Dans un blog précédent, nous avons discuté des différents systèmes de construction métallique de la gamme de produits Norsteel. Nous avons abordé les concepts et les terminologies de base qu’il est important que les clients comprennent lorsqu’ils travaillent avec leur consultant en bâtiment pour concevoir le bâtiment en acier qui répondra en fin de compte à toutes leurs exigences.
Comme mentionné, les systèmes de construction en acier à ossature rigide de Norsteel constituent 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 projets.
Cela est précisément dû à la façon dont ils sont conçus.
Dans ce blog, nous passons en revue le système de support structurel des systèmes de construction à ossature rigide en acier. Une compréhension générale des composants de support structurel aidera les clients à comprendre comment tous les composants fonctionnent ensemble pour assurer 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 résistance et soutien, vous savez également comment proposer des solutions de conception uniques sans sacrifier cette intégrité. Cela nous permet à son tour d’être créatifs dans notre approche de chaque structure en acier.
Bâtiments métalliques à ossature rigide
Ce diagramme donne un aperçu complet des principaux composants d’un système de construction métallique à ossature rigide. Toutes les structures en acier ne sont pas préconçues 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 et charges spécifiques à votre bâtiment particulier sur votre site particulier. Plusieurs composantes doivent être ajoutées lorsqu’il y a, par exemple, une mezzanine ou une grue dans le bâtiment ; ou lorsqu’il y a de l’ombre de neige ou des charges ponctuelles importantes. Mais pour l’essentiel, ce diagramme est un bon point de départ pour commencer votre introduction aux éléments de base qui constituent un système de construction métallique simple avec une charpente rigide.
Le système de soutien structurel
Le système de support structurel d’un bâtiment en acier préfabriqué est divisé en 3 parties principales :
- Le principal système de soutien
- Le système de soutien secondaire et,
- Le système de renfort
Ces 3 systèmes structurels sont conçus pour absorber les charges et les forces qui agissent sur le bâtiment et transfèrent ces charges dans le système de fondation.
1. Le système de support structurel primaire
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 désignons souvent les principaux systèmes de support structurel comme le système de charpente principal du bâtiment. Il s’ensuit que lorsqu’un cadre se trouve au niveau d’un mur d’extrémité, il est appelé cadre de mur d’extrémité, et lorsqu’un cadre se trouve à l’intérieur du bâtiment, il est appelé cadre intérieur.
Les cadres rigides et les cadres de murs d’extrémité sont disposés selon un modèle soigneusement conçu pour fournir le support principal du bâtiment. Les distances entre la ligne médiane de chacun des cadres sont appelées baie. L’espacement des baies est un facteur important pour déterminer la conception de votre structure. La largeur requise de chaque baie est quelque 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 plus grandes portes de garage, basculantes et pliantes le long des parois latérales de votre bâtiment en acier.
Support de cadre rigide
La charpente rigide est la charpente la plus couramment utilisée dans les systèmes de construction en acier préfabriqués, et il va donc de soi qu’elle est responsable de la raison pour laquelle nous l’identifions comme un bâtiment en acier préfabriqué à charpente rigide. C’est le système de charpente rigide sur un bâtiment en acier préfabriqué qui offre l’intégrité structurelle à cette construction. Sans le cadre rigide, il n’existe pas de solution préconçue.
De manière générale, une charpente rigide est conçue pour supporter la charge sur la moitié de la travée du toit de part et d’autre de son emplacement.
Bien que la majorité des cadres rigides soient généralement de conception à portée libre, le cadre rigide est également disponible en version modulaire.
Astuce : Un cadre rigide peut être utilisé dans la charpente intérieure ainsi que sur le mur d’extrémité d’un bâtiment en acier.
