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 .................

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• Publié par: nguyenlamxd
• Publié le: 16 juillet 2012
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                  Les Doubles Façades Ventilées Aspects   relatifs à lastabilité   et   à la sécurité           BenoitParmentier                         Centre Scientifique& Technique   de   laConstruction    

 

Septembre2004

 

 

Contenu

  INTRODUCTION.................................................................................................................................3   PARTIE 1   DEFINITIONS ET CONCEPTS NECESSAIRES A LA COMPREHENSION DES ASPECTS STRUCTURELS DANS LES DFV .......................................................................... 4   1.1   S TRUCTURE PRINCIPALE ........................................................................................................ 4   1.2   S TRUCTURE SECONDAIRE ....................................................................................................... 4   1.3   E LÉMENT DE REMPLISSAGE ................................................................................................... 4   1.4   L ES CLASSES DE CONSEQUENCE (NBN   EN   1990   A NNEXE B -  K FI ) ........................................ 4   1.5   C OEFFICIENT DEFINISSANT LA VALEUR DE COMBINAISON D ' UNE ACTION VARIABLE ψ   0 ..... 5   1.6   C OEFFICIENT D  ACCOMPAGNEMENT DES CHARGES FREQUENTES ψ   1 ................................... 5   1.7   C OEFFICIENT DEFINISSANT LA VALEUR QUASI PERMANENTE D ' UNE ACTION VARIABLE ψ   2 . 6   PARTIE 2   SYSTEMES DE STRUCTURE SECONDAIRE UTILISES .................................. 7   2.1   L ES STRUCTURES EN PORTE - A - FAUX ..................................................................................... 7   2.2   L ES STRUCTURES SUSPENDUES .............................................................................................. 8   2.3   L ES STRUCTURES CADRES ...................................................................................................... 8   2.4   L ES MODULES PRÉFABRIQUÉS ................................................................................................ 9   2.5   L ES 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   A CTION DU POIDS PROPRE ET DES CHARGES DE SERVICE .................................................... 14   3.2   A CTION 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   R ÉSISTANCE AUX CHOCS ...................................................................................................... 26   3.4   R ÉSISTANCE AUX CHARGES D ' EXPLOITATION HORIZONTALES ............................................ 26   3.5   M OUVEMENTS THERMIQUES ................................................................................................ 26   CONCLUSIONS..................................................................................................................................27   REFERENCES .................................................................................................................................... 28    

Stabilité des Doubles Façades Ventilées  

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Introduction Les doubles façades ventilées (DFV) posent des questions spécifiques en matière de stabilité par rapport à des façades simples traditionnelles. Cest entre autre le cas en ce qui concerne les aspects de dimensionnement de la façade du point de vue de laction du vent. La présence dune cavité au sein de la DFV va en effet avoir un impact sur les niveaux de pression sétablissant au sein dune telle façade. La première partie de ce document reprend une série de définition nécessaire à la caractérisation des aspects de stabilité des DFV. La deuxième partie décrit les différentes solutions structurelles adoptées lors de la construction de doubles façades ventilées. Ces différentes solutions sont illustrées sur base dexemples concrets. La troisième partie traite des aspects spécifiques de stabilité des DFV. Des aspects tels que l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. Un inventaire détaillé des normes et réglementations applicables aux DFV en passant en revue les différents éléments de ces documents susceptibles de poser problème en cas dapplication aux DFV est donné dans la référence [1]. Les aspects de stabilité au feu ne sont pas abordés dans le présent document. Un document spécifique traite de cette thématique - référence [2]. La terminologie et la classification des DFV employée dans ce document sont détaillées dans la référence [3].   Le présent document a été développé dans le cadre de la seconde biennale du projet Double Façades ventilées financé par le ministère des affaires économiques en Belgique.    

 

  AVERTISSEMENT L'application des Eurocodes aux éléments structuraux non abordés initialement par ceux-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 et externes. Tant que ces projets n'ont pas abouti à un consensus, il paraît important de mettre en garde un éventuel utilisateur par rapport au texte qui suit. Il s'agit en effet ici d'une projection de principes les plus importants dont l'application pragmatique n'a pas encore clairement été établie au sein de documents normatifs.

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Partie 1 Définitions et concepts nécessaires à la compréhension des aspects structurels dans les DFV Afin d'étudier les aspects de stabilité propres aux DFV, il s'avère important de définir tout d'abord les différents éléments de construction et certains paramètres qui seront utilisés pour l'analyse particulière associée. A ce sujet, on se référera par exemple à la nouvelle version des STS 52 [4].

