Calcul de charge répartie sur IPN et flambement

[Alexit]

Bonjour,
Je viens vers vous n'ayant aucune compétence dans le dimensionnement de structures métalliques. J'ai bien essayé de comprendre mais seul je ne peux pas acquérir les compétences nécessaires pour des modifications aussi importantes. J'ai cependant réalisé un croquis pour vous exposer mon problème.

Je souhaiterais changer les matériaux de la couverture de la maison et isoler le toit par l'extérieur.
La structure est composée d'IPN 100 en partie longitudinale et de 2 IPN 220 installés en transversal pour supporter les IPN 100 en partie médiane.

Les 4 IPN 100, supportant les extrémités de la couverture, installés en partie basse reposent sur toute leur longueur sur un mur.

La pente de la couverture est de 20% (11,31°).

La couverture de 136 m2 aurait un poids total de 4 200 kg uniformément réparti.

La structure actuelle pourrait-elle accepter cette charge?

Si "Non", n'ayant pas le budget pour envisager le changement des supports, quel poids maximum pourrait-elle supporter?


Merci par avance pour vos conseils,
AT
-----

[Jaunin]

Bonjour Alexit,
Bienvenu sur le forum de Futura-Sciences.
Vos IPN 100 sont en deux parties de 5.52 [m] ou en une partie de 11.04 [m]

La couverture de 136 m2 aurait un poids total de 4 200 kg uniformément réparti.

Il n'y aura rien d'autre dessus, neige ou autre ?

Cordialement.
Jaunin__

[Alexit]

Bonjour Jaunin,

Tout d'abord, merci de prendre mon sujet en considération.

Les IPN 100 font 5,52 m (portée) plus la longueur de leur ancrage dans le mur et celle qui leur permet de reposer sur l'IPN 220 en son centre. Les IPN 100 sont alignés.
Je rappelle que les 2 IPN de chaque côtés bas de la toiture reposent sur leur longueur totale sur le mur de parpaings.

J'ai également oublié de spécifier que j'habitais dans la région Centre Val de Loire en France afin de pouvoir considérer les caractéristiques climatiques.

Bien cordialement,
AT

[Jaunin]

Pour information :

http://www.icab.fr/guide/nv65/

[A voir en vidéo sur Futura]

[ilovir]

Bonjour

Pour la zone climatique : quelle altitude ? Et quelle exposition au vent : site dégagé, en village, etc ...?

Donc, poids actuel : 4 200 / 136 = 30 kg / m² ? Quel matériau ? Pas d'isolant ni plafond suspendu ?

Les IPN de 100 sont en deux morceaux sur la longueur, appuyés sur les 220, où-bien les IPN de 100 sont en un seul morceau de toute la longueur du bâtiment, s'appuyant en leur milieu sur les 220 ?
Les IPN de 100 sont-ils posés déversés, c'est à dire inclinés selon la pente, ou sont-ils posés d'aplomb ?

Ces IPN 220, sont-ils appuyés quelque part, en principe au faitage ? Où-bien ils forment un V inversé qui tient tout-seul entre les deux murs de façade ?

[Jaunin]

Bonjour Ilovir,
Pour les longueurs des IPN 100 :

@Jaunin

Vos IPN 100 sont en deux parties de 5.52 [m] ou en une partie de 11.04 [m]

@Alexit

Les IPN 100 font 5,52 m (portée) plus la longueur de leur ancrage dans le mur et celle qui leur permet de reposer sur l'IPN 220 en son centre. Les IPN 100 sont alignés.
Je rappelle que les 2 IPN de chaque côtés bas de la toiture reposent sur leur longueur totale sur le mur de parpaings.

Cordialement.
Jaunin__

[Alexit]

Bonjour Ilovir,

Altitude: 140 m
Exposition au vent: site dégagé.

Les IPN de 100 sont en deux morceaux et ils sont posés déversés.


Les IPN 220 forment un V inversé et sont boulonnés entre eux au faîtage.


Cordialement,
AT

[Alexit]

Merci,

Je suis donc en neige A1.

[Alexit]

Ilovir,

J'ai oublié de spécifier que je souhaitais réaliser une couverture de type sarking avec des panneaux sandwich isolants (avec une sous-face en placo) posés sur les IPN 100 (donc, pas de plafond suspendu).


Cordialement

[ilovir]

Je vous fais part de mon analyse, qui comme vous le savez peut-être si vous suivez le forum, est non professionnelle, à titre indicatif, ne valant pas prestation de bureau d’étude.

Hypothèses :

Neige A1 : 45 x 0.8 = 36 kg/m²
Vent : Région 2, campagne, bâtiment hauteur 5 m, coefficient structural 0.9 ; pente de toit 20 %
Pression au vent : + 0.12 – (-0.3) = 0.42 Dépression sous le vent : -0.5 –(-0.3) = - 0.2
Soit pression 0.42 x 51 x 0.9 = 19.3 kg/m² et dépression : - 9kg/m²

Pannes IPN 100 – portée 5.52 m – largeur de chargement 1.43 m

Avec Neige + 0.6 vent soit 47.6 kg/m² de charge climatique :

- la flèche admissible de 552/200 = 2.76 cm est atteinte pour un poids de couverture de 4 kg/m²
- pour ces charges, le taux de travail en flexion élastique serait de 60% (acier S235), donc < 100 %. Il y a cependant un risque de déversement (env. 120 %), dont il convient de vérifier si les dispositions constructives permettent de le bloquer.

