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Phase avant-projet : Détails pour les portiques constitués de profilés laminés
SS051a-FR-EU
Phase avant-projet : Détails pour les portiques constitués
de profilés laminés
Ce document fournit des détails types et des conseils sur les composants élémentaires des
portiques constitués de profilés laminés.
Sommaire
1. Introduction 2
1.1 Portique à toiture en pente (à partir de sections en I) 2
1.2 Types de boulons 3
1.3 Types de soudures 3
1.4 Détails d'assemblage 4
2. Renfort de jarret 4
2.1 Généralités 4
2.2 Assemblage platine d'extrémité-jarret 5
2.3 Détails 7
3. Renfort de faîtage 9
3.1 Généralités 9
3.2 Assemblage platine d'extrémité-faîtage 9
3.3 Détails 10
4. Maintiens 10
4.1 Généralités 10
4.2 Maintiens en torsion au sommet du poteau 10
5. Composants structurels secondaires 12
5.1 Poutre de rive 12
5.2 Sablière/tirant 13
5.3 Contrefiche de poteau et d’arbalétrier 13
5.4 Contreventement 15
6. Références 16
7. Remerciements 17
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1. Introduction
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Les portiques en acier sont une forme de construction économique et couramment employée
pour les bâtiments à un seul niveau. Les portiques sont utilisés dans de nombreux aspects de
la vie moderne, comme par exemple dans les magasins de détail, les entrepôts de distribution,
les installations de production et les centres de loisirs
1.1 Portique à toiture en pente (à partir de sections en I)
Un portique à double pentes symétriques et à portée unique (Figure 1.1) présente
généralement les caractéristiques suivantes :
Une portée comprise entre 15 m et 50 m
Une hauteur au jarret comprise entre 5 m et 10 m
Une pente de toit comprise entre 5° et 10° (6° étant communément adoptée).
Un espacement des portiques compris entre 5 m et 8 m (plus la portée du portique est
grande, plus l'espacement est important).
Des renforts dans les arbalétriers au niveau des jarrets et du faîtage.
La plupart de ces caractéristiques sont imposées par les critères économiques des portiques
par rapport à d'autres formes de construction. L'utilisation de renforts au niveau des jarrets et
du faîtage permet à la fois de réduire la hauteur requise de l’arbalétrier et d'obtenir un
assemblage encastré efficace en ces points.
Légende : 3 Faîtage 6 Poteau
1 Jarret 4 Renfort de faîtage 7 Pente du toit
2 Renfort de jarret 5 Arbalétrier
Figure 1.1 Portique symétrique à portée unique
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Dans les bâtiments à portiques à portées multiples, il est courant d'utiliser des poutres
chéneaux pour éliminer certains poteaux (voir la Figure 1.2).
(a) Avec poteau interne (b) Avec poutre chéneau
Figure 1.2 Ossature à portées multiples
1.2 Types de boulons
Les avis sont partagés quant au type de boulons à utiliser.
En ce qui concerne les boulons non précontraints (généralement des boulons de 20 mm ou de
24 mm de diamètre disposés dans des trous de passage normaux), la catégorie des boulons
utilisés dépend du pays de fabrication : des boulons de la classe 10.9 sont utilisés dans la
majeure partie de l'Europe, mais des boulons de la classe 8.8 sont utilisés au Royaume-Uni et
des boulons de la classe 6.8 sont utilisés en France.
Des boulons précontraints peuvent aussi être utilisés, surtout dans les cas de charges
dynamiques importantes, comme par exemple lorsque la charpente est conçue pour supporter
des appareils de levage. De tels boulons peuvent être utilisés au niveau des assemblages qui
soutiennent directement l'appareil de levage, pour empêcher les attaches de s'user et les
boulons de se desserrer. Les autres attaches susceptibles d'être sujettes à des vibrations
peuvent être dotées de contre-écrous ou de rondelles à ressort pour empêcher les boulons de
se desserrer.
Pour les éléments secondaires de la charpente en acier, il est courant d'utiliser des boulons de
la classe 4.6 de 12 mm de diamètre.
1.3 Types de soudures
Les soudures d'angle sont généralement préférées aux soudures bout à bout.
Les soudures au niveau de l'âme de l’arbalétrier et autour des raidisseurs peuvent
pratiquement toujours être des soudures d'angle. Il est recommandé d'utiliser une gorge de
soudure minimale de 4 mm (c'est-à-dire un côté de 6 mm).
