Calcul des structures (partie 4 du CNB)
Calcul des structures (partie 4 du CNB) - Transcription
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Bonjour. Je m'appelle Anne Gribbon et je suis conseillère technique à Codes Canada. Je suis heureuse de vous présenter les plus importantes modifications apportées à la partie 4 du Code national du bâtiment, dit CNB. La partie 4 porte sur le calcul des structures et le calcul parasismique des bâtiments.
Nous traiterons uniquement du calcul des structures, comme le calcul des charges dues au vent et à la neige, et non du calcul des charges dues aux séismes.
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Cette présentation est l'une d'une série de 13 présentations portant sur les éditions 2015 des publications de Codes Canada.
Avant d'aborder le contenu technique de cette présentation, j'aimerais donner un bref aperçu du système d'élaboration des codes.
Il est important de noter que les codes modèles, élaborés par la Commission canadienne des codes du bâtiment et de prévention des incendies, doivent être adoptés par les autorités compétentes des provinces et territoires pour avoir force de loi.
Cela pourrait signifier que les exigences des codes promulguées par les lois de votre province ou territoire pourraient diverger de ce qui sera présenté ici. Veuillez consulter les autorités locales.
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Il est également important de noter que les codes nationaux ne représentent pas une réglementation fédérale.
Cela signifie que ni le CNRC, ni Codes Canada ne décident ce qui se retrouve dans les codes; cette décision vous revient!
Codes Canada favorise un processus ouvert, transparent et fondé sur le consensus afin d'apporter des améliorations aux codes.
Plus de 400 membres de comités donnent de leur temps pour prendre part aux décisions relatives aux modifications apportées aux prochains codes.
Tous les comités sont équilibrés en ce qui a trait au nombre de membres issus des domaines de la réglementation, de l'industrie et de l'intérêt public afin d'éviter qu'un groupe ne puisse mettre en minorité les autres groupes.
La diapositive illustre ce processus :
- D'abord, quelqu'un fait une demande de modification au code.
- Cette demande est envoyée aux comités techniques chargés de l'élaboration des modifications proposées.
- Le processus comprend un examen public et l'approbation finale de la Commission canadienne des codes du bâtiment et de prévention des incendies.
Cette procédure est simple et dépend de votre participation.
Visitez le site Web de Codes Canada et voyez comment vous pouvez :
- soumettre une demande de modification aux codes;
- faire partie des comités; ou
- formuler des commentaires sur les modifications proposées au cours d'un examen public.
www.codescanada.ca
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Avant de commencer, voici quelques précisions sur les présentations :
- Les présentations abordent uniquement les modifications qui différencient les éditions de 2010-2011 des éditions de 2015 et n'expliquent pas comment utiliser ou interpréter les codes en général.
- Les présentations ne font état que des modifications principales; les détails se trouvent dans le guide. Chaque présentation renvoie aux pages correspondantes du guide.
- Les présentations se limitent aux codes nationaux et ne s'attardent pas aux variations provinciales ou territoriales.
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Au total, 38 modifications ont été apportées à la partie 4 du CNB 2015 dans le domaine des calculs des structures.
Cette présentation est axée sur les plus importantes modifications, qui portent sur les points suivants :
- nouveaux coefficients de combinaison de charges pour les cas où les charges dues à la neige et les surcharges peuvent survenir en même temps;
- modifications apportées à la conception et à la mise à l'essai des garde-corps;
- modifications apportées aux méthodes de calcul relatives aux charges dues à la neige et aux charges dues au vent;
- incorporation par renvoi d'une nouvelle norme relative au calcul des structures pour le verre à vitre; et
- ajout d'une norme relative à la conception des garages de réparation.
Guide : pages 27 à 33
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Avant d'entrer dans les détails de chacune des modifications, j'aimerais attirer votre attention sur une modification très importante.
Lorsque les ingénieurs en calcul des structures appliquent les exigences de la partie 4 du CNB, ils consultent souvent les Commentaires sur les calculs des structures qui sont publiés peu de temps après le CNB.
Les commentaires renferment des graphiques ainsi que des formules et des tableaux destinés à aider les concepteurs à déterminer la répartition appropriée des charges pour des cas spécifiques.
Au fil des années, certains des graphiques des Commentaires sur les calculs des structures se sont greffés à la méthode de calcul requise.
Toutefois, les commentaires sur le calcul des structures peuvent ne pas avoir force de loi au sein de certaines autorités compétentes.
