Les Doubles Façades Ventilées - Aspects de stabilité et sécurité

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Les Doubles Façades Ventilées Aspects relatifs à la stabilité et à la sécurité t rltif l tilit t l rit Benoit Parmentier it rtir Septembre 2004 tr Centre Scientifique & Technique de la Construction Contenu INTRODUCTION................................................................................................................................. 3 PARTIE 1 DEFINITIONS ET CONCEPTS NECESSAIRES A LA COMPREHENSION DES ASPECTS STRUCTURELS DANS LES DFV .......................................................................... 4 1.1 STRUCTURE PRINCIPALE ........................................................................................................ 4 1.2 STRUCTURE SECONDAIRE....................................................................................................... 4 1.3 ELÉMENT DE REMPLISSAGE ................................................................................................... 4 1.4 LES CLASSES DE CONSEQUENCE (NBN EN 1990 ANNEXE B - K ) ........................................ 4 FI 1.5 COEFFICIENT DEFINISSANT LA VALEUR DE COMBINAISON D'UNE ACTION VARIABLE ψ ..... 5 0 1.6 COEFFICIENT D’ACCOMPAGNEMENT DES CHARGES FREQUENTES ψ ................................... 5 1 1.7 CANT LA VALEUR QUASI PERMANENTE D'UNE ACTION VARIABLE ψ .6 2 PARTIE 2 SYSTEMES DE STRUCTURE SECONDAIRE UTILISES .................................. 7 2.1 LES STRUCTURES EN PORTE-A-FAUX .................
Publié le : lundi 16 juillet 2012
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         Les Doubles Façades VentiléesAspects relatifs à lastabilité et à la sécurité     BenoitParmentier            Centre Scientifique& Technique de laConstruction  
 
Septembre2004
 
 
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 INTRODUCTION.................................................................................................................................3 PARTIE 1 DEFINITIONS ET CONCEPTS NECESSAIRES A LA COMPREHENSIONDES ASPECTS STRUCTURELS DANS LES DFV .......................................................................... 4 1.1 STRUCTURE PRINCIPALE........................................................................................................ 4 1.2 STRUCTURE SECONDAIRE....................................................................................................... 4 1.3 ELÉMENT DE REMPLISSAGE................................................................................................... 4 1.4 LES CLASSES DE CONSEQUENCE(NBN EN 1990 ANNEXE B- KFI) ........................................ 4 1.5 COEFFICIENT DEFINISSANT LA VALEUR DE COMBINAISON D'UNE ACTION VARIABLEψ 0..... 5 1.6 COEFFICIENT DACCOMPAGNEMENT DES CHARGES FREQUENTESψ 1................................... 5 1.7 COEFFICIENT DEFINISSANT LA VALEUR QUASI PERMANENTE D'UNE ACTION VARIABLEψ 2. 6 PARTIE 2 SYSTEMES DE STRUCTURE SECONDAIRE UTILISES .................................. 7 2.1 LES STRUCTURES EN PORTE-A-FAUX..................................................................................... 7 2.2 LES STRUCTURES SUSPENDUES.............................................................................................. 8 2.3 LES STRUCTURES CADRES...................................................................................................... 8 2.4 LES MODULES PRÉFABRIQUÉS................................................................................................ 9 2.5 LES FIXATIONS DES ELEMENTS EN VERRE............................................................................ 10 2.5.1 La barre de vitrage.......................................................................................................... 10 2.5.2 Le collage ........................................................................................................................ 10 2.5.3 Le boulonnage ................................................................................................................. 10 PARTIE 3 STABILITE DES DOUBLES FAÇADES VENTILEES....................................... 12 3.1 ACTION DU POIDS PROPRE ET DES CHARGES DE SERVICE.................................................... 14 3.2 ACTION DU VENT.................................................................................................................. 16 3.2.1 Généralités ...................................................................................................................... 16 3.2.2 Cas particulier des coefficients de pression pour les DFV ............................................. 21 3.2.3 Conclusions quant au calcul de l'effet du vent ................................................................ 25 3.3 RÉSISTANCE AUX CHOCS...................................................................................................... 26 3.4 RÉSISTANCE AUX CHARGES D'EXPLOITATION HORIZONTALES............................................ 26 3.5 MOUVEMENTS THERMIQUES................................................................................................ 26 CONCLUSIONS..................................................................................................................................27 REFERENCES .................................................................................................................................... 28  