Dans certains pays, si les soudures d'angle au niveau de la semelle tendue de l’arbalétrier sont
importantes (c'est-à-dire si leur gorge est supérieure à 8 mm et donc que leur côté fait plus de
12 mm), le fabricant peut leur préférer une soudure bout à bout à pleine ou partielle
pénétration.
Le cisaillement exercé le long du renfort est généralement suffisamment faible pour faire en
sorte que des soudures d'angle discontinues, correctement conçues , assurent l'assemblage de
l'âme du jarret à la semelle de l’arbalétrier, bien que des soudures d'angle continues puissent
être spécifiées pour des raisons esthétiques ou de corrosion.
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La soudure entre la semelle du jarret et la semelle de l’arbalétrier est généralement une
soudure d'angle, dont le côté est généralement de la même dimension que l'épaisseur de la
semelle du jarret.
1.4 Détails d'assemblage
L'espacement des boulons, la dimension des boulons et l'épaisseur de la tôle doivent être en
accord les uns avec les autres. Une solution efficace consiste à faire en sorte que l'épaisseur de
la tôle soit à peu près égale au diamètre du boulon.
Pour le dimensionnement et les détails initiaux, il peut être nécessaire de se reporter aux
renseignements disponibles dans un pays donné.
Au Royaume-Uni, il est possible d'obtenir des estimations préliminaires de dimensions et de
détails sur les assemblages à partir du document « Joints in steel construction: Moment
connections (P207/95)[1] », qui présente tout un ensemble d'assemblages ordinaires sous la
forme de tableaux faciles à utiliser. En principe, l'approche donnée est généralement en
accord avec l’EN 1993-1-8.
En Allemagne, la publication concernée est « DStV/DASt: Typisierte Verbindungen im
Stahlhochbau, Stahlbau-Verlags [2]», appelée également « DASt – Ringbuch », et celle-ci est
parfaitement conforme à l’EN 1993-1-8.
2. Renfort de jarret
2.1 Généralités
Le renfort de jarret doit remplir les fonctions suivantes :
Augmenter la résistance à la flexion de l’arbalétrier au niveau du moment le plus élevé,
pour pouvoir ainsi utiliser un arbalétrier de plus petite taille.
Fournir suffisamment de hauteur au niveau de l'interface arbalètrier/poteau, pour que
l'assemblage soit efficace. La hauteur du renfort est souvent déterminée par le bras de
levier requis au niveau des boulons afin d'obtenir la résistance à la flexion nécessaire.
Le renfort de jarret peut être découpé dans un profilé laminé à chaud ou il peut être fabriqué
dans de la tôle. Il est généralement préférable d'utiliser des découpes de profilés laminés et il
est pratique d'utiliser un profilé similaire au poteau ou à l’arbalétrier, bien que des
considérations de stabilité et d'assemblage puissent influer sur sa dimension définitive. Une
tôle de remplissage peut être utilisée si la section laminée choisie n'est pas suffisamment haute
pour permettre d'obtenir une hauteur de renfort suffisante.
Il est important de noter que si le renfort est fait du même profilé et pèse le même poids que
l’arbalétrier, l'assemblage risque parfois de ne pas atteindre la résistance à la flexion requise.
En termes de conception d'assemblage, un renfort plus haut et plus lourd peut alors être
préférable. Celui-ci permet en effet de réduire l'effort de traction subi par les boulons ainsi
que l'effort exercé dans la zone de compression au bas du renfort, et ainsi donc de diminuer la
dimension des boulons et les exigences de raidissage. Il permet en outre de diminuer l'effort
de cisaillement (provoqué par la traction au niveau des boulons), en haut du poteau. Le fait
d'agrandir le profilé à partir duquel le renfort est découpé renforce dans le même temps la
stabilité du renfort.
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Le renfort peut avoir des répercussions sur la hauteur globale de la charpente : les clients
peuvent en effet demander qu'une hauteur libre soit laissée en-dessous du renfort. De ce point
de vue, il est important de minimiser la hauteur du renfort. Il est généralement convenu que le
renfort sera généralement plus efficace en termes de conception globale du portique si :
La hauteur du renfort sous l’arbalétrier est à peu près égale à celle de l’arbalétrier.
La longueur du renfort à partir de l'axe du poteau correspond à environ 10 % de la portée
du portique.
