La conception d’un atelier de charpente métallique est adaptée à sa fonction afin de garantir une circulation fluide des matériaux et une utilisation optimale de l’espace intérieur. Les exigences opérationnelles de l’atelier déterminent sa taille et son aménagement.

Le choix du site d’un atelier de charpente métallique doit tenir pleinement compte du terrain, de la circulation et des facteurs environnementaux locaux. Une conception renforcée est nécessaire si l’atelier est situé dans une zone soumise à des vents forts ou à des tremblements de terre fréquents. De plus, la conception des ateliers de charpente métallique doit être conforme aux spécifications du bâtiment afin de garantir que la structure réponde aux exigences de charge et d’améliorer la stabilité et la sécurité de l’ensemble.

L’attention dans la Conception d’un Atelier de Charpente Métallique :

Portée d’un bâtiment d’atelier en acier

La sécurité structurelle des ateliers en acier dépend de leur capacité de charge. La structure en acier, calculée et conçue, garantit la résistance de l’atelier aux charges de vent, de neige et aux tremblements de terre. La capacité de charge de l’atelier dépend de la structure porteuse et de la charge.

Principales structures porteuses :

Poteaux en acier : supportent les charges verticales et les transfèrent aux fondations. L’acier en H ou en caisson est généralement utilisé pour améliorer la résistance et la stabilité.
Poutres en acier : supportent les charges du toit et répartissent la pression. L’acier en H est couramment utilisé. Pour les grandes portées, une structure en treillis peut être utilisée.
Ferme de toit : elle soutient le panneau de toit et résiste aux charges du vent. On peut utiliser des fermes en acier d’angle ou des fermes tubulaires carrées. Légères et dotées d’une forte capacité portante, ces fermes sont adaptées aux ateliers de grande portée.
Système de contreventement : il comprend le contreventement des poteaux, du toit et des murs, ce qui améliore la résistance au vent et aux tremblements de terre du bâtiment de l’atelier en acier et prévient les déformations structurelles.

Classification des charges :

Charge constante : poids propre du bâtiment d’usine en structure métallique, y compris les composants en acier, les panneaux de toit et de mur, etc.
Charge vive : charge variable due aux activités du personnel et aux changements de fonctionnement des équipements.
Charge de vent : effet du vent sur l’atelier, lié à sa vitesse.
Charge de neige : dans les régions froides, l’accumulation de neige exercera une pression supplémentaire sur la toiture. La conception des ateliers à structure métallique doit donc tenir compte de la charge de neige.
Charge sismique : forces horizontales et verticales causées par les tremblements de terre.

Conception de portiques en acier :

Il existe différentes formes de portiques, notamment les portiques à un seul faîtage et à un seul versant, les portiques à plusieurs faîtages et à plusieurs versants, et les portiques à un seul faîtage et à deux versants et à plusieurs travées. De plus, selon les exigences fonctionnelles et les conditions de construction, des avant-toits en surplomb ou des portiques adjacents peuvent être utilisés pour s’adapter aux différents agencements et usages.

La stabilité est essentielle à la conception d’une charpente métallique portique. Elle détermine sa résistance au déplacement latéral sous les charges de vent et les tremblements de terre. La stabilité peut être obtenue en installant un système de support et en augmentant la rigidité du pied de poteau.

La déflexion désigne la déformation des poutres en acier sur de grandes portées, ce qui affecte la sécurité de la structure. Le contrôle de la déflexion peut être optimisé en augmentant la section transversale. Pour les ateliers de charpente métallique équipés de grues, la force de torsion des poteaux en acier doit être prise en compte. Des tirants peuvent être placés entre les poteaux et les poutres en acier pour augmenter la résistance à la torsion.

La forme structurelle de l’atelier de charpente métallique :

Les portiques en acier adoptent généralement une conception à section variable. La structure permet d’obtenir une portance optimale dans différentes zones de contrainte grâce à une variation raisonnable de la hauteur des sections, une consommation d’acier réduite, des matériaux optimisés et une meilleure résistance aux contraintes structurelles. Cependant, lorsqu’une usine doit installer une grue, le poteau adopte généralement une conception à section uniforme pour assurer un état de contrainte plus uniforme et une meilleure résistance à la flexion. Cela garantit la stabilité de la structure pendant le fonctionnement de la grue, réduit les vibrations et les déplacements, et améliore la sécurité et la durée de vie.

