Le détail de la structure en acier montre les spécifications de la structure à portique, qui est le plus souvent utilisée comme structure de bâtiment pour les entrepôts, les ateliers, les garages et les hangars d’avions.

La structure en acier est une structure principalement constituée d’acier, et c’est l’un des principaux types de structures de bâtiment. Les caractéristiques de l’acier sont une grande résistance, un poids léger, une excellente rigidité générale et une forte déformabilité. Il est donc particulièrement adapté aux bâtiments de grande portée, très hauts et très lourds. La structure en acier est une poutre en acier, un poteau en acier, une poutrelle en acier et d’autres composants fabriqués à partir de profilés en acier et de tôles en acier, et des soudures, des boulons ou des rivets relient chaque composant ou partie.

Détail de la structure en acier pour la structure du port :

Le portique léger est un bâtiment en acier d’un seul étage, dont les poutres et les colonnes sont reliées de manière rigide. Il présente les avantages d’une structure simple, d’un poids léger, et tous les composants sont fabriqués en usine, ce qui facilite le montage sur site.
La structure en acier à portique est largement utilisée pour les bâtiments industriels, commerciaux et agricoles, tels que les entrepôts en acier, les ateliers, les entrepôts, les poulaillers et les hangars pour avions.

Le portique peut être divisé en deux parties : l’une à portée unique (figure 1) et l’autre à portée réduite (figure 2). a), à double portée (figure b), à travées multiples (figure c) cadre en acier en porte-à-faux (figure d) ) et le cadre en acier avec le cadre adjacent (Figure e).
Dans le cadre rigide à travées multiples, la connexion entre le poteau et la poutre du toit est généralement articulée, et le toit à pente unique du cadre rigide à travées multiples (figure f).
Il est également possible d’utiliser un cadre rigide à plusieurs travées constitué de plusieurs toits à double pente (figure g). La section transversale poutre-colonne peut être égale ou variable, et la base des colonnes articulée ou reliée de manière rigide.

Longueur et largeur du bâtiment en acier :

D’une manière générale, selon le principe que le grand côté est plus grand que la largeur, la quantité d’acier utilisée dans le cadre rigide peut être réduite, et le support entre les colonnes peut être réduit, réduisant ainsi la quantité de métal utilisée dans le système de support.
Exemple 1 : La taille du bâtiment est de 60x50m, 60m devrait être utilisé comme longueur et 50m comme largeur, c’est-à-dire : 60 (L) x50 (l), et non 50 (L) x60 (l).

Distance entre les colonnes

La distance la plus économique entre les colonnes sous une charge standard est de 7,5 à 9 mètres. Lorsqu’elle dépasse 9 m, la consommation d’acier de la panne de toit et de la plinthe murale augmente trop, et le coût global n’est pas économique. La charge standard fait ici référence à 0,3KN / m2 pour la charge vive du toit et à 0,5KN / m2 pour la pression essentielle du vent. Lorsque la charge est plus importante, la distance économique entre les colonnes doit être réduite en conséquence. En tant que bâtiment ou atelier avec une grue de plus de 10 tonnes, l’espacement des colonnes financières doit être de 6-7m.

Lors de la disposition de l’espacement des colonnes, si un espacement inégal est nécessaire, essayez de faire en sorte que l’espacement des colonnes des travées d’extrémité soit inférieur à celui de la travée centrale. C’est parce que la charge du vent à l’extrémité de la travée est plus importante que celle de la travée centrale. En outre, lors de la conception de pannes continues, la déflexion de la travée d’extrémité et du coude de mi-portée est toujours plus importante que celle des autres travées. L’utilisation de portées d’extrémité plus petites peut rendre la conception des pannes de toit plus pratique et plus économique.
Exemple 1 : Longueur du bâtiment = 70m
Une distance économique entre les colonnes est disponible : 1 @ 7 + 7 @ 8 + 1 @ 7 ou 1 @ 8 + 6 @ 9 + 1 @ 8
Exemple 2 : Longueur du bâtiment = 130m, avec une grue de 10 tonnes
Il est préférable d’utiliser une distance de colonne économique : 1 @ 5.5 + 17 @ 7 + 1 @ 5.5 ou 20 @ 6.5

Détermination d’une durée raisonnable

Les différents processus de production et les fonctions d’utilisation déterminent en grande partie la portée du bâtiment métallique. Certains propriétaires demandent même aux fabricants de bâtiments en acier de déterminer une portée plus économique en fonction de leurs caractéristiques utiles. Une portée raisonnable doit être décidée en fonction de la hauteur du bâtiment en acier. En général, lorsque la hauteur et la charge du poteau sont constantes, la portée est augmentée de manière appropriée. L’augmentation de la consommation d’acier du cadre rigide n’est pas apparente, mais il permet de gagner de l’espace, le coût de la fondation est faible et les avantages globaux sont considérables.