Stabilité des Doubles Façades Ventilées 
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IntroductionLes doubles façades ventilées (DFV) posent des questions spécifiques en matière de stabilitépar rapport à des façades simples traditionnelles. Cest entre autre le cas en ce qui concerneles aspects de dimensionnement de la façade du point de vue de laction du vent. La présencedune cavité au sein de la DFV va en effet avoir un impact sur les niveaux de pressionsétablissant au sein dune telle façade.La première partie de ce document reprend une série de définition nécessaire à lacaractérisation des aspects de stabilité des DFV.La deuxième partie décrit les différentes solutions structurelles adoptées lors de laconstruction de doubles façades ventilées. Ces différentes solutions sont illustrées sur basedexemples concrets.La troisième partie traite des aspects spécifiques de stabilité des DFV. Des aspects tels quelaction du poids propre ou laction du vent y sont abordés. Le présent document fait référence à diverses normes relatives aux aspects de stabilité. Uninventaire détaillé des normes et réglementations applicables aux DFV en passant en revue lesdifférents éléments de ces documents susceptibles de poser problème en cas dapplication auxDFV est donné dans la référence [1].Les aspects de stabilité au feu ne sont pas abordés dans le présent document. Un documentspécifique traite de cette thématique - référence [2].La terminologie et la classification des DFV employée dans ce document sont détaillées dansla référence [3]. Le présent document a été développé dans le cadre de la seconde biennale du projet DoubleFaçades ventilées financé par le ministère des affaires économiques en Belgique.  
 
 AVERTISSEMENTL'application des Eurocodes aux éléments structuraux non abordés initialement parceux-ci est délicate. Plusieurs projets à ce sujet et dont on fait référence dans ce texte,sont actuellement à l'étude au sein de différents groupes de travail internes au CSTC etexternes. Tant que ces projets n'ont pas abouti à un consensus, il paraît important demettre en garde un éventuel utilisateur par rapport au texte qui suit. Il s'agit en effet icid'une projection de principes les plus importants dont l'application pragmatique n'a pasencore clairement été établie au sein de documents normatifs.
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Partie 1 Définitions et concepts nécessaires à lacompréhension des aspects structurels dans lesDFVAfin d'étudier les aspects de stabilité propres aux DFV, il s'avère important de définir toutd'abord les différents éléments de construction et certains paramètres qui seront utilisés pourl'analyse particulière associée. A ce sujet, on se référera par exemple à la nouvelle versiondes STS 52 [4].
1.1 STRUCTURE PRINCIPALEDans un bâtiment, les colonnes, les poutres, les planchers sont des éléments structurauxappartenant à la structure principale dun édifice. Ils sont structuraux dans la mesure où ilssupportent eux-mêmes des structures secondaires et ou leur défaillance met en péril la stabilitéglobale de lédifice. Ils doivent avoir une sécurité adaptée et supérieure à la sécuritéappliquée aux éléments de structure secondaire ou aux éléments non structuraux (v. plus loin).Ces structures principales, destinées à des bâtiments résidentiels ou de bureau, constituent lastructure de référence des Eurocodes. Référence est faite à la « structure principale » dans lecadre des menuiseries dans la mesure elle constitue le point de départ et ou les coefficients deminoration ou de majoration déterminés ci-après lui sont applicables.
1.2 STRUCTURE SECONDAIRELes façades légères, les ensembles menuisés, les châssis sont des structures secondaires dansla mesure où leur stabilité et leur résistance leurs sont propres. Une défaillance de cesstructures secondaires a uniquement une influence sur les éléments de remplissage ou leséléments non structuraux portés par cette structure secondaire et en aucun cas, ne porte àconséquence sur la structure principale de lédifice. Les structures secondaires peuventaisément être remplacées indépendamment des structures principales.La structure secondaire est une notion définie à lannexe nationale belge de la NBN EN 1990[5].
1.3 ELÉMENT DE REMPLISSAGECe sont des éléments permettant de fermer un édifice et qui ne prennent part en aucunemanière à la stabilité de la structure principale. Ils doivent être cependant dimensionnés demanière à transférer les charges à la structure principale via la structure secondaire lorsquecelle-ci existe.