1.1 STRUCTURE PRINCIPALE Dans un bâtiment, les colonnes, les poutres, les planchers sont des éléments structuraux appartenant à la structure principale dun édifice. Ils sont structuraux dans la mesure où ils supportent eux-mêmes des structures secondaires et ou leur défaillance met en péril la stabilité globale de lédifice. Ils doivent avoir une sécurité adaptée et supérieure à la sécurité appliquée 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 la structure de référence des Eurocodes. Référence est faite à la « structure principale » dans le cadre des menuiseries dans la mesure elle constitue le point de départ et ou les coefficients de minoration ou de majoration déterminés ci-après lui sont applicables.

1.2 STRUCTURE SECONDAIRE Les façades légères, les ensembles menuisés, les châssis sont des structures secondaires dans la mesure où leur stabilité et leur résistance leurs sont propres. Une défaillance de ces structures secondaires a uniquement une influence sur les éléments de remplissage ou les éléments non structuraux portés par cette structure secondaire et en aucun cas, ne porte à conséquence sur la structure principale de lédifice. Les structures secondaires peuvent aisément 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 REMPLISSAGE Ce sont des éléments permettant de fermer un édifice et qui ne prennent part en aucune manière à la stabilité de la structure principale. Ils doivent être cependant dimensionnés de manière à transférer les charges à la structure principale via la structure secondaire lorsque celle-ci existe.

1.4 LES CLASSES DE CONSEQUENCE (NBN EN 1990 ANNEXE B - K FI ) Les classes de conséquence permettent de tenir compte du fait que la rupture des structures secondaires ou des éléments de remplissage na pas les mêmes conséquences économiques et/ou humaines de celle de la rupture des structures principales. Une sécurité réduite est donc acceptable sur les actions. Le coefficientk FI  exprime la réduction de la sécurité applicable aux structures 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 dans le cas dune façade légère et dune grande verrière cylindrique    

Remplissage et structure Structure secondaire principale

 

Remplissage Structure secondaire

Structure principale

Figure 1 - Illustration des structures principale et secondaire [4]

                          1.5 COEFFICIENT DEFINISSANT LA VALEUR DE COMBINAISON D'UNE ACTION VARIABLEψ   0    : coefficient définissant la valeur de combinaison d'une action variableψ 0 Valeur choisie, pour autant qu'elle puisse être déterminée sur des bases statistiques, de sorte que la probabilité de dépassement des effets causés par la combinaison soit à peu près la même que pour la valeur caractéristique d'une action individuelle. Elle peut être exprimée comme une fraction déterminée de la valeur caractéristique en utilisant un facteurψ   0   ≤1   1.6 COEFFICIENT D ACCOMPAGNEMENT DES CHARGES FREQUENTES ψ   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 que la durée totale, au cours de la durée dutilisation, pendant laquelle elle est dépassée, ne Stabilité des Doubles Façades Ventilées   5

 

représente qu'une petite fraction donnée de la durée dutilisation, ou que la fréquence de son dépassement soit limitée à une valeur donnée. Elle peut être exprimée comme une fraction déterminée de la valeur caractéristique en utilisant un facteurψ   1 ≤ 1  

1.7 COEFFICIENT DEFINISSANT LA VALEUR QUASI PERMANENTE D'UNE ACTION VARIABLEψ   2   ψ   2  : Coefficient définissant la valeur quasi-permanente d'une action variable Valeur déterminée de manière que le temps total pendant lequel elle sera dépassée représente une fraction considérable de la durée de référence. Elle peut être exprimée comme une fraction déterminée de la valeur caractéristique en utilisant un facteurψ   2   ≤1