Cadres rigides à portée claire
La charpente principale de loin la plus fréquemment utilisée dans un bâtiment en acier préfabriqué est la charpente rigide à portée claire. Nous appelons ces cadres « Clear-Span » simplement parce qu’ils n’ont pas de colonnes intérieures ni de support entre les colonnes extérieures. Une chose étonnante pour tous les clients qui cherchent à obtenir un espace intérieur 100 % utilisable ! En fait, c’est le cadre rigide Clear-Span qui a révolutionné la construction et fait des bâtiments métalliques un investissement incroyablement polyvalent et innovant.
La charpente rigide typique d’un bâtiment en acier comporte des colonnes verticales effilées et des chevrons effilés. Ce sont les poutres en I du bâtiment en acier, ce qui signifie que si vous preniez une section transversale à travers une section de colonne ou de chevron, vous obtiendriez une forme en I.
En règle générale, le cadre rigide est plus épais dans la zone où la colonne est reliée à la poutre de chevron. Nous appelons cette zone, le Haunch. Le jarret est la partie la plus épaisse d’un système de construction métallique simplement parce qu’il s’agit d’un point porteur dans le bâtiment – il doit supporter une grande force et nous devons donc renforcer cette zone avec de l’acier.
Astuce : Souvent, nous avons un client qui essaie désespérément d’exploiter chaque centimètre carré d’espace utilisable. Dans de tels cas, nous utilisons un cadre rigide à colonne droite au lieu de notre colonne conique standard. Cela s’avère également utile lorsque nous essayons d’obtenir un certain dégagement sous le cuissard que nous ne serions pas en mesure d’obtenir autrement. Les cadres rigides à portée libre avec des colonnes droites sont généralement moins rentables car ils nécessitent que le bâtiment soit fortifié dans d’autres zones (moins ergonomiques).
Cadres rigides modulaires
Souvent, un client ne s’oppose pas à une conception à portée libre. Dans de tels cas, nous avons la possibilité d’utiliser un cadre modulaire. Les cadres modulaires sont simplement des cadres rigides avec des colonnes intermédiaires, et l’espacement entre les colonnes intermédiaires ne doit pas nécessairement être égal. Ce qui est important ici est de comprendre que ces colonnes supplémentaires confèrent résistance et intégrité au cadre rigide, en redistribuant la charge de la force exercée sur le jarret. Et parce que les colonnes assurent résistance et intégrité à la structure globale, les cadres modulaires peuvent être utilisés pour réduire le coût global d’une structure. Lorsqu’il est utilisé là où ils peuvent être cachés dans l’architecture (par exemple, dans les allées ou les gradins), l’utilisation d’un cadre 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’une des façons par lesquelles votre consultant Norsteel Building expérimenté travaillera avec vous pour trouver la meilleure solution pour votre bâtiment spécifique. En fonction de l’application de votre bâtiment en acier, nous pouvons incorporer à la fois des cadres rigides et des cadres modulaires dans la même conception.
Astuce : Les dimensions entre les colonnes intérieures sont mesurées depuis l’extérieur de la circonférence du mur latéral jusqu’à la ligne centrale de la première colonne intérieure. Sur toutes les autres colonnes intérieures, la dimension d’espacement des colonnes est mesurée depuis la ligne centrale d’une colonne jusqu’à la ligne centrale 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 la ligne centrale de la colonne jusqu’à l’extérieur de la circonférence du mur latéral.
Cadres de murs d’extrémité de poteaux et de poutres
Les cadres de murs d’extrémité les plus courants sont appelés murs d’extrémité à poteaux et poutres. Comme leur nom l’indique, les cadres de poteaux et de poutres sont composés de poteaux d’angle, de poteaux d’extrémité et de poutres inclinées. Ils sont conçus pour supporter la charge d’une demi-travée du toit et pour supporter l’ajout d’ouvertures encadrées pour fenêtres, portes de service et portes de garage ou à enroulement.
