des sections de la membrure 1:2
inférieure
111.2.1 Calcul des aires nettes.......... 13
111.2.2 Résultats selon les portées...... 1'4
*111.3. Choix de section de la membrure
Supérieure. • • • . • . • •. . . •• •• . 18
III.4 Dimensionnement des diagonales 21i
111.4.1 Diagonales en compression........ 21
*111.5. Tableau récapitlùatif des sections 25
111.6 Dimensionnement des pannes....... 27
111.6.1 Forme de section choisie......... 27
111.6.2 Chargement des pannes............ 27
111.6.3 Procédure de Design.............. 30
*111.6.4 Vérification des flèches......... 32
*111.6.5 Détermination de la distance de
chevauchement des pannes......... 33
111.7 Dimensionnement des suspentes et
des entretoises................. 34
lII?7.1 DéB:ign;.oes suspentes............ 34
111.7.2 Design des entretoises.......... 36
CHAPITRE IV ASSEMBLAGE DES ELEMENTS
IV.1 Introduction. . . • . . . . . . . . . • . . . . •• . •. 37
IV.2 Assemblages boulonée........... •••• 37
IV.2.1 Assemblage Diagonale-membrure.... 37
a) Détermination du nombre de boulons
nécessaires...... 37
b) Calcul du nombre de boulons
nécessair.e à l'épissure d'âme.... 41
v
c) Calcul du nombre de boulons de l'as-
semblage Diagonale - Gousset............ 44
d ) Calcul des goussets..................... 47
Vérifications•••••.....•......•.. 53
0 ••••••
V9rification-de la déchirure des
goussets............... 53
Vérification de la déchirure du gousset
près des diagonales en traction......... 54
a) Vérification de la. pression diamètrale
du gousset................ 54
b) Vérification de la résistance de la
pression diamètrale des diagonales...... 54
IV.4 Assemblages soudés............. 55
e • • • • • • • •
IV.4.1 Vérifications.•....•..........•.•.. -•.. ~ 58
a) Cisallement dans le métal de base...... 58
V ...............60
CHAPITRE CALCUL DES COUTS... ••..•.
Introduction•...... ' ,. "' , , .. , •.••••• 61
Prix d'achat de l'acier en rouleau••••• 62
V.2.1 Masse de l'acier utili8é dans les dif-
férents cas ~ 62
III • e • II' • • •
V.3 Masse de la ferme en fonction de la
portée................. 63
V.4 Comparaison avec une ferme usuelle••... 65
V.5 Calcul de la rentabilité du projet••••• 67
CHAPITRE VI CONCLUSION ET m~CO~~NDATIONS......... 71
APPENDICES
Annexe 1•••••••••••••• " ~ .. ".. "" ~ . 74
Annexe 2 7E,
ct 0- • Ii> • (f Q
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
------------ --- --- ---------
Référence 1 Handbook of steel gonstructiog,Canadian
Institute of steel construction, Ontario 1980
Référence 2 Picard A. et Baulieu D•., "Calcul ê:ux états limites
des charpentes d'acier", Institut Canadien de la
construction en Acier, Ontario 1981
Référence 3 Gazel R., "IJa charpente en fer plus d~ 1000
solutions", Editions Eyrolles 1978
Référence 4 "Poutrelles à treillis en acier, Recommandations
techniques", Institut Canadien de la Construc
tion en Acier, 1980
Référence 5 Weston & Brighan, "Gestion financière",
2e édition, les éditions HRW Ltée, Montréal,
1976
vii
CHA PIT R El
l N T R 0 D U CT IO'N
- =-=-=-
=-=
=:-
A Généralités
Ce projet consiste en la conception d'un système de
toiture pour bâtiment industriel ou commercial. Ce qui fait
son originalité vis à vis des systèmes qui sont utilisés
communément n'est ni le type de structure utilisée, (ferme
WARREN), ni les méthodes de calculs développées mais le
matériau utilisé: l'acier formé à froid.
En effet, il existe deux façons principales d'obtenir des
sections d'acier comme produit fini prêt pour l'utilisation
dans la construction: le laminage et l'acier formé à froid.
Ce dernier type est obtenu à partir-de rouleau d'acier qu'on
i' déroule, qu'on coupe aux dimensions voulues et qu'on plie
selon les formes désirées. Un certain nombre de critères nous
ont amenés à choisir ce genre d'acier pour les structures à
concevoir.
Ce sont notamment :
a) Critère économique :
En régIe général, l'acier laminé co~te 40 %plus cher que
l'acier en rouleau. En outre, les co~ts de manufacture
(déroulage, découpage, pliage) sont de loin inférieure à la
différence de prix mais cela reste à prouver dans une étude
de co~ts ultérieure.
b) Critère Technologique:
:,.Les opérations de manufacture (déroulage, découpage, pliage)
pour former l'acier à froid sont très simples. ELLes ne
nécessitent pas une qualification technique poussée, ce qui
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