Ferme IPN 220 – portée 10 m – largeur de chargement 5.62 m

Pression moyenne de vent 10 kg / m², soit charge climatique moyenne 42 kg/m² (en première approximation), et charge de toiture 4 kg/m² :

- la flèche admissible de 1000 / 200 = 5 cm est dépassée à 6.6 cm
- le taux de travail en flexion élastique est de 90 % (avec gros déversement mais apparemment empêché par les pannes).

Attention : résistance de l’assemblage de faitage à vérifier par ailleurs, et existence de poussée horizontale sur les murs en pieds de ferme.

En conclusion, je ne vois pas comment justifier cette structure vis-à-vis des charges qu’elle est censée supporter, car le moindre matériau de couverture pèse plus de 4 kg/m², et même à ce poids, la ferme en IPN 220 est hors norme.

Sachant qu’en l’absence de neige, et sous des vents ordinaires (inférieurs à ceux du calcul), la structure peut parfaitement ne présenter aucune apparence de comportement anormal.

[Alexit]

Si j'ai bien compris:
- en considérant les charges climatiques, les IPN 100 ne pourraient supporter que le poids d'une couverture de 4 kg/m2
- la ferme composée des deux IPN 220 pose problème en l'état.

Comme vous l'écrivez, la structure peut ne présenter aucun caractère anormal en l'absence de charges climatiques…

Le poids actuel supporté par cette structure est de 16 kg/m2. Cette structure existe depuis plus de 20 ans.

Conclusion: Je ne peux pas dépasser le poids actuel.


Merci encore pour votre aide.

[ilovir]

Ce n’est pas le premier bâtiment non-conforme aux normes, mais qui tient depuis 20 ans et plus.

Mais ce n’est pas tout perdu : il y a une solution de renforcement simple, par exemple :

- après dépose de la couverture actuelle, doubler les pannes : une nouvelle file d’IPN 100 entre les autres, ce qui fait un entraxe de pannes de 0.72 m (ça ne sera que meilleur pour porter le Sarking). Charge de couverture – isolation possible alors : 50 kg/m²
- soutènement du faitage de la ferme au moyen d’un poteau. Un poteau, c’est peut-être embêtant, mais pas tant que ça quand on y réfléchit, parce qu’il y a des solutions déco pour le faire oublier. Par contre, en structure, on peut ensuite tout se permettre : ici les deux demi-arba en portée 5 .10 m supportent le système précédent avec une flèche ramenée à moins de 1 cm.

Le critère de déformation des pannes du 1/200, qui est un critère eurocode, convient pour une toiture en tant que telle. Par contre, ce peut être dommageable, dans le cas d’un Sarking par exemple, pour des cloisons qui viendraient par-dessous au contact.
Mais la flèche dommageable est en fait celle due aux seules surcharges. Hors, celle-ci n’est que de 1.15 cm (sur un total de 2.7 cm), soit < L/400, et là ça devient jouable.
Il faut juste penser à terminer la toiture avant de mettre les cloisons, et ne pas trop bloquer celles-ci en tête.

Et petit bémol : ce qui est le plus sévère pour les pannes, c’est en fait la charge ponctuelle de 150 kg au milieu : flèche active 1.46 cm ; mais avec le sarking, il y aura une petite répartition transversale, et on peut espérer ne pas dépasser le 1.15 en fait.

Si cela vous intéresse, voyez-le de près avec un professionnel tout de même. L’assemblage du poteau au faitage relève de la technique charpente. Le poteau sera à fonder. Et il serait bon, à mon avis, de lierner les pannes, soit par une tige traversante, soit par un feuillard camouflé dans le sarking. Et il y a peut-être autre chose à voir aussi.

[Alexit]

Ilovir,

Je présentais la réponse précédente. J'avais tenté sans succès de modéliser la structure...mais les résultats erronés présentés indiquaient une structure en surcharge. Déçu mais surtout ennuyé de ne pouvoir obtenir une solution économiquement abordable...
J'ai déjà une toiture de 10 ans qui s'affaisse sur un bâtiment mitoyen...Les solives en bois accusent une flèche supérieure à la tolérance, le couvreur a fait faillite et son assurance garantie décennale ne veut rien prendre en charge sous-prétexte qu'il n'y aurait pas "impropriation" à destination.

Concernant mon nouveau projet, votre réponse bien argumentée et bien expliquée me laisse entrevoir une solution intelligente à moindre frais.

Dans le prolongement de votre conseil, je vais la soumettre à un professionnel.

Vous avez posé des questions pour mieux proposer une solution. Un grand merci à vous.

Pour ma part, vous avez donné tous les éléments attendus. Le sujet peut être considéré comme clos.