PUBLICATION SCI P388PUBLICATION CTICM 978-2-902720-35- 4

ÉVALUATION DE LA RÉSISTANCE AU FEU DES PLANCHERS MIXTES PARTIELLEMENT PROTÉGÉS (FRACOF) GUIDE DE DIMENSIONNEMENT

W I Simms BEng(Hons) PhD CEng MICE

B Zhao Dr Eng

ii

iii

AVANT-PROPOS

ÉVALUATION DE LA RÉSISTANCE AU FEU DES PLANCHERS MIXTES PARTIELLEMENT PROTÉGÉS (FRACOF)

La présente publication s’insère dans le cadre du projet de valorisation "Evaluation de la Résistance au Feu des Planchers Mixtes Partiellement Protégés" (FRACOF) subventionné par le programme Léonard Da Vinci de la Commission Européenne. En revanche, en aucun cas, la Commission Européenne n’est tenue responsable des conséquences liées à l’utilisation des informations contenues dans ce document. Le document est issu des résultats d’un projet antérieur financé conjointement par ArcelorMittal et le CTICM, et mis en œuvre par un partenariat entre le CTICM et le SCI. Ce projet antérieur comportait trois délivrables principaux :

• Un document de Justification des Méthodes de Conception FRACOF – expliquant l'élaboration de la méthode de calcul simplifiée et établissant un lien entre la performance prévue à partir de la méthode de calcul simplifiée et le comportement réel de la construction ;

• Un outil de calcul informatique FRACOF – mettant en œuvre la méthode de calcul simplifiée sous la forme d'un logiciel ;

• Un Guide de Dimensionnement FRACOF – expliquant la procédure d'application pour la méthode de calcul simplifiée. Ce guide est destiné à être utilisé conjointement avec l'outil de calcul FRACOF.

La méthode de calcul simplifiée a été initialement élaborée à la suite d'essais au feu à grande échelle, réalisés sur un bâtiment multi-étagé à ossature en acier au laboratoire d'essais de Cardington du Building Research Establishment au Royaume-Uni. Une grande partie des bases théoriques de la méthode de calcul existe depuis la fin des années 1950, à la suite d'études menées sur le comportement structural des dalles en béton armé à température ambiante. Bien que l'application de cette méthode dans le domaine du calcul de résistance au feu soit relativement nouvelle et récente, les bases de la conception de la méthode sont bien établies. La méthode de calcul simplifiée a été mise en œuvre sous la forme d’une feuille de calcul Excel par le SCI en 2000, et une version mise à jour a été publiée en 2006, à la suite de l'introduction d'améliorations dans la méthode de calcul simplifiée. Au Royaume-Uni, le calcul de résistance au feu de nombreux bâtiments à ossature en acier a bénéficié de l'application de cette méthode de calcul. En France, le même concept de dimensionnement a été largement appliqué pour construire de nombreux parkings ouverts comportant des structures en acier non protégées en système de planchers mixtes acier-béton. Dans l’établissement du présent document, de précieuses contributions ont été également apportées par :

Mary Brettle The Steel Construction Institute Ian Simms The Steel Construction Institute Louis Guy Cajot ArcelorMittal Renata Obiala ArcelorMittal Mohsen Roosefid Gisèle Bihina

CTICM CTICM

iv

Sommaire Page No

AVANT-PROPOS iii

RÉSUMÉ v

1 INTRODUCTION 1

2 BASES DE CALCUL 4

2.1 Sécurité incendie 4

2.2 Type de structure 4

2.3 Zones de dimensionnement des planchers 8

2.4 Combinaison d'actions 9

2.5 Exposition au feu 10

3 RECOMMANDATIONS CONCERNANT LES ÉLÉMENTS STRUCTURAUX 14

3.1 Zones de dimensionnement de plancher 14

3.2 Poutres et dalle de plancher 15

3.3 Détails concernant l'armature 19

3.4 Dimensionnement des poutres de rive non mixtes 22

3.5 Poteaux 23

3.6 Assemblages 23

3.7 Stabilité globale du bâtiment 27

4 COMPARTIMENTAGE 28

4.1 Poutres situées au-dessus de murs coupe- feu 28

4.2 Stabilité 29

4.3 Degrés étanchéité et isolation 29

5 EXEMPLE PRATIQUE 31

5.1 Dimensionnement de la dalle de plancher mixte exposée au feu 36

5.2 Détails concernant l'armature 46

5.3 Calcul au feu des poutres périphériques 46

5.4 Protection contre le feu des poteaux 47

RÉFÉRENCES 48

v

RÉSUMÉ

Des essais au feu effectués à grande échelle dans de nombreux pays ainsi que les observations d'incendies de bâtiments réels ont montré que le comportement au feu des bâtiments à ossature mixte acier-béton est bien meilleur que ce que montrent les essais de résistance au feu effectués sur des éléments isolés. Il est clair que les bâtiments à ossature en acier modernes possèdent de grandes réserves de résistance au feu et que les essais de résistance au feu normalisés réalisés sur des éléments isolés sans effet d’interaction ne fournissent pas une indication satisfaisante du comportement de ces structures. Cette publication propose un guide d'application d'une méthode de calcul simplifiée, telle qu'elle est appliquée dans l’outil de calcul FRACOF, qui a été élaboré à la suite de l'observation et de l'analyse du programme d'essais au feu de bâtiments à grande échelle BRE Cardington réalisés au cours des années 1995 et 1996. Les recommandations sont du côté de la sécurité, et se limitent aux structures similaires à celle soumise aux essais, c'est-à-dire à des bâtiments à ossature en acier contreventée, avec des planchers mixtes acier-béton. Ce guide donne aux concepteurs la possibilité d'évaluer le comportement global du bâtiment et leur permet de déterminer quels sont les éléments qui peuvent demeurer sans protection, tout en préservant des niveaux de sécurité équivalents à ceux obtenus avec des méthodes de calcul traditionnelles. Etant donné que de nombreux ingénieurs chargés de la sécurité incendie étudient maintenant des feux réels, l’application des actions thermiques provenant du feu réel figure en parallèle avec l'utilisation du feu normalisé, les deux modèles de feu étant exprimés sous forme de courbes de température dans l'Eurocode 1. Outre le guide de dimensionnement contenu dans cette publication, un document de Justification des Méthodes de Conception séparé donne des détails d'essais au feu et d'analyses par éléments finis réalisés dans le cadre du projet FRACOF, ainsi que certains détails des essais de Cardington qui ont été réalisés sur le bâtiment de huit niveaux à Cardington. Le document de Justification des Méthodes aidera le lecteur à comprendre la base des recommandations de calcul données dans cette publication.

1

1 INTRODUCTION

Les règles de calcul contenues dans ce guide sont basées sur la performance des systèmes de planchers mixtes acier-béton, telle qu'elle est interprétée à partir des incendies de bâtiments réels et d'après des essais au feu à grande échelle (1,2,3). Ces règles pour le calcul au feu des systèmes de plancher mixte acier-béton peuvent être considérées comme équivalentes aux méthodes de même nature figurant dans les Eurocodes.

Les éléments de structure des bâtiments multi-étagés doivent, selon les réglementations incendie nationales, posséder un certain niveau de résistance au feu. Cette résistance au feu peut être établie à partir du comportement lors d'essais de résistance au feu normalisés, ou par des calculs effectués conformément à des normes reconnues, notamment l'EN1991-1-2(4), l'EN 1993-1-2(5) et l'EN 1994-1-2(6). Dans un essai au feu normalisé, on peut s’attendre à une résistance au feu de seulement 15 à 20 minutes pour des poutres en acier à section en I ou en H individuelles, isolées et non protégées. Par conséquent, la pratique normale a consisté à protéger les poutres et poteaux en acier au moyen de revêtements intumescents, de produits projetés ou de plaques résistant au feu, ou, dans les constructions, en incorporant une partie des poutres dans le plancher béton (système de poutre à talon par exemple).

Des essais de résistance au feu réel à grande échelle(7) effectués dans de nombreux pays ont régulièrement montré que le comportement au feu inhérent des systèmes de plancher mixte avec des éléments en acier non protégés est bien meilleur que celui que les résultats des essais au feu normalisé effectués sur des éléments isolés pourraient laisser penser. Les preuves apportées par les sinistres réels montrent que la quantité de protection appliquée sur les éléments en acier peut être excessive dans certains cas. De ce point de vue, les essais au feu de Cardington ont offert une occasion d'étudier le comportement d'une structure métallique réelle exposée au feu, et d'évaluer la résistance au feu des structures mixtes acier-béton non protégées dans des conditions réalistes.

Etant donné que les règles de calcul données dans ce guide concernent un feu de compartiment généralisé, elles peuvent être aisément appliquées pour une exposition au feu normalisé, ainsi que cela est démontré par les essais de plancher à grande échelle réalisés respectivement dans le cadre du projet FRACOF et COSSFIRE. Bien évidemment, cette possibilité constitue un énorme avantage pour les ingénieurs dans leur calcul de résistance au feu des bâtiments multi-étagés en ossature métallique.

Lorsque la justification de la résistance au feu d’un système de plancher mixte repose sur le concept de l’incendie naturel, la méthode de calcul fournie par ce guide peut être également appliquée de manière sécuritaire. Toutefois, dans certains pays, l'acceptation d'une telle démarche peut nécessiter l'obtention d'une autorisation spéciale des pouvoirs publics.

