Tous les bâtiments, y compris les systèmes de bâtiments métalliques, doivent être conçus pour respecter certains codes du bâtiment et les exigences de charge définies par la municipalité ou la juridiction où le bâtiment est situé. Chez Norsteel, tous nos bâtiments sont fabriqués sur mesure afin que nos ingénieurs certifiés puissent concevoir une structure répondant à vos exigences tout en respectant les codes du bâtiment et les normes de charge locales.
Qu’est-ce que les codes du bâtiment et les charges?
Les bâtiments offrent un abri pour les personnes et les biens. Bien qu’un bâtiment doive posséder plusieurs caractéristiques souhaitables, comme un aspect esthétique, une longue durée de vie, une flexibilité d’usage et un coût économique, sa fonction première reste la protection.
Pour aller plus loin, on peut distinguer deux types de protection qu’un bâtiment doit assurer :
1. Protection contre les forces ou charges exercées sur le bâtiment
Si la structure n’offre pas une résistance adéquate aux différentes conditions de charge, la sécurité des personnes et la valeur des biens sont compromises. C’est pourquoi il est essentiel de porter une attention particulière à la solidité du bâtiment et, surtout, à son système structurel.
2. Protection contre les éléments – pluie, vent, chaleur et froid
Chacun de ces facteurs peut provoquer de l’inconfort et réduire la valeur des biens à l’intérieur. Le niveau de protection contre les éléments dépend de l’étanchéité et de l’efficacité thermique du bâtiment. Ces facteurs influencent grandement la conception du toit et des murs.
Qui Détermine les Codes du Bâtiment et les Charges
Les codes du bâtiment et les charges sont établis à l’échelle nationale et internationale, puis appliqués par les bureaux municipaux locaux de délivrance des permis. Lors de la conception d’une structure, nous utilisons l’emplacement exact du chantier, notamment le code postal, pour déterminer les codes du bâtiment et les exigences de charges applicables à cette municipalité. Des facteurs spécifiques au site et à la position du bâtiment peuvent également être pris en compte.
Calculs de Charge pour Bâtiments en Acier : Pourquoi c’est Important
Avant qu’un bâtiment en acier soit fabriqué ou livré, des ingénieurs certifiés doivent calculer la charge totale que la structure devra supporter. Ces calculs garantissent que le bâtiment peut résister en toute sécurité aux effets combinés des charges permanentes, temporaires et environnementales propres à son emplacement et à son usage prévu.
Le calcul des charges d’un bâtiment en acier est régi par les codes du bâtiment locaux et nationaux. Les ingénieurs évaluent comment la structure doit réagir aux différentes forces — telles que les charges permanentes, les charges d’exploitation, les systèmes auxiliaires, la neige, le vent et les activités sismiques. Ces forces sont mesurées en livres par pied carré et appliquées à l’aide d’outils d’analyse structurelle avancés et de normes d’ingénierie.
Valeurs de Charges Typiques
Voici quelques exemples de valeurs de charges couramment prises en compte lors de la conception de bâtiments en acier :
| Type de charge | Plage typique |
|---|---|
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Charge permanente |
2 – 10 lb/pi² (poids propre de la structure) |
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Charge d’exploitation |
20 – 40 lb/pi² (travailleurs, équipement, usage temporaire) |
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Charge additionnelle |
2 – 10 lb/pi² (éclairage, CVC, isolation, etc.) |
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Charge de neige |
20 – 120+ lb/pi² (selon l’emplacement et l’accumulation de neige) |
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Charge de vent |
Varie en fonction de la vitesse du vent, de l’exposition et de la hauteur du bâtiment |
Comment les Charges Sont Combinées
Les ingénieurs en structure ne considèrent pas les charges isolément. Ils suivent plutôt des formules de combinaison de charges définies par le code du bâtiment, comme l’ASCE 7 aux États-Unis ou le Code national du bâtiment du Canada (CNB), afin de garantir que la structure fonctionne en toute sécurité dans diverses conditions.