Dans certains cas, un cadre à poteaux et poutres peut être utilisé comme cadre intérieur. Nous appelons cela un mur d’extrémité encastré. Dans de tels cas, une charpente rigide est utilisée pour fournir un immense porche en surplomb et les poteaux et poutres sont utilisés 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. 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, le cadre du mur d’extrémité doit être conçu comme un cadre rigide, de sorte que la structure soit déjà préparée pour une expansion future et que la longueur puisse être facilement ajoutée à la structure ultérieurement. Dans ce cas, nous l’appelons paroi d’extrémité à cadre rigide extensible. Dans certains cas, un mur d’extrémité peut être conçu comme un cadre rigide afin de pouvoir supporter le poids d’une grande ouverture ou d’une porte de hangar.
Astuce : Les bâtiments métalliques sont relativement faciles à agrandir par allongement, ce qui implique de démonter les connexions boulonnées dans le mur d’extrémité, de retirer le mur et d’installer un cadre à portée libre supplémentaire à sa place. La charpente du 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 soutien structurel secondaire
Lorsque nous parlons du système de support secondaire d’un système de construction métallique préfabriqué, nous faisons référence aux pannes et aux poutres. Ces éléments structurels sont les composants en acier qui s’étendent horizontalement sur le toit et les murs, enjambant la charpente principale.
Les poutres et les pannes sont essentiellement les mêmes, la seule différence étant leur emplacement sur le bâtiment, et elles ont 2 fonctions principales : transférer les charges vers 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 passent horizontalement entre les charpentes du toit. Ce sont des éléments entièrement en acier en forme de Z. Les pannes d’un bâtiment en acier à ossature rigide ont généralement une profondeur de 8 et 10 pouces, mais sont disponibles en 12 et 14 pouces lorsque les conditions de chargement 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.
Le rôle des pannes est de transférer les charges du toit vers le système de support structurel principal, qui à son tour transfère les charges vers les fondations.
The Les ceintures
Nous appelons le système secondaire qui fournit un support structurel aux murs les Girts.
Les poutres s’étendent horizontalement entre les cadres des murs et sont fixées aux colonnes. Elles sont en forme de Z, semblables aux pannes du toit, et se présentent également en forme de C qui peut être utilisée autour des ouvertures encadrées. Les Girts prennent les charges imposées au système de couverture et les transfèrent aux cadres, qui à leur tour les transfèrent à la fondation.
L’espacement des Girts varie en fonction de la charge qui leur est imposée. La profondeur des poutres utilisées dans une structure est également déterminée par les exigences de charge particulières de cette structure. Comme les pannes, les poutres ont généralement une profondeur de 8 ou 10 pouces. Parfois, des éléments secondaires de 12 et 14 pouces sont nécessaires pour des applications et des emplacements de site spécifiques.
Girts à encastrer et à contourner
Endwall Girts: The Girts on the Endwalls are Inset within the post and beam framing. This means that the girt is flush with the primary framing and does not take away any clear space from the interior of the structure.
Sangles de paroi latérale : Sur les parois latérales de la structure, la pratique standard consiste à prévoir des sangles de contournement. Tous les programmes de conception de logiciels utilisent par défaut ce type de girt. Cela signifie que la sangle contourne les cadres et est fixée à l’extérieur de la ligne de cadre principale. Dans de nombreux cas, vous avez la possibilité d’encastrer ou d’insérer les poutres dans le cadre. Lorsque les clients tentent de maximiser l’espace intérieur, nous utilisons des traverses affleurantes ou encastrées plutôt que des traverses de contournement.
Conseil : Il est important de prendre en compte le dégagement 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 structurels secondaires d’un système de charpente rigide de bâtiment métallique, est que l’entretoise d’avant-toit est située à l’intersection du toit et du mur extérieur. Il fait office à la fois de première panne et de dernière ceinture. 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 à ossature rigide en acier est le système de contreventement. Comme son nom l’indique, le système de contreventement a pour fonction de résister aux forces des éléments et de transférer ces charges aux systèmes de charpente secondaire et primaire. Il existe plusieurs types de systèmes de contreventement utilisés dans les bâtiments en acier préfabriqués. Les plus courants sont les Rod Bracing ; Cadres de portail et renfort de diaphragme.
