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République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de L’enseignement Sup

République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de L’enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université Abderrahmane MIRA de Bejaia Faculté de Technologie Département de Génie Civil Mémoire pour l’obtention du diplôme de MASTER en Génie Civil Thème Etude de l’influence des contreventements à ceintures d’étages sur le comportement d’ossatures métalliques d’immeubles. Présenté par : Mlle. Zohra DJATOUTI. Mr. Mhenni AIT MOKHTAR. Encadré par : Mr. Abdelhamid BECHEUR. Examiné par : Mme. BOUKHEZAR. Mr. GUECHARI. Promotion 2013. Résumé Le présent mémoire fait l’objet d’une étude du comportement dynamique de deux immeubles de dix niveaux ; le premier présentant un plan de symétrie tandis que le second est irrégulier en plan (en forme de « L »). Tous deux contreventés par ceintures d’étages. Différents modèles ont été élaborés, pour chaque structure, avec variation des paramètres influençant le comportement du système à ceintures d’étage, à savoir : la forme des palées de stabilité, le nombre et la disposition des ceintures d’étage ainsi que le nombre et la disposition des noyaux pour le cas de la formeirrégulière. L’analyse de ces différents modèles a été effectuée sur le logiciel SAP2000 et la comparaison des résultats obtenus, en termes de périodes de vibration et de déplacements latéraux aux sommets des structures, nous ont permis de tirer des conclusions sur les performances des structures contreventées et à ceintures d’étage dans la stabilisation des immeubles de grandes hauteurs, en construction métallique, vis-à-vis d’un chargement latéral donné. Remerciements Nous remercions dieu, le tout puissant, de nos avoir donné la force et le courage de mener à bien ce travail. Nos vifs remerciements sont adressés à notre encadreur : Mr Abdelhamid BECHEUR, qui a bien voulu nous encadrer et pour les conseils qu’il nous promulgué. Nos remercions également Mme BOUKHEZAR et MR GUECHARI pour l’examen et la valorisation de notre travail. Un grand merci à tous ceux qui ont contribué, de près ou de loin, à l’achèvement de ce travail. Dédicaces Je dédie ce modeste travail à mes très chèrs parents qui m’ont soutenu tous au long de mon parcours. A ma grand-mère à qui je souhaite une langue vie A mes ancles, tantes, cousins et cousines A mon frère Elhassen et ma petite sœur adorée Wissem A ma très chèreIméne A ma collègue Zohra et sa famille A mes meilleurs amis Zaza,Boubkeur et Bylo A mes amis(es) et à toute personne qui a contribué à l’achèvement de ce travail. Mhenni Dédicaces Nulle parole ne pourrait exprimer ma reconnaissance et ma gratitude envers ma très chère famille : mes très chers parents pour leurs sacrifices et leur dévouement, mes frères : Nabil ainsi que sa femme Khadidja, Arezki, Madjid, Hocine et le petit dernier Belkacem et mes sœurs : Kahina, Houa, Amel, Katia, Dihia et Dora pour leur soutient, je remercie particulièrement mon grand frère « Kiki » qui a toujours était là pour moi. Ce travail leurs est dédié. A tous les autres membres de ma famille. A mon collègue Mhenni et à sa famille. Je le dédie également à tout mes ami(e)s que je remercie, par l’occasion, pour tout ce qu’ils m’ont apporté. Dédicace particulière à ma meilleure amie : « Lamia », que je considère comme ma sœur. A la mémoire de mes défunts oncles, que dieux les accueille dans son vaste paradis. Zohra. SOMMAIRE INTRODUCTION GENERALE………………………………………………………………1 CHAPITRE I : RECHERCHE BIBLIOGRAPHIQUE.............................................................. 2 1.1. Introduction .................................................................................................................... 2 1.2. Historique des immeubles de grandes hauteurs............................................................... 3 1.3. Problématique de la rigidité latérale................................................................................ 4 1.4. Contreventements des structures métalliques.................................................................. 6 1.4.1 Définition du contreventement .................................................................................. 6 1.4.2 Types de contreventements utilisés en construction métallique................................... 7 1.5. Les différents systèmes structuraux d'immeubles de grandes hauteurs :....................... 11 1.5.1. Les ossatures à cadres (ou à portiques) :................................................................. 13 1.5.2. Les systèmes à palées de stabilité :......................................................................... 