2

On peut considérer que les règles de calcul présentées dans ce guide élargissent l'approche de calcul dans le domaine du comportement au feu des structures mixtes, et développent un nouveau concept de calcul au feu. Le but recherché est que les dimensionnements réalisés conformément à ces règles aboutissent au moins au niveau de sécurité exigé par les réglementations nationales, tout en permettant certaines économies de coût de construction.

Outre la résistance au feu pour la courbe de température normalisée, les règles de calcul de ce guide peuvent être appliquées aux bâtiments conçus pour résister à un feu naturel. Des feux naturels peuvent être définis dans l’outil de calcul FRACOF au moyen de la courbe paramétrée température-temps donnée dans l'EN1991-1-2. Dans ce cas, la dimension du compartiment, des dimensions d'ouvertures éventuelles et de la quantité de combustibles sont prises en compte. L’outil de calcul FRACOF permet également de lire des courbes de température à partir d'un fichier texte, et d'utiliser les résultats d'autres modèles de feu généralisé.

Les règles de calcul ainsi que les recommandations s'appliquent aux ossatures mixtes acier-béton plus ou moins similaires au bâtiment de huit niveaux soumis aux essais à Cardington, comme illustré dans les Figure 1.1 et Figure 1.2.

Les règles de calcul ainsi que les recommandations sont présentées sous forme de guide pour l'application du logiciel FRACOF.

Figure 1.1 Bâtiment d'essai de Cardington avant bétonnage des planchers

3

Figure 1.2 Vue d'une structure en acier non protégée

La réglementation relative à la résistance au feu des produits, éléments de construction et d’ouvrages en France a introduit des exigences basées sur l’approche à objectif, s'ajoutant à des exigences prescriptives. L'exigence réglementaire mentionne que lorsque l’évaluation de la résistance au feu d’un élément ou d’une partie de construction fait appel à une action thermique autre que prédéterminée (feu normalisé), les critères relatifs à l’aptitude à la fonction doivent être respectés pendant toute la durée de l’action thermique, sauf autorisation des autorités précitées. Par ailleurs, l’arrêté ministériel du 21 mars 2004 indique que la vérification du comportement au feu prenant en compte le feu naturel peut constituer une approche alternative sous les conditions suivantes :

– Les actions thermiques, autres que prédéterminées, sont établies à partir de l’examen de scénarios d’incendie. Les scénarios d’incendie utilisés pour l’évaluation des performances de résistance au feu sont retenus en accord avec les autorités publiques, locales ou nationales compétentes ;

– En cas de recours à l’ingénierie du comportement au feu des produits, éléments de construction et d’ouvrages, que ce soit dans le cadre de l’article 6 ou des restrictions particulières mentionnées à l’article 12, l’étude doit faire l’objet d’une appréciation favorable d’un laboratoire agréé avant son application à la construction ou à l’ouvrage. Cette appréciation prend alors la forme d’un avis sur étude ;

– Avant la construction d’un ouvrage ou la réalisation de travaux dans un bâtiment existant, dont la performance de résistance au feu est établie à partir de l’examen de scénarios d’incendie dans les conditions fixées par l’article 6 du présent arrêté, un cahier des charges fixant les conditions d’exploitation doit être fourni, afin d’assurer que les paramètres liés aux scénarios d’incendie retenus seront respectés. L’exploitant doit s’engager à appliquer les dispositions de ce cahier des charges.

4

2 BASES DE CALCUL

Ce chapitre propose un aperçu des hypothèses et principes de calcul qui sont à la base de l'élaboration de la méthode de calcul simplifiée ; des informations plus détaillées sont données dans le document de justification des méthodes associé (7). Le type de structure auquel le guide de dimensionnement est applicable est également brièvement décrit.

Ce guide de dimensionnement a été élaboré à partir de recherches basées sur des résultats d'essais au feu, d'essais à température ambiante et d'analyses par éléments finis.

2.1 Sécurité incendie Les recommandations de calcul données dans la méthode de calcul simplifiée ont été élaborées de façon à satisfaire les exigences de sécurité incendie fondamentales suivantes :

• Il ne doit y avoir aucune augmentation des risques touchant à la vie des occupants, des personnels de lutte contre l'incendie et autres personnes se trouvant au voisinage du bâtiment, par rapport à la pratique courante ;

• Une déformation excessive du plancher exposé au feu ne doit pas provoquer de rupture du compartimentage ; en d'autres termes, le feu doit être circonscrit à son compartiment d'origine et ne doit se propager ni horizontalement, ni verticalement.

2.2 Type de structure Les recommandations de calcul données dans la méthode de calcul simplifiée s'appliquent uniquement aux bâtiments à ossature en acier et à dalles et poutres mixtes, de forme générale suivante :

• ossatures contreventées insensibles au flambement en mode à nœuds déplaçables ;

• ossatures à liaisons conçues au moyen de modèles d'assemblages simples ;

• dalles de planchers mixtes comprenant des bacs en acier, une seule nappe de treillis d'armature et du béton normal ou léger, conçues conformément à l'EN1994-1-1(9) ;

• poutres de planchers conçues pour collaborer avec la dalle de plancher et conçues selon l'EN 1994-1-1.

Ce guide ne s'applique pas aux cas suivants :

• planchers construits au moyen de dalles en béton préfabriquées ;

• poutres de plancher internes ayant été conçues pour ne pas collaborer (les poutres situées en rive de dalle de plancher peuvent ne pas être mixtes) ;

• poutres comportant des ouvertures destinées aux équipements techniques.

5

2.2.1 Modèles d'assemblages simples Les modèles d'assemblages adoptés au cours de l'élaboration du guide proposé dans cette publication supposent que les moments fléchissants ne sont pas transmis par l'assemblage. Ces assemblages sont appelés "simples".

Les assemblages poutre-poteau pouvant être considérés comme "simples" comprennent les assemblages composés des éléments suivants :

• Platines d'extrémité flexibles (Figure 2.1)

• Goussets d’âme (Figure 2.2)

• Double cornière (Figure 2.3)

De plus amples informations sur le dimensionnement des composants d'assemblages "simples" sont données dans la Section 3.6.

Figure 2.1 Exemple d'assemblage à platines d'extrémité flexibles

Figure 2.2 Exemple s d'assemblages à gousset s d’âme

6

Figure 2.3 Exemple d'assemblage à double cornière

2.2.2 Poutres et dalles de planchers Les recommandations de calcul données dans ce guide sont applicables aux bacs acier d'une hauteur maximale de 80 mm avec des épaisseurs de béton au-dessus des nervures de 60 à 90 mm. La résistance des bacs acier est ignorée dans la méthode de calcul au feu mais leur présence empêche l'éclatement du béton en sous-face de la dalle de plancher. Ce type de construction de plancher est illustré dans la Figure 2.4.

Cette méthode de calcul peut être utilisée avec des treillis d'armature isotropes ou orthotropes, c'est-à-dire des treillis possédant des sections identiques ou différentes dans les directions orthogonales. Il convient que la nuance d'acier du treillis d'armature soit spécifiée conformément à l'EN10080. Etant donné que la méthode de calcul exige un treillis d'armature ductile afin d'accompagner des flèches de dalle importantes, il convient de spécifier une Classe B ou une Classe C. Le logiciel FRACOF ne peut être utilisé que pour les treillis d'armature soudés, et il ne peut prendre en compte plus d'une seule nappe d'armature. La présence de barres d'armature dans les nervures de la dalle mixte n'est pas exigée.

Le logiciel inclut les treillis soudés normalisés de séries A et B tels que définis par les normes nationales du Royaume-Uni(11,12) (Tableau 2.1) ainsi qu'une gamme de dimensions de treillis définies par les normes nationales françaises(13,14) (Tableau 2.2) et couramment utilisées sur le marché de la construction en France. Le logiciel FRACOF permet également l'utilisation de dimensions de treillis soudé définies par l'utilisateur.

7

Tableau 2.1 Treillis textiles tels que définis par la norme BS 4483 (11)

Référence de treillis

Dimension de maille

(mm)

Poids (kg/m2)

Barres longitudinales

Barres transversales

Diam. (mm)

Section (mm2/m)

Diam. (mm)

Section (mm2/m)

A142 200x200 2,22 6 142 6 142

A193 200x200 3,02 7 193 7 193

A252 200x200 3,95 8 252 8 252

A393 200x200 6,16 10 393 10 393

B196 100x200 3,05 5 196 7 193

B283 100x200 3,73 6 283 7 193

B385 100x200 4,53 7 385 7 193

B503 100x200 5,93 8 503 8 252

Tableau 2.2 Treillis textiles couramment utilisés s ur le marché français

Référence de treillis

Dimension de maille

(mm)

Poids (kg/m2)

Barres longitudinales

Barres transversales

Diam. (mm)

Section (mm2/m)

Diam. (mm)

Section (mm2/m)

ST 20 150x300 2,487 6 189 7 128

ST 25 150x300 3,020 7 257 7 128

ST 30 100x300 3,226 6 283 7 128

ST 35 100x300 6,16 7 385 7 128

ST 50 100x300 3,05 8 503 8 168

ST 60 100x300 3,73 9 636 9 254

ST 15 C 200x200 2,22 6 142 6 142

ST 25 C 150x150 4,03 7 257 7 257

ST 40 C 100x100 6,04 7 385 7 385

ST 50 C 100x100 7,90 8 503 8 503

ST 60 C 100x100 9,98 9 636 9 636

Figure 2.4 Vue écorchée d'une construction de plancher mixte typique

8

Il est important de définir les dimensions de poutres utilisées dans la construction du plancher, car elles influent sur la performance au feu de ce dernier. Le concepteur aura besoin de disposer de détails sur la section du profilé, la nuance d'acier et le degré de connexion disponibles pour chaque poutre du plancher. L'interface du logiciel FRACOF permet à l'utilisateur de choisir dans une liste prédéfinie couvrant les profilés en I et H courants britanniques, européens et américains.

