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Technologie : structure des ouvrages

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Technologie : structure des ouvrages

Plan des interventions (8h00) :

Bases de la conception d'un bâtiment

Découpage fonctionnel d'un bâtimentGros œuvre (GO) : éléments porteurs d’une structure

Les actions à considérerLes principes d'équilibre d'un ouvrage

Les effets dans la structureLe pré- dimensionnement

Acier, béton, bois : triptyque de base

Eléments de présentations et critères de choix

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Supe

rstr

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fra-

stru

ctur

e

1 - Découpage fonctionnel d'un ouvrage

Toiture / couverture

Ossature = structure porteuse = gros œuvre GO

Enveloppe extérieure de superstructure

Équipements, décoration, habillage = second œuvre

Structure porteuse en sous-sol & fondations

Enveloppe extérieure d'infrastructure

FonctionsEléments GO

ActionsÉquilibres

EffetsDimensions

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Fonctions des FONDATIONS

Définition :

On appelle Fondations les éléments constituant l’assise de l’ouvrage sur le sol de construction.

Fonctions :

Les fondations sont conçues pour assurer les différents équilibres de l’ouvrage :

- transmettre des charges au sol- gérer les déformations du sol sous l’application de charges- assurer l’équilibre global de l’ouvrage

Infrastructures Fondations semelles filantes ou continues de fondationsSolution économique / applicable si sol bon = résistance mécanique suffisante + pas de tassements de sol importants

Transmettent les charges d’un mur au sol et assurent l’équilibre de l’ouvrage

Les fondations en béton armépeuvent être coulées dans des rigoles (à même le sol)

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Les semelles peuvent être coffrées (le coffrage sert de « moule ») si le sol ne permet pas un coulage direct

Ferraillage des semelles (béton armé = béton + ferraillage en acier)

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…coulage du béton au camion toupie + goulotte de coulage (Béton Prêt àl’Emploi BPE)

Infrastructures Fondations : semelles isolées sous poteau

Infrastructures Fondations profondes de type « pieux »

Transmission des charges en profondeur pour trouver suffisamment de « portance »dans le sol…

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… et pourquoi pas ?Pieux énergétique = avec des tubes + un fluide caloporteur pour récupérer la chaleur du sol…

RETOUR

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Fonctions de la Structure de l’ouvrage

Définition

La structure constitue l’ossature ou le «squelette» d’un ouvrage.On a pour coutume d’appeler « Gros-Œuvre » l’ensemble des travaux constitutifs de la structure d’un ouvrage en béton armé.

Fonctions

La structure est conçue pour supporter l’ensemble des charges appliquées à l’ouvrage.Elle « reprend » et transmet ces charges de la toiture jusqu’aux fondations

Voir leçon 2 RETOUR

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Fonctions des toitures

Définition

Les toitures sont la partie supérieure couvrante des ouvrages.Elles sont constituées généralement de deux éléments principaux :

- la couverture- la charpente assurant le support de couverture.

On distingue principalement les « toitures à pans » et les « toitures-terrasses »

Fonctions Les toitures font partie intégrante de « l’enveloppe » de l’ouvrage, ensemble faisant séparation entre intérieur / extérieur.

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Toitures à pans : terminologieToitures différents types…Toiture en pente (différentes couvertures possibles )

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Eléments de couverture des toitures à pans

• Tuiles• Ardoises• Bardeaux

• Zinc• Bacs • Panneaux divers• Matières végétales

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Les toitures en tuiles en terre cuite sont les plus répandues en France car elles offrent de nombreux avantages : solidité, ininflammabilité et durabilité. De plus, elles sont esthétiques et vieillissent bien (la terre cuite se patine avec le temps).

TUILES TERRE CUITE

Tuiles « canal »

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Tuiles « plates »

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Les tuiles dites « mécaniques » sont plates ou « canal »mais sont prévues pour « s’accrocher »les unes aux autres

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Tuiles utilisées en « bardage »

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Tuiles « photovoltaïques »

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Panneaux photovoltaïques faisant office de couverture…

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Les ardoises se fixent individuellement et exigent un taux de recouvrement important

Ardoises

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Les Bardeaux sont assimilables à des tuiles plates en bois

Bardeaux

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Bardeaux utilisés en « bardage » de façade

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Couverture en zinc

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Couverture bacs aciers

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Bac acier à isolation thermique incorporée

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Toitures différents types…

Toiture terrasse

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Classification des toitures terrasses…