Exemples de combinaisons de charges courantes (SkyCiv):
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1,4 × Charge permanente (Dead Load)
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1,2 × Charge permanente + 1,6 × Charge d’exploitation (Live Load)
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1,2 × Charge permanente + 1,6 × Charge de vent + 0,5 × Charge d’exploitation
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0,9 × Charge permanente + 1,0 × Charge de vent (pour les scénarios de soulèvement)
Ces combinaisons aident les ingénieurs à simuler la réaction du bâtiment face à des forces simultanées, par exemple le vent lors d’une tempête de neige ou le poids des équipements en cas de forte occupation.
Pourquoi la Précision est Essentielle
Des hypothèses incorrectes sur les charges, qu’elles soient sous-estimées ou basées sur une mauvaise zone géographique, peuvent entraîner des défaillances structurelles, des reconceptions coûteuses ou des refus de permis. Même de petites différences dans les charges de neige ou l’exposition au vent peuvent affecter :
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La taille des colonnes et des fermes (rafter sizing)
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Les exigences des fondations et des boulons d’ancrage
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Les systèmes de contreventement
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La stabilité globale dans des conditions extrêmes
Par exemple, un bâtiment conçu pour le sud de l’Ontario ne fonctionnera pas de la même manière au Nunavut, sauf s’il est reconfiguré pour tenir compte des différences importantes de charges de neige et de vent.
Charges Structurelles dans les Bâtiments Métalliques
Charges Permanentes
La charge permanente correspond au poids total du système de bâtiment métallique, incluant des éléments comme le toit, la charpente, l’isolation et les panneaux de couverture. La répartition précise et détaillée du poids de la structure doit être prise en compte lors de la conception afin de garantir que l’intégrité structurelle du bâtiment n’est pas compromise.
Charges Variables
La charge variable désigne toute charge temporaire appliquée sur un bâtiment (qui n’est ni une charge de vent, de neige, sismique ni permanente) et qui peut être présente lors de la construction, de l’entretien ou à différents moments au cours de la vie du bâtiment. Quelques exemples de charges variables incluent les ouvriers, l’équipement et les matériaux. La charge variable minimale selon le code est de 20.89 lb/pi².
Charge collatérale
La charge collatérale fait référence au poids des matériaux permanents supplémentaires, autres que le poids du système de bâtiment métallique lui-même, tels que les gicleurs, les systèmes mécaniques et électriques, et les plafonds. Les charges collatérales dans un bâtiment sont des charges suspendues uniformément réparties à l’intérieur du bâtiment. Une charge collatérale normale (minimum) est de 2 lb/pi², ce qui prend en compte l’isolation du toit et l’éclairage standard. Les systèmes de gicleurs ajoutent 3 à 4 lb/pi², les plafonds suspendus ajoutent 4 lb/pi² supplémentaires et les panneaux solaires ajoutent 9 lb/pi².
Chez Norsteel, nous concevons toutes nos structures avec une charge collatérale minimale de 3 lb/pi². Dans les bâtiments métalliques à charge collatérale, réduire cette valeur peut diminuer les coûts initiaux, mais les dépenses à long terme pour renforcer la structure après la fabrication et l’érection dépassent généralement les économies réalisées. La charge collatérale doit être clairement indiquée sur les fiches de coûts.
Charges concentrées ou ponctuelles
Les charges concentrées proviennent soit des unités situées sur le toit, soit de charges suspendues à l’intérieur du bâtiment. Les unités sur le toit sont généralement des climatiseurs ou des unités de traitement d’air. Les charges suspendues peuvent inclure des chauffages, des conduits, des chemins de câbles ou des sangles de support, des paniers de basketball, des tuyaux mécaniques, des passerelles suspendues ou des convoyeurs, ainsi que des unités situées sur le toit.
Toutes les charges concentrées doivent être prises en compte dans la conception du bâtiment. Bien qu’elles soient techniquement des charges d’exploitation dynamiques (par exemple, les grues et les systèmes de manutention de matériaux), les charges auxiliaires entrent également dans cette catégorie et doivent être soigneusement considérées lors de la conception de la structure.
Charges environnementales
Charge de vent
Les structures doivent être conçues pour résister à la charge de vent sur le bâtiment métallique, qui peut provenir de n’importe quelle direction. Trois aspects spécifiques sont à considérer : la vitesse, l’exposition et l’encloisonnement.
1. Vitesse du vent
La vitesse du vent varie considérablement selon l’emplacement physique du bâtiment et la zone géographique environnante. Par conséquent, ces charges sont définies par les codes de construction pour le site dans la municipalité concernée.
