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Manuels d’application des Eurocodes pour les structures bois Programme AQCEN EC

Manuels d’application des Eurocodes pour les structures bois Programme AQCEN EC5 Tronc commun X Assemblages Charpente industrialisée Ossature bois Poutres en I Charpente en bois lamellé-collé Charpente traditionnelle Calcul des assemblages des structures en bois selon l’Eurocode 5 1 Programme "AQCEN / EC5" Origine : GT5 Assemblages Calcul des assemblages des structures en bois selon l’Eurocode 5 Rédaction : Groupe de rédacteurs piloté par FCBA Animation : FCBA Janvier 2009 Calcul des assemblages des structures en bois selon l’Eurocode 5 2 PRÉAMBULE L'avènement des Eurocodes, normes européennes de conception et de calcul des structures de bâtiment et de génie civil, interpelle les entreprises et les bureaux d'études, habitués depuis plus de trente ans aux calculs selon le système des contraintes admissibles mis en œuvre, pour le bois, par les Règles CB 71. Pour les professionnels du bois, l'évolution est double, en ce sens que ces nouvelles approches, aux états limites, proposent des concepts de sécurité nouveaux, assortis d'une terminologie et de notations inhabituelles accompagnant des formules mathématiques aux contours, parfois, énigmatiques. Conscients des difficultés théoriques et pratiques que représente cette mutation, les représentations professionnelles des entreprises et industriels de la branche des structures en bois, en l'occurrence la Fédération Française du Bâtiment, Charpente, Menuiserie, Parquets, et l'IRABOIS (Institut de Recherches Appliquées au Bois), d'une part, la FIBC (Fédération des Industries Bois Construction) d'autre part, ont exprimé, auprès du ministère de l'Industrie, le besoin impératif de mettre en œuvre les moyens de proposer à leurs ressortissants un accès facilité aux nouveaux documents européens, par la préparation d'ouvrages clairs et pratiques sur la mise en œuvre des nouvelles règles. Le ministère, à travers le financement permis par son programme AQCEN a répondu à ce besoin en confiant au CTBA (Centre Technique du Bois et de l'Ameublement)1 la coordination et la maîtrise d'œuvre d'une importante opération de rédaction de manuels spécialisés (ou Recommandations) concernant l'application pratiques des Eurocodes (et des Euronormes connexes), pour le calcul des ouvrages en bois. Les divers syndicats spécialisés des organisations déjà citées (des domaines de la charpente, du lamellé-collé, des charpentes industrielles, des poutres en I) auxquels se sont joints la CAPEB (Confédération des Artisans et Petites Entreprises du Bâtiment) et IBC (Ingénierie Bois Construction) ont activement participé aux travaux de réflexion et de rédaction de cette série d'ouvrages, travaux organisés autour d'un Comité de pilotage technique assurant la coordination et de sept Groupes de Travail spécialisés. 1 Depuis le 1er juin 2006, le CTBA a fusionné avec l’AFOCEL pour former l’Institut technologique FCBA. Calcul des assemblages des structures en bois selon l’Eurocode 5 3 Calcul des assemblages des structures en bois selon l’Eurocode 5 PRÉAMBULE ___________________________________________________________________ 2 1 GÉNÉRALITÉS ______________________________________________________________ 6 1.1 PRÉSENTATION ______________________________________________________________ 6 1.2 EXPLICATIONS RELATIVES À QUELQUES PRINCIPES POUR LES NOTATIONS LES PLUS COURANTES DU SYSTÈME EUROCODE _________________ 6 1.2.1 SYMBOLES PRINCIPAUX ______________________________________________________ 6 1.2.2 INDICES LES PLUS COURANTS __________________________________________________ 7 2 GÉNÉRALITÉS APPLICABLES AUX