Connexions essentielles à la solidité du bâtiment

De nombreux bâtiments agricoles modernes à ossature bois sont recouverts d'une peau ou d'un bardage en tôle nervurée. La résistance combinée de la charpente et de la peau métallique contribue à l'économie de ce type de bâtiment.

De nombreux bâtiments agricoles modernes à ossature bois sont recouverts d'une peau ou d'un bardage en tôle nervurée. La résistance combinée de la charpente et de la peau métallique contribue à l'économie de ce type de bâtiment. Certains éléments structuraux primaires tels que les fermes en bois ou les poteaux en bois lamellé-collé sont préfabriqués. La majorité des connexions entre les éléments structuraux primaires, les éléments structuraux secondaires et la peau du bâtiment sont réalisées sur le terrain, mais sont essentielles à la résistance du bâtiment assemblé. L'attention portée à ces connexions dans la conception, la construction et l'entretien améliorera la résistance et la longévité du bâtiment.

Charges appliquées

besoin de résistance Lorsque les bâtiments sont soumis au vent, à la neige et aux charges permanentes (poids des matériaux de construction), les forces résultantes doivent être transférées au sol ou aux fondations par les éléments du bâtiment. Les concepteurs peuvent se référer au transfert de forces comme créant un chemin de charge continu vers le sol. La neige et les charges permanentes génèrent des charges verticales vers le bas sur les éléments du bâtiment. Les charges induites par le vent peuvent générer des forces vers le bas, vers le haut et horizontales sur les éléments du bâtiment.

Le mouvement - tel que la déviation, l'arc, le balancement ou l'inclinaison - du bâtiment à partir de ces forces appliquées doit être résisté par la rigidité du bâtiment. Dans les bâtiments à ossature métallique, la rigidité globale est une combinaison de la rigidité de l'ossature et de la rigidité fournie par la peau métallique.

Transporter les charges de construction appliquées en toute sécurité au sol nécessite des attaches correctement conçues et installées sur le terrain aux connexions critiques du bâtiment.

Post-encastrement– Lorsque des poteaux de construction sont installés dans le sol, la profondeur d'encastrement et le type et les conditions du sol environnant déterminent la résistance fournie pour empêcher le poteau d'être retiré du sol ou penché sur le côté. Les sols avec plus de sable ou de gravier offrent une plus grande force portante que ceux avec principalement du limon ou de l'argile. Les sols non perturbés offrent plus de résistance que les matériaux de remblai. Le support fourni au poteau par une connexion à un plancher de bâtiment rigide peut fournir une résistance latérale et au soulèvement supplémentaire. Les semelles des poteaux doivent être correctement dimensionnées et reposer sur un sol non perturbé plutôt que sur du remblai ou des matériaux meubles. Confirmer que tous les aspects de l'encastrement des poteaux et de la résistance du sol sont conformes à la conception du bâtiment.

Attachement post-fondation– Lorsque des poteaux sont fixés au sommet d'une fondation, la connexion doit résister au soulèvement par le vent ainsi qu'aux forces horizontales du vent et aux forces de flexion dans le poteau. Ces connexions doivent comprendre soit des plaques d'acier encastrées dans la fondation en béton qui s'étendent sur une distance appropriée sur le côté du poteau, soit une plaque de base de conception adéquate boulonnée à des ancrages encastrés dans le béton. L'encastrement des connecteurs dans le béton et la fixation des connecteurs au poteau sont essentiels dans la conception et la fonction de ces connexions. Assurez-vous que les ancrages sont correctement placés lors de l'installation de la fondation et que toutes les connexions au poteau sont effectuées comme spécifié dans la conception.

Figure 2. Attachement post-fondation

Fixation colombage-mur-fondation– Lorsque l'ossature murale est reliée à une fondation, la connexion doit résister au soulèvement par le vent ainsi qu'aux forces horizontales du vent. Ce type de connexion ne peut pas résister aux forces de flexion, de sorte que l'inclinaison du mur et du bâtiment doit être résistée par d'autres moyens.