Le pied de colonne adopte généralement une conception articulée afin de réduire la transmission du moment de flexion au pied de la colonne, de réduire les exigences de rigidité des fondations, de simplifier la conception des fondations et de diminuer les coûts de construction. Cette conception convient aux ateliers de charpente métallique sans ponts roulants. Pour les usines équipées de ponts roulants, le pied de colonne adopte une conception à connexion rigide. Ce pied de colonne rigide peut supporter des moments de flexion plus importants, améliorer la stabilité et la capacité portante de la structure, et réduire le déplacement de la colonne d’acier pendant le fonctionnement du pont roulant.

Normes pour l’analyse des efforts des portiques

Les ateliers de charpente métallique présentent une variété de configurations, chacune répondant à des exigences fonctionnelles et spatiales spécifiques. Les formes courantes incluent les ateliers à travée unique, à travées multiples et à étages. Les ateliers à travée unique offrent un espace intérieur dégagé, idéal pour les processus de fabrication nécessitant de nombreux mouvements mécaniques. Les structures à travées multiples utilisent des poteaux internes supplémentaires pour supporter un aménagement plus vaste, tandis que les conceptions à étages optimisent l’efficacité de l’espace vertical. Le choix d’une forme structurelle appropriée est essentiel pour l’efficacité opérationnelle et la durabilité à long terme.

Dans les calculs de structure, les charges utiles de toiture sont généralement considérées comme entièrement réparties. Plus la valeur de charge est élevée, plus la sécurité est élevée, mais la quantité d’acier correspondante augmente également. Par conséquent, il est essentiel de définir des normes de charge raisonnables pour garantir la sécurité structurelle et la rentabilité.

Conformément aux exigences du code, pour les toitures légères en tôle d’acier ondulée, la valeur standard de la charge utile dans le sens vertical doit être de 0,5 kN/m², ce qui s’applique au calcul des panneaux et des pannes de toiture. Toutefois, lorsque la surface de projection horizontale de la structure métallique dépasse 60 m², la charge utile verticale uniforme de la toiture ne doit pas être inférieure à 0,3 kN/m² afin de garantir la sécurité des structures de grande portée.

La conception d’un atelier de charpente métallique doit respecter des normes strictes d’analyse des contraintes. Les ingénieurs en structure utilisent généralement l’analyse par éléments finis pour simuler la répartition des contraintes et identifier les points faibles potentiels, notamment le moment de flexion, l’effort tranchant, la charge axiale et d’autres facteurs. La conception doit également être conforme aux codes du bâtiment afin de garantir que la charpente métallique ne se déformera ni ne se déplacera sous l’effet de charges externes.

La combinaison des effets de charge doit respecter les normes suivantes :

La conception des ateliers de charpente métallique doit résister à plusieurs combinaisons de charges, notamment :

Charge statique + charge utile : évaluer les effets combinés des forces permanentes et variables.

Charge statique + charge de vent : assurer la stabilité latérale sous des vents violents.

Charge statique + charge sismique : améliorer la résistance sismique grâce à des détails ductiles.

Charge statique + charge de neige – empêche l’accumulation de neige de provoquer une déflexion excessive du toit.

Chaque combinaison de charges doit respecter les exigences des codes du bâtiment afin de garantir la sécurité et la durabilité.

Étapes de la conception d’un atelier de charpente métallique :

La conception d’un atelier de charpente métallique implique systématiquement de multiples étapes, de la planification initiale à la construction finale.

1. Analyse du site

Avant la conception de l’atelier, le site doit être évalué afin de garantir la conformité de la conception structurelle aux conditions géographiques et environnementales. L’analyse du site inclut les facteurs suivants :

Conditions climatiques : Évaluer la vitesse du vent et les chutes de neige locales, ainsi que la plage de températures, afin de déterminer les charges de vent et de neige, ainsi que les exigences d’isolation.

Activité sismique : Si le projet se situe dans une zone à risque sismique, la force sismique doit être calculée et la conception de l’atelier de charpente métallique doit respecter les normes sismiques.

Capacité portante des fondations : Le sol doit être exploré et la capacité portante des fondations doit être calculée avant la conception des fondations.

2. Conception

La structure globale de l’atelier de charpente métallique est déterminée lors de la conception, notamment :

Conception structurelle : Sélectionner des structures à travée unique, à travées multiples ou à ossature multicouche pour répondre aux exigences d’utilisation des différents types d’ateliers.

Aménagement spatial : Planifiez l’aménagement spatial en fonction des exigences du processus de production et de la disposition des équipements afin d’améliorer l’efficacité de la production.

3. Choix des matériaux

Le choix de l’acier influence directement la capacité portante et la durabilité de l’atelier. Les facteurs suivants sont principalement pris en compte :

Exigences de résistance : Selon les calculs de charge, les aciers appropriés sont sélectionnés. La structure principale est en acier haute performance Q355B et la structure secondaire en acier Q235B.