2.2 Assemblage platine d'extrémité - jarret
La Figure 2.1 présente une platine d'extrémité type, non débordante et débordante, pour un
portique à renfort. La Figure 2.2 présente d'autres détails de l'assemblage de jarret
L'assemblage au niveau du jarret doit être un assemblage résistant au moment et doit conférer
à la fois une rigidité adéquate et de la résistance à la flexion. Il n'est pas nécessaire d'effectuer
la conception dans le détail des assemblages lors des étapes préliminaires de la conception,
bien qu'il faille prévoir un assemblage de la hauteur adéquate pour résister au moment
appliqué. De plus, il faut que le poteau résiste au cisaillement induit par les efforts de traction
dans les boulons au sommet du renfort. Dans certains cas, il peut être nécessaire de renforcer
l'âme. La procédure de conception d'un assemblage de jarret est donnée dans le document
SN041 et un exemple d'application dans le document SX031.
Par la présence d'une hauteur accrue disponible, il est possible d'être plus souple avec le
cheminent des charges qui traversent l'assemblage. Les principaux boulons en traction sont
abaissés le long de l'attache, comme l'illustre la Figure 2.1, transférant ainsi l'effort de traction
depuis l'axe de la semelle de l’arbalétrier vers la partie supérieure des âmes de l’arbalétrier et
du poteau. Cela signifie généralement qu'il est possible d'éviter tout raidissage en traction de
l'âme du fait de la plus grande répartition de la traction sur le plan vertical, tant dans les âmes
des poteaux que dans celles des arbalétriers. Des raidisseurs de petite taille peuvent toutefois
s'avérer nécessaires pour renforcer la résistance à la flexion de la semelle du poteau soumise
aux efforts locaux des boulons, tout particulièrement si le poteau est un profilé laminé allégé.
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VEd
(a) Assemblage jarret - platine d'extrémité
non débordante - Détails
M j,Ed
Légende :
1 Poteau 6 Boulons en traction
2 Renfort de jarret 7 Platine d'extrémité
3 Arbalétrier 8 Boulons en cisaillement
4 Soudure de la semelle 9 Raidisseurs de traction optionnels
5 Soudure de l'âme 10 Raidisseur de compression
1
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3
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7
5
8
6
VEd
(b) Assemblage jarret - platine d'extrémité
débordante - Détails
Figure 2.1 Assemblages types de jarret - platine d'extrémité dans un portique
M j,Ed
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Légende :
1
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3
2
1 Poteau 4 Raidisseur en traction
2 Renfort de jarret 5 Raidisseur en compression
3 Arbalétrier
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Figure 2.2 Autre possibilité d'assemblage de jarret dans un portique
2.3 Détails
Les détails types d'un assemblage de jarret sont illustrés à la Figure 2.3.
Un autre détail possible au niveau de l'extrémité pointue du renfort est illustré à la Figure 2.4
Toute une série de tableaux de conceptions types pour des assemblages à renfort est donnée
dans P207/95[1]. Ces tableaux ne couvrent pas tous les cas de conception mais constituent un
point de départ utile.
La conception définitive peut être exécutée en s'appuyant sur l'approche simplifiée et
sécuritaire qui figure dans le document SN041 ou en se servant d'un logiciel approprié
facilement disponible.
1
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3
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90
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Légende : 6 Boulons en traction
1 Poteau 7 Platine d'extrémité
2 Renfort de jarret 8 Boulons en cisaillement
3 Arbalétrier 9 Raidisseurs en traction
4 Soudure de la
semelle
5 Soudure de l'âme
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10 Raidisseur en compression
6
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11 Raidisseur optionnel
Figure 2.3 Détails d'un assemblage de jarret type dans un portique
Figure 2.4 Autre détail à l'extrémité pointue du renfort de jarret
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3. Renfort de faîtage
3.1 Généralités
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Le renfort de faîtage a pour finalité de présenter un assemblage efficace entre les éléments de
l’arbalétrier. Il est généralement fabriqué en tôle et sa conception détaillée s'inscrit dans la
conception des assemblages. Il n'est généralement pas nécessaire d'en envisager la dimension
et les détails au stade de la conception préliminaire.
3.2 Assemblage platine d'extrémité - faîtage
L'assemblage au niveau du faîtage doit être un assemblage résistant au moment et doit
conférer à la fois une rigidité adéquate et de la résistance à la flexion. Il n'est pas nécessaire
d'effectuer une conception dans le détail des attaches lors des étapes préliminaires de la
conception, bien qu'il faille prévoir un assemblage de la hauteur adéquate pour résister au
moment appliqué.