1.4 LES CLASSES DE CONSEQUENCE (NBN EN 1990 ANNEXE B - KFI)Les classes de conséquence permettent de tenir compte du fait que la rupture des structuressecondaires ou des éléments de remplissage na pas les mêmes conséquences économiqueset/ou humaines de celle de la rupture des structures principales. Une sécurité réduite est doncacceptable sur les actions. Le coefficientkFI exprime la réduction de la sécurité applicable auxstructures secondaires et éléments de remplissage par rapport à celle valable pour les
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structures principales suivant la NBN EN 1990. Une illustration est donnée à la Figure 1 dansle cas dune façade légère et dune grande verrière cylindrique  
Remplissage etstructureStructure secondaireprincipale
 
RemplissageStructure secondaire
Structureprincipale
Figure 1 - Illustration des structures principale et secondaire [4]
             1.5 COEFFICIENT DEFINISSANT LA VALEUR DE COMBINAISON D'UNEACTION VARIABLEψ 0  : coefficient définissant la valeur de combinaison d'une action variableψ0Valeur choisie, pour autant qu'elle puisse être déterminée sur des bases statistiques, de sorteque la probabilité de dépassement des effets causés par la combinaison soit à peu près lamême que pour la valeur caractéristique d'une action individuelle. Elle peut être expriméecomme une fraction déterminée de la valeur caractéristique en utilisant un facteurψ 0 1 1.6 COEFFICIENT D ACCOMPAGNEMENT DES CHARGES FREQUENTESψ 1 ψ 1: Coefficient définissant la valeur fréquente d'une action variable.Valeur déterminée, pour autant qu'elle puisse l'être sur des bases statistiques, de manière quela durée totale, au cours de la durée dutilisation, pendant laquelle elle est dépassée, neStabilité des Doubles Façades Ventilées 5
 
représente qu'une petite fraction donnée de la durée dutilisation, ou que la fréquence de sondépassement soit limitée à une valeur donnée.Elle peut être exprimée comme une fraction déterminée de la valeur caractéristique enutilisant un facteurψ 1 1 
1.7 COEFFICIENT DEFINISSANT LA VALEUR QUASI PERMANENTE D'UNEACTION VARIABLEψ 2 ψ 2 : Coefficient définissant la valeur quasi-permanente d'une action variableValeur déterminée de manière que le temps total pendant lequel elle sera dépassée représenteune fraction considérable de la durée de référence. Elle peut être exprimée comme unefraction déterminée de la valeur caractéristique en utilisant un facteurψ 2 1
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Partie 2  Systèmes de structure secondaireutilisés1 En raison des dispositions très variées en élévation et des variantes dimensionnelles, il n'estpas pratique de classer du point de vue structural la grande variété de systèmes de doublefaçades ventilées réalisées à partir de façades rideaux de gamme ou d'usage spécifique. Ons'accorde toutefois à classer les DFV parmi les structures secondaires telles que définies au §1.2. Au niveau structural, plusieurs systèmes peuvent être mis en évidence :1. les structures en porte-à-faux2. les structures suspendues3. les structures cadres4. les "unités préfabriquées" (modules)En Belgique, ce sont les DFV compartimentées par étage à modules juxtaposés qui sont lesplus courantes. On peut les classer parmi les unités préfabriquées.2.1 LES STRUCTURES EN PORTE-A-FAUXDans ce type de structure, l'élément portant (profilé en U ou rectangulaire) est fixé auplancher intermédiaire.Ce profilé est fixé en porte-à-faux, parl'intermédiaire d'un raidisseur/cornière,au départ d'une poutrelle de ceinturedu plancher intermédiaire (poutrelle enI par exemple). Le profilé enencorbellement peut être fixé à lapoutrelle de ceinture via le raidisseurau moyen de boulons ou de souduresou encore être prolongé à l'intérieur dubâtiment et fixée dans la surface duplancher intermédiaire. Le porte-à-faux peut également être réalisé audépart d'une colonne de bord du bâtiment.La problématique associée à ce type deFigure 2 - Structure portante en porte-à-faux [6]structure est l'ajustement (fixation) du raidisseur qui fait la connexion entre la poutrelle deceinture et le profilé en porte-à-faux. Si ce raidisseur est déjà soudé à la poutrelle de ceintureen atelier avant d'arriver sur le chantier, des problèmes de tolérance peuvent être constatés sion n'a pas pris en compte les mouvements du noyau de la structure principale ou du plancherintermédiaire. Il est donc préférable de souder le raidisseur sur la poutrelle de ceinture aprèsque le plancher intermédiaire ait été réalisé. L'avantage de l'utilisation de connexionsboulonnées est que celles-ci permettent un ajustement sur chantier plus important, que ce soitverticalement ou horizontalement. La connexion aux colonnes de bord permet quant à elle de                                                 1 Basé sur la référence [6]Stabilité des Doubles Façades Ventilées 