2.3 Zones de dimensionnement des planchers La méthode de calcul exige que le concepteur divise le plancher en un certain nombre de zones de dimensionnement, comme indiqué dans la Figure 2.5. Les poutres situées sur le périmètre de ces zones de dimensionnement doivent être conçues de sorte à obtenir la résistance au feu exigée pour le plancher, et seront donc normalement protégées contre le feu.

Il convient qu'une zone de dimensionnement de plancher respecte les critères suivants :

• Chaque zone doit être rectangulaire ;

• Chaque zone doit être délimitée sur tous ses côtés par des poutres ;

• Les poutres situées à l'intérieur d'une zone doivent être orientées dans une seule direction ;

• Les poteaux ne doivent pas être situés à l'intérieur d'une zone de dimensionnement de plancher ; ils peuvent être situés sur le périmètre de la zone de dimensionnement ;

• Pour des durées de résistance au feu supérieures à 60 minutes, ou lorsqu'on utilise la courbe de température paramétrée, tous les poteaux doivent être encastrés par au moins une poutre protégée contre le feu dans chaque direction orthogonale.

Toutes les poutres situées à l'intérieur de la zone peuvent être laissées sans protection, à condition de démontrer au moyen du logiciel FRACOF que la résistance au feu de la zone de dimensionnement de plancher est appropriée. Les dimensions et l'espacement de ces poutres non protégées ne sont pas critiques vis-à-vis de la performance de la structure au feu.

Un exemple de zone de dimensionnement de plancher unique est donné dans la Figure 2.5.

9

Figure 2.5 Exemple de zone de dimensionnement de plancher

2.4 Combinaison d'actions Il convient d'utiliser la combinaison d'actions pour les situations de calcul accidentelles donnée en 6.4.3.3 et dans le Tableau A1.3 de l'EN 1990 (15) pour les vérifications de résistance au feu. Avec uniquement des actions permanentes défavorables et sans actions de précontrainte, la combinaison d'actions à prendre en compte est la suivante :

( ) ∑∑ +++ iij QQAG k,,2k,12,11,1dsup,k, or ψψψ

Où :

Gk,j,sup Action permanente défavorable

Ad Action accidentelle principale

Qk,1 et Qk,i Actions variables associées, principale et autres respectivement

1,1ψ Coefficient pour la valeur fréquente de l'action variable

principale

i2,ψ Coefficient pour la valeur quasi-permanente de l’ième

action variable

L'utilisation de ψ1,1 ou de ψ2,1 avec Qk,1 doit normalement être spécifiée dans l'Annexe Nationale appropriée. Il convient de consulter l'Annexe Nationale du pays où le bâtiment doit être construit afin de déterminer le facteur à utiliser.

Les valeurs utilisées pour les coefficients ψ se rapportent à la catégorie de l'action variable à laquelle ils s'appliquent. Les valeurs recommandées dans l'Eurocode pour les coefficients ψ pour les bâtiments sont données dans le Tableau A1.1 de l'EN 1990 ; ces valeurs sont confirmées ou modifiées par l'Annexe Nationale appropriée. Les valeurs de coefficient ψ pour les bâtiments en France sont résumées dans le Tableau 2.3. Pour les planchers permettant une distribution latérale des charges, les charges uniformément réparties suivantes sont données pour les partitions mobiles dans le paragraphe 6.3.1.2(8) de l'EN 1991-1-1(16) :

Poutre non protégée

Poutre protégée contre le feu

10

Partitions mobiles d'un poids propre ≤ 1,0 kN/m linéaire : qk = 0,5 kN/m2

Partitions mobiles d'un poids propre ≤ 2,0 kN/m linéaire : qk = 0,8 kN/m2

Partitions mobiles d'un poids propre ≤ 3,0 kN/m linéaire : qk = 1,2 kN/m2.

Les partitions mobiles d'un poids propre supérieur à 3,0 kN/m linéaire doivent être traitées en fonction de leur emplacement.

Les valeurs recommandées de l'Eurocode pour les surcharges variables sur les planchers sont données dans le Tableau 6.2 de l'EN 1991-1-1 ; ces valeurs peuvent également être modifiées par l'Annexe Nationale appropriée. Le Tableau 2.4 présente les valeurs recommandées de l'Eurocode et les valeurs données dans l’Annexe Nationale Française pour les surcharges sur un plancher de bureaux.

Tableau 2.3 Valeurs des coefficients ψψψψ

Actions Valeurs recommandées de l'Eurocode

Valeurs de l'Annexe Nationale en France

1ψ 2ψ 1ψ 2ψ

Zones domestiques, de bureaux et de circulation où : 30 kN < poids du véhicule ≤ 160 kN

0,5 0,3 0,5 0,3

Zones de stockage 0,9 0,8 0,9 0,8

Autres* 0,7 0,6 0,7 0,6

* Les actions climatiques ne sont pas comprises

Tableau 2.4 Charge d'exploitation sur plancher de b ureaux

Catégorie de surface chargée

Valeurs recommandées de l'Eurocode

Valeurs de l'Annexe Nationale en France

qk (kN/m2) Qk (kN) qk (kN/m2) Qk (kN)

B – Zones de bureaux

2,0 - 3,0 1,5 - 4,5 2,5 4,0

* Au-dessus du niveau du rez-de-chaussée

**Au niveau ou au-dessous du niveau du rez-de-chaussée

2.5 Exposition au feu Les recommandations données dans la méthode de calcul simplifiée peuvent être appliquées aux bâtiments dans lesquels les éléments structuraux sont considérés comme exposés à une courbe de température normalisée ou à une courbe de température paramétrée, toutes deux définies dans l'EN 1991-1-2. Un modèle amélioré peut également être utilisé pour définir une courbe de température pour un scénario de feu naturel généralisé. La courbe de température obtenue peut être utilisée dans le logiciel FRACOF sous forme de fichier texte.

11

Dans tous les cas, il convient de respecter les dispositions normales de la réglementation nationale concernant les issues de secours.

2.5.1 Résistance au feu Les essais au feu de Cardington ont été réalisés au moyen de feux réels ("naturels") ainsi que de brûleurs à gaz non normalisés. Ces essais n'ont pas suivi la courbe de température normalisée qui est utilisée pour définir les durées de résistance au feu données dans les réglementations nationales, et les températures relevées au cours de ces essais ont donc été interprétées en fonction de la courbe de température normalisée.

Les durées de résistance au feu recommandées pour les éléments de construction de différents types de bâtiments dans les réglementations nationales sont données dans le Tableau 2.5. Les éléments structuraux de la plupart des bâtiments à deux niveaux exigent une résistance au feu de 30 minutes et ceux de la plupart des bâtiments de trois à cinq niveaux exigent une résistance au feu de 60 minutes.

Les recommandations qui suivent concernent les bâtiments dans lesquels les éléments de structure doivent présenter une résistance au feu allant jusqu'à 120 minutes. A condition de suivre ces recommandations, les bâtiments à ossature métallique conserveront leur stabilité pendant cette durée de résistance au feu, lorsqu'un compartiment quelconque est soumis à la courbe de température normalisée (1).

On peut considérer que tous les bâtiments à ossature métallique comportant des planchers mixtes possèdent en général une résistance au feu de 15 minutes sans protection contre le feu, et par conséquent, il n'est donné aucune recommandation spécifique dans ce cas.

12

Tableau 2.5 Résumé des exigences de résistance au f eu d'après la Réglementation de Sécurité Incendie française

Habitation < 2

étages

2 étages < H

≤ 4 étages

4 étages < H ≤ 28 m 28 m < H < 50 m > 50 m

R15 R30 R60 R90 R 120

Rez-de-chaussée Hauteur du dernier

étage ≤ 8 m Hauteur du dernier

étage > 8 m Hauteur du dernier

étage > 28 m

Bureaux1 0 R60 R 120

ERP

< 100 personnes 0 R60

R120 < 1500 personnes R30 R60

> 1500 personnes R30 R60 R90

Parcs de stationnement (ERP)

Rez-de-chaussée >2 étages Hauteur du dernier étage > 28 m

R60 R90 R120

Note : 1. Bureaux non ouverts au public

H représente la hauteur du dernier étage

2.5.2 Feu naturel (courbe paramétrée) Le logiciel FRACOF permet d'étudier l'effet d'un feu naturel sur le plancher en utilisant la courbe paramétrée telle que définie dans l'EN1991-1-2 Annexe A [1]. Il convient de noter qu'il s'agit d'une Annexe Informative et que son utilisation peut ne pas être autorisée dans certains pays européens, comme la France. Avant d'entreprendre le dimensionnement final, il est conseillé au concepteur de consulter l'Annexe Nationale appropriée.

