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Le système de construction métallique à ossature rigide

novembre 16, 2021

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Dans un blog précédent, nous avons discuté des différents systèmes de construction en métal de la gamme de produits Norsteel. Nous avons abordé les concepts de base et les terminologies qu’il est important que les clients comprennent, alors qu’ils travaillent avec leur consultant en bâtiment pour concevoir le bâtiment en acier qui répondra finalement à toutes leurs exigences.

Comme mentionné, les systèmes de construction en acier à ossature rigide de Norsteel sont de loin notre gamme de produits la plus polyvalente. Les bâtiments métalliques à ossature rigide peuvent être personnalisés pour s’adapter à un nombre illimité d’applications et de besoins de projet.

Rigid Frame Metal Building
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Et c’est précisément grâce à leur conception.

In this blog, we go over the structural support system of Rigid Frame Steel Building Systems.  A general understanding of the structural support components will help customers to gain an appreciation of how all the components work together to provide integrity and structural support for their steel buildings. This knowledge is wDans ce blog, nous passons en revue le système de support structurel des systèmes de construction en acier à ossature rigide. Une compréhension générale des composants de support structurel aidera les clients à comprendre comment tous les composants fonctionnent ensemble pour fournir l’intégrité et le support structurel de leurs bâtiments en acier. Cette connaissance est ce qui nous permet, chez Norsteel, de fournir à nos clients des solutions innovantes et économiques. Parce qu’une fois que vous comprenez comment les pièces s’assemblent pour produire de la résistance et du soutien, vous savez également comment fournir des solutions de conception uniques sans sacrifier cette intégrité. Cela nous permet d’être créatifs dans notre approche de chaque structure en acier.

Bâtiments métalliques à ossature rigide

Ce schéma fournit un aperçu complet des principaux composants d’un système de construction métallique à ossature rigide. Toutes les structures en acier ne sont pas préfabriquées avec tous ces composants. Il existe des options et des nécessités qui dépendent de l’application du bâtiment en acier, de la taille et des codes de construction spécifiques et des charges pour votre bâtiment particulier sur votre site particulier. Plusieurs composants doivent être ajoutés lorsqu’il y a, par exemple, une mezzanine ou une grue dans le bâtiment ; ou lorsqu’il y a une accumulation de neige ou des charges ponctuelles importantes. Mais pour la plupart, ce schéma est un bon endroit pour commencer votre introduction aux éléments de base qui constituent un système de construction métallique simple avec une ossature rigide.

Schéma de construction métallique à ossature rigide

Le système de support structurel

Le système de support structurel d’un bâtiment en acier préfabriqué est divisé en 3 parties principales :

  • le système de support principal
  • le système de support secondaire, et
  • Tle système de contreventement

Ces 3 systèmes structuraux sont conçus pour absorber les charges et les forces qui agissent sur le bâtiment et les transférer dans le système des fondations.

1. Le système de support structurel principal

Lorsque nous parlons du support structurel principal d’un bâtiment en acier préfabriqué, nous parlons essentiellement de la charpente du bâtiment. Le système de support structurel primaire est le support principal d’un bâtiment en acier préfabriqué. Pour cette raison, nous nous référons souvent aux principaux systèmes de support structurel comme étant le système de charpente principal du bâtiment. Il s’ensuit que lorsqu’une charpente se trouve à un mur d’extrémité, elle est appelée charpente de mur d’extrémité et lorsqu’une charpente se trouve à l’intérieur du bâtiment, elle est appelée charpente intérieure.

Rigid Frame Metal Building Diagram

Les charpentes intérieures et de murs d’extrémité sont disposées selon un motif soigneusement conçu pour fournir le support principal du bâtiment. La distance entre les lignes médianes de chacune des charpentes est appelée une travée. L’espacement des travées est un facteur important dans la détermination de la conception de votre structure. La largeur requise de chaque travée est une chose que les clients doivent prendre en compte car elle aura un effet sur l’endroit où vous pourrez placer les fenêtres, les portes de service et les portes de garage plus larges et les portes pliantes le long des murs latéraux de votre bâtiment en acier.