Les méthodes de calcul pour les charges dues à la neige et au vent contenues dans les Commentaires sur les calculs des structures, y compris les dessins, sont maintenant fournies directement dans le corps du code, ce qui est une première pour l'élaboration du CNB.
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Ce que vous voyez ici est un exemple de combinaison des charges qui a mal tourné.
La photo montre un garage de stationnement au New Jersey dont le niveau supérieur s'est effondré lorsque qu'un camion chasse-neige y enlevait la neige.
L'effondrement pourrait avoir été le résultat de la présence simultanée d'une lourde charge de neige et de la surcharge causée par les véhicules stationnés. Il est possible que l'effet de cette combinaison n'ait pas été pris en compte lors de la conception du plancher.
Ici, au Canada, la grande quantité de neige reçue en 2008 dans l'Est du Québec et le Sud de l'Ontario a suscité des inquiétudes du point de vue des coefficients de combinaison des charges prévus dans le CNB 2010, dans les cas où le rapport entre la surcharge et la charge due à la neige est proche de 1 ainsi que dans les régions où les charges dues à la neige sont élevées.
Le coefficient de charge d'action concomitante pour les surcharges et les charges dues à la neige a donc été majoré :
- de 0,5 à 1 lorsque les deux types de charges doivent être considérés ensemble; et
- de 1 à 1,5 lorsque les surcharges représentent une aire d'entreposage ou une aire réservée à l'équipement.
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Nous en venons maintenant aux modifications apportées à la conception et à la mise à l'essai des garde-corps.
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On voit ici un garde-corps soumis à un essai de résistance latérale.
Les garde-corps doivent être conçus d'une manière à répondre aux exigences de résistance et de tenue en service, et la mise à l'essai est évidemment une façon de démontrer la conformité au CNB.
Auparavant, le CNB exigeait que la charge de traction sur le garde-corps soit égale à la charge de poussée, ce qui n'est pas très logique pour la plupart des applications.
La charge latérale vers l'intérieur sur le garde-corps requise dans le CNB 2015 a donc été réduite à la moitié de la charge vers l'extérieur.
De plus, une nouvelle disposition impose maintenant une flèche à la rupture maximale pour les lattes verticales du garde-corps, afin d'assurer la sécurité d'utilisation.
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Voici une photo de la passerelle « Glacier Skyway » dans les Rocheuses canadiennes. La passerelle offre une vue à couper le souffle.
Comme vous pouvez l'imaginer lorsqu'on jette un coup d'œil au garde-corps de verre tout là-haut, la conception des garde-corps extérieurs peut présenter des défis assez importants, car les pressions du vent auxquelles le garde-corps doit résister peuvent être assez élevées.
Il est donc très important de calculer les charges dues au vent de façon appropriée dans la conception des garde-corps extérieurs, comme ceux des balcons.
Il importe aussi bien sûr de tenir compte des charges dues au vent combinées aux surcharges spécifiées pour assurer tant la résistance que la tenue en service de garde-corps.
C'est pour cette raison que les charges dues au vent des garde-corps pour balcons ont été ajoutées au CNB 2015.
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Passons maintenant aux modifications apportées aux méthodes de calcul relatives aux charges dues à la neige.
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La troisième série de modifications porte sur les données relatives aux charges dues à la neige.
Les charges dues à la neige sur les toits sont fondées sur des valeurs de charge due à la neige au sol figurant au tableau C-2 du CNB, et mises à jour par Environnement Canada en fonction des nouvelles données incluant des mesures jusqu'en 2012.
Par conséquent, les valeurs de charge due à la neige au sol :
- sont demeurées inchangées pour environ 85 % des localités;
- ont augmenté pour 11 % des localités; et
- ont diminué pour 4 % des localités.
La plus grande proportion d'augmentations se situe dans le Nord canadien.
En outre, la formule applicable au coefficient de neige sur le toit a été révisée de manière à tenir compte du fait que le vent est moins efficace pour déblayer la neige présente sur des toits de grandes dimensions.
Le CNB permet toujours la réduction du coefficient d'exposition au vent de la charge, mais cette réduction s'applique seulement aux régions rurales.
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La portion délimitée en rouge de cette photo montre un amoncellement de neige qui a été soufflé par la partie supérieure du toit vers le toit en contrebas.
L'amoncellement a fait augmenter de façon substantielle la charge due à la neige sur la portion inférieure du toit.