En utilisant cette courbe de feu paramétrée, le logiciel définit la température du compartiment en prenant en compte :

• Les dimensions du compartiment : o Longueur de compartiment o Largeur de compartiment o Hauteur de compartiment

• La hauteur et la surface des fenêtres : o Hauteur de fenêtre o Longueur de fenêtre o Pourcentage d'ouverture de fenêtres

• La quantité de combustibles et leur répartition dans le compartiment : o Potentiel calorifique o Facteur de combustion o Vitesse de combustion

• Les propriétés thermiques des revêtements du compartiment. La température d'un feu paramétrée s'élève souvent plus rapidement que celle d'un feu normalisé au début, mais, au fur et à mesure que les combustibles se consument, la température chute rapidement. La température d'un feu normalisé s'accroît régulièrement et indéfiniment.

13

La courbe de température normalisée et une courbe paramétrée typique sont données dans la Figure 2.6.

Figure 2.6 Compar aison des courbes de température normalisée et

paramétrée typique

0

200

400

600

800

1000

1200

0 15 30 45 60 75 90Temps [min]

0°

200°

400°

600°

800°

1000°

1200°°

0 15 30 45 60 75 90

Paramétrée

Normalisé

Température [°C]

14

3 RECOMMANDATIONS CONCERNANT LES ÉLÉMENTS STRUCTURAUX

3.1 Zones de dimensionnement de plancher Il convient que chaque plancher soit divisé en zones de dimensionnement répondant aux critères donnés dans la Section 2.3.

La division d'un plancher en zones de dimensionnement est illustrée dans la Figure 3.1. Les zones de plancher marquées "A" entrent dans le critère d’application de la méthode de calcul simplifiée et leur performance mécanique au feu peut être déterminée au moyen du logiciel FRACOF. La zone marquée "B" n'entre pas dans ce critère car elle renferme un poteau et les poutres situées dans cette zone n'ont pas toutes la même orientation.

Une zone de plancher unique est illustrée dans la Figure 3.2 ; elle montre les désignations de portées de poutres utilisées dans le logiciel FRACOF. Un dimensionnement normal suppose que les charges du plancher sont reprises par des poutres secondaires, elles-mêmes appuyées sur des poutres principales.

La méthode de calcul au feu suppose qu'en situation d’incendie, la résistance des poutres internes non protégées diminue de façon significative, laissant la dalle mixte comme un élément à deux portées en appui simple sur sa périphérie. Afin de garantir que la dalle peut développer un effet de membrane, le logiciel FRACOF calcule le moment appliqué sur chaque poutre périphérique résultant des actions exercées sur la zone de dimensionnement du plancher. Pour conserver l’appui vertical de la périphérie de la zone de dimensionnement du plancher en pratique, le logiciel calcule le taux d’utilisation et donc la température critique de ces poutres périphériques. Il convient de concevoir la protection contre le feu de ces poutres sur la base de cette température critique et de la durée de résistance au feu exigée pour le plancher, conformément à la réglementation nationale. La température critique ainsi que le taux d’utilisation de chaque poutre périphérique sont données pour les Côtés A à D de la zone de dimensionnement de plancher, comme indiqué dans la Figure 3.2.

Comme il est noté dans la Section 2.2.2, il existe une restriction dans l'utilisation du logiciel FRACOF : pour une résistance au feu de 60 minutes ou plus, les limites de zone doivent être alignées sur la trame des poteaux, et les poutres situées aux limites doivent être protégées contre le feu. Pour une résistance au feu de 30 minutes, cette restriction ne s'applique pas, et les limites de la zone ne doivent pas nécessairement être alignées sur la trame des poteaux. Par exemple, dans le Tableau 3.1, les zones A2 et A3 ne comprennent des poteaux que dans deux de leurs angles, et elles pourraient être considérées comme des zones de dimensionnement pour un plancher exigeant une résistance au feu de 30 minutes maximum.

15

Légende A : Zones pouvant être dimensionnées au moyen du logiciel FRACOF A(1) Durée de résistance au feu quelconque A(2) & A(3) uniquement 30 minutes de résistance au feu

B : Hors du cadre d’application

Figure 3.1 Zones de dimensionnement de plancher possibles

Figure 3.2 Définition de la portée 1 (L1) et de la portée 2 (L2) et disposition des

poutres pour une zone de dimensionnement de planche r dans un bâtiment exigeant une résistance au feu de 60 minut es ou plus.

3.2 Poutres et dalle de plancher Le logiciel FRACOF calcule la capacité portante des poutres non protégées et de la dalle de plancher en situation d’incendie. Etant donné que la méthode de calcul simplifiée, mise en œuvre dans le logiciel, suppose que la dalle possède un appui approprié sur sa périphérie, le logiciel calcule également la température critique pour chaque poutre périphérique sur la base de la capacité portante de la zone de dimensionnement du plancher.

3.2.1 Calcul au feu de la dalle de plancher Capacité portante de la dalle de plancher mixte

Lors du calcul de la capacité portante de chaque zone de dimensionnement de plancher, les résistances de la dalle mixte et des poutres non protégées sont calculées séparément. La dalle est supposée n'avoir aucune continuité sur la périphérie de la zone de dimensionnement du plancher. La charge pouvant être

CÔTÉ A

CÔTÉ C

CÔTÉ D CÔTÉ BL

1L

2

Poutres internes non protégées

Poutres périphériques protégées

Escaliers Noyau

A(3)

A(2)

A(1)

Escaliers

B

16

reprise par le comportement en flexion de la dalle de plancher située dans la zone de dimensionnement du plancher est calculée sur la base d'un mécanisme de borne inférieure de plasticité qui suppose l'existence d'un système de lignes de rupture tel qu'indiqué dans la Figure 3.3.

Figure 3.3 Hypothèse de système de lignes de rupture utilisée pour calculer

la résistance de la dalle

La valeur de la résistance calculée en utilisant la borne inférieure de plasticité est améliorée par la prise en compte de l'impact bénéfique de l'effet de membrane en traction en grands déplacements. Cette amélioration augmente avec l'accroissement de la flèche verticale de la dalle jusqu'à ce que la ruine survienne en raison de la rupture du ferraillage dans la petite portée de la dalle ou de la rupture par compression du béton dans les angles de la dalle, comme illustré dans la Figure 3.4. Etant donné que la méthode de calcul ne peut prédire le point de ruine, la valeur de flèche prise en compte lors du calcul de l'amélioration est basée sur une estimation sécuritaire de la flèche de dalle qui inclut la prise en compte de la courbure thermique de la dalle ainsi que la déformation de l'armature, comme montré ci-dessous.

( )8

35.0

2.19

2212 L

E

f

h

lTTw

a

y

+

−=

α

La flèche due à l'allongement de l'armature est également limitée par l'expression suivante :

( )302.19

212 l

h

lTTw +

−≤

α

Où

(T2 – T1) est la différence de température entre la surface supérieure et la surface inférieure de la dalle

L est la plus grande dimension de la zone de dimensionnement

l est la plus petite dimension de la zone de dimensionnement

fy est la limite élastique du treillis d'armature

E est le module d'élasticité de l'acier

h est la hauteur hors-tout de la dalle mixte

α est le coefficient de dilatation thermique du béton.

Lignes de rupture

Appui simple sur 4 côtés

17

Tous les résultats d'essais disponibles montrent que cette valeur est dépassée avant que survienne la ruine de la dalle par dépassement de sa capacité portante. Ceci signifie que la résistance prévue par la méthode de calcul est sécuritaire par rapport à sa performance réelle.

La flèche globale de la dalle est également limitée par l'expression :

30

lLw

+≤

(a) Ruine par traction de l'armature

(b) Ruine par compression du béton Figure 3.4 Mode de ruine par rupture de l'armature

La résistance à la flexion résiduelle des poutres mixtes non protégées est alors ajoutée à la résistance de la dalle améliorée pour obtenir la résistance totale du système complet.

Performance étanchéité et isolation de la dalle mix te

Le logiciel FRACOF ne vérifie pas explicitement la performance étanchéité ou isolation de la dalle de plancher. Le concepteur doit par conséquent s'assurer que l'épaisseur de dalle choisie est suffisante pour obtenir la performance de la

Le bord de la dalle se déplace vers le centrede la dalle et « soulage » la contrainte exercéedans l'armature dans la petite portée

Système de lignes de rupture

Ecrasement du béton provoqué par les efforts dans le plan

Fissure sur toute l'épaisseur Rupture par compression du béton

Cheminement de lignes de rupture

Ruptures de l'armature dans la grande portée

Le bord de la dalle se déplace vers le centre de la dalle et soulage la contrainte exercée dans l’armature dans la petite portée

18

fonction séparative nécessaire conformément aux recommandations données dans l'EN 1994-1-2.

Pour garantir que la dalle mixte conserve son étanchéité en cas d’exposition au feu et que l'effet de membrane peut se développer, on doit prendre soin de s'assurer que le recouvrement du treillis d'armature est correct. Ceci revêt une importance particulière dans la région des poutres non protégées et autour des poteaux. De plus amples informations sur les exigences concernant les longueurs de recouvrement et le positionnement du treillis d'armature sont données dans la Section 3.3.

