Connexions essentielles à la solidité du bâtiment

De nombreux bâtiments agricoles modernes construits avec une charpente en bois sont recouverts d’une peau ou d’un revêtement de 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 construits avec une charpente en bois sont recouverts d’une peau ou d’un revêtement de 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 de 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 faites sur le terrain, mais sont essentielles à la résistance du bâtiment assemblé. L’attention portée à ces liens dans la conception, la construction et l’entretien améliorera la solidité et la longévité du bâtiment.

Charges appliquées

besoin de résistanceLorsque les bâtiments sont soumis au vent, à la neige et aux charges mortes – 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 mortes génèrent des charges verticales descendantes sur les éléments du bâtiment. Les charges induites par le vent peuvent générer des forces descendantes, ascendantes et horizontales sur les éléments du bâtiment.

Les mouvements – tels que la déviation, l’inclinaison, le balancement ou l’inclinaison – du bâtiment à partir de ces forces appliquées doivent être résistés par la rigidité du bâtiment. Dans les bâtiments à ossature métallique, la rigidité globale est une combinaison de rigidité du cadre et de rigidité fournie par la peau métallique.

Le transport des charges de construction appliquées en toute sécurité vers le sol nécessite des fixations correctement conçues et installées sur le terrain aux connexions critiques du bâtiment.

Intégration de la publication – Lorsque des poteaux de construction sont enfoncés dans le sol, la profondeur d’encastrement ainsi que le type de sol environnant et les conditions déterminent la résistance fournie pour empêcher le poteau d’être tiré hors du sol ou penché sur le côté. Les sols avec plus de sable ou de gravier offrent une plus grande résistance portante que ceux avec principalement du limon ou de l’argile. Les sols non perturbés offrent plus de résistance que le matériau de remplissage. Le soutien fourni au poteau par connexion à un plancher rigide du bâtiment peut fournir une résistance latérale et de soulèvement supplémentaire. Les semelles de poteaux doivent être correctement dimensionnées et reposer sur un sol non perturbé plutôt que sur du remblai ou du matériel en vrac. Confirmer que tous les aspects de l’encastrement du poteau 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 du 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 conformément aux spécifications de la conception.

Graphique 2. Attachement post-fondation

Fixation de poteaux mur-fondation – Lorsque la charpente de mur à colombages est reliée à une fondation, la connexion doit résister au soulèvement du vent ainsi qu’aux forces horizontales du vent. Ce type de connexion ne peut pas résister aux forces de flexion, de sorte que les murs et les bâtiments maigres doivent être résistés par d’autres moyens.

Les clous ou les vis enfoncés dans le grain final des poteaux en bois ont une résistance au retrait 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 plaques de coute, attaches de goujons ou clips anti-ouragan – qui se fixent avec des clous ou des vis sur le côté du goujon et le bord de la plaque de base ou de la fondation. Ou placez les matériaux de revêtement ou de revêtement sur la plaque de base et connectez-vous solidement aux goujons et à la plaque de base. Suivez les recommandations du fabricant pour les fixations requises pour les plaques de fixation métallique et les spécifications du concepteur du bâtiment pour la fixation du revêtement ou du revêtement à la plaque.

Lorsque la plaque de base assure la liaison structurelle entre la charpente murale 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 contenir les attaches requises. Surveillez la plaque de base et le revêtement ou le revêtement fixé pour détecter tout signe de dommages causés par l’humidité, de rouille et de détérioration des fixations.

Fixation ferme au mur – Les forces agissant sur le toit du bâtiment sont transférées aux fermes de toit et des fermes aux poteaux de construction ou à la charpente murale. La connexion doit résister à la neige descendante et aux charges mortes ainsi qu’au soulèvement du vent et aux forces horizontales. Une surface portante suffisante entre la ferme et le mur doit être prévue pour supporter la neige et les charges mortes. La zone de roulement 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 de roulement fixés sur le côté d’un poteau, il doit y avoir suffisamment de fixations pour transporter toute la charge du bloc au poteau – conformément aux spécifications de conception.

Graphique 3. Fixation ferme au mur – Un bloc à treillis illustre une connexion à trois clous probablement inadéquate à un poteau.

Graphique 4. Fixation ferme au mur – genouillères

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

Dans les bâtiments à ossature de poteaux, la connexion peut également transporter des forces de flexion du poteau à la ferme. Le transfert de force de flexion peut être effectué par des genouillères diagonales au niveau de la connexion ferme-poteau, ou par des boulons à travers la ferme et le poteau avec une ferme à talon profond spécialement conçue. Suivez attentivement les spécifications de conception pour les connexions genouillère-attelle et les connexions talon-ferme profonde. Ne permettez pas la modification sur le terrain ou l’omission d’attelles de genouillères ou de raccords de ferme sans l’approbation expresse du concepteur du bâtiment.

Fixation toit-pourpre – Les forces de soulèvement du vent appliquées aux matériaux de toiture sont transférées aux fermes par les pourboires du toit. Lorsque les boutons sont cloués sur le dessus de la ferme, les fixations doivent fournir une profondeur et une taille d’encastrement adéquates pour la résistance au retrait 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 de cravate en métal offrent une résistance supplémentaire au soulèvement. Lorsque des violins sont suspendus entre les fermes dans des supports de suspension métalliques, des attaches adéquates sont nécessaires à la fois dans les extrémités du pourboire et dans la ferme. L’augmentation des charges de vent autour du bord du toit ajoute aux exigences de fixation sur les bords des sections de toit.

Graphique 5. Fixation toit-pourpre – Le clouage Purlin est montré avec un encastrement inadéquat des ongles.