Rigid Frame Metal Building Diagram
Support en ossature rigide

L’ossature rigide est la charpente la plus couramment utilisée dans les systèmes de construction en acier préfabriqués, et il va donc de soi que nous appelons le bâtiment comme étant un bâtiment en acier préfabriqué à ossature rigide. C’est le système d’ossature rigide sur un bâtiment en acier préfabriqué qui offre l’intégrité structurelle de cette construction. Sans ossature rigide, il n’y a pas de solution préfabriquée.

D’une manière générale, une ossature rigide est conçue pour supporter la charge de la moitié de la travée du toit de chaque côté de son emplacement.

Bien que la majorité des ossatures rigides soient généralement de conception à portée libre, elle est également disponible dans une version modulaire.

Rigid Frame Metal Building Diagram
Les ossatures rigides sont soit portée libre (pas de colonnes intérieures) soit modulaires (avec colonnes). Les charpentes modulaires ont une ou plusieurs colonnes intérieures entre les colonnes extérieures, qui supportent une partie de la charge verticale portée par la charpente.

Remarque : Une ossature rigide peut être utilisée dans la charpente intérieure ainsi que sur un mur d’extrémité d’un bâtiment en acier
Ossatures rigides à portée libre

L’ossature primaire de loin la plus utilisée dans un bâtiment en acier préfabriqué est l’ossature rigide à portée libre. Nous appelons ces charpentes « Clear-Span » simplement parce qu’elles ne nécessitent pas de colonnes intérieures ni de support entre les colonnes extérieures. Une chose incroyable pour tout client qui cherche à atteindre un espace intérieur utilisable à 100 % ! En fait, c’est l’ossature rigide Clear-Span qui a la première révolutionné la construction et fait des bâtiments métalliques un investissement incroyablement polyvalent et innovant.

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L’ossature rigide typique d’un bâtiment en acier a des colonnes verticales coniques et un chevron effilé. Ce sont les poutres en I du bâtiment en acier – ce qui signifie que si vous preniez une coupe transversale à travers une section de colonne ou de chevron, vous auriez une forme en I.

En règle générale, l’ossature rigide est la plus épaisse dans la zone où la colonne est connectée à la poutre de chevron. Nous appelons cette zone, la hanche. La hanche est la partie la plus épaisse d’un système de construction métallique simplement parce que c’est un point porteur dans le bâtiment – il doit supporter une charge importante, et donc, nous devons renforcer cette zone avec de l’acier.

Remarque : Souvent, un client essaie à tout prix d’obtenir chaque centimètre carré d’espace utilisable. Dans de tels cas, nous utilisons une ossature rigide à colonne droite au lieu de la colonne conique standard. Cela s’avère également utile lorsque nous essayons d’obtenir un certain dégagement sous la hanche que nous ne serions pas en mesure d’accomplir autrement. Les ossatures rigides à portée libre avec des colonnes droites sont généralement moins rentables car elles nécessitent que le bâtiment soit renforcé dans d’autres zones (moins ergonomiques).

Ossatures rigides modulaires

Souvent, un client n’exige pas une solution à portée libre. Dans de tels cas, nous avons la possibilité d’utiliser une charpente modulaire. Les charpentes modulaires sont simplement des ossatures rigides avec des colonnes intermédiaires dont l’espacement n’a pas à être identique. Ce qui est important ici, c’est de comprendre que ces colonnes supplémentaires confèrent résistance et intégrité à l’ossature rigide, en redistribuant la charge de la force exercée sur la hanche. Étant donné que les colonnes confèrent résistance et intégrité à l’ensemble de la structure, les charpentes modulaires peuvent être utilisées pour réduire le coût global d’une structure. Lorsqu’elles peuvent être utilisées là où elles peuvent être cachées dans l’architecture (par exemple, dans les allées ou les gradins), l’utilisation d’une charpente modulaire n’a pas d’impact sur la conception globale de l’intérieur de la structure en acier.

L’utilisation intelligente des deux types de charpente est l’un des moyens par lesquels votre consultant expérimenté Norsteel Building travaillera avec vous pour obtenir la meilleure solution pour votre bâtiment spécifique. Selon l’application pour votre bâtiment en acier, nous pouvons incorporer à la fois des ossatures rigides et modulaires dans la même conception.