3.2.2 Calcul au feu des poutres situées sur la péri phérie de la zone de dimensionnement de plancher Les poutres situées sur la périphérie de la zone de dimensionnement de plancher, marquées A à D dans la Figure 3.2, doivent normalement posséder la résistance au feu exigée pour le plancher, afin d'offrir l'appui vertical nécessaire à la périphérie de la zone de dimensionnement de plancher. Ceci implique en général une protection contre le feu de ces poutres.

Le logiciel FRACOF calcule l'effet d'actions de calcul sur ces poutres périphériques ainsi que le moment résistant de la poutre à température ambiante, afin d'obtenir le taux d’utilisation pour chaque poutre périphérique, qui est calculé au moyen du guide donné dans l'EN 1993-1-2 § 4.2.4, comme montré ci-dessous :

d,0fi,

dfi,0 R

E=µ où :

Efi,d est l'effet d'actions de calcul sur la poutre exposée au feu

Rfi,d,0 est la résistance de calcul de la poutre à l'instant t = 0.

Après avoir calculé le taux d’utilisation, le logiciel peut calculer la température critique de la semelle inférieure des poutres périphériques. Cette température critique est enregistrée dans les résultats du logiciel FRACOF pour être utilisée lors de la spécification de la protection contre le feu exigée pour chacune des poutres périphériques de la zone de dimensionnement de plancher. On pourra trouver des détails complets sur la méthode de calcul dans le Document Technique FRACOF(7).

Pour les poutres périphériques comportant des zones de dimensionnement sur leurs deux côtés, il convient d'utiliser la plus faible valeur de température critique donnée par le calcul des zones de dimensionnement adjacentes pour le dimensionnement de la protection contre le feu de la poutre périphérique concernée. La méthode de calcul pour une poutre périphérique partagée par deux zones de dimensionnement est illustrée dans l'exemple pratique, voir Section 5.3.1.

Lors de la spécification de la protection contre le feu des poutres périphériques, le fournisseur de la protection doit connaître le facteur de massiveté de l'élément à protéger, ainsi que la durée de résistance au feu exigée et la température critique de l'élément. La plupart des fabricants de matériaux de protection contre le feu reconnus disposent pour leurs produits d'évaluations multi-températures réalisées conformément à l'EN 13381-4(17) pour les matériaux non réactifs ou à l'EN 13381-8(18) pour les matériaux réactifs

19

(intumescents). Les tableaux de calcul de la protection contre le feu, qui mettent en relation le facteur de massiveté et l'épaisseur de la protection, sont basés sur une valeur de température d'évaluation unique. Cette température d'évaluation doit normalement être inférieure ou égale à la température critique de l'élément.

3.3 Détails concernant l'armature Il convient que la limite élastique et la ductilité de l'acier d'armature soient spécifiées conformément aux exigences de l'EN 10080. La limite élastique caractéristique d'une armature conforme à l'EN 10080 se situe normalement entre 400 MPa et 600 MPa, selon le marché national. Afin que l'armature possède une ductilité suffisante pour permettre le développement de l'effet de membrane en traction, il convient de spécifier une Classe B ou une Classe C.

Dans la plupart des pays, il peut subsister des normes nationales pour la spécification des armatures pouvant servir d'informations complémentaires non contradictoires (NCCI), étant donné qu'une gamme courante de nuances d'acier n'a pas encore fait l'objet d'un accord pour l'EN 10080.

Dans les dalles mixtes, la fonction principale du treillis d'armature est d'empêcher la fissuration du béton. Par conséquent, on a tendance à positionner ce treillis aussi près que possible de la surface du béton tout en conservant une hauteur minimale d'enrobage nécessaire pour assurer une durabilité appropriée, conformément à l'EN 1992-1-1[19]. En situation d’incendie, la position du treillis influe sur la température de l'armature et le bras de levier dans le calcul de la résistance à la flexion. En général, une performance au feu appropriée est obtenue en positionnant le treillis à une distance comprise entre 15 mm et 45 mm sous la surface supérieure du béton.

La Section 3.3.1 donne des informations générales sur les détails des armatures. On trouvera de plus amples conseils et informations dans l'EN 1994-1-1(9) et l'EN 1994-1-2[6] ou dans toute spécification nationale comme celle donnée dans la référence (20).

3.3.1 Détails constructifs des treillis d'armature Habituellement, les dimensions des nappes de treillis d'armature sont de 4,8 m par 2,4 m et elles doivent donc se recouvrir pour obtenir la continuité de l'armature. Des longueurs de recouvrement suffisantes doivent donc être spécifiées, et un contrôle approprié sur chantier doit être mis en place afin de garantir que ces détails sont bien appliqués sur le site. Des longueurs de recouvrement recommandées sont données dans la section 8.7.5 de l'EN1992-1-1[19] ou peuvent être prises dans le Tableau 3.1. La longueur de recouvrement minimale pour un treillis d'armature doit normalement être de 250 mm. Dans l'idéal, il convient de spécifier des treillis "à bords libres", comme illustré dans la Figure 3.5, pour éviter l'accumulation de barres au niveau des recouvrements. Il s'avère souvent économique de commander des nappes "sur mesure" afin de réduire les surplus.

20

Figure 3.5 Treillis à bords libres

Tableau 3.1 Longueurs d'ancrage et recouvrements en traction recommandés pour les treillis soudés

Type d'armature Type de fil/barre Qualité de béton

LC 25/28

NC 25/30

LC 28/31

NC 28/35

LC 32/35

NC 32/40

Barre en nuance 500 de diamètre d

Torsadé 50d 40d 47d 38d 44d 35d

fils de 6 mm

Torsadé 300 250 300 250 275 250

fils de 7 mm

Torsadé 350 300 350 275 325 250

fils de 8 mm

Torsadé 400 325 400 325 350 300

fils de 10 mm

Torsadé 500 400 475 400 450 350

Notes :

Ces recommandations peuvent être appliquées en toute sécurité au dimensionnement selon l'EN 1992-1-1.

Lorsqu'un recouvrement survient au-dessus d'un profilé et que l'enrobage minimum est inférieur à deux fois la dimension de l'armature recouverte, il convient d'augmenter la longueur de recouvrement d'un facteur 1,4.

Les barres/fils torsadés sont définis dans l'EN 10080.

La longueur minimale d'ancrage/recouvrement pour les barres et treillis doit normalement être de 300 mm et 250 mm respectivement.

3.3.2 Exigences concernant les détails constructifs des bords d'une dalle de plancher mixte Les détails du ferraillage au bord de la dalle de plancher mixte ont un effet significatif sur la performance des poutres de rive et de la dalle de plancher exposées au feu. Les conseils donnés ci-dessous sont basés sur des recommandations de bonne pratique pour le dimensionnement et la construction de dalles de plancher mixtes en vue de la satisfaction des

Bords libres

21

exigences pour le calcul à température ambiante. Les conseils et la méthode de calcul au feu présentés dans ce document supposent que le plancher mixte est construit conformément à ces recommandations.

Figure 3.6 Disposition du couvre -joint de rive

Le bord de la dalle mixte est habituellement formé au moyen de "couvre-joints de rive" faits de bandes d'acier galvanisé minces fixées sur la poutre de la même façon que les bacs, comme illustré dans la Figure 3.6. Dans le cas où la poutre de rive est conçue pour collaborer avec la dalle en béton, il est nécessaire d'utiliser des barres d'armature en U afin d'empêcher une fissuration longitudinale de la dalle en béton. Ces barres d'armature assurent également un bon ancrage de la poutre de rive sur la dalle lorsqu'on utilise la méthode de calcul simplifiée.

Certains détails de rive de dalle habituels, couvrant les deux orientations de bac, sont donnés dans la Figure 3.7. Lorsque les nervures du bac acier sont disposées perpendiculairement à la poutre de rive et se trouvent en console sur une courte distance, le couvre-joint de rive peut être fixé de la façon proposée dans la Figure 3.7 (a). Le porte-à-faux ne doit normalement pas être supérieur à 600 mm, selon l'épaisseur de la dalle et le type de bac utilisé.

Le cas le plus difficile se pose lorsque les nervures des bacs sont disposées parallèlement à la poutre de rive, et lorsque la dalle finie doit être en console sur une courte distance, de telle sorte que la rive longitudinale du bac n'est pas appuyée, voir Figure 3.7 (b). Lorsque le porte-à-faux de la dalle est supérieur à 200 mm environ (selon les détails spécifiques), le couvre-joint doit normalement être disposé entre les tronçons de poutre fixés sur la poutre de rive, comme illustré dans la Figure 3.7 (c). Ces tronçons de poutre sont en général espacés de moins de 3 m, et ils doivent normalement être dimensionnés et spécifiés par le concepteur de structure en tant que partie intégrante de la structure métallique.

L Bac acier

C Poutre

Le couvre-joint doit être disposé d'après l’axe de la poutre (non de la trame)

22

Figure 3.7 Détails de rive typiques

3.4 Dimensionnement des poutres de rive non mixtes Il est courant de concevoir les poutres de rive de plancher comme des poutres non mixtes. Ceci parce que la satisfaction des exigences concernant les armatures de cisaillement transversales est plus onéreuse que l'installation d'une poutre non mixte légèrement plus lourde. Pour le calcul au feu, il est important que la dalle de plancher soit convenablement ancrée sur les poutres de rive, car ces poutres se trouvent sur le bord des zones de dimensionnement de plancher. Bien qu'ils ne soient pas habituellement exigés pour le calcul à température ambiante des poutres de rive non mixtes, ce guide recommande l'utilisation de connecteurs de cisaillement à entraxe de 300 mm maximum et d'étriers d'armature positionnés autour des connecteurs, comme décrit dans la Section 3.3.2.