Graphique 6. Fixation toit-pourpre – Plaques ou sangles métalliques

Contreventement diagonal – Les charpentes de bâtiments assemblées en motifs rectangulaires, telles que les murs à colombages et les fermes de toit avec des violins, nécessitent un contreventement pour empêcher le soutirage – penché ou tordant les rectangles en forme de diamant. La peau d’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 peut être inclus de façon 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 du contreventement diagonal sont particulièrement importantes pour la fonction de l’attelle. Assurez-vous que les connexions aux poteaux, aux plaques ou aux fondations sont correctement installées et protégées contre les dommages causés par l’humidité. Lorsque le contreventement porte des charges de compression – compression sur la longueur – un contreventement latéral de l’élément peut être nécessaire pour empêcher le flambage latéral. Suivez les spécifications de conception.

Fixation en tôle – La tôle du bâtiment doit supporter des charges du vent et de la neige jusqu’à la charpente structurale. Le soulèvement du vent et les forces vers l’extérieur, ainsi que les forces de contreventement diagonale induites, sont des facteurs de conception importants pour les connexions de bâches.

La résistance au soulèvement et à la force vers l’extérieur nécessite un espacement adéquat des fixations et une profondeur d’encastrement. Suivez les spécifications de conception. Si les fixations à vis sont trop serrées et dénudent les filetages, 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 du vent sont plus importantes sur les bords des surfaces du toit et des murs en raison du mouvement du vent dans les coins et de la charge sur les porte-à-faux du toit, lorsqu’ils sont présents. Des fixations supplémentaires – un espacement plus étroit des fixations – sont justifiées dans ces zones de bord. On suppose généralement que les zones de bordure où la pression du vent est plus élevée sont d’au moins 3 pieds de large à partir du bord du toit ou de la section de mur.

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

Les enquêtes sur les défaillances du bâtiment indiquent souvent que la défaillance de la connexion sur les bords de la surface du toit est le point de départ de la défaillance structurelle. La figure 7 montre les panneaux de toit qui ont été décollés du bord du toit en raison de la résistance insuffisante des connexions au bord du toit. La figure 8 montre une section de toiture – tôle de toit et peaux violets – séparée d’une charpente de bâtiment par les forces du vent. Notez que la bâche est restée attachée aux pourpres, mais que les violins n’étaient pas correctement reliés aux fermes.

Graphique 7. Fixation de tôle – La défaillance de la charge du vent du bâtiment se produit au bord du toit.

Graphique 8. Fixation en tôle – Une section de toit est séparée d’une charpente de bâtiment par le vent.

Inspection des connexions – L’inspection pendant et après la construction devrait permettre de vérifier que les connexions aux endroits critiques ont été correctement installées. Vérifiez avec les plans de construction que la taille et le nombre de connecteurs appropriés ont été installés. Vérifiez la taille, l’espacement, la longueur et l’encastrement de la vis ou du clou dans les éléments d’encadrement.

Les fixations dans les nervures de bâche ne supportent pas autant de charge de cisaillement que les fixations dans la partie plate de la bâche. Les attaches trop près du bord ou de l’extrémité d’un élément de charpente en bois porteront moins de charge. Un serrage excessif des fixations qui endommage la tôle ou un sous-serrage 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 – pourpres de toit, pourtels d’avant-toit, poutres 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 apportées au bâtiment qui ne font pas partie de la conception et des plans originaux du bâtiment. Insistez pour que toute modification sur place soit confirmée par écrit par le concepteur du bâtiment.

Maintenance 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 la détérioration et aux problèmes d’entretien à mesure que les bâtiments vieillissent. Lors des inspections d’entretien et des réparations, portez une attention particulière à l’état des éléments de raccordement et de charpente le long des avant-toits, des faîtes, des fondations, des coins des murs 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 de l’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 de métal corrodées ou rouillées sont sujettes aux attaches qui percent le métal lorsqu’elles sont soumises à une charge.

Graphique 9. Entretien des raccordements – La tôle de toit rouille autour des fixations.

Remplacez la toiture métallique rouillée ou corrodée. Réduisez le risque de rouille ou de corrosion future du métal par des moyens tels que des prises d’air de ventilation modifiées dans l’entretoit, 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 Instores 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 de 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 à bois pour vérifier la teneur en humidité excessive. La résistance de la connexion de conception est réduite lorsque la teneur en humidité du bois utilisée dépasse 19 %. Recherchez les stries visibles comme indication de la condensation passée qui coule et coule. Si nécessaire, retirez les panneaux de soffite ou l’isolant pour obtenir un meilleur accès à l’inspection. Utilisez une caméra d’inspection flexible pour accéder aux zones réglementées aux fins d’enquête. Consultez un ingénieur qualifié ou un professionnel du bâtiment si des dommages nécessitant une réparation plus complexe que le remplacement d’une fixation ou d’un élément sont constatés. 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 treillis qui ne sont pas fermement encastrées dans les éléments de ferme, demandez conseil à un professionnel pour les stratégies de réparation.

Graphique 10. Entretien de la connexion – Le retrait des dents de la plaque de ferme est indiqué.

La sécurité avant tout – Soyez prudent lorsque vous enquêtez et réparez des connexions de bâtiments. Les dangers comprennent les arêtes et les pointes métalliques vives, les bordures de bois brut, l’isolation et les débris de soufflage et les chutes d’échelles. Portez des lunettes et des gants de protection et coupez l’alimentation avant d’inspecter les zones autour du câblage électrique.

Auteurs– Shawn Shouse, Kapil Arora, Brian Dougherty, Kris Kohl et Kristina TeBockhorst – ingénieurs agronomes de terrain à l’Iowa State University-Extension and Outreach; révisé par David Bohnhoff, professeur émérite à l’Université du Wisconsin-Génie des systèmes biologiques

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