Les amoncellements de neige sont un important paramètre dans le calcul des charges dues à la neige sur les toits.
La mauvaise évaluation peut entraîner l'effondrement du toit, en particulier lorsque les charges dues à la neige sont importantes.
La densité de la neige est une variable d'usage courant dans le calcul des amoncellements de neige.
Le CNB a donc adopté la formule de calcul de la densité de la neige contenue dans la norme utilisée par l'American Society of Civil Engineers, qui est en accord avec la réalité canadienne.
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Voici une activité que nous avons tous eu à faire et pourrions être appelés à refaire prochainement.
S'il est assez courant au Canada d'enlever la neige sur les toits après des chutes de neige importantes, la conception des toits en fonction des charges dues à la neige ne peut pas reposer sur ces pratiques de déblaiement de toits.
C'est pourquoi dans les calculs, les réductions de la charge due à la neige découlant d'un recours à un moyen ou un autre de déblaiement ne sont plus permises.
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On voit ici l'effet du glissement de la neige sur un toit glissant.
En fait, il s'agit probablement de l'effet combiné d'un amoncellement et d'un glissement de neige.
Les deux effets sont pris en considération dans la conception des toits en contrebas.
Les exigences du CNB relatives au glissement de la neige sur des toits supérieurs glissants doivent maintenant être prises en considération pour toutes les pentes de toit glissantes, comme les pentes recouvertes d'une couverture de tôle d'acier.
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Parlons davantage des amoncellements de neige : une disposition spécifique vise à tenir compte de l'accumulation de neige sur les toits.
La méthode de calcul spécifique relative au coefficient d'accumulation, précédemment appelé « coefficient de forme », est maintenant fournie directement dans le code.
Imaginons un bâtiment dont le toit comporte de multiples niveaux comme dans l'image montrée dans le coin supérieur droit. Le grand schéma à gauche montre le calcul du coefficient d'accumulation.
Le calcul a été amélioré pour mieux tenir compte des trois cas principaux d'amoncellement de neige.
Les flèches indiquent la direction du vent.
Les zones bleues indiquent la provenance de la neige.
Les carrés rouges indiquent l'emplacement de l'amoncellement.
Le premier cas, montré à gauche, illustre un amoncellement dans la zone de dénivellation à partir d'un toit plus élevé;
Le deuxième cas, montré au centre, illustre un amoncellement contre une saillie hors toit; et
Le troisième cas, à droite, illustre un amoncellement dans une zone de dénivellation à partir d'un toit en contrebas.
De plus, le CNB 2015 traite également des amoncellements de neige autour des coins de toit intérieurs et extérieurs.
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La photo montre un pylône de transmission fait en treillis d'acier qui a été détruit pendant la tempête de verglas survenue au Québec en 1998.
Depuis, Environnement Canada a mis au point un nouveau modèle pour calculer les charges dues à la glace sur les surfaces verticales et horizontales, et autour de câbles.
Ce modèle permet aux concepteurs d'éviter ce type de défaillance en déterminant les charges dues à la glace sur des structures en treillis et d'autres composants de bâtiment exposés.
L'information connexe n'est pas fournie directement dans le CNB, mais est contenue dans une norme incorporée par renvoi.
Ceci conclut les modifications apportées aux exigences relatives aux charges dues à la neige.
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Je vous présente maintenant les modifications apportées aux méthodes de calcul relatives aux charges dues au vent.
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Comme j'ai expliqué plus tôt au sujet de la neige, bon nombre des pratiques acceptées tirées des Commentaires sur les calculs des structures en matière de calcul des charges dues au vent sont également intégrées directement au CNB afin de clarifier les exigences.
La première série de modifications porte sur les méthodes de calcul des structures.
Il existe trois méthodes acceptables : la méthode statique, la méthode dynamique et la méthode de mise en essai en soufflerie.
Les trois méthodes de détermination des charges dues au vent sont maintenant définies plus clairement. Le CNB 2015 précise pour quel bâtiment chaque méthode est requise.
Par exemple, la méthode d'essais en soufflerie est maintenant requise pour les bâtiments dont le rapport de la hauteur à la largeur effective est supérieur à 6.
Il établit également les limites pour chaque méthode.
La dynamique des fluides numérique peut également être utilisée pour calculer des charges dues au vent.
Toutefois, cette méthode comporte toujours des limites.