Les poutres de rive ont souvent une double fonction, servir d’appui à la fois aux planchers et au revêtement de façade. Il est important que la déformation des poutres de rive n'affecte pas la stabilité du revêtement car cela pourrait augmenter le danger pour les personnels de lutte contre l'incendie et autres personnes du voisinage. (Ceci ne concerne pas le risque de chute de verre entraîné par le choc thermique, qui peut être évité uniquement par l'utilisation de matériaux particuliers ou de sprinklers.) Une déformation excessive de la

Fixation surcouvre - joint

Etriers nécessaires pouréviter fissures longitudinales

Fixation Etriers à entraxe de

600 mm environ

Max. 200 mm Tronçon en console spécifié par leconcepteur

> 200 mm

Tôles découpées sur site selon détail de rive

Etriers sup pl. nécessaires

pour éviter fissures longitudinales

Etriers à entraxe de600 mm environ

Treillis d'armature Etriers à entraxe de600 mm environ

Minimum 114 mm

(pour goujons 19 mm)

Console max. 600 mm

(ou 1/4 portée adj. si inf.)

Etriers sup pl. nécessaires

pour éviter fissures longitudinales

a) Console d'extrémité typique (profils perpendiculaires à la poutre)

b) Détail de rive typique (profils parallèles à la poutre)

c) Console de rive avec tronçon de poutre

75mm

(profils parallèles à la poutre)

23

façade pourrait accroître ce risque, en particulier dans le cas de bâtiments de grande hauteur et revêtus de maçonnerie, en raison du descellement de briques.

3.5 Poteaux Le guide de dimensionnement du présent document est conçu pour confiner les dommages de la structure et la propagation du feu au compartiment d'incendie lui-même. Pour ce faire, les poteaux (autres que ceux situés au dernier étage) doivent normalement être dimensionnés pour la durée de résistance au feu exigée, ou pour résister au feu naturel (paramétrique) sélectionné.

Il convient que toute application de protection contre le feu des poteaux métalliques s'étende sur la hauteur totale du poteau, y compris la zone d'assemblage (voir Figure 3.8). Ceci garantit qu'il ne se produira aucun écrasement local du poteau et que les dommages de la structure se limiteront à un seul niveau.

Figure 3.8 Etendue de la protection contre le feu des poteaux

Dans les essais au feu de Cardington, les poteaux protégés se sont bien comportés et n'ont montré aucun signe de ruine.

Les poteaux mixtes acier-béton peuvent être également appliqués en combinaison avec les planchers mixtes conçus pour se comporter sous l’effet de membrane. Toutefois, lorsque la protection est nécessaire pour les poutres assemblées à ce type de poteaux, la zone de poteaux au niveau de l’assemblage doit être également protégée contre le feu.

3.6 Assemblages Comme indiqué dans la Section 2.2.1, les valeurs données par la méthode de calcul concernent des assemblages "simples", tels ceux à platines d'extrémité flexibles, à goussets d’âme et double cornière.

Le bâtiment à ossature en acier soumis aux essais à Cardington comportait des assemblages à platines d'about flexibles et à goussets d’âme. Des ruines partielles et totales de certains assemblages des poutres non-protégées ont été observées au cours de la phase de refroidissement des essais au feu de Cardington, sans toutefois provoquer de ruine de la structure.

Protection de la sous-face de la dalle de

Les doubles cornièresboulonnées ne nécessitent pas de protection plancher

24

Dans le cas où la platine a été arrachée de l'extrémité de la poutre, il ne s'est produit aucune ruine car la dalle de plancher a transmis le cisaillement vers d'autres lignes de charge. Ceci souligne le rôle important de la dalle de plancher mixte, qui peut être obtenu avec un recouvrement correct des armatures.

Les résistances des assemblages simples doivent normalement être vérifiées au moyen des règles données dans l'EN 1993-1-8 (22).

3.6.1 Classification des assemblages Il convient que les détails des assemblages satisfassent les hypothèses prises dans le modèle de calcul. Trois classes d'assemblages sont données dans l'EN 1993-1-8 :

• Nominalement articulé

- Assemblage qui transmet les sollicitations de cisaillement sans transmettre de moments significatifs,

• Semi-rigide

- Assemblage qui ne satisfait pas les critères d'assemblage nominalement articulé ni d'assemblage rigide,

• Rigide

- Assemblage qui assure une totale continuité.

L'EN 1993-1-8 §5.2 donne des principes pour la classification des assemblages sur la base de leur rigidité et de leur résistance ; il convient de prendre également en compte la capacité de rotation (ductilité) de l'assemblage.

Comme indiqué dans la Section 2.2.1, les valeurs données par la méthode de calcul simplifiée ont été élaborées en supposant l'utilisation d'assemblages classés articulés (simples). Pour s'assurer qu'un assemblage ne transmet pas de moments fléchissants significatifs et donc qu'il s'agit d'un assemblage "simple", on doit faire en sorte qu'il possède une ductilité suffisante pour permettre un degré de rotation. Ceci peut être réalisé en concevant les détails de l'assemblage de telle sorte qu'il respecte des limites géométriques. Des conseils sur les limites géométriques et sur un dimensionnement initial propres à garantir une ductilité suffisante de l'assemblage sont donnés dans les documents Access-steel (23).

3.6.2 Platines d'extrémité Il existe deux types fondamentaux d'assemblages à platines d'extrémité : à hauteur partielle et à pleine hauteur. Le document SN013 recommande l'utilisation de :

Platines à hauteur partielle lorsque : VEd ≤ 0,75 Vc,Rd

Platines à pleine hauteur lorsque : 0,75 Vc,Rd < VEd ≤ Vc,Rd

Où :

25

VEd est l'effort tranchant de calcul appliqué à l'assemblage

Vc,Rd est la résistance au cisaillement de calcul de la poutre supportée.

Il convient de vérifier la résistance des composants de l'assemblage par rapport aux exigences données dans l'EN 1993-1-8. Pour les situations de calcul permanentes et transitoires, les résistances de calcul suivantes doivent être vérifiées à température ambiante :

• Groupe de boulons de la platine d'about*

• Elément porteur en appui

• Platine d'about en cisaillement (section brute)

• Platine d'about en cisaillement (section nette)

• Platine d'about en cisaillement (bloc de cisaillement)

• Platine d'about en flexion

• Âme de poutre en cisaillement*.

Par souci d'exhaustivité, il convient d'effectuer la totalité des vérifications de calcul énumérées ci-dessus. Toutefois, en pratique, pour des assemblages "normaux", ce sont les vérifications marquées "*" qui sont habituellement critiques. Des conseils sur la satisfaction des exigences de l'EN 1993-1-8 sont donnés dans les documents Access-steel(24).

L'EN 1993-1-8 ne donne aucune recommandation sur le dimensionnement en vue de la résistance d'attache des platines d'extrémité. Des recommandations sont donnés dans le document SN015[24] pour la détermination de la résistance d'attache d'une platine d'about.

3.6.3 Goussets d’âme On peut utiliser des files de boulons verticales uniques et doubles dans les goussets d’âme. Le document SN014(24) recommande l'utilisation de :

Files de boulons verticales uniques lorsque : VEd ≤ 0,50 Vc,Rd

Deux files de boulons verticales lorsque : 0,50 Vc,Rd < VEd ≤ 0,75 Vc,Rd

Une platine d'about lorsque : 0,75 Vc,Rd < VEd

où :

VEd est l'effort tranchant de calcul appliqué à l'assemblage

Vc,Rd est la résistance au cisaillement de calcul de la poutre supportée.

Pour les situations de calcul permanente et transitoire, les résistances de calcul des goussets d’âme suivantes doivent être vérifiées à température ambiante :

• Boulons en cisaillement*

• Gousset en appui*

26

• Gousset en cisaillement (section brute)

• Gousset en cisaillement (section nette)

• Gousset en cisaillement (bloc de cisaillement)

• Gousset en flexion

• Gousset en flambement (déversement)

• Âme de poutre en appui*

• Âme de poutre en cisaillement (section brute)

• Âme de poutre en cisaillement (section nette)

• Âme de poutre en cisaillement (bloc de cisaillement)

• Elément porteur (cisaillement par poinçonnement) (Ce mode n'est pas approprié pour les goussets d’âme assemblés sur des semelles de poteaux).

Par souci d'exhaustivité, il convient d'effectuer la totalité des vérifications de calcul énumérées ci-dessus. Toutefois, en pratique, pour des assemblages "normaux", ce sont les vérifications marquées "*" qui sont habituellement critiques. Des conseils sur la satisfaction des exigences de l'EN 1993-1-8 sont donnés dans les documents Access Steel[25].

Comme pour les platines d'extrémité, l'EN 1993-1-8 ne donne aucune recommandation sur le dimensionnement en vue de la résistance d'attache des goussets d’âme. Par conséquent, on peut utiliser d'autres recommandations, telles celles données dans le document SN018[25], pour déterminer la résistance d'attache d'un gousset.

