Calcul charge maximale chapente mixte bois/acier (et renfort si requis)

Dans le forum Toiture, Charpente - par Freekill le 12 Août 2017

  1. Freekill

    Freekill 39 ans, Bruxelles

    Bonjour à tous,

    la toiture de mon immeuble doit bientôt être refaite et nous profitons de l'occasion pour l'isoler et rendre les combles habitables (Etanchéité, Velux, parement intérieur).

    Tout cela implique une augmentation de la charge supportée par la charpente et je m'interroge sur la capacité de celle-ci à supporter cette augmentation. Surtout que l'on hésite entre sarking PIR (léger) et sarking laine de bois (lourd).

    Le cas est un peu particulier car la charpente est ici un mélange acier/bois.

    Les pannes sont en effet des IPN 160, posées de dévers. Une 7/18 est boulonnée sous chaque IPN. L'ancrage des ces 7/18 dans les pignons est très léger et je ne pense pas qu'elles comptent pour beaucoup pour le calcul de charge. Elles servent à mon sens uniquement à fixer les chevrons et les "fers à cheval" extérieurs.

    Je joins un schéma de la charpente pour visualiser l'ensemble.

    Au niveau du vent et de la neige, l'immeuble est situé en zone urbaine (Bruxelles) et à une altitude de ~100m (+13m pour le début du toit).

    L'ensemble date des années '50 et est en bon état. (rouille de surface sur les IPN)

    Ma question est donc : afin de savoir ce que je peux mettre dessus, quelle charge maximale, au m², cette charpente est-elle à même de supporter ?

    J'ai consulté des nombreux posts sur le calcul des charpentes et j'ai essayé de déchiffrer les jolis calculs de Fradeco mais je m'embrouille avec les cosinus en fonction de la pente, les charges vent/neige/ouvrier, la charge maximale des IPN (je n'ai trouvé des abaques que par mètres entiers), le fait qu'elles ne soient pas posés d'aplomb etc. et j'ai peur de me tromper.

    Une bonne âme pour m'aider ?

    Un grand merci d'avance !

    charpente.png
     
    Freekill , 12 Août 2017
    #1
  2. fradeco

    fradeco 73 ans, Flandre

    Bonjour Freekill, et bienvenue sur Bz.be,

    J'ai bien compris votre questionnement, mais pour vous répondre il faudrait compléter le croquis ci-après avec les infos qui manquent dans votre poste.
    CALCULS CHARPENTE données 2 pans entre murs.jpg
     
    fradeco , 12 Août 2017
    #2
  3. Freekill

    Freekill 39 ans, Bruxelles

    Bonsoir Fradeco,

    Merci tout d'abord pour le temps que vous prenez pour aider sur Bricozone. Nous avons déjà pu remettre à niveau et renforcer notre plancher grâce à la méthode des voliges vissée+collées expliquée de nombreuses fois ici.

    Pour les dimensions manquantes :

    - entre murs = 5.72m
    - pannes ventières = entraxe variable (voir schéma 1er post). au pire = 2.3m, composition : IPN 160 + 7/18 boulonnée dessous en trois points. Après vérification, les 7/18 sont bien ancrées aux pignons (juste entaillées de 2.5cm avant l'appui, ce qui faisait penser qu'elles ne rentraient pas dans le mur).
    - chevrons = section 7/9, entraxe de 35cm (en moyenne, variabilité faible)
    - pannes sablières = section de 7/15

    NB: Il y a quelques détails non mentionnés (chevêtres pour cheminées, chevrons scindés au niveau de la portée sur un des versants etc.). J'essaierai de faire une représentation en 3D demain...
     
    Freekill , 13 Août 2017
    #3
  4. Freekill

    Freekill 39 ans, Bruxelles

    Bonjour,

    Voici une nouvelle représentation 3D un peu plus détaillée..

    charpente2_sml.jpg
     
    Freekill , 13 Août 2017
    #4
  5. fradeco

    fradeco 73 ans, Flandre

    Bonsoir Freekil,

    Beau croquis 3D, et je parle en connaissances de causes :p

    Je viens de regarder les charges a reprendre par la structure de la toiture et dans le cas le plus défavorable il y a sur la base de la résultante des charges par rapport à un angle de 35° il faudrait prendre en compte une charge de 162 kg/m² ou 1.630 kg uniformément réparti sur la panne.
    Une IPN est en mesure de reprendre une charge globale de 730 kg pour une portée de 6.00 m.
    Sur cette base, il faudrait doubler les IPN 160, la panne existante de 7/18 faisant le complément et permettra les diverses fixations des structure de bois.
    Pour info la charge permanente en projection horizontale prise en compte serait de 198 kg/m² uniformément répartie comme suit:
    Tuile de terre cuite = 42 kg/m²
    Chevrons + Sous toiture,+ contre latte + liteaux = 12 kg/m²
    Structure de lattages d'isolation = 16 kg/m²
    Poids propre panne en résneux = 10 kg/m²
    Isolation ép. 200 mm = 8 kg/m²
    Revêtement en placo ép. 12.5 mm = 19 kg/m²
    Charge temporaire occasionnelles = 90 kg/m²

    Soit : 198 kg/m² * 0.819 (cos 35°) = 162 kg/m² (charge prise en compte)

    Bonne réflexion.
     
    fradeco , 13 Août 2017
    #5
  6. Freekill

    Freekill 39 ans, Bruxelles

    Bonsoir,

    Merci pour le calcul. Je craignais effectivement qu'un renforcement serait nécessaire, particulièrement pour les pannes basses.