Grâce à un grand nombre de calculs, elle constate que lorsque la hauteur de l’avant-toit est de 6m, la distance entre les colonnes est de 7,5m, et les conditions de charge sont tout à fait cohérentes, la consommation d’acier du cadre rigide (Pour l’acier Q345B) de largeur comprise entre 18-30m est de 10-15kg / m2. La quantité de métal utilisée pour les unités à cadre rigide entre 21-48m est de 12-24kg / m2. Lorsque la hauteur de l’avant-toit est de 12 m et que la largeur dépasse 48 m, il convient d’utiliser une structure rigide à plusieurs travées (colonne de balancement placée au milieu). Le cadre permet d’économiser plus de 40 %. Ainsi, lors de la conception de la structure du portail rigide, il convient de choisir une portée plus économique en fonction des exigences spécifiques, et de ne pas rechercher une grande portée.

Détail de la structure en acier – pente du toit

La pente du toit est déterminée en fonction de nombreux facteurs, notamment la structure du toit, la longueur de la pente de drainage et la hauteur des colonnes. En général, elle est de 1/10 ~ 1/30. Des études ont montré que les différentes pentes de toit ont un impact significatif sur la quantité d’acier utilisée dans les cadres rigides en acier. Voici le résultat du calcul et de l’analyse de la consommation d’acier pour différentes pentes de toit avec une portée unique de 42 m et une hauteur d’avant-toit de 6 m.

Lorsque la pente du toit est de 0,5 : 10, le poids d’un cadre est de 3682 Kg lorsque la pente du toit est de 1 : 10, la quantité d’une structure de cadre est de 3466 Kg Lorsque la pente du toit est de 1,5 : 10, le poids d’un cadre est : 3328 Kg Lorsque la pente du toit est de 2 : 10, la quantité d’une structure de cadre est : 3240 Kg.

Ainsi, pour un cadre rigide à portée unique, une meilleure façon de réduire le poids du cadre rigide est d’augmenter la pente du toit. Plus la colline est grande, moins on utilise d’acier. Cependant, la situation est différente pour un cadre à travées multiples. Une grande pente augmentera la quantité de métal utilisée dans le cadre. C’est parce qu’une grande colline augmentera la longueur de la colonne intérieure.

Lorsque la portée du bâtiment est importante, l’augmentation de l’inclinaison peut réduire la déflexion de la poutre en acier du toit. Grâce à des recherches et des calculs, la pente la plus économique est la suivante : bâtiments à travées multiples : 1:20 travée simple, portée inférieure à 45 m : 0,5 : 10 travée simple, portée inférieure à 60 m : 1,5 : 10 travée simple, portée supérieure à 60 m : 2 : 10
La pente du toit est également liée à la présence ou non d’un mur de parapet, et une grande pente entraînera une augmentation du coût du mur de parapet.

Détail de la structure en acier – Hauteur sous sablière

La hauteur de l’avant-toit a un impact significatif sur le coût, qui se manifeste principalement dans les aspects suivants :

1. L’augmentation de la hauteur du bâtiment en acier préfabriqué entraînera une augmentation du revêtement des murs, de l’épaisseur des murs et de la quantité d’acier utilisée pour les colonnes.
2. Si le poteau en acier n’a pas de contreventement latéral (comme le poteau central ou le poteau latéral sans contreventement), l’influence de la hauteur de l’avant-toit sur le poids du cadre sera plus importante ; une augmentation de la hauteur de l’avant-toit entraînera une augmentation de la charge du vent sur le cadre. Si le rapport hauteur/largeur du bâtiment est de> 0.8, pour contrôler le déplacement latéral, il est parfois même nécessaire de changer le pied de poteau de charnière à rigide.
   Les facteurs suivants déterminent la hauteur :
3. Les exigences de hauteur à l’avant-toit ;
4. Lorsqu’il y a une structure en mezzanine, la hauteur nette de la mezzanine et la hauteur de la poutre de la mezzanine ;
5. Hauteur de la poutre de la grue et du crochet de la grue lorsque la grue est disponible.