ASSEMBLAGES PAR ORGANES MÉTALLIQUES _________________________________________________________________ 9 2.1 DÉFORMATION DES ASSEMBLAGES ______________________________________________ 9 2.1.1 ÉTAT LIMITE DE SERVICE _____________________________________________________ 9 2.1.2 ÉTAT LIMITE ULTIME________________________________________________________ 11 2.2 CLASSIFICATION DES LIAISONS ________________________________________________ 11 2.2.1 CLASSIFICATION DES ORGANES D’ASSEMBLAGES _________________________________ 11 2.2.2 CLASSIFICATION DES LIAISONS________________________________________________ 12 2.3 DISTRIBUTION DES EFFORTS __________________________________________________ 12 2.4 LIAISONS SOLLICITÉES EN FLEXION ____________________________________________ 13 2.5 EFFORTS D’ASSEMBLAGES INCLINÉS PAR RAPPORT AU FIL (TRACTION TRANSVERSALE DANS LES LIAISONS)__________________________________ 13 2.6 RUPTURE DE BLOC __________________________________________________________ 14 2.7 EFFORTS D’ASSEMBLAGE ALTERNÉS ___________________________________________ 17 3 LIAISONS PAR ORGANES MÉTALLIQUES DE TYPE TIGE _____________________ 18 3.1 GÉNÉRALITÉS ______________________________________________________________ 18 3.2 FONCTIONNEMENT ET MODE DE RUPTURE_______________________________________ 18 3.3 DÉFINITION DES DISTANCES ET ESPACEMENTS MINIMAUX __________________________ 19 3.4 ASSEMBLAGES PAR POINTES __________________________________________________ 20 3.4.1 GÉNÉRALITÉS _____________________________________________________________ 20 3.4.2 PROTECTION CONTRE LA CORROSION___________________________________________ 21 3.4.3 FONCTIONNEMENT _________________________________________________________ 21 3.4.4 RECOMMANDATIONS________________________________________________________ 21 3.4.5 POINTES CHARGÉES LATÉRALEMENT (EN CISAILLEMENT) ___________________________ 22 3.4.6 POINTES CHARGÉES AXIALEMENT _____________________________________________ 33 3.4.7 POINTES CHARGÉES AXIALEMENT ET LATÉRALEMENT______________________________ 35 3.4.8 EXEMPLE DE CALCUL _______________________________________________________ 36 3.5 ASSEMBLAGES PAR AGRAFES__________________________________________________ 39 3.5.1 GÉNÉRALITÉS _____________________________________________________________ 39 3.5.2 PROTECTION CONTRE LA CORROSION___________________________________________ 40 Calcul des assemblages des structures en bois selon l’Eurocode 5 4 3.5.3 FONCTIONNEMENT _________________________________________________________ 40 3.5.4 DÉTERMINATION DU MOMENT D’ÉCOULEMENT PLASTIQUE__________________________ 41 3.5.5 PORTANCE LOCALE _________________________________________________________ 42 3.5.6 VALEUR CARACTÉRISTIQUE DE LA CAPACITÉ RÉSISTANTE POUR UN ASSEMBLAGE BOISPANNEAUX __________________________________________________________________ 43 3.5.7 NOMBRE EFFICACE _________________________________________________________ 44 3.5.8 RÉSISTANCE CARACTÉRISTIQUE DE L’ASSEMBLAGE _______________________________ 44 3.5.9 RÉSISTANCE DE CALCUL _____________________________________________________ 45 3.5.10 GLISSEMENT D’ASSEMBLAGE ________________________________________________ 45 3.6 ASSEMBLAGES PAR BOULONS ET BROCHES ______________________________________ 45 3.6.1 GÉNÉRALITÉS _____________________________________________________________ 45 3.6.2 FONCTIONNEMENT _________________________________________________________ 46 3.6.3 ASSEMBLAGES À PLANS DE CISAILLEMENT MULTIPLES _____________________________ 46 3.6.4 MISE EN ŒUVRE ___________________________________________________________ 47 3.6.5 BOULONS ET BROCHES SOLLICITÉS EN CISAILLEMENT______________________________ 48 3.6.6 BOULONS SOLLICITÉS