3.6.4 Double cornière Bien qu'aucun assemblage à double cornière n'ait été utilisé dans l'ossature de Cardington, un certain nombre d'essais ont été réalisés sur des assemblages à double cornière mixtes et non mixtes soumis au feu (26). Ces assemblages étaient composés de deux cornières en acier boulonnées de chaque côté de l'âme de la poutre au moyen de deux boulons dans chaque aile de cornière, puis fixées sur la semelle du poteau au moyen de deux boulons également. Les assemblages se sont avérés ductiles en rotation en situation d’incendie, et d'importantes rotations se sont produites. Cette ductilité était due aux rotules plastiques qui se sont formées dans la branche de la cornière adjacente à la face du poteau. Aucune ruine de boulon ne s'est produite au cours de l'essai au feu. L'assemblage à double cornière mixte a montré un meilleur comportement au feu que l'assemblage non mixte.

Pour les assemblages à double cornière non mixtes, il est recommandé d'utiliser une seule file de boulons verticale uniquement lorsque :

VEd ≤ 0,50 Vc,Rd

Il convient de vérifier la résistance de calcul de l'assemblage à double cornière au moyen des règles de calcul données dans la Section 3 de l'EN 1993-1-8. Le Tableau 3.3 de l'EN 1993-1-8 donne les valeurs maximales et minimales des pinces latérales et d'extrémité ainsi que du pas des boulons qui doivent être respectées lors du positionnement des boulons.

27

3.6.5 Protection contre le feu Dans le cas où les deux éléments de structure à assembler sont protégés contre le feu, il convient d'appliquer la protection appropriée à chaque élément sur les parties des plaques ou des cornières en contact avec cet élément. Si un seul élément exige une protection contre le feu, les plaques ou les cornières en contact avec les éléments non protégés peuvent être laissées sans protection.

3.7 Stabilité globale du bâtiment Afin d'éviter un effondrement latéral, il convient de contreventer le bâtiment au moyen de murs de cisaillement ou autres systèmes de contreventement. Les murs de cisaillement en béton armé ou en maçonnerie doivent normalement être construits avec la résistance au feu appropriée.

Si le contreventement joue un rôle majeur dans la préservation de la stabilité globale du bâtiment, il convient de le protéger selon la norme appropriée.

Dans les bâtiments à deux niveaux, il peut être possible d'assurer la stabilité globale sans exiger une résistance au feu pour toutes les parties du système de contreventement. Dans les bâtiments de plus grande hauteur, toutes les parties du système de contreventement doivent normalement être convenablement protégées contre le feu.

Une des façons d'assurer la résistance au feu sans appliquer de protection consiste à placer le système de contreventement dans une cage protégée, telle une cage d'escalier, une cage d'ascenseur ou un noyau technique. Il est important que les parois de ces cages possèdent une résistance au feu appropriée pour empêcher toute propagation de feu. Les poteaux, contreventements et poutres en acier contenus dans la cage peuvent être non protégés. Les autres éléments d'ossature en acier supportant les parois de ces cages doivent normalement posséder la résistance au feu appropriée.

28

4 COMPARTIMENTAGE

Les réglementations nationales exigent que les parois de compartiment qui séparent un compartiment d'incendie d'un autre possèdent la stabilité, le degré étanchéité et le degré isolation appropriés pour la durée de résistance au feu exigée.

Le degré stabilité (R) est la capacité d'un mur de ne pas s'effondrer. Pour les murs porteurs, la capacité portante doit être conservée.

Le degré étanchéité (E) est la capacité de résister à la pénétration de flammes et de gaz chauds.

Le degré isolation (I) est la capacité de résister à un transfert thermique excessif entre le côté exposé au feu et le côté non exposé.

4.1 Poutres situées au-dessus de murs coupe- feu Lorsqu'une poutre fait partie d'un mur coupe-feu, l'élément de séparation mur/poutre doit posséder le degré stabilité, le degré étanchéité et le degré isolation appropriés. Pour un comportement au feu optimal, il convient que les murs de compartiments soient positionnés, dans la mesure du possible, sous des poutres et alignés sur elles.

Poutres situées dans le plan des murs

Les essais de Cardington ont montré que les poutres non protégées situées au-dessus et dans le plan de murs de séparation (voir Figure 4.1), qui sont exposés au feu d'un seul côté, ne présentent pas de flèche susceptible de compromettre l'étanchéité du compartiment, et que les tolérances des mouvements normaux sont suffisantes. Les exigences concernant l'isolation doivent être satisfaites et une protection pour 30 ou 60 minutes est nécessaire ; tous les vides et traversées d'équipements techniques doivent être calfeutrés contre le feu. Les poutres protégées par peintures intumescentes exigent une isolation supplémentaire car la température du côté non exposé au feu peut dépasser les limites exigées dans les normes d'essais de résistance au feu [27,28].

Figure 4.1 Poutres situées au -dessus et dans l'alignement de murs

Poutres disposées transversalement aux murs

Les essais de Cardington ont montré que la stabilité du plancher peut être préservée même lorsque des poutres non protégées subissent des flèches importantes. Toutefois, lorsque des murs sont situés hors de la trame des poteaux, des flèches importantes de poutres non protégées peuvent

Mur de compartiment

Protection de poutre (projection ou caisson) « Jeu » de

flèche normale

29

compromettre l'étanchéité en provoquant le déplacement ou la fissuration des murs qu'elles croisent. Dans ce cas, il convient de protéger les poutres ou de leur permettre un mouvement suffisant. Il est recommandé d’autoriser une flèche de portée/30 pour les murs croisant la moitié centrale d'une poutre non protégée. Pour les murs croisant les quarts extrêmes de la poutre, cette tolérance de flèche peut être réduite linéairement jusqu'à zéro au niveau des appuis d'extrémité (voir Figure 4.2). Il convient que le mur du compartiment descende jusqu'à la sous-face du plancher.

Figure 4.2 Déformation de poutres disposées transversalement aux murs

4.2 Stabilité Les murs divisant un niveau en plusieurs compartiments d'incendie doivent être conçus de sorte à permettre des mouvements structuraux prévus sans s'effondrer (stabilité). Lorsque des poutres sont disposées au-dessus et dans le plan du mur, les mouvements, même ceux de poutres non protégées, peuvent être faibles et la tolérance normale pour les flèches doit être appropriée. Si un mur n'est pas positionné à l'emplacement d'une poutre, la flèche de plancher que le mur devra permettre peut être importante. Il est donc recommandé de positionner les murs de compartiment d'incendie aux emplacements des poutres chaque fois que cela est possible.

Dans certains cas, la prise en compte des flèches peut prendre la forme d'un assemblage glissant. Dans d'autres cas, la flèche potentielle peut être trop importante, et il peut s'avérer nécessaire de prévoir une sorte de rideau déformable, comme illustré dans la Figure 4.2.

Il convient de consulter les recommandations nationales concernant les déformations de structure à prendre en compte lors de l'étude de la préservation du compartimentage d'incendie.

4.3 Degrés étanchéité et isolation Les poutres en acier situées au-dessus des murs de compartiments de feu font partie intégrante du mur et doivent posséder les mêmes caractéristiques de séparation que le mur. Une poutre en acier dépourvue de traversées possède un degré étanchéité. Toutefois, toute traversée doit être convenablement calfeutrée contre le feu et tous les vides situés au-dessus des poutres mixtes doivent également être calfeutrés contre le feu.

Détail déformable

Mur de compartiment

30

Une poutre non protégée située dans le plan d'un mur de compartiment peut ne pas posséder la fonction séparative exigée, et nécessite normalement l'application d'une protection contre le feu. Il est recommandé de protéger contre le feu la totalité des poutres situées aux limites des compartiments, comme illustré dans la Figure 4.1.

31

5 EXEMPLE PRATIQUE

Afin d'illustrer l'application des résultats donnés par le logiciel FRACOF, ce Chapitre propose un exemple pratique basé sur un plancher mixte réaliste.

Le bâtiment étudié est un bâtiment de bureaux à ossature en acier de 4 niveaux. Ce bâtiment exige une résistance au feu de 60 minutes, conformément aux 0

Le plancher de chaque étage est composé d'une dalle mixte construite au moyen de bacs acier trapézoïdaux Cofraplus 60, de béton normal et d'une seule nappe de treillis d'armature. La dalle est posée entre des poutres secondaires d'une longueur de 9 m, conçues pour collaborer avec la dalle de plancher. Ces poutres secondaires sont également appuyées à leur tour sur des poutres principales d'une longueur de 9 m et d'une portée de 12 m. Les poutres situées de rive du bâtiment sont conçues comme non mixtes, conformément à l'EN 1993-1-1.

La construction du plancher est illustrée Figure 5.1 à Figure 5.4.

La Figure 5.1 montre la disposition générale de la structure en acier au niveau du plancher sur la totalité de la largeur du bâtiment, et sur deux travées sur sa longueur. On suppose que cette disposition générale est répétée dans les travées adjacentes sur la longueur du bâtiment. Les poteaux sont des HD 320 x 158, conçus comme poteaux non mixtes conformément à l'EN 1993-1-1.

Les charges sur plancher prises en compte étaient les suivantes :

• Action variable due à l'occupation : 4 kN/m2

• Action variable due aux cloisons légères : 1 kN/m2

• Action permanente due aux plafonds et équipements : 0,7 kN/m2

• Poids propre des poutres : 0,5 kN/m2

Une charge de revêtement de façade supplémentaire de 2 kN/m a été prise en compte dans le dimensionnement des poutres de rive.