En fait, la capacité de la dynamique des fluides numérique de parvenir au niveau approprié de précision et de fiabilité dans le contexte des calculs des charges dues au vent dans les bâtiments n'a pas été vérifiée et il n'existe pas de méthode standard qui définit les procédures appropriées.
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J'aimerais donner un peu plus de détails sur les modifications afin de clarifier l'utilisation et l'application de la méthode dynamique.
Sur cette diapositive, on voit une saisie d'écran d'un logiciel de modélisation qui serait utilisé par les ingénieurs en structures pour appliquer la méthode.
Le CNB 2015 exige l'utilisation de la méthode dynamique pour les bâtiments :
- dont la hauteur est supérieure à quatre fois la largeur effective minimale;
- dont la hauteur est supérieure à 60 m; ou
- dont la fréquence propre se situe entre 1 et 0,25 Hz.
Le CNB 2015 spécifie maintenant différents coefficients d'exposition et coefficients de rafale extérieure qui doivent être utilisés avec la méthode dynamique, mais le coefficient de pression est le même que celui utilisé dans la méthode statique.
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Voici quelques explications sur la façon dont la méthode des essais en soufflerie est appliquée.
À gauche, on voit une maquette de soufflerie à l'étape de la conception pour les tours jumelles Petronas, à Kuala Lumpur.
À droite, vous voyez une illustration des bâtiments finis.
On peut constater la capacité des méthodes des essais en soufflerie à traiter non seulement le calcul des charges dues au vent pour le bâtiment lui-même, mais également son interaction avec l'environnement où il est construit.
Des phénomènes comme les turbulences de couloirs et les turbulences de sillage dues au vent exigent l'utilisation de la méthode des essais en soufflerie pour une modélisation appropriée de ces effets.
Le CNB 2015 exige maintenant que la méthode des essais en soufflerie soit mise en œuvre conformément à une norme rédigée spécifiquement à cette fin.
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Nous voyons ici un ensemble d'antennes et de récepteurs de signaux de satellite qui sont fixés au bâtiment.
Les charges et les effets auxquels sont exposés ces éléments extérieurs seront transférés au bâtiment.
Une nouvelle méthode relative à de tels composants extérieurs ne faisant pas partie du bâtiment a été introduite dans le CNB afin :
- d'inclure les effets du givrage; et
- l'effet du groupage d'un certain nombre de composants similaires et de leurs charges qui pourraient être transférées à la structure du bâtiment.
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Allons faire un tour à Québec.
Il y a des bâtiments au bas de la falaise et le Château Frontenac est en haut de la falaise.
Naturellement, les bâtiments au haut et en bas de la falaise ne seront pas exposés aux mêmes charges dues au vent.
Auparavant, le coefficient d'exposition tenait compte de la topographie au moyen d'une formule qui se trouvait dans les Commentaires sur les calculs des structures.
Un coefficient topographique distinct est maintenant inclus dans la formule de base de la pression des vents du CNB afin de tenir compte de l'augmentation de la vitesse du vent sur les collines ou des coteaux, et compenser ainsi cet effet.
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Cette image illustre le modèle d'un bâtiment.
On voit la structure principale exposée au sommet et le revêtement extérieur que l'on est en train d'installer aux étages inférieurs.
La structure principale et le système de revêtement extérieur doivent être calculés en fonction des charges dues au vent.
Les coefficients de pression sont un élément important dans le calcul des charges dues au vent.
Ils constituent des valeurs constantes choisies en fonction de la géométrie du bâtiment et de la direction du vent.
Le CNB définit maintenant le coefficient de pression extérieure séparément pour le bâtiment dans son ensemble et pour le revêtement extérieur.
De plus, la détermination des charges dues au vent sur le système de revêtement extérieur est maintenant traitée sans égard à la direction du vent.
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Voici le Musée canadien de l'histoire à Gatineau, juste en face de la Colline du Parlement.
Si vous avez déjà visité ce musée, vous vous rappellerez peut-être que l'espace entre les deux bâtiments est assez ouvert et mène directement à la rivière; cet espace peut permettre à beaucoup de vent de s'engouffrer.
Si une rafale de vent souffle tandis que la porte du bâtiment est ouverte, elle peut produire une pression intérieure assez importante.
La pression intérieure due au vent a toujours fait partie de la méthode de calcul, mais le tableau des valeurs du coefficient de pression intérieure qui figurait auparavant dans les Commentaires se retrouve désormais dans le corps du CNB 2015.