AXIALEMENT ____________________________________________ 58 3.7 ENCASTREMENT POTEAU-TRAVERSE PAR COURONNES DE BOULONS__________________ 66 3.7.1 GÉNÉRALITÉS _____________________________________________________________ 66 3.7.2 VÉRIFICATION DE L’ASSEMBLAGE _____________________________________________ 67 3.7.3 RENFORT D’UN ENCASTREMENT EN COURONNE___________________________________ 71 3.7.4 EXEMPLE DE CALCUL _______________________________________________________ 71 3.8 ASSEMBLAGES PAR TIRE-FOND ET VIS __________________________________________ 75 3.8.1 GÉNÉRALITÉS _____________________________________________________________ 75 3.8.2 RECOMMANDATIONS ET MISE EN OEUVRE _______________________________________ 76 3.8.3 TIRE-FOND ET VIS CHARGÉS LATÉRALEMENT_____________________________________ 76 3.8.4 TIRE-FOND ET VIS CHARGÉS AXIALEMENT (ARRACHEMENT) _________________________ 78 3.8.5 TIRE-FOND ET VIS CHARGÉS PAR UNE COMBINAISON LATÉRALE ET AXIALE _____________ 78 4 LIAISONS RÉALISÉES PAR ASSEMBLEURS SURFACIQUES____________________ 81 4.1 PLAQUES MÉTALLIQUES EMBOUTIES ___________________________________________ 81 4.1.1 INTRODUCTION ____________________________________________________________ 81 4.1.2 DOCUMENTS DE RÉFÉRENCE__________________________________________________ 81 4.1.3 FONCTIONNEMENT _________________________________________________________ 82 4.1.4 PROPRIÉTÉ DES MATÉRIAUX __________________________________________________ 82 4.1.5 MISE EN OEUVRE___________________________________________________________ 82 4.1.6 CAPACITÉ D'ANCRAGE ______________________________________________________ 82 4.1.7 CAPACITÉ DE LA PLAQUE ____________________________________________________ 85 4.1.8 ABOUTAGE, JOINT DE CONTINUITÉ _____________________________________________ 87 4.1.9 RUPTURE DE BLOC _________________________________________________________ 91 4.1.10 RAIDEUR D’ASSEMBLAGE ___________________________________________________ 93 4.1.11 EXEMPLE________________________________________________________________ 94 4.2 ASSEMBLAGES PAR ANNEAUX ________________________________________________ 105 4.2.1 INTRODUCTION ___________________________________________________________ 105 4.2.2 PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT ______________________________________________ 106 4.2.3 MODES DE RUPTURE _______________________________________________________ 106 4.2.4 RECOMMANDATIONS_______________________________________________________ 107 4.2.5 ESPACEMENTS ET DISTANCES MINIMAUX POUR LES ANNEAUX ______________________ 108 4.2.6 ÉPAISSEURS MINIMALES DES BOIS ____________________________________________ 108 4.2.7 MÉTHODE DE CALCUL D’UN ASSEMBLAGE RÉALISÉ PAR ANNEAUX___________________ 109 4.2.8 MODULE DE GLISSEMENT ___________________________________________________ 111 4.2.9 EXEMPLE DE CALCUL D’UN ASSEMBLAGE RÉALISÉ PAR ANNEAUX ___________________ 112 4.3 ASSEMBLAGES RÉALISÉS PAR CRAMPONS ______________________________________ 115 Calcul des assemblages des structures en bois selon l’Eurocode 5 5 4.3.1 INTRODUCTION ___________________________________________________________ 115 4.3.2 PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT ______________________________________________ 116 4.3.3 RECOMMANDATIONS_______________________________________________________ 116 4.3.4 ESPACEMENTS ET DISTANCES MINIMAUX POUR LES ANNEAUX ______________________ 117 4.3.5 ÉPAISSEURS MINIMALES DES BOIS ____________________________________________ 119 4.3.6 MÉTHODE DE CALCUL D’UN ASSEMBLAGE RÉALISÉ PAR CRAMPONS__________________ 120 4.3.7 MODULE DE GLISSEMENT ___________________________________________________ 122 4.3.8 EXEMPLE DE CALCUL D’UN ASSEMBLAGE RÉALISÉ PAR