Les clous ou les vis enfoncés dans le grain d'extrémité des montants en bois ont une résistance à l'arrachement minimale, qui n'est pas prise en compte dans la conception du bâtiment. La résistance au soulèvement doit être assurée par des sangles métalliques - appelées selles, attaches de montant ou clips anti-ouragan - qui se fixent avec des clous ou des vis sur le côté du montant et le bord de la plaque de base ou de la fondation. Ou chevauchez les matériaux de revêtement ou de parement sur la plaque de base et connectez-les solidement aux montants et à la plaque de base. Suivez les recommandations du fabricant pour les attaches requises pour les selles métalliques et les spécifications du concepteur du bâtiment pour la fixation du revêtement ou du parement à la plaque.

Lorsque la plaque de base assure la connexion structurelle entre l'ossature du mur et la fondation, elle doit être solidement fixée à la fondation avec des ancrages intégrés dans le béton. Suivez les spécifications de conception du bâtiment pour la longueur, la taille et l'espacement des ancrages. Assurez-vous que la plaque de base est protégée contre les dommages causés par l'humidité qui peuvent affaiblir la capacité du bois à retenir les fixations requises. Surveillez la plaque de base et le revêtement ou le parement qui y est attaché pour déceler des signes de dommages dus à l'humidité, de rouille et de détérioration des fixations.

Fixation de la ferme au mur– Les forces agissant sur le toit du bâtiment sont transférées aux fermes de toit et des fermes aux poteaux du bâtiment ou à l'ossature murale. La connexion doit résister à la neige descendante et aux charges permanentes ainsi qu'au soulèvement dû au vent et aux forces horizontales. Une zone d'appui adéquate entre la ferme et le mur doit être prévue pour supporter la neige et les charges permanentes. La zone d'appui est généralement fournie en posant le talon de la ferme directement sur la plaque murale ou sur une encoche dans le poteau. Si les fermes reposent sur des blocs porteurs fixés sur le côté d'un poteau, il doit y avoir suffisamment de fixations pour supporter la pleine charge du bloc au poteau - conformément aux spécifications de conception.

Figure 3. Fixation de la ferme au mur–Un bloc porteur en treillis illustre une connexion à trois clous probablement inadéquate à un poteau.

Figure 4. Fixation de la ferme au mur–genouillères

Les forces horizontales et de soulèvement du vent doivent être transmises de la ferme au mur. Le clouage des pieds, courant dans la construction de maisons et de garages, n'est pas suffisant pour supporter ces charges. Des boulons ou des selles métalliques sont nécessaires pour supporter les charges. Les connecteurs doivent attacher la ferme au poteau ou aux poteaux plutôt qu'à la plaque supérieure, à moins que la plaque supérieure ne soit également connectée aux poteaux avec des connecteurs porteurs spécifiés dans la conception.

Dans les bâtiments à ossature de poteaux, la connexion peut également supporter des forces de flexion du poteau à la ferme. Le transfert de la force de flexion peut être effectué par des croisillons de genou diagonaux au niveau de la connexion entre la ferme et le poteau, ou par des boulons à travers la ferme et le poteau avec une ferme à talon profond spécialement conçue. Respectez scrupuleusement les spécifications de conception pour les connexions genou-attelle et les connexions talon-ferme. Ne pas autoriser la modification sur le terrain ou l'omission de renforts de genou ou de connexions de ferme sans l'approbation expresse du concepteur du bâtiment.

Fixation toit-panne– Les forces de soulèvement du vent appliquées aux matériaux de toiture sont transférées aux fermes par les pannes de toit. Lorsque les pannes sont clouées sur le dessus de la ferme, les attaches doivent fournir une profondeur et une taille d'encastrement adéquates pour la résistance à l'arrachement de la ferme. Le clouage des orteils n'est probablement pas adéquat. Des clous ou des vis spéciaux à tige annulaire peuvent être nécessaires. Les sangles d'attache en métal offrent une résistance supplémentaire au soulèvement. Lorsque les pannes sont suspendues entre les fermes dans des supports de suspension métalliques, des attaches adéquates sont nécessaires à la fois aux extrémités de la panne et dans la ferme. L'augmentation des charges de vent autour du bord du toit s'ajoute aux exigences de fixation aux bords des sections de toit.

Figure 5. Fixation toit-panne–Le clouage des pannes est illustré avec un encastrement inadéquat des clous.