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Nous trouverons des hangars dans tous les aéroports du monde. Celui-ci est situé à l'aéroport de Berlin Tempelhof.
Les hangars sont décrits comme une grande structure abritant un seul volume non cloisonné.
Pour ce type de structure, la pression intérieure prend un temps considérable pour réagir aux changements de la pression extérieure, réduisant ainsi le coefficient de rafale.
Le CNB renferme maintenant la formule applicable au coefficient de rafale intérieure relatif à ces structures qui se trouvait antérieurement dans les Commentaires sur le calcul des structures.
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La prochaine modification porte sur une nouvelle norme incorporée par renvoi pour le calcul du verre à vitre dans les bâtiments.
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Ce que vous voyez ici est une structure entièrement faite de verre.
Pendant de nombreuses années, les concepteurs ont utilisé une norme canadienne pour le calcul des structures comme celle-ci, mais la technologie évolue constamment et la norme n'a pas été mise à jour.
Pour offrir plus de souplesse aux concepteurs en structures et harmoniser les pratiques au Canada avec les codes américains, une norme américaine à jour a été incorporée par renvoi à la partie 4 du CNB 2015 pour le calcul du verre à vitre.
Des facteurs d'ajustement des charges ont été ajoutés afin de garantir que les normes de calcul de verre à vitre mènent à des conceptions cohérentes et acceptables.
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Enfin, je vous présente une nouvelle norme pour le calcul des garages de réparation.
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La dernière modification traite des garages de réparation.
Voici un garage de réparation type de véhicules automobiles.
En hiver, une quantité considérable de sel y est introduite par les véhicules, ce qui peut nuire considérablement à la durabilité des planchers en béton.
S'il s'agissait d'un garage de stationnement, le CNB exigerait que les calculs tiennent compte de ce milieu corrosif.
C'est pour cette raison que les garages de réparation doivent maintenant être protégés contre la corrosion de la même manière qu'un garage de stationnement.
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J'aimerais vous rappeler les points saillants suivants, relativement aux modifications portant sur les calculs des structures apportées à la partie 4 du CNB :
Une bonne partie du matériel des Commentaires relatif aux charges dues à la neige et au vent - y compris les graphiques - a été intégrée au CNB.
Le CNB 2015 renferme des coefficients de combinaison de charges plus rigoureux pour les cas où les charges dues à la neige et les surcharges peuvent survenir en même temps.
Le CNB traite maintenant du calcul des charges dues à la glace et au vent pour les éléments extérieurs fixés en place en incorporant une norme CSA.
La méthode de calcul des charges dues au vent inclut maintenant un coefficient topographique.
Le CNB 2015 précise clairement l'application des trois méthodes admissibles de calcul des charges dues au vent.
Le calcul des structures en verre est maintenant plus souple.
Et enfin, les exigences des calculs de garage de réparation tiennent désormais compte de la protection contre la corrosion.
Le calcul des charges dues au vent s'applique maintenant aux garde-corps des balcons.
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Nous avons abordé beaucoup de sujets au cours de la présentation d'aujourd'hui. Le guide est une ressource utile pour étudier plus en profondeur les thèmes de cette présentation.
Il traite de la plupart des modifications techniques qui ont été apportées au Code national du bâtiment, au Code national de prévention des incendies, au Code national de la plomberie et au Code national de l'énergie pour les bâtiments.
Le guide est en vente sur le site Web du Magasin virtuel du CNRC sous forme de PDF téléchargeable ou d'exemplaire papier. www.cnrc.gc.ca/magasinvirtuel
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Je vous remercie d'avoir écouté cette présentation sur les modifications apportées à la partie 4 du CNB 2015.
| Autre titre | Calcul des structures (partie 4 du Code national du bâtiment : Canada: 2015) |
|---|---|
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|
| DOI | Trouver le DOI : https://doi.org/10.4224/40002085 |
| Auteur | Rechercher : 1 |
| Orateur | Rechercher : Gribbon, Anne1 |
| Affiliation |
|
| Format | Vidéo, Object d'apprentissage |
| Sujet | Codes et guides; construction; bâtiment; CNRCCode |
| Date de publication | 2015 |
| Maison d’édition | Conseil national de recherches du Canada |
| Publication connexe | |
| Langue | français |
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| Identificateur de l’enregistrement | 7e538579-8f6d-4b06-aee2-a7e90f4c3ae0 |
| Enregistrement créé | 2021-05-04 |
| Enregistrement modifié | 2022-06-21 |
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