Traitement de surface : Choisissez les procédés de traitement de surface appropriés en fonction de l’environnement. Le traitement de surface classique est la peinture par pulvérisation. En environnement humide ou corrosif, la galvanisation à chaud est nécessaire pour prolonger la durée de vie de l’usine de structures métalliques.

4. Calcul et modélisation des structures

Utilisez des logiciels d’ingénierie avancés pour des calculs et des analyses structurelles précis afin de garantir la conformité de la conception aux exigences du cahier des charges.

Analyse par éléments finis : Simulez les conditions de contrainte des structures en acier sous différentes charges (par exemple, charges de vent, charges de neige, forces sismiques) et prédisez les déformations structurelles et les zones de concentration de contraintes.

Analyse de stabilité : Calculez la déflexion et le flambement susceptibles de se produire dans la structure sous l’action combinée des charges et optimisez la conception.

5. Conception structurelle détaillée

Une conception détaillée est requise après le calcul de la structure, et les plans d’architecture et de structure sont préparés.

Conception des nœuds : Optimisez les assemblages poutre-poteau, les systèmes de support et la disposition des boulons pour améliorer la stabilité globale.

Schéma de structure : Le plan de structure comprend le plan de base de l’usine de charpente métallique, les plans et les élévations, l’agencement général, les détails des composants et les détails des nœuds.

L’éclairage pour la conception d’un atelier de charpente métallique

La zone des ateliers de construction métallique est vaste, et l’éclairage est également un gros problème. Dans certains ateliers industriels en particulier, la lumière est un élément essentiel. Améliorer l’éclairage intérieur grâce à des panneaux d’éclairage naturel pendant la journée pour économiser de l’énergie.

Lors de l’installation de panneaux d’éclairage naturel ou de verre à des endroits spécifiques de la toiture métallique. La durée de vie du lanterneau devrait être la même que celle du panneau de toiture métallique. Le traitement d’étanchéité doit s’appliquer à la jonction du panneau d’éclairage naturel et de la tôle du toit.

Imperméable à l’humidité

L’été est une saison pluvieuse. Pour empêcher la vapeur d’eau d’atteindre le bas du toit métallique, il faut éliminer la vapeur d’eau dans le toit métallique.

La couche de la toiture métallique doit être remplie de coton isolant, et la feuille inférieure de la toiture métallique doit être recouverte d’un film étanche. Et il y a des ventilateurs sur le toit métallique, ce qui permet de protéger l’atelier de structure métallique de l’humidité.

Résistance au feu pour la conception d’un atelier de construction métallique

La conception d’un atelier de charpente métallique doit tenir compte de la conception de l’ignifugation. Lors de l’utilisation d’un atelier à structure métallique, il existe un danger caché important en cas d’incendie.

Lorsque les composants de l’atelier de construction métallique dépassent une température spécifique, la résistance et la limite d’élasticité des pièces diminuent, ce qui peut facilement provoquer des accidents d’effondrement.

Par conséquent, l’atelier de construction métallique doit être aspergé de matériaux ignifuges, qui peuvent améliorer la résistance au feu de la construction en cas d’incendie.

Isolation acoustique

Au cours du processus de production et de construction, il est inévitable que du bruit soit généré. Le bâtiment d’usine à structure en acier empêche la transmission du son entre l’intérieur et l’extérieur.

Remplir la couche du toit métallique avec un matériau d’isolation acoustique (généralement en coton isolant). L’effet d’isolation acoustique s’exprime par la différence d’intensité sonore des deux côtés du toit métallique.

L’effet d’isolation acoustique est lié à la densité et à l’épaisseur du matériau d’isolation acoustique. Il convient de noter que les matériaux d’isolation acoustique ont des effets bloquants différents sur les sons de différentes fréquences.

Isolation thermique

La conception d’un atelier de charpente métallique doit également tenir compte de l’isolation thermique. Si les ateliers en structure métallique sont construits dans des régions froides, ils doivent prendre en compte la conservation de la chaleur en hiver.

La fonction d’isolation thermique est réalisée par le remplissage de matériaux d’isolation thermique (laine de verre et laine de roche couramment utilisées) sous le panneau de toiture métallique.

Les performances de l’isolation thermique sont déterminées par les facteurs suivants : la matière première, la densité et l’épaisseur du coton d’isolation thermique. L’humidité du coton d’isolation thermique, la méthode de connexion du panneau de toiture métallique et la structure sous-jacente (pour éviter le phénomène de « pont thermique »). Le répété la capacité de la couche de la toiture métallique au rayonnement thermique.