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Remarque : Les dimensions entre les colonnes intérieures sont mesurées à partir de l’extérieur du contreventement du mur latéral jusqu’à la ligne médiane de la première colonne intérieure. Sur toutes les autres colonnes intérieures, la dimension d’espacement des colonnes est mesurée à partir de la ligne médiane d’une colonne jusqu’à la ligne médiane de la colonne suivante, jusqu’à ce que la dernière colonne intérieure soit atteinte. L’espacement des colonnes sur les dernières colonnes intérieures est à nouveau mesuré à partir de l’axe médian de la colonne jusqu’à l’extérieur de la poutre de paroi latérale.

Charpentes de murs d’extrémité à poteaux et à poutres

Les charpentes de murs d’extrémité les plus courants sont appelés murs d’extrémité à poteaux et à poutres. Comme son nom l’indique, les charpentes à poteaux et à poutres sont composées de poteaux d’angle, de poteaux d’extrémité et de poutrelles inclinées. Elles sont conçues pour supporter la charge d’une demi-travée du toit et pour supporter l’ajout d’ouvertures encadrées pour les fenêtres, les portes de service et les portes de garage ou les portes à enroulement.

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Dans certains cas, une charpente en poteaux et en poutres peut être utilisée comme charpente intérieure. Nous appelons cela un mur d’exrémité encastré. Dans de tels cas, une ossature rigide est utilisée pour fournir un immense porche en surplomb et la charpente en poteaux et poutres est utilisée dans la deuxième travée comme entrée. De nombreux modèles de fermes sont aménagés de cette manière afin d’obtenir l’apparence d’une grande véranda couverte à l’avant. De telles conceptions sont également utilisées pour les fenêtres de passage des points de vente au détail et pour certains abris de voiture.

Dans d’autres cas encore, la charpente du mur d’extrémité doit être conçue comme une ossature rigide, de sorte que la structure soit déjà prête à une expansion future et que la longueur puisse être facilement augmentée ultérieurement. Dans ce cas, nous l’appelons un mur d’extrémité à ossature rigideextensible. Dans certains cas, un mur d’extrémité peut être conçu comme une ossature rigide afin de pouvoir supporter le poids d’une grande ouverture ou d’une porte de hangar.

Remarque : Les bâtiments métalliques sont relativement faciles à agrandir, ce qui implique de démonter les connexions boulonnées dans le mur d’extrémité, de le retirer et d’installer une charpente à portée libre supplémentaire à sa place. La charpente de mur d’extrémité retirée peut souvent être réutilisée dans le nouvel emplacement. Des panneaux de toit et de mur assortis sont ensuite ajoutés pour compléter l’enveloppe agrandie du bâtiment.

2. Le système de support structurel secondaire

Lorsque nous parlons du système de support secondaire d’un système de construction métallique préfabriqué, nous faisons allusion aux pannes et aux poutrelles. Ces éléments structurels sont les composants en acier qui traversent horizontalement le toit et les murs, couvrant la charpente principale.

Les poutrelles et les pannes sont essentiellement les mêmes, la seule différence étant leur emplacement sur le bâtiment, et elles ont deux fonctions principales : transférer les charges à la charpente principale et fournir une surface sur laquelle les panneaux de toit et de mur sont vissés.

Les pannes

Nous appelons le système secondaire qui fournit un support structurel au toit les pannes.

Les pannes s’étendent horizontalement entre les cadres du toit. Ce sont des éléments en forme de Z tout en acier. Les pannes sur un bâtiment en acier à ossature rigide ont généralement une profondeur de 20 et 25 cm (8 et 10 po), mais sont disponibles en 30 et 35 cm (12 et 14 po) lorsque les conditions de charge nécessitent un renforcement plus épais. La profondeur de la panne ainsi que l’espacement sont déterminés par l’ingénierie elle-même et sont dictés à la fois par la conception de la structure ainsi que par son emplacement.

La fonction des pannes est de transférer les charges du toit au système de support structurel principal, qui à son tour transfère les charges aux fondations.