15 1.5.3. Les ossatures mixtes à portiques et palées de stabilité :............................................. 17 1.5.4. Ossatures à poutres à treillis en quinconce : ........................................................... 18 1.5.5. Les ossatures à ceintures d’étage :.......................................................................... 20 1.5.6. Les systèmes à noyau (en béton armée ou en construction métallique) : ............... 20 1.5.7. Les systèmes « tubes » :......................................................................................... 24 1.5.8. Les ossatures « tubes » gerbées : ............................................................................ 27 1.5.9. Les systèmes « hybrides » : (« tube », noyau et palées) : ....................................... 28 1.5.10. Les systèmes << tubes » et « méga portiques » :.................................................. 30 1.6. Les ceintures d’étage: .................................................................................................... 31 1.7. Quelques travaux de recherche sur les ceintures d’étages............................................. 34 Conclusion :.............................................................................................................................. 37 CHAPITRE II : ANALYSE DU COMPORTEMENT D'UNE STRUCTURE R+9 AVEC ET SANS CEINTURES D'ETAGES…………………………………………………………….38 2.1. Introduction ....................................................................................................................... 38 2.2. Caractéristiques et chargements de la structure............................................................. 38 2.3. Présentation des modèles............................................................................................... 40 2.4. Influence des ceintures d’étages sur la rigidité latérale................................................. 43 2.4.1. Comparaison des périodes de vibration .................................................................. 43 2.4.2 Comparaison des déplacements ............................................................................... 44 2.5. Détermination de meilleure disposition des ceintures d’étages pour l’immeuble du modèle1 ................................................................................................................................ 45 2.5.1. Comparaison des déplacements pour le modèle à une seule ceinture .................... 46 2.5.2 Comparaison des déplacements latérales pour le cas de deux ceintures d’étage..... 47 2.5.3 Comparaison des périodes de vibration ................................................................... 48 2.6. Mise en évidence de la participation des poteaux périphériques dans le contreventement .............................................................................................................................................. 49 2.7. Mise en évidence de l’effet de trainage en cisaillement................................................ 50 2.8. Proposition d’une solution pour limiter l’effet de trainage en cisaillement .................. 51 CHAPITRE III : CAS DES STRUCTURES PRESENTANT DES IRREGULARITES EN PLAN. ...................................................................................................................................... 54 3.1. Introduction: .................................................................................................................. 54 3.2. Description de la structure:............................................................................................ 54 3.3. Présentation des deux modèles:..................................................................................... 54 3.4. Comparaison des périodes de vibration des deux modèles : ......................................... 58 3.5. Comparaison des déplacements:.................................................................................... 59 3.6. Comparaison des modes propres de vibration:.............................................................. 59 CHAPITRE IV: RESULTATS ET DISCUSSIONS................................................................ 61 4.1. Influence des ceintures sur le comportement d’un immeuble de dix niveaux............... 61 4.1.1 influence des ceintures d’étages sur la rigidité latérale............................................ 61 4.1.2 Disposition des ceintures d’étages........................................................................... 61 4.1.3. Participation des poteaux périphériques dans la reprise des charges latérales ....... 