Figure 6. Fixation toit-panne–Plaques ou sangles de serrage en métal

Contreventement diagonal– La charpente du bâtiment assemblée en motifs rectangulaires, tels que les murs à ossature et les fermes de toit avec pannes, nécessite un contreventement pour éviter le racket - en inclinant ou en tordant les rectangles en forme de losange. La peau en acier du bâtiment peut fournir une grande partie de l'effet de contreventement diagonal, mais en particulier pendant la construction, un contreventement diagonal du cadre peut être nécessaire. Ce contreventement peut être temporaire ou être inclus de manière permanente dans la structure.

Assurez-vous que le contreventement diagonal est installé conformément aux spécifications de conception. Ne coupez pas ou n'omettez pas de contreventement diagonal pour les portes, les fenêtres ou l'équipement sans l'approbation du concepteur du bâtiment. Les connexions aux extrémités des contreventements diagonaux sont particulièrement importantes pour la fonction de contreventement. Assurez-vous que les connexions aux poteaux, plaques ou fondations sont correctement installées et protégées contre les dommages causés par l'humidité. Lorsque le contreventement supporte des charges de compression - compression sur la longueur - un contreventement latéral de l'élément peut être nécessaire pour empêcher le flambement latéral. Suivez les spécifications de conception.

Fixation tôle– La tôle du bâtiment doit supporter les charges du vent et de la neige jusqu'à la charpente. Le soulèvement dû au vent et les forces vers l'extérieur, ainsi que les forces de contreventement diagonales induites, sont des facteurs de conception importants pour les assemblages de tôles.

La résistance au soulèvement et à la force vers l'extérieur nécessite un espacement des fixations et une profondeur d'encastrement adéquats. Suivez les spécifications de conception. Si les fixations à vis sont trop serrées et dénudent les filets, remplacez-les par des fixations plus longues - ou déplacez-vous vers un nouvel emplacement de fixation et scellez le trou de la vis dénudée. Les forces de soulèvement par le vent sont plus importantes aux bords des surfaces du toit et des murs en raison à la fois du mouvement du vent autour des coins et de la charge sur les surplombs du toit, le cas échéant. Des attaches supplémentaires – espacement plus étroit des attaches – sont justifiées dans ces zones de bordure. Les zones de bord de plus grande pression du vent sont généralement supposées être à au moins 3 pieds de large du bord de la section de toit ou de mur.

Comme mentionné dans la section sur le contreventement en diagonale, les tôles d'acier du bâtiment peuvent également fournir une résistance aux forces du vent qui entraîneraient le soulèvement de la charpente du bâtiment. La tôle fixée à l'ossature forme un diaphragme rigide qui offre une résistance au soutirage. En résistant au rayonnage, des forces de cisaillement sont créées dans les connexions entre les tôles d'acier, et entre les tôles et l'ossature. Ces forces sont plus importantes autour des bords de chaque diaphragme, c'est-à-dire autour du bord de chaque section de mur ou de toit. Ces forces de diaphragme supplémentaires ajoutent une charge aux connexions entre les tôles d'acier et la charpente sous-jacente, et entre cette charpente et les fermes, les poteaux ou la fondation.

Les enquêtes sur les défaillances de bâtiments indiquent fréquemment une défaillance de connexion autour des bords de la surface du toit comme point de départ d'une défaillance structurelle. La figure 7 montre des panneaux de toit qui ont été décollés du bord du toit en raison d'une résistance insuffisante des connexions au bord du toit. La figure 8 montre une section de toiture - tôle de toit et pannes - séparée d'une charpente de bâtiment par les forces du vent. Notez que les tôles sont restées attachées aux pannes, mais que les pannes n'étaient pas correctement connectées aux fermes.

Figure 7. Fixation de la tôle – La rupture due au vent du bâtiment se produit au bord du toit.

Figure 8. Fixation des tôles – Une section de toit est séparée d'une charpente par le vent.

Inspection des connexions– L'inspection pendant et après la construction doit vérifier que les connexions aux endroits critiques ont été correctement installées. Vérifiez avec les plans de construction que la bonne taille et le bon nombre de connecteurs ont été installés. Vérifiez la taille, l'espacement, la longueur et l'encastrement des vis ou des clous dans les éléments de charpente.