Renfort de tige
Le contreventement en tiges ou contreventement en X est de loin le type de contreventement le plus couramment utilisé pour renforcer le bâtiment contre les forces des éléments, sur un système de construction en acier. Le contreventement des tiges dans une structure en acier se trouve dans le toit entre les chevrons et dans les murs entre les colonnes. La destination du contreventement et la quantité nécessaire dépendent de la conception du bâtiment et de son emplacement. Une structure située par exemple dans une commune soumise à une charge de vent élevée nécessitera plus de contreventements qu’une structure située dans une autre commune soumise à des vents doux. De même, une structure conçue avec un mur ouvert nécessitera plus de contreventement qu’une structure complètement fermée.
Conseil : L’emplacement du contreventement en tiges sur une structure en acier à ossature rigide est pré-conçu 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 construction pour parvenir 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 situés 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’interférera pas avec les ouvertures souhaitées.
Cadres de portail
Lorsqu’il n’est pas possible d’utiliser X-Bracing dans un bâtiment en acier, ou lorsque nous avons besoin de plus de résistance afin de fournir rigidité et stabilité structurelle au bâtiment métallique, un portique est utilisé. Essentiellement, un portique est un cadre rigide pré-conçu pour renforcer la structure en acier. En alignant la baie le long de la paroi latérale du bâtiment métallique, le portique renforce la structure pour résister à de fortes charges longitudinales. Généralement, s’il y a un portique d’un côté du bâtiment, il y a également un portique correspondant directement en face, de l’autre côté de la structure.
Astuce : Là encore, il est important de prendre en compte le dégagement réduit imposé par la structure elle-même, lors de la détermination des mesures réelles de l’espace intérieur. Le portique est aussi épais qu’un cadre rigide et ajoutera des pieds importants dans toutes les directions. Assurez-vous de discuter du dégagement minimal disponible dans chaque baie avec votre consultant en bâtiment afin que vous sachiez clairement quelle taille d’ouvertures de porte conviendra à l’espace.
Renfort de diaphragme
Un autre type de contreventement utilisé pour établir l’intégrité structurelle dans un bâtiment en acier préfabriqué est le contreventement à diaphragme. Le contreventement à diaphragme est inhérent à la plupart des systèmes de construction métalliques et résulte de la présence du revêtement – les panneaux extérieurs, qui recouvrent la charpente primaire et secondaire du bâtiment en acier. Le revêtement confère au bâtiment une couleur esthétique et 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 empiètent sur la structure elle-même.
Astuce : Il existe plusieurs options différentes pour les systèmes de murs et de toits. Panneaux métalliques isolés ; finitions en stuc, options de faux bois et de brique – Le revêtement mural se décline en plusieurs configurations différentes et plusieurs couleurs. Les possibilités sont nombreuses et seront abordées plus en détail dans les prochains blogs.
Clôture
Dans ce blog, nous avons passé en revue le système de support structurel du système de construction à ossature rigide en acier. Nous avons discuté des systèmes structurels primaires et secondaires et nous avons discuté du contreventement. Nous avons discuté de la manière 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 de fondation.
Une compréhension de ces composants structurels aidera les clients à mieux comprendre l’ingénierie derrière 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 à ossature rigide en acier – 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 construction. Cela aidera également les clients à discuter de construction lorsqu’ils travaillent avec des entrepreneurs généraux et des équipes de montage.
Nous avons fourni ici un aperçu général du système de support structurel d’un système de construction métallique qui utilise une conception à ossature rigide. Dans un prochain blog, nous discuterons d’autres composants, comme l’encadrement des portes et des fenêtres ; gouttières et descentes pluviales; surplombs, isolation et autres accessoires qui peuvent être ajoutés à tous nos produits de construction en acier préfabriqué.
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