Selon leur utilisation

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Source : Siplast ©

Acrotère = relevé périphérique de la structure

Eléments constitutifs

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Revêtement d’étanchéité

Protections possibles…

RETOUR

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Fonctions de l’enveloppe

Fonctions Objectifs

Mécanique Equilibre mécanique si des éléments de la structure porteuse sont intégrés dans l’enveloppe

Acoustique Isolation des espaces intérieurs des bruits venant de l’extérieur & vice-versa pour certains projets

Thermique Limitation des échanges de chaleur intérieur vers extérieurs (hiver) ou le contraire (été)Recherche des apports solaires de chaleur (hiver)

Visuelles Recherche d’un éclairage naturelOptimiser les vues sur l’extérieurPréservation de l’intimité

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Fonctions Objectifs

Esthétiques Insertion dans l’espace environnantValeurs symboliques ou identitaires recherchées

Etanchéité àl’eau

Techniquement parlant, les façades d’un ouvrage ne sont pas forcément et obligatoirement étanches à l’eau

Sécurité Préservation des intrusions (extérieur intérieur)Préservation d’une étanchéité (intérieur extérieur)

L’enveloppe d’un ouvrage assure donc plusieurs fonctions parfois incompatibles voire contradictoires…

RETOUR

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UE6 Bases de la conception d'un bâtiment

Découpage fonctionnel d'un bâtiment FonctionsGO

ActionsÉquilibres

EffetsDimensions

* aucune approche normalisée existante pour un tel découpage en « famille d'éléments ...

* certains éléments peuvent intégrer différentes familles ; exemple :

Une toiture terrasse doit être à la fois porteuse comme un plancher et fait partie de l'enveloppe extérieure également...

Les marchés publics de travaux reconnaissant la liste suivante des travaux de bâtiment (classification par « Corps d'État » = selon des domaines de techniques et compétences professionnelles) :

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UE6 Bases de la conception d'un bâtiment

Structure porteuse Enveloppe Second œuvreAscenseurs Elévateurs Charpente Chauffage VentilationCouverture Zinguerie ElectricitéAgencements Mobilier EtanchéitéFondationsGros oeuvre GOMenuiserie Fermetures Peinture Ravalement Plomberie Sanitaires Plâtrerie / isolationRevêtements sols/murs Serrurerie Métallerie Vitrerie Miroiterie

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Quelque soit l’ouvrage, une structure s’interprète comme un assemblage :

* d’éléments porteurs verticaux :

éléments ponctuels (type poteaux) ou linéaires (type murs) qui reprennent et transmettent les charges verticales appliquées à la structure de la toiture jusqu’aux fondations.

* d’éléments porteurs horizontaux :

Toute la gamme des éléments composant les planchers sur lesquels s'appliquent des charges qu'ils transmettent alors aux porteurs verticaux

FonctionsEléments GO

ActionsÉquilibres

EffetsDimensions

2 Les éléments du gros œuvre

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21 Porteurs verticaux type poteaux :

* Un poteau de section rectangulaire ou approchante peut être appelé« pilier »

* Un poteau de section circulaire ou approchante peut être appelé« colonne »

* Un poteau de pont peut être appelé « pile »

Les poteaux peuvent être pleins ou creux, en acier, béton, bois.. réalisés sur place ou préfabriqués en usine.

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Poteaux béton de parking après achèvement gros œuvre

Poteaux – piliers de la cité radieuse (le Corbusier) Firminy - 1965

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Poteaux béton en cours de réalisation

Piliers réalisés et en cours de coffrage

Coffrages « carton » pour couler un poteau : simple, efficace, 1 seule utilisation, nécessitéd'étayer pour stabiliser et régler en phase chantier

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Coffrage spécifique pour poteau

Particularités de la « Sagrada familia » - Gaudi,

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Poteaux – colonnes bâtiment Johnson (Franck Llyod Wright) -1939Les poteaux sont creux, évasés et s'ouvrant en corolle support de plancher en partie sup...

Poteau incliné sur ouvrage en cours de réalisation ; on remarquera le « nez de dalle »..

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Piles d'ouvrage d'art

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Poteaux béton préfabriqués

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Ouvrages à base de poteaux aciers

Gare TGV massy

Construction industrielle typique : l'assemblage poteaux – poutres crée

un portique. Les poteaux reposent sur des éléments de fondation en BA

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Les profilésmétalliques ont une forme en « I », « T », « H », « U »...

Les sections peuvent être tubulaires et parfois renforcées de BA coulé àl'intérieur (construction « mixte » = association BA + construction métallique)

Membrure supérieure

Âme du profilée

Membrure inférieure

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Les poteaux en fonte font partie du passé…

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Ouvrages à base de poteaux bois

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Différents poteaux bois : on remarquera les pièces d'assemblage en « tête et pied » de poteau...