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Les poutrelles

C’est le système secondaire qui fournit un support structurel aux murs sous le nom de poutrelles.

Les poutrelles s’étendent horizontalement entre les charpentes des murs et sont fixées aux colonnes. Elles sont en forme de Z, comme les pannes du toit, et sont également en forme de C qui peuvent être utilisées autour des ouvertures encadrées. Les poutrelles prennent les charges imposées au système de couverture et les transfèrent aux charpentes, qui à leur tour les transfèrent aux fondations.

L’espacement des poutrelles varie avec la charge qui leur est imposée. La profondeur des poutrelles utilisées dans une structure est également déterminée par les exigences de charge particulières pour cette structure. Comme les pannes, les poutrelles ont généralement une profondeur de 20 ou 25 cm (8 ou 10 po). Parfois, des éléments secondaires de 30 et 35 cm (12 et 14 po) sont nécessaires pour des applications et des emplacements de site spécifiques.

Poutrelles encastrées et de contournement

Poutrelles de murs d’extrémité: Les poutrelles sur les murs d’extrémité sont encastrées dans la charpente des poteaux et des poutres. Cela signifie que la poutrelle est au ras de la charpente primaire et n’enlève aucun espace libre à l’intérieur de la structure.

Poutrelles de murs latéraux : Sur les murs latéraux de la structure, la pratique courante consiste à prévoir des poutrelles de contournement. Tous les programmes de conception de logiciels utilisent par défaut ce type de poutrelle. Cela signifie que la poutrelle contourne les charpentes et est fixée à l’extérieur de la ligne de charpente primaire. Dans de nombreux cas, vous avez la possibilité d’encastrer ou d’insérer les poutrelles dans le cadrage. Lorsque les clients essaient de maximiser l’espace intérieur, nous utilisons des poutrelles affleurantes ou encastrées plutôt que des poutrelles de contournement.

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Remarque : Il est important de prendre en considération le jeu réduit imposé par la structure elle-même, lors de la détermination des mesures réelles de l’espace intérieur.

Une dernière chose à mentionner lorsque nous discutons des éléments structuraux secondaires d’un système d’ossature rigide de bâtiment en métal, c’est que l’étrésillon d’avant-toit est situé à l’intersection du toit et du mur extérieur. Il agit à la fois comme la première panne et la dernière poutrelle. Ceci est important car la hauteur de l’avant-toit du bâtiment est mesurée jusqu’au sommet de cet élément en acier.

3. Le système de contreventement

Le système de support structurel final d’un bâtiment en acier à ossature rigide est le système de contreventement. Comme son nom l’indique, le système de contreventement fonctionne pour résister aux forces des intempéries et pour transférer ces charges aux systèmes de charpente secondaire et primaire. Il existe plusieurs types de systèmes de contreventement qui sont utilisés dans les bâtiments en acier préfabriqués. Les plus courants sont le contreventement à tiges, le portique et le contreventement à diaphragme.

Contreventement à tiges

Le contreventement à tiges ou contreventement en X est de loin le type de contreventement le plus courant utilisé pour contreventer le bâtiment contre les forces des intempéries, sur un système de construction en acier. Le contreventement à tiges dans une structure en acier se trouve dans le toit entre les chevrons et dans les parois entre les colonnes. L’emplacement du contreventement et la quantité nécessaire dépendent de la conception du bâtiment et de son emplacement. Une structure qui est située dans une municipalité à forte charge de vent, par exemple, nécessitera plus de contreventement qu’une structure dans une autre municipalité avec un vent léger. De même, une structure conçue avec une extrémité ouverte nécessitera plus de contreventement qu’une structure complètement fermée.

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Remarque : L’emplacement du contreventement à tiges sur une structure en acier à ossature rigide est préfabriqué et ne peut pas être déplacé sur place sans affecter sérieusement l’intégrité du système de construction métallique. Lorsque vous travaillez avec votre consultant en bâtiment pour arriver à une conception qui vous satisfait, une chose importante à discuter est l’emplacement des portes et fenêtres de service. Bien que les deux soient situées sur le terrain (ce qui signifie que leurs emplacements précis et définitifs peuvent être déterminés sur le chantier), il est important de s’assurer que le contreventement du bâtiment n’interfère pas avec les ouvertures souhaitées.