CRAMPONS __________________ 123 5 AUTRES ÉLÉMENTS D’ASSEMBLAGE ______________________________________ 125 5.1 LES ASSEMBLEURS TRIDIMENSIONNELS ________________________________________ 125 5.1.1 LES SABOTS ET ÉQUERRES __________________________________________________ 125 5.2 TIRANTS__________________________________________________________________ 126 6 SITUATION D’INCENDIE___________________________________________________ 129 6.1 INTRODUCTION ____________________________________________________________ 129 6.2 MÉTHODE SIMPLIFIÉE ______________________________________________________ 129 6.2.1 ASSEMBLAGE NON PROTÉGÉ_________________________________________________ 129 6.2.2 ASSEMBLAGE PROTÉGÉ_____________________________________________________ 130 6.2.3 CAS PARTICULIER DES PLAQUES MÉTALLIQUES EN ÂME ___________________________ 132 6.3 MÉTHODE DE LA CHARGE RÉDUITE ___________________________________________ 133 6.3.1 ASSEMBLAGE NON PROTÉGÉ_________________________________________________ 133 6.3.2 ASSEMBLAGE PROTÉGÉ_____________________________________________________ 135 Calcul des assemblages des structures en bois selon l’Eurocode 5 6 1 GÉNÉRALITÉS 1.1 Présentation Le présent manuel fait partie d'une collection de 7 ouvrages destinés aux concepteurs et calculateurs d'ouvrages courants de bâtiments à structures en bois. Quelques spécificités territoriales tiennent au fait qu'il est tenu compte d’adaptations nationales autorisées par le système des EUROCODES et définies dans les ANNEXES NATIONALES des différents Eurocodes concernés. Le présent document ne tient pas compte du dernier amendement de l’Eurocode 5 NF EN 1995-1-1/A1 et de son annexe nationale encore en cours de rédaction. Ces ouvrages ont pour objet de faciliter la compréhension et l'application pratique des méthodes édictées par l'Eurocode 5 et son Annexe Nationale dans leurs principes et clauses générales, et dans les 5 domaines technologiques et professionnels particuliers que constituent : − la charpente traditionnelle, − la charpente en bois lamellé-collé, − la charpente industrielle, − la construction à ossature bois, − les poutres composites à base de bois. Ils sont complétés par deux ouvrages transversaux : − le Tronc commun, − les Assemblages. Un ouvrage, non inclus dans ce CD-ROM, destiné à la justification des éléments simples, a également été publié : − le Manuel simplifié, disponible auprès de FCBA, de la FFBCMP et de la CAPEB. Ces ouvrages ne se substituent nullement aux EUROCODES et leurs Annexes Nationales, dont la consultation s'avérera nécessaire. L’ensemble est composé d’un Tronc Commun définissant la démarche générale applicable aux structures bois et, pour chaque domaine spécifique, d’un manuel d’application complété par des exemples de calcul sur des structures représentatives. Ces ouvrages prennent en compte les informations indispensables fournies par les Eurocodes, mais il pourra être nécessaire de se reporter pour certains cas particuliers à ces documents. Aussi, l'utilisation de ce manuel ne dispense pas de la possession des EUROCODES, leurs annexes nationales et normes concernées qui constituent les documents normatifs de référence. 1.2 Explications relatives à quelques principes pour les notations les plus courantes du système Eurocode D’une manière générale, les notations utilisées dans les Eurocodes suivent un schéma identique. Le symbole principal désigne la grandeur et les indices précisent la nature, l’orientation et le type. 1.2.1 Symboles principaux Lorsqu’une grandeur désigne une sollicitation ou une résistance en termes d’effort, celle-ci uploads/Industriel/ aqcen-ec5-gt2-calcul-des-assemblages-des-structures-en-bois-selon-l-eurocode-5.pdf