Section température
Selon le code de la construction en acier, la longueur maximale ne dépasse pas 300 m et la largeur 150 m. Le premier joint de dilatation segmenté en température peut être posé avec une disposition à double colonne (figure 2a) ou un joint de dilatation à colonne unique avec des trous oblongs reliés à la panne (figure 2b).

Détail de la structure en acier – Contreventement

(A) l’utilisation de l’Entretoise
Dans la structure longitudinale du portique, un système complet de contreventement doit être mis en place pour former un système structurel spatial complet. La stabilité latérale du portique léger dans le sens de la largeur est assurée par la rigidité du cadre pour résister à la charge latérale.

En raison de la faible rigidité de la structure longitudinale dans le sens de la longueur, il est nécessaire de mettre en place des contreventements dans le sens de la longueur pour assurer sa stabilité longitudinale. Les forces de contreventement sont principalement la charge du vent longitudinal, la force de freinage de la grue, l’action des tremblements de terre et l’action de la température. Lors du calcul de la résistance interne d’une armature, les joints sont généralement supposés être articulés et l’effet de l’excentricité est ignoré. Le soutien général considéré selon le haricot magique. Par conséquent, un arrangement à deux voies est approprié.

(B) Types courants de contreventement
La figure 3-3 montre la disposition générale des contreventements de toiture et le chemin de transmission des charges de vent agissant sur le mur pignon. La figure 3-4 montre les types d’appui courants entre les colonnes pour les portiques. En raison des exigences relatives à la fonction et à l’apparence du bâtiment, ou de la disposition des équipements de traitement, lorsque les supports ci-dessus ne peuvent pas être utilisés, envisagez d’utiliser une structure longitudinale. À ce moment-là, la rigidité en flexion de l’axe faible de la colonne doit être utilisée.

Détail d’une structure en acier – Principes de base des paramètres de contreventement

1. Le contreventement des colonnes doit être situé sur la même portée que le contreventement du toit. Lorsqu’il n’est pas possible de l’installer en raison de l’ouverture de la porte sur le mur, le contreventement de la colonne peut être placé sur la travée adjacente ;
2. La distance entre les contreventements ne doit pas dépasser 5 travées ; 30 ~ 45m doivent être pris en compte lorsqu’il n’y a pas de grue, et la distance ne doit pas être supérieure à 60m lorsqu’il y a une grue ;
3. Le contreventement du toit doit se diviser dans le faîte. (Voir la figure 3-3)

Les situations suivantes nécessitent d’envisager l’installation d’un contreventement vertical-horizontal du toit

(1) Lorsqu’il y a une colonne enlevée (dans le filet de colonnes, une ou plusieurs colonnes sont enlevées), comme une colonne locale enlevée, seul un contreventement longitudinal est nécessaire, comme le montre la figure 3-5a ;
(2) Lorsque la distance entre les poteaux est importante, et que le poteau latéral adopte le schéma du poteau de l’ossature du faux mur, voir la figure 3-5b ;
(3) Le tonnage de la grue est supérieur à 15 tonnes.

Lorsque la largeur du bâtiment est supérieure à 60 m, il convient d’augmenter le contreventement des colonnes. Lorsqu’il est impossible de mettre en place un contreventement transversal, on peut utiliser les formes de contreventement illustrées aux figures 3-4b et 3-4c. Il est également possible d’augmenter la taille de la section du contreventement de toit ou du contreventement de colonne sans augmenter le support inter-piliers interne. À ce moment-là, le calcul de la force interne doit être effectué de manière stricte pour garantir la sécurité du contreventement.

Dans une même colonne, il ne faut pas mélanger différents types de contreventement, sinon, le contreventement à faible rigidité aura moins de force et ne fonctionnera pas comme il le devrait, et le contreventement à forte rigidité sera endommagé en raison du travail en surcharge. Le paramètre columnBracing doit de préférence choisir d’utiliser des entretoises.

Dans les cas suivants, les contreventements des colonnes doivent être superposés.