Les attaches dans les nervures de tôle ne supportent pas autant de charge de cisaillement que les attaches dans la partie plate de la tôle. Les attaches trop près du bord ou de l'extrémité d'un élément de charpente en bois supporteront moins de charge. Un serrage excessif des fixations qui endommage la tôle ou un serrage insuffisant qui laisse un ajustement lâche réduira la résistance de la connexion.

Vérifiez l'état des éléments de charpente sur les bords des sections de toit et de mur. Des éléments de charpente défectueux - pannes de toit, pannes d'avant-toit, entretoises de parois latérales, plaques supérieures ou plaques inférieures - peuvent entraîner une défaillance de la connexion entre la tôle et le cadre.

N'autorisez pas les modifications du bâtiment qui ne font pas partie de la conception et des plans d'origine du bâtiment. Insistez pour que toute modification sur place soit confirmée par écrit par le concepteur du bâtiment.

Entretien de la connexion– Les connexions critiques doivent être inspectées toutes les quelques années, ainsi qu'après toute tempête de vent violente. Les zones situées près du bord du toit et de la base du mur sont également sujettes à des problèmes de détérioration et d'entretien à mesure que les bâtiments vieillissent. Lors des inspections d'entretien et des réparations, portez une attention particulière à la connexion et à l'état des éléments de charpente le long de l'avant-toit, du faîte du toit, des fondations, des coins de mur et du râteau du mur d'extrémité - le joint entre le toit et le mur d'extrémité.

Les matériaux de toiture près des avant-toits des bâtiments d'élevage sont particulièrement sujets à la condensation d'humidité et à la détérioration du métal du toit. Surveillez les signes de rouille ou de corrosion du métal du toit à ces endroits. Les tôles métalliques corrodées ou rouillées sont sujettes aux attaches qui traversent le métal lorsqu'elles sont soumises à une charge.

Figure 9. Entretien des connexions – La bâche du toit rouille autour des attaches.

Remplacez la toiture métallique rouillée ou corrodée. Réduisez le risque de rouille ou de corrosion future du métal grâce à des moyens tels que des prises d'air de ventilation modifiées dans le grenier, une meilleure isolation ou un contrôle de la condensation. Reportez-vous à la publication de l'Iowa State University-Extension and Outreach "Gable End Attic Air Intakes for Swine Building Ventilation - AE 3545". Visitez store.extension.iastate.edu et recherchez "ae 3545" pour plus d'informations.

Réparer ou remplacer les éléments de charpente du bâtiment qui montrent des signes de détérioration ou de dommages. Utilisez une sonde métallique, une pointe de couteau ou un petit tournevis pour tester l'intégrité des éléments en bois. Utilisez un humidimètre pour bois pour vérifier la teneur en humidité excessive. La résistance de la connexion de conception est réduite lorsque la teneur en humidité du bois en cours d'utilisation dépasse 19 %. Recherchez des traînées visibles indiquant que la condensation s'égoutte et coule dans le passé. Si nécessaire, retirez les panneaux de sous-face ou l'isolant pour obtenir un meilleur accès pour l'inspection. Utilisez une caméra d'inspection flexible pour accéder aux zones restreintes à des fins d'investigation. Consultez un ingénieur qualifié ou un professionnel du bâtiment si vous constatez des dommages nécessitant une réparation plus complexe que le remplacement des fixations ou des éléments. La conception et l'inspection des fermes ne sont pas au centre de cet article, mais si l'inspection révèle des dommages à la ferme ou des dents de plaque de ferme qui ne sont pas fermement ancrées dans les éléments de la ferme, demandez conseil à un professionnel pour les stratégies de réparation.

Figure 10. Maintenance de la connexion – Le retrait de la dent de la plaque en treillis est illustré.

La sécurité d'abord– Soyez prudent lorsque vous examinez et réparez les connexions des bâtiments. Les dangers comprennent les arêtes et les pointes métalliques tranchantes, les bords en bois brut, le souffle de l'isolant et des débris et les chutes d'échelles. Portez des lunettes et des gants de protection et débranchez l'alimentation avant d'inspecter les zones autour du câblage électrique.

Auteurs -Shawn Shouse, Kapil Arora, Brian Dougherty, Kris Kohl et Kristina TeBockhorst - ingénieurs agricoles de terrain avec Iowa State University-Extension and Outreach ;revu parDavid Bohnhoff, professeur émérite à l'Université du Wisconsin-Biological Systems Engineering

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