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Ci Il L EC H 1 U D I S Q.:lL&~ •• Fodé SYLLA Rt PU lOUE DU ;:,t.Nt:uAL , ·UlD..---.lt..ULri.Wt::.t~lOlLD -lJ NSYSl EMEDE_a-..~~-......, ~ . d-"_ CHARPEN TE METALfQUE P DUR SATr. .........-.-. WOUS TR IEL OU COMMERCIAL ~COLEPOLYTECHNIQUE DE THIES --------------------------"-- --------------------------- GC.030S DEPARTEMENT DU GENIE CIVIL -------------------------- ~.ROJET DE FIN D'ETUDES -.--------------------- TITRE: CONCEPTION D'UN SYSTEME ----- ---------------_._------ - - -- DE TOITURE ENCHARPENT.E ----------------------- MET A L 'L 1 QUE POU R' .B.AT 1 MEN T S ------------------------ 1 N DUS TRI E LOU CO M M"E R' C 1 A L -------------------_._--- . "-.: -- " ~~!!~~:FODE SYLLA ] ! ] ] .! E!! : J U 1 N 1·9 8 5 DE DI CA C·E -=-=-=-=-=-= Je dédie ma Thèse d'ingénieur. à :: Tous CeUX qui de près ou de loin ont participé à ma formation- A mon ... pere A ... ma mere A mes grand-parents A mes frères et soeurs A tous mes amis Et enfin à tous CeUX qui croient 'et OeUvrent pourvun Sénégéll Nouveau - i- \ Remerciements -=-=-=-= Je tiens à remercier le plus sincèrement - Mr Thomas Aquin mon directeur de projet qui n'a ménagé ni son temps, ni ses contraintes academiques pour nous guider par ses conseils et ses suggestions judicieux. - Mr Joseph Gabriel Sambou, mon collaborateur, pour sa pleine participation et son esprit d'équipe louable. - Tous mes collègues, pour leurs conseils et encouragement pour la réussite du projet. Mlle Bineta Bououm, la sécrétaire qui a assuré la frappe du présent document et qui a été tout le long de la rédaction d'une disponibilité et d'une gentillesse sans limite. -ii- SOMMAIRE -=-::-==-=-= Cette thèse vise par le biais de l'exemple de la con- ception d'un système de toiture, à voir s'il n'existe pas des réalisations de structures légères en construction métal- liques faisant appel à une technol,ogie de fabrication plus simple que ce dont on dispose traditionnellement. Dans notre étude, il s'agit de dimensionner tous les éléments 'structuraux d'une toiture en charpente métallique ainsi que les assemblages les reliant. La méthode utilisée est celle du calcul aux états limites des structures. Elle a renplacé la méthode aux contraintes admissibles et est en général plus économique., Nous nous sommes reférés au code National du Bâtlinent-jdu Canada du fait de l'indisponibilité du code sénégalais., Néanmoins, nous nous sommes efforcés d'utiliser au maximum les matériaux en acier disponibles sur le marché sénégalais. Cela va des nuances d'acier jusqu'aux boulons et électrodes de Soudage. Le matériau utilisé est l'acier formé à froid. La manufacturation qui consiste au déroulage, à la coupe et au pliage, ne requiert pas une technologie sophistiquée. Les formes de fermes, seront par conséquent simples, sections C et I. Dans la dernière partie, nous nous ferons une étude économique dans laquelle nous ferons une comparaison entre la forme de ferme conçue et celle qui est traditionnellement utilisé (ferme avec profilés laminés). iii Titre TABLE DES MATIERES - =-=-=-=-=- PRELIMINAIRES Page- titre Ded icacé•••••••••• '••••.••.•••••••.. ~ •• e ~ ••• It '" ... ; Remerciements •...•••••......•••••••••••••••••••'. Sornmaire .•.....•..•.....••...•................ 0 • Table des mat ières ••••.••••••..•.••.••••.••.•••• i i i i i i iv TEXTE CHAPITRE I_INTRüDUCTlüN A. Généralités••...•..•.... co1 ••••••••• o ........ a} Critère , . ecOnOmlque. . • . . . • . . . . . . . . . ..•• b) Critère technologique................. 1 c) Disponibilité du matériau... ......•••• 2 CHAPrf.lREII_ANALYSE STRUCTURALE II 1 Etude des fermes de type Warren..... 3 II. 1. 1. Procédure................... 3 II 2 Détermination des charges •..••.••••• II. 2. 2. Généralités•..•.........••. II. 2. 3. Charges prévues ............ II. 2. 4. Hypothèses de calcul •.••••.. II. 2. 5. Calcul des charges •••••••••• 6 6 6 6 7 II. 2. 6. Etude des différentes combinaisons de charges •••S CHAJ9:ITRE III DESIGN DES ELEMENTS III. Pr-océdur-e ••••••••••••••••••• 11 III. 1. 1 Flambage général des éléments 11 iv III • 2 Choix des sections de la membrure 1:2 inférieure 111.2.1 Calcul des aires nettes.......... 13 111.2.2 Résultats selon les portées...... 1'4 *111.3. Choix de section de la membrure Supérieure. • • • . • . • • . . . • • • • . 18 III. 4 Dimensionnement des diagonales 21i 111.4.1 Diagonales en compression........ 21 *111.5. Tableau récapitlùatif des sections 25 111.6 Dimensionnement des pannes....... 27 111.6.1 Forme de section choisie......... 27 111.6.2 Chargement des pannes............ 27 111.6.3 Procédure de Design.............. 30 *111.6.4 Vérification des flèches......... 