2. Exposition au vent
L’exposition au vent est déterminée par l’emplacement précis de la structure sur le site et par les éléments présents à proximité.
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Obstructions : arbres, bâtiments, relief du terrain
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Exposition B : obstructions dans un rayon de ½ mile
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Exposition C : aucune obstruction sur aucun côté dans un rayon de ½ mile
3. Encloisement au vent
L’encloisement au vent concerne l’effet du vent déterminé par les ouvertures présentes sur le bâtiment.
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Enclos : Toutes les ouvertures peuvent être considérées comme fermées pendant une tempête
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Partiellement enclos : Un mur plus ouvert que la somme des autres; crée un effet de ballon
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Ouvert : Bâtiments avec tous les murs ouverts à au moins 80 %; les ouvertures resteront ouvertes pendant les tempêtes
Charge de neige
Techniquement, la charge de neige d’un bâtiment métallique fait référence à la charge verticale induite par le poids de la neige, supposée agir sur la projection horizontale du toit de la structure. Cette charge environnementale varie considérablement selon la localité et les conditions du site. Remarque : Une neige très humide de 15 cm d’épaisseur équivaut à un pouce d’eau. Un pouce d’eau sur un pied carré de surface pèse cinq livres.
Charge sismique
La charge ou les charges agissant dans n’importe quelle direction sur un système structurel en raison d’un tremblement de terre.
Bien que souvent associée à des régions comme la Colombie-Britannique, l’activité sismique ne se limite pas aux zones montagneuses : les régions côtières peuvent également être sismiquement actives en raison de failles sous-marines et du déplacement des plaques océaniques. Ces mouvements sismiques génèrent des vibrations qui se propagent à l’intérieur des terres et doivent être pris en compte dans la conception des bâtiments.
Au Canada, le risque sismique était historiquement classé en zones de 0 à 6, mais le Code national du bâtiment du Canada (CNB 2020) repose désormais sur des valeurs d’accélération spectrale spécifiques au site, calculées à l’aide d’outils comme CanadaSHM6 et SHT2020. Ces outils permettent aux ingénieurs de concevoir en fonction de données locales précises plutôt que de zones générales (NRCan, 2023; SkyCiv, 2023).
Aux États-Unis, les normes IBC et ASCE 7 définissent les catégories de conception sismique (SDC) de A à F, la catégorie A représentant le risque le plus faible et F le plus élevé. La classification dépend du risque sismique, des conditions du sol et de l’occupation du bâtiment. Les bâtiments situés dans des zones à risque plus élevé doivent répondre à des exigences de conception plus strictes pour assurer la sécurité.
Codes du bâtiment pour structures en acier : facteurs selon la localisation
Les exigences du code du bâtiment et les charges de conception structurelle varient considérablement selon l’emplacement du bâtiment. Les conditions locales telles que le climat, l’altitude, la proximité de l’eau et le terrain environnant influencent toutes les valeurs de charge et les dispositions du code utilisées dans l’ingénierie d’un bâtiment en acier.
Les conditions géographiques et environnementales à travers le Canada et les États-Unis jouent un rôle majeur dans la conception des bâtiments en acier structurel. Voici quelques-uns des principaux facteurs qui influencent les exigences du code et le calcul des charges selon la région.
Zones côtières et zones intérieures
Les régions côtières sont souvent sujettes à des vents plus forts, des ondes de tempête et des conditions d’ouragan. Par conséquent, les bâtiments situés dans les zones côtières doivent être conçus avec une résistance accrue au vent et peuvent nécessiter un renforcement de la charpente, des contreventements supplémentaires et des systèmes d’ancrage améliorés. De plus, le choix des matériaux et les revêtements protecteurs peuvent être pris en compte pour réduire le risque de corrosion causée par l’air salin dans les environnements marins.
Bien que les zones côtières soient principalement associées au vent et à la corrosion, beaucoup de ces régions sont également classées à risque sismique élevé. Le mouvement des plaques océaniques, les vibrations induites par les courants et la proximité des failles peuvent provoquer une activité sismique qui doit être prise en compte dans l’ingénierie.