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Maison à « colombage » : structure porteuse faite d'association d'éléments bois porteurs entre lesquels on procède à un remplissage.On parle également de maisons à « pans de bois »

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Troncs de pins Douglas bruts soclés sur platine métallique, supports de couverture « serres photovoltaïques » Bordeaux, architecte F.H Jourda

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UE6 22 Porteurs verticaux type murs :

Un mur peut être :

* en béton : on parle alors de «voile béton» ou «voile BA (béton armé)»

* en maçonnerie = assemblage d'éléments durs et résistants (briques, blocs de béton, pierres...) à l'aide d'un liant hydraulique (élément qui mélangé à l'eau, durcit avec le temps, exemples : ciment, plâtre, argile..)

* en bois, verre, terre crue...

* réalisé également à l'aide d'éléments préfabriqués en usine ...

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Voiles béton en cours de réalisation sur chantier

Les armatures du béton armé pour continuer la

construction : « aciers en attente »

Étaiement provisoire en attendant une résistance

correcte du béton

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Voiles béton en cours de réalisation

Mise en place àl'intérieur de la banche :

- ferraillage BA- « mannequins »et réservations

Voile réalisé à l'aide de coffrages outil : les

« banches » de coffrage

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Murs en briques pleines

Une brique est dite pleine si les vides de sa section de pose sont

< 20% ; sinon elles sont dites creuses, perforées..

La façon de poser les briques pour construire le mur constitue « l'appareillage »

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Attention :

Brique de parement = élément non porteur mais décoratif…

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Murs en BBM = Blocs de béton Manufacturés, ou « parpaings »

Blocs creux et pleinsLes blocs doivent être montés décalés d'un « lit » à un autre ;

dimensions usuelles : longueur * hauteur = 50 * 20épaisseur = 10, 15, 20 cm

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Murs en briques perforées

Blocs spéciaux pour constituer la « feuillure » de pose d'une menuiserie extérieure

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Murs en pierre

Maçonnerie sèche = empilement d'éléments sans liants hydrauliques

==>

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Murs massifs en bois

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Murs à panneaux de bois

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Murs en terre massifs ou en brique de terre

Terre utilisée comme enduit de remplissage et/ou de décoration

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Murs en paille…

Association D e t o i e n t o i t

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Les murs en paille sont ils (sur les deux exemples) porteurs ?

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Murs à base d'éléments préfabriqués : murs précoffrés...

Le panneau est constitué de deux éléments préfabriqués en BA solidarisés par des poutrelles métalliques ; on coule ensuite un béton de remplissage àl'intérieur

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Murs à base d'éléments préfabriqués : blocs de béton à bancher

Les blocs sont assemblés / posés à sec sur chantier ; on remplit alors l'intérieur avec du béton

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Cloisons à base de plaques de plâtre montées sur rails et montants métalliques.Les raccords entre panneaux doivent être repris par un joint d'enduit

Les cloisons sont des éléments légers et non porteurs, permettant de fermer des espaces ; on parle parfois de cloisons de « distribution » . Les cloisons ne font pas partie du Gros œuvre..

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UE6 Bases de la conception d'un bâtiment

Les différents murs...

Murs pignons : ferment les

extrémités d'une construction

Murs de refend : mur porteur intérieur

Murs de fondation :

partie enterrée des murs allant

jusqu'aux fondations

Murs de façades : ferment les grands

côtés d'une construction

Murs pignons : ferment les

extrémités d'une construction

Murs de soutènement : mur assurant l'équilibre

de remblais

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UE6 Les différentes partie d'un mur de façade ...

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4

< 5 >

1 * Baies : désigne toutes les ouvertures dans un mur de façades : fenêtres, porte fenêtres, portes…

2 * Allèges : partie du mur sous les baies3 * Imposte : partie du mur au dessus des baies

4 * Trumeau : partie du mur entre deux baies sur toute la hauteur d’étage5 * Linteau : poutre disposées au dessus d’une baie

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UE6 Bases de la conception d'un bâtiment

Porteurs horizontaux : planchers Ce sont des surfaces porteuses horizontales planes réalisées à partir de :

- dalles ou panneaux

reposant :

- soit sur des poutres,

- soit directement sur un porteur vertical mur ou poteau (+rare)

Les dalles sont soit :

- 100% en béton armé réalisées sur chantier- en béton armé + éléments préfabriqués de différents matériaux- 100% préfabriqués (béton ou bois) posés sur chantier

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Planchers à dalle pleine béton

Le plancher est intégralement réalisé sur chantier par du béton coulé en place .