(1) Lorsqu’il y a une travée haute et basse (ou avec un grand auvent), les contreventements supérieurs et inférieurs entre les poteaux doivent être superposés à la travée haute et basse (ou au grand auvent) (voir 3-6a) ;

(2) Lorsque la hauteur de l’avant-toit est supérieure à 9 m, un contreventement de colonne à double couche peut être mis en place selon l’angle inclus du contreventement. L’angle entre le contreventement et le plan horizontal est de préférence de 45°, et il ne doit pas être supérieur à 55°. Les contreventements supérieurs et inférieurs sont placés entre les colonnes. La salle d’ouverture finale peut ne pas être pourvue d’un contreventement inférieur pour réduire la contrainte thermique de la poutre de la grue (voir 3-6b).

L’acier rond, l’acier angulaire ou le tube rond (carré) peuvent être utilisés pour le contreventement transversal des colonnes.

Lorsque la force interne du contreventement de la colonne est importante ou que le tonnage de levage de la grue est supérieur à 5 tonnes, le support en acier rond ne convient pas. Pour l’instant, il faut utiliser des cornières en acier ou des tubes ronds (carrés) pour le contreventement des colonnes.

Détail de structure en acier – utilisation et mise en place du contreventement à brides

La fonction du contreventement de l’aile est principalement d’empêcher l’instabilité de l’aile inférieure de la poutre et de l’aile intérieure du poteau. L’entretoise est reliée à l’aile inférieure de la poutre d’un côté et à la panne de l’autre. Voir la figure 3-7 pour la pratique du contreventement.

Les caractéristiques de la structure en acier :

1. L’acier est résistant, bonne plasticité, matériau uniforme.

L’acier offre une grande fiabilité structurelle, convient pour supporter des charges d’impact et dynamiques, et présente d’excellentes performances sismiques.

La structure interne de l’acier est uniforme, proche d’un corps homogène isotrope. La performance réelle de la structure en acier est plus conforme à la théorie du calcul. Par conséquent, la structure en acier est très fiable. Par rapport au béton et au bois, le rapport entre la densité et la limite d’élasticité est relativement faible. Ainsi, dans les mêmes conditions de contrainte, la structure en acier est de petite section, légère, facile à transporter et à installer, et convient aux grandes portées et aux hauteurs élevées.

2. La structure en acier est résistante à la chaleur et non au feu.

Lorsque la température est inférieure à 150°C, les propriétés de l’acier changent peu. Par conséquent, la structure en acier convient aux ateliers chauds, mais lorsque la surface de la structure est exposée à une chaleur d’environ 150°C, elle doit être protégée par des panneaux d’isolation thermique.

Lorsque la température est comprise entre 300℃ et 400℃, la résistance et le module d’élasticité de l’acier diminuent sensiblement, et la résistance de l’acier tend vers zéro lorsque la température est de l’ordre de 600℃. Dans les bâtiments ayant des exigences particulières en matière de protection contre l’incendie, la structure en acier doit être protégée par des matériaux réfractaires pour améliorer le niveau de résistance au feu.

3. La structure en acier présente une faible résistance à la corrosion.

En particulier dans l’environnement du milieu humide et corrosif, il est facile de rouiller. En général, les structures en acier doivent être désoxydées, galvanisées ou peintes, et faire l’objet d’un entretien régulier. Pour les structures des plates-formes offshore dans l’eau de mer, des mesures spéciales telles que la « protection par anode en bloc de zinc » sont nécessaires pour prévenir la corrosion.

4. Le haut degré de mécanisation de la fabrication et de l’installation des structures en acier.

Les éléments de structure en acier sont naturellement fabriqués en usine et assemblés sur site. La fabrication mécanisée en usine des éléments de structure en acier présente une grande précision, une efficacité de production élevée, un montage rapide sur le site et une courte période de construction. La structure en acier est la plus industrialisée.

5. Grande solidité et résistance sismique

Par rapport aux structures ordinaires en béton armé, les structures en acier sont supérieures en termes d’inhomogénéité, de haute résistance, de rapidité de construction, de bonne résistance sismique et de taux de recyclage élevé. La résistance et le module d’élasticité de l’acier sont plusieurs fois supérieurs à ceux de la maçonnerie et du béton, de sorte que la masse des éléments en acier est légère dans les mêmes conditions de charge. Du point de vue de la destruction, la structure en acier est une structure d’endommagement flexible, avec une grande déformation annoncée à l’avance, qui peut détecter le danger à l’avance et donc l’éviter.