62 4.1.4. Réduction de l’effet de trainage de cisaillement..................................................... 62 4.2. Influence des formes irrégulières en plan sur les ceintures d’étages............................. 63 4.2.1. Comparaison des periods et déplacements ............................................................. 63 CONCLUSION GENERALE.................................................................................................. 64 LISTE DES FIGURES Figure I.1 : Poids relatif des différents éléments, d’une ossature de structure multi-étagée, en fonction du nombre d’étages…………………………………………..................................................................5 Figure I.2 : poids d’acier par rapport au m² de plancher…………………………………………….....6 Figure I.3 : Ossatures en portiques (rotules plastiques dans les poutres et les pieds de poteaux)……...7 Figure I.4 : exemples d’ossatures avec triangulation à barres centrées…………………………………8 Figure I.5 : Palées de stabilité en croix de Saint André…………………………………………………8 Figure I.6a : triangulation en V………………………………………………………………………….9 Figure I.6b : triangulation en Λ ………………………………………………………………………...9 Figure I.7: triangulation en K.............................................................................................................10 Figure I.8: Exemples d’ossatures avec triangulation à barres excentrées……………………………...10 Figure I.9 : Performances comparées de diverses structures d’immeubles de grande hauteur………..12 Figure I.10 : Système de portiques dans les deux directions orthogonales……………………………13 Figure I.11 : Longueurs de flambements des structures à nœuds déplaçables………………………...15 Figure I.12 : Système à palées de stabilité……………………………………………………………..16 Figure I.13 : Interaction du système à cadres et à palées de stabilité……...........................................17 Figure I.14 : Structure à poutres treillis en quinconce…………………………………………………19 Figure I.15: Resorts international hotel, Atlantic City, USA…………………………………………..19 Figure I.16 : Système à noyau en béton armé………………………………………………………….21 Figure I.17 : Différents forme de section avec noyau………………………………………………….21 Figure I.18 : Schéma d’une structure suspendue………………………………………………………22 Figure I.19 : la tour GAN, Paris, France, 1974………………………………………………………...23 Figure I.20 : la tour NOBEL, Paris, France, 1966……………………………………………………...23 Figure I.21 : Conception d'un élément unitaire d'ossature de façade………………………………….25 Figure I.22 : Effort axiaux dans les poteaux de façades d’une ossature à tube (effet de trainage de cisaillement)……………………………………………………………………………………………25 Figure I.23 : Immeubles de grandes hauteurs en système tube avec ou sans contreventement de façade…………………………………………………………………………………………………..26 Figure I.24: John Hancock Center, Chicago, USA, 1970……………………………………………..26 Figure 1.25: Ossature à tube gerbée……………………………………………………………………27 Figure I.26 : La tour Sears, Chicago, USA, (1974)……………………………………………………28 Figure I.27 : Système de stabilité composite (« tube » + palées + noyau)………………………….29 Figure I.28 : Système hybride tube et noyau en treillis métalliques…………………………………...29 Figure I.29: First Interstate World Trade Center à Los Angeles, USA, 1989…………………………30 Figure I.31 : Système « tube » et« Méga portique »…………………………………………………...31 Figure I.31 : système de contreventement à ceinture d’étage………………………………………….32 Figure I.32: US steel building, Pittsburgh, USA, 1967………………………………………………..33 Figure I.33: First Wisconsin Center, USA 1974………………………………………………………33 Figure I.34: Jin Mao building, Shanghai, 1999………………………………………………………..33 Figure I.35 : Taipei 101, Taipei, Taiwan, 2004……………………………………………………….33 Figure I.36 : Vue 3D de l’un des modèles étudiés…………………………………………………….34 Figure I.37 : Vue en 3D du modèle étudié……………………………………………………………..35 Figure I.38 : représentation d’un modèle à 40 étages………………………………………………….36 Figure II.1 : Vue en plan de l’immeuble du modèle de référence……………………………………..39 Figure II.2 : vue en 3D de l’immeuble du modèle de référence………………………………………39 Figure II.3 : Portique du modèle 1.1…………………………………………………………………...40 Figure II.4 : Vue d’un portique de rive du modèle 1.2a……………………………………………….41 Figure II.5 : Vue d’un portique intermédiaire (Y=15m) du modèle 1.2a……………………………..41 Figure II.6 : Vue d’un portique intermédiaire du modèle 1.2b………………………………………. 42 Figure II.7 : Vue d’un portique intermédiaire du modèle 1.2c………………………………………..42 Figure II.8 Périodes en fonction du type de contreventement…………………………………………43 Figure II.9 : Courbes comparatives des déplacements en fonction uploads/Geographie/ etude-de-l-x27-influence-des-contreventements-a-ceintures-d-x27-etages-sur-le-comportement-d-x27-ossatures-metalliques-d-x27-immeubles.pdf