Nécessité d'installer des coffrages horizontaux.

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Préparation de l’étaiement

Pose du platelage bois

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Ferraillage…et bétonnage

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1 = Couche de forme ou « hérisson » cailloux2 = Couche de sable pour niveler3 = Etanchéité possible4 = Isolant type polystyrène5 = Polyane (membrane étanche mince)6 = Dallage béton

Attention ! Un dallage est un plancher béton reposant directement sur le sol !

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Plancher type prédalle

Les prédalles sont des éléments préfabriqués en usine en béton armé ou quelquefois précontraint.

Le principe est de couvrir avec, les surfaces de plancher àréaliser puis de venir réaliser une épaisseur de BA complémentaire

La prédalle sert de coffrage.

Béton complémentaire = table de compression

prédalles

ferraillage

Les prédalles sont posées sur leurs appuis (ici mur à gauche, poutre à droite).

On vient ensuite installer un ferraillage complémentaire pour le plancher

On coule alors le béton complémentaire

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Plancher poutrelles et entrevous

Les planchers sont réalisés à l'aide de 3 éléments :

- poutrelles BA ou acier préfabriquées- blocs « entrevous » préfabriqués pour couvrir la surface de plancher- béton complémentaire coulé alors par dessus

File d'étaiement provisoire éventuelle

Poutrelles posées

Entrevous en béton, brique, polystyrène...

Couche BA complémentaire (« Hourdis » béton)

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Plancher dalle alvéolaire

Processus quasi identique à la réalisation des planchers prédalles...La dalle alvéolaires est un élément préfabriqué de forte épaisseur et grande portée. Elle est évidée pour obtenir un compromis poids / résistance important.

On l'utilise pour des planchers à forte charges et/ou grande portée

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Plancher collaborantEn lieu et place de prédalles, on utilise des bacs nervurés en acier servant de coffrage et participant à la résistance mécanique du plancher.

82Plancher Collaborant Overspeed ©

1 = bac acier collaborant2 & 7= Pièces pour délimiter le bétonnage4 = poutrelle d’étaiement5 = Béton coulé6 = ferraillage (treillis soudé TS)

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Plancher à panneaux de bois

La face inférieure est habillée ou laissée telle qu’elle est.

La face supérieure du plancher reçoit alors un revêtement de sol : parquet bois ou stratifié, moquettes...

Des panneaux de bois sont assemblés sur des poutres bois (« solives ») pour former la surface horizontale plane du plancher.

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Plancher bois massif

Les planchers bois sont parfois préfabriqués par parties

Plancher « bois+ béton » : récent…

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UE6 Bases de la conception d'un bâtiment

Porteurs horizontaux : planchers

• Les poutres sont réalisées généralement soit :

- à partir de béton coulé en place sur chantier ou préfabriquées- en acier ou aluminium- à partir de bois

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Poutres béton Coulées en place : ferraillage (cage d’armature à gauche) et coffrage (à droite)

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Poutres béton préfabriquées

Poutre préfabriquée mises en place et étayées

Pose de 2 poutres préfabriquées sur un poteau :

l'ensemble est appelé « nœud » d'assemblage

On remarquera le « corbeau » de pose de la poutre(corbeau = élément d'appui en encorbellement, c'est

à dire en saillie par rapport à l'élément principal – le poteau ici en l'occurrence)

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Stockage & Poutre préfabriquée en « T » de grande portée.

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Poutres métalliques

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Poutres treillisExemple de treillis

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Le treillis peut être bi ou tri dimensionnel. Il est généralement en métal, en bois, rarement en béton.

Avantages : grande résistance, portéeInconvénients : encombrement, temps de fabrication

Poutres treillis bidimensionnelles en acier et en bois

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Poutres treillis tri D.

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Les treillis « support de couverture » sont appelés des « fermes » de couverture

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Poutres bois lamellé-collé

Le lamellé-collé ou bois lamelléest un procédé de fabrication consistant à coller des lamelles de bois pour obtenir une pièce de grande dimension ou de formes particulières

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Fonctions des éléments de GO (horizontaux &verticaux)

Les principales fonctions à remplir sont les suivantes :

FONCTIONS

Murs porteurs Planchers

de façade de refend intermédiaire

Mécanique OUI NON

Isolation thermique OUI Rare Rare OUI Possible

Isolation acoustique OUI Possible OUI OUI Possible

Étanchéité Possible NON NON OUI NON

Sécurité au feu Possible Possible

Murs non porteurs, cloisons

toiture terrasse