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Partie 2  Systèmes de structure secondaire utilisés 1   En raison des dispositions très variées en élévation et des variantes dimensionnelles, il n'est pas pratique de classer du point de vue structural la grande variété de systèmes de double façades ventilées réalisées à partir de façades rideaux de gamme ou d'usage spécifique. On s'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-faux 2.   les structures suspendues 3.   les structures cadres 4.   les "unités préfabriquées" (modules) En Belgique, ce sont les DFV compartimentées par étage à modules juxtaposés qui sont les plus courantes. On peut les classer parmi les unités préfabriquées. 2.1 LES STRUCTURES EN PORTE-A-FAUX Dans ce type de structure, l'élément portant (profilé en U ou rectangulaire) est fixé au plancher intermédiaire. Ce profilé est fixé en porte-à-faux, par l'intermédiaire d'un raidisseur/cornière, au départ d'une poutrelle de ceinture du plancher intermédiaire (poutrelle en I par exemple). Le profilé en encorbellement peut être fixé à la poutrelle de ceinture via le raidisseur au moyen de boulons ou de soudures ou encore être prolongé à l'intérieur du bâtiment et fixée dans la surface du plancher intermédiaire. Le porte-à- faux peut également être réalisé au départ d'une colonne de bord du   bâtiment. La problématique associée à ce type de Figure 2 - Structure portante en porte-à-faux [6] structure est l'ajustement (fixation) du raidisseur qui fait la connexion entre la poutrelle de ceinture et le profilé en porte-à-faux. Si ce raidisseur est déjà soudé à la poutrelle de ceinture en atelier avant d'arriver sur le chantier, des problèmes de tolérance peuvent être constatés si on n'a pas pris en compte les mouvements du noyau de la structure principale ou du plancher intermédiaire. Il est donc préférable de souder le raidisseur sur la poutrelle de ceinture après que le plancher intermédiaire ait été réalisé. L'avantage de l'utilisation de connexions boulonnées est que celles-ci permettent un ajustement sur chantier plus important, que ce soit verticalement 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 cette dernière. 2.2 LES STRUCTURES SUSPENDUES L'enveloppe extérieure dans une structure suspendue est généralement fixée aux poutres de ceinture via des tirants. La structure suspendue consiste d'habitude en tirants ajustés horizontalement et diagonalement. Les tirants sont flexibles et permettent par conséquent d'ajuster la structure au mieux. Ce type de structure peut également présenter une coursive de service qui sera alors montée une fois la suspension terminée. La stabilité de ce genre de structure de support peut s'avérer problématique pendant le montage. En effet, lorsqu'un des différents tirants ajustables est réglé, la structure entière peut aisément bouger. De plus, si les éléments de remplissage en verre sont de taille identique au même étage (la plupart des cas), une on artiattenti p culière doit être prêtée à la distance séparant la double peau afin de garantir l'esthétique des éléments extérieurs en verre. Figure 3 - Structure suspendue [6] 2.3 LES STRUCTURES CADRES Ce type de structure est composé de profilés horizontaux et verticaux qui sont soudés ou boulonnés à l'enveloppe intérieure du bâtiment. Les éléments en verre sont généralement supportés sur les quatre côtés (appuis linéaires), ce qui entraîne des flèches de ces panneaux en verre très faibles. Les dimensions des profilés sont plus faibles mais plus nombreux que pour les structures en porte-à-faux pour lesquelles les moments de flexion produits sont plus élevés. L'apparence de ce genre de structure peut poser problème dans la mesure où elle n'est pas si discrète étant donné la partition en cadres.          

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Figure 4 - Structure cadre

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2.4 LES MODULES PRÉFABRIQUÉS Ces modules réalisés spécifiquement pour chaque projet individuel sont uniques. Ils sont réalisés en atelier et montés sur site au moyen de petits vérins fixés aux niveaux supérieurs de la 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 Figure 6b.  

(a) (b) Figure 6 - Ancrage des modules préfabriqués dans la structure principale (b) - North Galaxy Building-BE Stabilité des Doubles Façades Ventilées  

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2.5 LES FIXATIONS DES ELEMENTS EN VERRE Les différents systèmes de fixation des éléments en verre, matériau de remplissage le plus courant pour les DFV sont les suivants : 1.   barre de vitrage 2.   collage (VEC) 3.   boulonnage 4.   etc Ces systèmes sont présentés très courtement ci-après.   2.5.1 LA BARRE DE VITRAGE Celle-ci consiste en un profil en aluminium, acier, bois ou plastic qui exerce une pression de contact 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 avec l'atmosphère extérieure pour permettre l'équilibre des pressions de vapeur et ainsi limiter la condensation et faciliter le drainage. Certains concepts de la prise en feuillure sont abordés dans la NIT 221 du CSTC [8].   2.5.2 LE COLLAGE Les 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 un guide 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 BOULONNAGE Des points fixes aux coins des vitrages sont forés à travers le verre et un boulonnage permet la fixation à la structure (secondaire) portante. Le type de connexion peut être rigide ou articulée. Les contraintes induites dans ce genre de vitrage sont plus élevées que pour les autres 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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