La Figure 3.1 présente les types élémentaires d'assemblages par platine d'extrémité
débordante. A la Figure 3.1(a), la platine d'extrémité se contente de déborder vers le bas. A la
Figure 3.1(b), le débordement est doté d'un renforcement par un simple gousset vertical et à
la Figure 3.1 (c) des jarrets complets sont prévus.
(a)
(b)
(c)
Figure 3.1 Assemblages types de faîtage - platine d'extrémité dans un portique
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3.3 Détails
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Les détails types d'un assemblage de faîtage sont illustrés à la Figure 3.2.
Toute une série de tableaux de conceptions types pour des assemblages à renfort est donnée
dans P207/95[1]. Ces tableaux ne couvrent pas tous les cas de conception mais constituent un
point de départ utile.
La conception définitive peut être exécutée en s'appuyant sur l'approche simplifiée et
sécuritaire qui figure dans le document SN042 ou en se servant d'un logiciel approprié
facilement disponible.
100
130
100
Légende :
1 Arbalétrier
2 Renfort de faîtage
Figure 3.2 Détails d'un assemblage de faîtage type dans un portique
4. Maintiens
4.1 Généralités
1
30°
Pour les portiques conçus plastiquement, la présence d'un maintien en torsion au sommet du
poteau, c'est-à-dire au bas du renfort de jarret, est obligatoire. Par ailleurs, un autre maintien
en torsion peut être nécessaire sur la hauteur du poteau, du fait que les lisses sont fixées à la
semelle tendue (extérieure) plutôt qu'à la semelle comprimée.
Des maintiens similaires peuvent être prévus pour des portiques conçus élastiquement, ou
sinon la position du maintien supérieur peut être remontée plus vers le sommet du poteau.
4.3 Maintiens en torsion au sommet du poteau
Au niveau de la rotule plastique
Plusieurs méthodes existent pour assurer le maintien en torsion ; en voici quelques-unes :
Pour les poteaux de moins de 600 mm de hauteur, une contrefiche de poteau semblable à
celles illustrées à la Figure 4.1 peut être utilisée. Pour assurer une rigidité adéquate, il est
recommandé que la hauteur de la lisse soit égale à au moins 25 % de la hauteur du
poteau.
Pour toutes les portées, une méthode envisageable consiste à prévoir un élément
longitudinal à proximité de la semelle comprimée, au bas du jarret, qui est attaché avec le
2
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contreventement vertical (Figure 4.2 ). Le profil creux circulaire, agissant avec les lisses
sur la face extérieure du poteau, peut alors conférer la résistance en torsion nécessaire. Il
est important de pourvoir au contreventement horizontal de ces composants, à un endroit
ou un autre sur la longueur de la structure.
Pour les portiques conçus élastiquement
Si un portique est conçu élastiquement, le maintien en torsion au haut du poteau peut
s'appuyer sur la même conception que celle susvisée, ou sinon il est possible de placer le
maintien supérieur plus haut encore sur le poteau.
(Avec la permission de Caunton Engineering Ltd)
Légende :
1 Poteau 2 Lisse 3 Contrefiche de poteau
2
1
3
Figure 4.1 Détail d'un jarret type doté d'une contrefiche de poteau
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1
2
Légende :
3
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1 Poutre de rive profilée à froid 2 Lisse 3 Profil creux circulaire
Figure 4.2 Détail de jarret type utilisant un profil creux circulaire comme élément de
contreventement longitudinal
5. Composants structurels secondaires
5.1 Poutre de rive
La poutre de rive assemble les portiques individuels au niveau du jarret (Figure 5.1)
Sa fonction principale consiste à soutenir la couverture, les murs latéraux et le chéneau le long
du jarret, mais elle peut également servir à assurer le maintien latéral de la semelle extérieure
du poteau à son sommet.
2
3
4
1
Légende : 3 Raidisseur
1 Couverture simple ou composite 4 Profil creux circulaire agissant comme sablière/tirant
2 Poutre de rive profilée à froid 5 Contrefiche d’arbalétrier
Figure 5.1 Détail de jarret avec poutre de rive
5
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5.2 Sablière/tirant
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Si la structure de la paroi latérale est pourvue à ses deux extrémités d'un contreventement
vertical, capable de résister en traction et en compression, la présence d'une sablière peut se
limiter aux travées d'extrémité. Toutefois, une bonne pratique consiste à poser un élément
entre les poteaux pour servir de tirant pendant le montage et pour conférer de la robustesse
supplémentaire à la structure.