En revanche, les zones intérieures ont généralement des conditions de vent plus stables, mais peuvent rencontrer d’autres défis tels que des charges de neige plus importantes ou une activité sismique selon la région. Les valeurs de charge et les catégories d’exposition varient considérablement entre ces deux contextes géographiques, même au sein de la même province ou état.
Exposition rurale et urbaine
L’environnement immédiat du site de construction influence également le calcul des charges de vent. Les codes du bâtiment classent les sites par catégories d’exposition (B, C ou D) selon le degré d’obstruction au vent.
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Les zones urbaines ou suburbaines (Exposition B) ont souvent des bâtiments, des arbres et d’autres structures à proximité qui réduisent la pression du vent sur le bâtiment.
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Les zones rurales et ouvertes (Exposition C) manquent d’obstructions, ce qui entraîne des charges de vent plus élevées et nécessite que les bâtiments soient conçus pour résister à une pression directe plus importante.
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Dans un terrain très plat et ouvert près de grandes étendues d’eau (Exposition D), des valeurs de charge de vent encore plus conservatrices peuvent être requises.
Cette classification influence fortement la conception en acier et les connexions nécessaires, en particulier pour les grands bâtiments ou les structures à portée libre.
Zones de vent et de neige au Canada et aux États-Unis
Les charges de neige et de vent varient selon les régions et sont prescrites par les codes du bâtiment nationaux, comme le Code national du bâtiment du Canada et l’International Building Code aux États-Unis.
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Dans l’est et le nord du Canada, les charges de neige sont généralement beaucoup plus élevées en raison de la durée prolongée de l’hiver et de l’accumulation importante. Certaines régions peuvent exiger des charges de neige de 60 PSF ou plus.
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Dans certaines parties des États-Unis, les charges de neige peuvent également être importantes, notamment dans le Midwest nord, le Nord-Est et les États montagneux.
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Les zones de vent sont élevées dans les régions côtières (par exemple, Nouvelle-Écosse, Floride, Golfe du Mexique), où des vents de force ouragan sont attendus.
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Certaines régions intérieures, notamment dans les plaines américaines ou dans certaines parties de l’Alberta et de la Saskatchewan, sont également exposées à des vitesses de vent élevées en raison d’un terrain plat et dégagé.
C’est pourquoi l’utilisation de données spécifiques au site est essentielle pour déterminer les charges de conception. Des hypothèses génériques peuvent entraîner des violations du code, des inspections échouées ou compromettre la sécurité structurelle.
Conformité aux codes du bâtiment pour les bâtiments métalliques
La conformité aux codes du bâtiment signifie que votre structure respecte les normes de sécurité, structurelles et environnementales établies par les réglementations nationales et locales. Nous concevons nos bâtiments pour répondre ou dépasser les codes de construction en acier, y compris les exigences de l’IBC, les codes canadiens, les codes provinciaux spécifiques et les normes CSA-A660.
Il est donc essentiel de travailler avec un fournisseur de bâtiments qui comprend et applique ces normes dès le départ. Lors de l’évaluation du coût de votre bâtiment en acier, assurez-vous que votre fournisseur pose les bonnes questions afin de garantir l’intégrité de votre bâtiment et la sécurité de tout ce que vous y entreposerez.
Rappelez-vous que les bâtiments pré-ingénierés sont conçus et fabriqués sur mesure selon vos besoins spécifiques. Chaque composant est soigneusement étudié pour résister aux éléments dans votre situation particulière. C’est pourquoi il n’existe pas de bâtiments « prêts à l’emploi » authentiques, et les clients doivent se montrer très prudents lorsqu’ils achètent un bâtiment conçu pour quelqu’un d’autre.
La conception de votre bâtiment dépend des informations que vous fournissez sur son usage, son contenu et le site lui-même. Chez Norsteel, peu importe l’emplacement du projet, nous exigeons toujours un ensemble de conditions minimales pour garantir un niveau de qualité constant dans la construction.
Conclusion
Les types de charges et leur magnitude sont essentiels pour la conception et la construction de votre bâtiment en acier. Chez Norsteel, nous vous accompagnons tout au long de votre projet pour garantir que les codes de construction et les charges appropriés sont appliqués, sans compromettre la performance et la fonctionnalité dont vous avez besoin. Que ce soit pour des bâtiments commerciaux, agricoles ou même miniers, nous couvrons tous les types de projets.
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