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supprimer les effets indésirables du plancher intermédiaire puisque indépendante de cettedernière.2.2 LES STRUCTURES SUSPENDUESL'enveloppe extérieure dans une structure suspendueest généralement fixée aux poutres de ceinture via destirants. La structure suspendue consiste d'habitude entirants ajustés horizontalement et diagonalement.Les tirants sont flexibles et permettent par conséquentd'ajuster la structure au mieux. Ce type de structurepeut également présenter une coursive de service quisera alors montée une fois la suspension terminée.La stabilité de ce genre de structure de support peuts'avérer problématique pendant le montage. En effet,lorsqu'un des différents tirants ajustables est réglé, lastructure entière peut aisément bouger. De plus, si leséléments de remplissage en verre sont de tailleidentique au même étage (la plupart des cas), uneon artiattenti p culière doit être prêtée à la distanceséparant la double peau afin de garantir l'esthétique deséléments extérieurs en verre.Figure 3 - Structure suspendue [6]2.3 LES STRUCTURES CADRESCe type de structure est composé de profiléshorizontaux et verticaux qui sont soudés ou boulonnésà l'enveloppe intérieure du bâtiment. Les éléments enverre sont généralement supportés sur les quatre côtés(appuis linéaires), ce qui entraîne des flèches de cespanneaux en verre très faibles. Les dimensions desprofilés sont plus faibles mais plus nombreux que pourles structures en porte-à-faux pour lesquelles lesmoments de flexion produits sont plus élevés.L'apparence de ce genre de structure peut poserproblème dans la mesure où elle n'est pas si discrèteétant donné la partition en cadres.     
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Figure 4 - Structure cadre
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2.4 LES MODULES PRÉFABRIQUÉSCes modules réalisés spécifiquement pour chaque projet individuel sont uniques. Ils sontréalisés en atelier et montés sur site au moyen de petits vérins fixés aux niveaux supérieurs dela façade.Ce concept, le plus courant en Belgique pour les DFV, est illustré à la Figure 5. 
Figure 5 - Module d'une double façade compartimentée par étage(modules juxtaposés, North Galaxy Building-BE)Des exemples d'ancrage dans la structure principale sont illustrés aux Figure 6a [7]et Figure6b. 
(a) (b)Figure 6 - Ancrage des modules préfabriqués dans la structure principale(b) - North Galaxy Building-BEStabilité des Doubles Façades Ventilées 
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2.5 LES FIXATIONS DES ELEMENTS EN VERRELes différents systèmes de fixation des éléments en verre, matériau de remplissage le pluscourant pour les DFV sont les suivants :1. barre de vitrage2. collage (VEC)3. boulonnage4. etcCes systèmes sont présentés très courtement ci-après. 2.5.1 LA BARRE DE VITRAGECelle-ci consiste en un profil en aluminium, acier, bois ou plastic qui exerce une pression decontact sur toute la longueur de l'élément en verre et repose sur la structure (secondaire)portante.Il est recommandé que les joints entre les éléments de verre individuels soient en contact avecl'atmosphère extérieure pour permettre l'équilibre des pressions de vapeur et ainsi limiter lacondensation et faciliter le drainage.Certains concepts de la prise en feuillure sont abordés dans la NIT 221 du CSTC [8]. 2.5.2 LE COLLAGELes éléments en verre sont collés structuralement sur un cadre adapté à la structure portante.On appelle ces éléments "Vitrages Extérieurs Collés" ou VEC. Il existe actuellement unguide européen d'agrément technique sur le sujet : ETAG 002 : "Structural Sealant Glazing"[9]. Ce concept est également traité dans les prénormes prEN 13022 [10] [11] [12]. 2.5.3 LE BOULONNAGEDes points fixes aux coins des vitrages sont forés à travers le verre et un boulonnage permet lafixation à la structure (secondaire) portante. Le type de connexion peut être rigide ouarticulée. Les contraintes induites dans ce genre de vitrage sont plus élevées que pour lesautres méthodes de fixation et il s'ensuit généralement des épaisseurs de vitrage plus élevées.
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Figure 7 - Vitrage boulonné (Living Tomorrow Building-BE)
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