Si un profil creux circulaire est utilisé pour maintenir la rotule plastique au bas du renfort de
jarret (Figure 5.1), celui-ci peut remplir le rôle de sablière/tirant longitudinal ainsi que de
maintien de la rotule plastique. Si l'élément destiné à servir de sablière/tirant est posé audessus
de ce niveau (Figure 5.2), il n'a aucune efficacité à assurer le maintien de la rotule
plastique au bas du renfort.
1
3
Légende :
1 Lisse 2 Sablière/tirant 3 Contrefiche de poteau
2
Figure 5.2 Détail du jarret où la sablière/tirant ne confère pas de maintien au bas du renfort
5.3 Contrefiche de poteau et d’arbalétrier
Une contrefiche de poteau ou d’arbalétrier constitue un moyen pratique d'assurer le
contreventement d'une semelle comprimée qui est éloignée de la semelle à laquelle sont
assemblées les pannes ou les lisses. Elle confère un maintien en torsion à l'endroit où elle est
assemblée à une panne ou une lisse adéquate (voir Figure 5.3 et Figure 5.4).
Des plats ou des cornières peuvent servir de contrefiches. Si des plats servent de contrefiches,
il faut supposer qu'ils ne sont sollicités qu'en traction. Il faut donc en poser un de chaque côté
de l’arbalétrier ou du poteau. Si, pour des raisons de détail, il n'est possible de poser qu'une
seule contrefiche, il faut alors utiliser une cornière de 40 x 40 mm au minimum. La
contrefiche et ses attaches doivent être conçues pour résister à des efforts égaux à 2,5 % de
l'effort maximum exercé dans la semelle comprimée du poteau ou de l’arbalétrier entre les
maintiens adjacents.
Il est important que les pannes ou les lisses soient suffisamment grosses pour conférer la
rigidité requise afin de servir de maintien à l’arbalétrier/au poteau. A titre grossièrement
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indicatif, il convient que la hauteur de la panne ou de la lisse soit égale à au moins 25 % de la
hauteur de l'élément qui est maintenu.
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1
5
Légende : 3 Contrefiche de l’arbalétrier
1 Couverture simple ou composite 4 Contrefiche du poteau
2 Poutre de rive profilée à froid 5 Raidisseur
Figure 5.3 Détails des contrefiches de l'assemblage poteau-arbalétrier
3
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Figure 5.4 Détails des contrefiches de l’arbalétrier
(Avec la permission de Caunton Engineering Ltd)
5.4 Contreventement
Le contreventement doit être assuré dans le plan horizontal des arbalétriers et dans le plan
vertical des murs latéraux (voir la Figure 5.5) pour conférer :
De la stabilité, tant pendant le montage qu'une fois le bâtiment achevé.
De la résistance aux charges de vent exercées dans le sens longitudinal.
Un ancrage adéquat des pannes et des lisses, pour qu'elles remplissent leur fonction de
maintien des arbalétriers et des poteaux.
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Figure 5.5 Détails du contreventement
(Avec la permission de Caunton Engineering Ltd)
6. Références
(1) Joints in Steel Construction – Moment Connections (P207/95). The Steel
Construction Institute and The British Constructional Steelwork Association Ltd.,
1995.
(2) DStV/DASt: Typisierte Verbindungen im Stahlhochbau, Stahlbau-Verlags. GmbH,
Köln, 1984 (neu bearbeitete Auflage 2001).
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7. Remerciements
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Caunton Engineering Ltd (UK) pour la Figure 4.1, Figure 5.4 et Figure 5.5
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Enregistrement de la qualité
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TITRE DE LA RESSOURCE Phase avant-projet : Détails pour les portiques constitués de profilés
laminés
Référence(s)
DOCUMENT ORIGINAL
Nom Société Date
Créé par A S Malik SCI
Contenu technique vérifié par G W Owens SCI
Contenu rédactionnel vérifié par
Contenu technique approuvé par les
partenaires :
1. Royaume-Uni G W Owens SCI 23/05/06
2. France A Bureau CTICM 23/05/06
3. Suède B Uppfeldt SBI 23/05/06
4. Allemagne C Müller RWTH 23/05/06
5. Espagne J Chica Labein 23/05/06
Ressource approuvée par le
Coordonnateur technique
DOCUMENT TRADUIT
G W Owens SCI 29/1/08
Traduction réalisée et vérifiée par : eTeams International Ltd. 28/09/06
Ressource traduite approuvée par : JP Grimault CTICM 08/12/06
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