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STRUCTURE Voûtes métalliques sur des poutres sous-tendues

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STRUCTURE Voûtes métalliques sur des poutres sous-tendues

Les impostes vitrées sans parcloses laissent pénétrer la lumière sous les trois arcs successifs. Le maçonnage des parois se fait en remplissage et garde visibles les poteaux en bipodes et autres profils. Au faîtage des voûtes, la liaison continue. (Doc. TK + C.)

Encastrements, articulations, rotules et tirants … caractérisent l’ossature métallique entièrement visible de ce bâtiment de stockage, réalisée avec beaucoup d’astuce et une économie de moyens. Le système libère 510 m2 libre de porteur.

Implanté à proximité de Paris, ce bâtiment de stockage des services techniques de Montrouge (92) est une réinterprétation, avec des technologies modernes, des petits ateliers qui peuplaient cette banlieue : 3 nefs en arc, l’appareillage maçonné des façades, une trame régulière composée de raidisseurs apparents et de remplissages enduits sont autant de références aux années 1930. Le lien direct entre architecture et structure nécessite que les détails constructifs soient en adéquation dès la conception du projet. Ainsi, Pierre Henneguier, responsable du bureau d’architecture et d’ingénierie TK C (75) a mené conjointement la maîtrise d’œuvre et l’étude structure complète de l’ouvrage. Les encastrements, les articulations de la structure métallique composant le visuel définitif de l’ouvrage, sont entièrement dessinés et conçus pour être – en l’état – exécutés par le charpentier. L’analyse du cheminement des efforts permet d’affirmer les schémas statiques et de hiérarchiser l’ensemble de la charpente.

Bielles métalliques pour structure en portique

Le bâtiment de 17 m de large et 32 m de longueur se décompose dans celle-ci en trois voûtes de 10,7 m d’entraxe. La stabilité longitudinale de l’ouvrage est assurée, sur chaque pan, par deux poteaux en V inversés (bipodes) de 4,95 m de haut, articulés en pied sur massif béton. Ce dispositif dispense de tout autre contreventement dans ce plan. La stabilité transversale est assurée par un simple dispositif de croix de Saint-André sur les pignons. La stabilité transversale de la couverture est la plus pénalisante de l’ouvrage. Pour celle-ci, l’option d’un système couplé fut retenue : pour éviter la déformation en milieu d’arche, toutes les clefs des arcs sont reliées entre elle par un système de bielles de 2,40 m en tubes de 89 mm qui courent en faîtages. Afin de renvoyer les efforts sur des points rigides à une des extrémités, des bielles inclinées sont fixées aux solives métalliques (HEB 220), elles-mêmes liaisonnées par chaînage aux maçonneries de façades. Ainsi, chaque arche, sans poteaux intermédiaires, fonctionne comme un portique de 17 m de long. D’autre part, afin de limiter d’éventuels effets de cisaillement au niveau des plateaux prélaqués spittés à la charpente et formant la première couche du complexe de couverture, une poutre au vent longitudinale et 2 transversales complètent le dispositif. La stabilité du bâtiment étant uniquement assurée par l’ossature métallique, les parties maçonnées (parpaings creux de 20 cm) n’ont ici qu’un rôle de remplissage.

Inter une ligne

Pour éviter toute fissuration, les calculs ont été menés en limitant les déplacements en tête de parois maçonnées au 3/100e de leur hauteur. Les traverses hautes sont, pour cela, fixées par encastrement aux poteaux. De plus, le long d’une des façades du bâtiment, les têtes des poteaux en V sont bloquées par des biellettes inclinées fixés sur de petits retours intérieurs en voiles béton. Le principe de stabilité étant acquis, restent à définir les éléments de structure en fonction des contraintes esthétiques et de portées de l’ouvrage. L’ensemble des points porteurs, en support des 38,5 tonnes de la charpente de toiture, sont ramenés en façade. La mise en place de deux poutres sous-tendues transversales, de 2 660 kg chacune, permet de s’affranchir des 17 m de portée. Plus effilées et moins lourdes, elles évitent l’utilisation de poutres treillis. La membrure supérieure est constituée d’un tube rond creux de 273 mm sur lequel est soudé en surplomb un T qui servira de support au chéneau d’évacuation des eaux pluviales. La membrure inférieure est constitué de 2 tirants en rond pleins, d’un diamètre de 27 mm, soudés sur des déviateurs. Au nombre de 3, ils tendent les tirants selon une architecture de poutre treillis suivant un écart de 1,25 m au centre et symétriquement de 886 mm au quart de la portée. Les fixations articulées en tête de poteau (aux extrémités des poutres) sont assurées par un système de gousset fonctionnant en chapes par rapport à un axe rond plein de diamètre 50 mm.

Chaque poutre sert d’appui aux pannes courbes. Celles-ci étaient initialement dimensionnées pour que l’arche soit réalisé par deux demi-arcs en consoles symétriques et liaisonnés en faîtage par une rotule.

Une pose en arche complet

Cette articulation en tête et l’encastrement en pied motivaient la géométrie à inertie variable des 21 poutres, réalisées en P.R.S. (trois plats soudés). Finalement, tout en conservant l’aspect initial, l’entreprise de charpente S.M.B. (Côtes-d’Armor) opta pour une pose en arche complet avec des unités de 961 kg. Ainsi, les arcs sont fixés sur les poutres principales par un système courbe de platines et contre-platines boulonnées de type bride, faciles à régler et à assembler. Deux semaines à la grue mobile et nacelle élévatrice ont suffi à la l’installation de la charpente. L’extérieur du complexe de couverture est constitué de panneaux de 60 cm de large en Kalzip aluminium, courbés et fixés sur pattes et ossature secondaire de plats acier. Puis l’isolation en laine de verre (100 mm) repose sur la sous-face en plateaux acier, prélaqués et perforés, directement spittés sur la charpente. Ces derniers, sous forme de « panneaux » de 60 cm de large, permettent une pose aisée, par une simple polygonisation de la sous-face courbe du bâtiment. Vu la nature du lieu (stockage), la ventilation du bâtiment est réalisée sur les pignons par châssis aluminium ouvrants à soufflet. Au niveau des façades principales, les vitrages courbes induits par les nefs sont réalisés sans parcloses. Chaque volume de 10 m de long est décomposé en 6 parties. Mises bout à bout, elles sont « portées » par des profils aluminium intérieurs. Les jonctions au nu de la façade extérieure se font par « collage » (sur tous bords) au joint souple et silicone.

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