    Par contre mes données sont un peu différentes :

    Capacité des poutres :

    Pour les IPN 160, les abaques disent 730kg pour 6m de portée et 890kg pour 5,5m. J'avais retenu (au pif) ~800kg pour une portée de 5,72m.

    Pour les 7/18 (7/17 dans les abaques), j'ai 188kg pour 6m et 224kg pour 5.5m. J'avais retenu ~200kg pour 5,72m.

    Cela me faisait donc ~1.000kg par couple IPN + 7/18

    Poids du complexe toiture envisagé :

    - Tuiles = 40kg/m² (selon fabricant)
    - Chevrons + contre lattes + liteaux = 12kg/m²
    - Isolant sarking PIR 10cm = 3kg/m²
    - Isolant entre chevrons laine de bois 8cm = 4kg/m2
    - Placo 12.5mm = 9.5kg/m² (deux fois moins ?)
    - Divers (pare-vapeur, ossature placo, vis etc.) = 1,5kg/m²
    - Non compté : poids propre panne en résineux (à déduire directement de la capacité de la poutre, non ?)

    Total charges permanentes : 70kg/m²
    Charges temporaires (neige, vent, homme) : 90kg/m²
    Total permanent + temporaire = 160kg/m²

    Et en reportant au sol :

    Versant à gauche du schéma, avec pente de 38° : 160 x cos(38) = 160 x 0,788 = 126,08kg/m²
    Versant à droite du schéma, avec pente de 41° : 160 x cos(41) = 160 x 0,755 = 120,75kg/m²

    Calcul des charges sur les pannes :

    Pour les pannes inférieures :

    Versant gauche :
    Bande de chargement : (2,42m + 1,45m) / 2 * 5,72m = 11,07m²
    Charge répartie : 10,87m² x 126,08kg/m² = 1.395kg

    Versant droit :
    Bande de chargement : (2,25m + 1,37m) / 2 * 5,72m = 10,35m²
    Charge répartie : 10,35m² x 120,75kg/m² = 1.250kg

    Pour les pannes supérieures :

    Versant gauche :
    Bande de chargement : (1,45m + 1,73m) / 2 * 5,72m = 9,09m²
    Charge répartie : 9,09m² x 126,08kg/m² = 1.147kg

    Versant droit :
    Bande de chargement : (1,62m + 1.37m) / 2 * 5,72m = 8,55m²
    Charge répartie : 8,55m² x 120,75kg/m² = 1.033kg

    Analyse des résultats et solutions possibles :

    Les trois premières pannes doivent a priori être renforcées.

    Un doublage des IPN est possible mais techniquement et financièrement difficile (le poids nécessiterait sans doute une grue pour le levage et les IPN sont chères). Si mes calculs sont corrects, un doublage (voire triplage pour la première) est peut-être possible avec des poutres en bois ? (7/18, 7/20 voire 7/22)

    La troisième panne (versant droit, bas) est problématique car son ancrage dans un des pignons la place dans un coin contre le mur d'un puits de ventilation. On ne peut donc rien ajouter au-dessus. De plus elle est déjà très basse (1,9m) et on ne peut donc rien mettre dessous. Pour l'instant je ne vois que la possibilité de placer un poteau de renfort à ~1/3 de la portée, en appui sur un linteau en béton qui supportait un mur supprimé (simple brique mais briques pleines, bien lourd).

    La quatrième panne (droite, haut) est presque bonne au niveau charge. De plus, elle traverse le mur du puits d'aération pour venir chercher son ancrage dans le pignon. Ce mur est une simple brique (pleine de 9cm) mais on peut sans doute considérer qu'il reprend un peu la charge de la panne et qu'il réduit donc sa portée (60 cm pour le puits + le mur). Je pense peut-être la laisser telle-quelle.

    Est-ce que cela paraît sensé ?

    PS : Désolé pour la tartine...
     
    Freekill , 14 Août 2017
    #6
  7. fradeco

    fradeco 73 ans, Flandre

    Bonjour Freekill,

    Je voudrais préciser, que mon approche était de voir ce qui résultait du cas le plus défavorable.

    Pour le poids du revêtement de plâtre, je ne sais plus d'où cela provient, mais ma mémoire me rappel que le poids spécifique d’une plaque de plâtre entre deux feuilles de carton serait de 1.500 kg/m³. D’où 0.0125 x 1.500 kg/m³ = 18.75 kg/m² hors structure de fixation.

    Effectivement K….f indique sur sont site, 8.5 kg/m². Soit un PS de 680 kg/m³. :worried:
    Merci de m’avoir obligé de me remettre en question pour ce genre d’habitude à corriger quoi que :(
    sur des sites de calculs que je consulte pour me tenir informé, je remarque souvent que les parachèvements de plâtre sont pris en compte à hauteur de 18, 19 kg/m². :rolleyes:

    Maintenant, en stabilité on calcul toujours avec un brin de sécurité en plus. On n'est jamais à la limite de la balance d'apothicaire.
    Mais c’est vrai que les conseilleurs ne sont pas les payeurs.

    Je pense que vos conclusions et la manière que vous envisagez pour renforcer tiennent la route,

    Bonne suite d'analyse.
     
    fradeco , 14 Août 2017
    #7
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