Portiques

Lorsqu’il n’est pas possible d’utiliser un contreventement en X, ou lorsque nous avons besoin de plus de résistance afin de fournir une rigidité et une stabilité structurelle au bâtiment en métal, un portique de contreventement est utilisé. Essentiellement, un portique est un cadre rigide qui est préfabriqué pour renforcer la structure en acier. En doublant la travée le long du mur latéral du bâtiment métallique, le portique de contreventement renforce la structure pour résister aux fortes charges longitudinales. En règle générale, s’il y a un portique d’un côté du bâtiment, il y a également un portique correspondant directement en face de celui-ci, de l’autre côté de la structure.

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Remarque : Ici encore, il est important de prendre en compte le jeu réduit imposé par la structure elle-même, lors de la détermination des mesures réelles de l’espace intérieur. Le portique de contreventement est aussi épais qu’une ossature rigide et augmentera les dimensions dans toutes les directions. Assurez-vous de discuter du dégagement minimal disponible dans chaque travée avec votre consultant en bâtiment afin que vous sachiez clairement quelle taille d’ouverture de porte conviendra à l’espace.

Contreventement à diaphragme

Un autre type de contreventement utilisé pour établir l’intégrité structurelle d’un bâtiment en acier préfabriqué est le contreventement à diaphragme. Le contreventement à diaphragme est inhérent à la plupart des systèmes de construction en métal et résulte de la présence du revêtement – les panneaux extérieurs qui recouvrent la charpente primaire et secondaire du bâtiment en acier. Le revêtement donne au bâtiment une couleur esthétiquement agréable, et il termine évidemment le squelette des murs et du toit du bâtiment. Ce faisant, il fournit encore un autre système de contreventement défensif contre les charges qui s’exercent sur la structure elle-même.

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Remarque : Il existe plusieurs options différentes pour les systèmes mur et toit. Panneaux métalliques isolants, finitions en stuc, options de faux bois et de brique – le revêtement mural est disponible en plusieurs configurations différentes et plusieurs couleurs. Les possibilités sont nombreuses et seront discutées plus en détail dans les prochains blogs.

Conclusion

Dans ce blog, nous avons passé en revue le système de support structurel du système de construction en acier à ossature rigide. Nous avons discuté des systèmes structurels primaires et secondaires et nous avons discuté du contreventement. Nous avons discuté de la façon dont ces 3 systèmes structurels sont conçus pour fonctionner ensemble afin d’absorber les charges et les forces qui agissent sur le bâtiment en acier et de transférer ces charges dans le système des fondations.

Une compréhension de ces composants structurels aidera les clients à mieux apprécier la conception de leurs bâtiments en acier et la façon dont ils sont construits. Cela les aidera à planifier la conception de leurs structures en acier et l’emplacement des éléments d’accès fonctionnels comme les portes et les fenêtres. Comprendre les systèmes de support structurel des bâtiments en acier à ossature rigide – comment ils sont conçus pour fonctionner ensemble et pourquoi ils sont importants dans la conception de leurs structures, est un excellent moyen pour les clients d’entamer un dialogue avec leur consultant en bâtiment. Cela aidera également les clients à discuter de la construction lorsqu’ils travaillent avec des entrepreneurs généraux et des équipes de montage.

Ici, nous avons fourni un aperçu général du système de support structurel d’un système de construction métallique qui utilise une conception à ossature rigide. Dans un futur blog, nous discuterons d’autres composants, comme les encadrements de portes et de fenêtres ; gouttières et descentes pluviales ; surplombs ; isolation et autres accessoires qui peuvent être ajoutés à tous nos produits de construction en acier préfabriqué.

Cliquez sur le bouton ci-dessous pour télécharger la brochure sur les ossatures rigides de Norsteel.

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Lorsque vous achetez un bâtiment chez Norsteel, nous devenons votre partenaire tout au long du processus de construction. Nous travaillons avec vous, ou avec votre entrepreneur général, pour nous assurer que toutes vos exigences de construction sont respectées. Votre projet est notre projet, et nous serons avec vous tout au long du processus.

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