32 *111.6.5 Détermination de la distance de chevauchement des pannes......... 33 111.7 Dimensionnement des suspentes et des entretoises................. 34 lII?7.1 DéB:ign;.oes suspentes............ 34 111.7.2 Design des entretoises.......... 36 CHAPITRE IV ASSEMBLAGE DES ELEMENTS IV.1 Introduct ion. . . • . . . . . . . . . • . . . . • • . •. 37 IV.2 Assemblages boulonée........... •••• 37 IV.2.1 Assemblage Diagonale-membrure.... 37 a) Détermination du nombre de boulons nécessaires...... 37 b) Calcul du nombre de boulons nécessair.e à l'épissure d'âme.... 41 v c) Calcul du nombre de boulons de l'as- semblage Diagonale - Gousset............ 44 d ) Calcul des goussets..................... 47 Vérifications •••••.....•......•.. 0 •••••• V9rification-de la déchirure des 53 goussets............... 53 Vérification de la déchirure du gousset près des diagonales en traction......... 54 a) Vérification de la. pression diamètrale du gousset................ 54 b) Vérification de la résistance de la pression diamètrale des diagonales...... 54 IV.4 Assemblages soudés............. e • • • • • • • • 55 IV.4.1 Vérifications .•....•..........•.•.. - •.. ~ 58 a) Cisallement dans le métal de base...... 58 CHAPITRE V CALCUL DES COUTS... ••..•. ...............60 Introduction•...... ' ,. " ' , , .. , •.••••• Prix d'achat de l'acier en rouleau••••• V.2.1 Masse de l'acier utili8é dans les dif- 61 62 férents cas III • e • II' ~ • • • 62 V.3 Masse de la ferme en fonction de la portée................. 63 V.4 V.5 Comparaison avec une ferme usuelle ••... Calcul de la rentabilité du projet ••••• 65 67 CHAPITRE VI CONCLUSION ET m~CO~~NDATIONS......... 71 APPENDICES Annexe 1 •••••••••••••• " ~ .. " .. "" ~ . 74 Annexe 2 ct 0- • Ii> • (f Q 7E, REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ------------------ - - - - - - - - - Référence 1 Handbook of steel gonstructiog,Canadian Institute of steel construction, Ontario 1980 Référence 2 Picard A. et Baulieu D •., "Calcul ê:ux états limites des charpentes d'acier", Institut Canadien de la construction en Acier, Ontario 1981 Référence 3 Gazel R., "IJa charpente en fer plus d~ 1000 solutions", Editions Eyrolles 1978 Référence 4 "Poutrelles à treillis en acier, Recommandations techniques", Institut Canadien de la Construc- tion en Acier, 1980 Référence 5 Weston & Brighan, "Gestion financière", 2e édition, les éditions HRW Ltée, Montréal, 1976 vii i' CHA PIT R El l N T R 0 D U CT IO'N - =-=- =- =:-=-= A Généralités Ce projet consiste en la conception d'un système de toiture pour bâtiment industriel ou commercial. Ce qui fait son originalité vis à vis des systèmes qui sont utilisés communément n'est ni le type de structure utilisée, (ferme WARREN), ni les méthodes de calculs développées mais le matériau utilisé: l'acier formé à froid. En effet, il existe deux façons principales d'obtenir des sections d'acier comme produit fini prêt pour l'utilisation dans la construction: le laminage et l'acier formé à froid. Ce dernier type est obtenu à partir-de rouleau d'acier qu'on déroule, qu'on coupe aux dimensions voulues et qu'on plie selon les formes désirées. Un certain nombre de critères nous ont amenés à choisir ce genre d'acier pour les structures à concevoir. Ce sont notamment : a) Critère économique : En régIe général, l'acier laminé co~te 40 %plus cher que l'acier en rouleau. En outre, les co~ts de manufacture (déroulage, découpage, pliage) sont de loin inférieure à la différence de prix mais cela reste à prouver dans une étude de co~ts ultérieure. b) Critère Technologique: :,.Les opérations de manufacture (déroulage, découpage, pliage) pour former l'acier à froid sont très simples. ELLes ne nécessitent pas une qualification technique poussée, ce qui 1 2 répond bien à notre situation de pays en vole de développement • . 1 c) Diop9nibilit~ d~_~~~~~'q : 1e Sénégal ne dispose pas d'industrie sidérurgique. On ne trouve pas ausa j dl ac ier en r-ouleau da ris Les d :lf7'érentr; i.l i::'âsons de commerce de la place. Mais on nous signale que c'est seulement un problème lié 8. la demande.Si cette dernière est suffisante, il suffit de faire les commandes pour rece- voir l'acier en rouleau. B) Définition du.Problème : Il s'agit de la concept i.on d'un systÈ:mE' cÎ( toiture en charpente métallique pour bâtiments industrie] 01) co mmer'c La.L, Notre étude se fera pour les portées de 10,1?,14,1n,18, p.t 20 m. Le type de ferme choisi est le typ f) ',~ARIŒN, .i ' (~:~ 1; un type dé f':i~m0 classique (voir figure suivante) ., Figure NOl.1 L~gende : ....., 1 Ferme type WARREK 1 ) • . membrure Supérieure • 2) · Diagnonales • 3) · membrure 1nf~rieure · Cette ferme constitue l'élément principal du ::J,i:d.r:inf3 ùe uploads/Ingenierie_Lourd/ pfe-gc-0303.pdf