Les dimensions de poutres nécessaires pour satisfaire les vérifications normales pour ces valeurs d'actions sont indiquées dans la Figure 5.1. Les poutres internes sont mixtes et le degré de connexion pour chaque poutre est indiqué dans le Tableau 5.1.

La Figure 5.2 montre une section transversale de la dalle mixte. La dalle est en béton normal C25/30 d'une épaisseur hors-tout de 130 mm. Cette dalle est renforcée par un treillis d'armature ST 15C possédant une limite élastique de 500 MPa. Ce treillis satisfait les exigences pour le dimensionnement à température normale, mais il se peut que sa dimension doive être augmentée si son comportement au feu n'est pas satisfaisant.

32

Figure 5.1 Disposition générale de la structure en acier au niveau du

plancher

A

9000 9000

D

C

B

2 31

3000

9000

1200

090

00

IPE 550

IPE 500IPE 500

IPE 500

IPE 500

IPE 500

IPE 500

IPE 500

IPE 500

IPE 500

IPE 500

IPE 500IPE 500IPE 500IPE 500IPE 500IPE 500IPE 500IPE 500 IPE 500IPE 500

IPE 500

IPE 500

IPE 500

IPE 500

IPE 500

IPE 500

IPE 500

IPE 500

IPE 500IPE 500IPE 500IPE 500IPE 500IPE 500IPE 500IPE 500

IPE 550

IPE 550 IPE 550

IPE

500

IPE

500

IPE

500

IPE

600

IPE

500

IPE

500

IPE

500

IPE

750

x13

7

IPE

750

x 1

37

33

Tableau 5.1 Détails des poutres

Profil de poutre (S355)

Emplacement de la poutre

Type de construction

Degré de connexion (%)

Nombre de goujons par groupe et espacement

IPE 500 Poutre interne secondaire

Mixte 51 1 / 207mm

IPE 550 Poutre de rive secondaire

Non mixte Sans objet

IPE 500 Poutre interne principale

Mixte 72 2 / 207mm

IPE 500 Poutre de rive principale

Non mixte Sans objet

IPE 750 × 137 Poutre interne principale

Mixte 71 2 / 207 mm

IPE 600 Poutre de rive principale

Non mixte Sans objet

Figure 5.2 Construction de la dalle de plancher

Tous les assemblages situés entre les principaux éléments d'ossature en acier utilisent des détails de platine d'about flexible et sont dimensionnés comme nominalement articulés, conformément à l'EN1993-1-8. La Figure 5.3(a) montre l'assemblage utilisé entre les poutres principales et les poteaux. Les assemblages poutre-poteau pour les poutres secondaires sont tels qu'illustrés dans la Figure 5.3(b). La Figure 5.4 montre l'assemblage à platine d'about entre les poutres secondaires et les poutres principales.

130

30

60

Treillis ST15C Bac Cofraplus 60

Béton normal

34

(a) Assemblage de poutre principale sur poteau

(b) Assemblage de poutre secondaire sur poteau

Figure 5.3 Assemblages poutre -poteau .

60

30

130

50 40

40

3 x 70

90

6mm

Soudured'angle

Cofraplus 60 ST 15C

60

30

130

50 40

40

5 x 70

140

430 x 200 x 10 ép.Platine d'about

6mm

Soudured'angle

ST 15CBac Cofraplus 60

Bac

35

Figure 5.4 Assemblage de poutre secondaire sur poutre principa le

30

130

40

40

3 x 70

90

280 x x 8 ép

50

6 mm

Soudure d’angle

60 Cofraplus 60 Bac

ST 15C

36

La Figure 5.5 montre la plaque de plancher divisée en zones de dimensionnement de plancher. Il est probable que ce sont les conditions de dimensionnement des zones A et B qui seront les plus sensibles. Nous étudierons le dimensionnement de ces deux zones.

Figure 5.5 Zones de dimensionnement de plancher (A – F)

5.1 Dimensionnement de la dalle de plancher mixte exposée au feu Les vérifications de calcul suivantes effectuées sur les zones de dimensionnement de plancher sont basées sur la construction de plancher exigée pour les vérifications de calcul à température ambiante. Si cette construction s'avère inadéquate en situation d’incendie, la dimension du treillis et/ou l'épaisseur du plancher seront alors augmentées pour améliorer le

A

9000 9000

D

C

B

2 31

3000

9000

12

000

9000

Périmètre des zones de dimensionnement

A

B

C

D

E

F

IPE 550

IPE 500

IPE 500

IPE 500

IPE 500

IPE 500

IPE 500

IPE 500

IPE 500

IPE 500

IPE 500

IPE 500

IPE 500

IPE 500

IPE 500

IPE 500

IPE 500

IPE 500

IPE 500

IPE 550

IPE 550 IPE 550

IPE

500

IPE

500

IPE

500

IPE

600

IPE

500

IPE

500

IPE

500

IPE

750

x13

7

IPE

750

x 1

37

37

comportement au feu. Etant donné que la zone de dimensionnement B semble plus critique que la zone A en raison de sa portée supérieure, nous lancerons le programme avec le dimensionnement de la zone B en premier.

5.1.1 Zone de dimensionnement de plancher B Les Figure 5.6 à Figure 5.8 montrent les données saisies et les résultats du logiciel FRACOF pour la zone de dimensionnement B, dont les dimensions sont de 9 m par 12 m avec des treillis ST 15C. Cette zone comprend 3 poutres mixtes non protégées.

D'après les résultats, on voit que la capacité portante de la dalle basée sur la borne inférieure de plasticité de lignes de rupture est de 0,46 kN/m2. Cette capacité est améliorée en raison de l'effet de membrane pour donner une capacité de dalle de 2,83 kN/m2 à 60 minutes. Le coefficient d'amélioration à 60 minutes était basé sur une flèche de dalle de 629 mm.

La capacité portante des poutres mixtes est ajoutée à la capacité de la dalle pour donner la capacité portante totale. La capacité des poutres est basée sur la température des poutres non protégées à chaque incrément de temps. A 60 minutes, la résistance à la flexion des trois poutres non protégées est de 2,56 kN/m2. Donc, la résistance mécanique totale de la zone de dimensionnement est de 2,83 + 2,56 = 5,39 kN/m2, inférieure à la charge appliquée 6,35 kN/m2. La dimension du treillis d'armature doit donc être augmentée afin de satisfaire les exigences en situation d’incendie.

Figure 5.6 Données de la zone de dimensionnement B saisies dans le logiciel

FRACOF.

38

Figure 5.7 Données de la zone de dimensionnement B saisies dan s le logiciel

FRACOF.

39

Figure 5.8 Résult ats pour la résistance de la zone de dimensionnement B

calculés par le logiciel FRACOF.

Les Figure 5.9 à Figure 5.11 montrent les données saisies et les résultats du logiciel FRACOF pour la zone de dimensionnement B, avec des treillis ST 25C.

D'après la Figure 5.11, la capacité portante de la dalle basée sur la borne inférieure de lignes de rupture a augmenté jusqu'à 0,79 kN/m2 en raison de l'augmentation de la surface du treillis. Cette capacité est améliorée en raison de l'effet de membrane pour donner une capacité de dalle de 5,07 kN/m2 à 60 minutes. Le coefficient d'amélioration à 60 minutes était basé sur une flèche de dalle de 629 mm.

La capacité portante des poutres mixtes est ajoutée à la capacité de la dalle pour donner la capacité portante totale. La capacité des poutres est basée sur la température des poutres non protégées à chaque incrément de temps. A 60 minutes, la résistance à la flexion des trois poutres non protégées est de 2,56 kN/m2. Donc, la résistance mécanique totale de la zone de dimensionnement est de 5,07 + 2,56 = 7,63 kN/m2, supérieure à la charge appliquée, et la dalle de plancher est donc correcte.

40

Figure 5.9 Données de la zone de dimensionnement B saisies dan s le logiciel

FRACOF.

41

Figure 5.10 Données de la zone de dimensionnement B saisies dan s le logiciel

FRACOF.

42

Figure 5.11 Résultats pour la résistance de la zone de dimensio nnement B

calculés par le logiciel FRACOF.

Le logiciel FRACOF donne également une température critique pour chacune des poutres périphériques, comme indiqué dans la Figure 5.12. La protection contre le feu appliquée sur ces poutres suffit normalement à garantir que la température des poutres exposées au feu n'est pas supérieure à cette température critique pendant la durée de résistance au feu exigée. Le taux d’utilisation donné pour chaque poutre est le rapport de l'effet des actions sur la poutre en situation d’incendie divisé par le moment résistant de la poutre calculé au feu à l'instant zéro (température ambiante).

Figure 5.12 Exigences concernant la résistance des poutres périphériques de

la zone de dimensionnement B, données par le logici el FRACOF.

43

5.1.2 Zone de dimensionnement de plancher A Les Figure 5.13 à Figure 5.15 montrent les données saisies et les résultats du logiciel FRACOF pour la zone de dimensionnement B, dont les dimensions sont de 9 m par 9 m. Afin de simplifier la construction, des treillis d'armature ST 25C sont spécifiés pour la totalité de la dalle de plancher et la zone de dimensionnement A est également vérifiée pour cette dimension de treillis. Cette zone de dimensionnement comprend 2 poutres mixtes non protégées.

D'après les résultats, on voit que la capacité portante de la dalle basée sur la borne inférieure de lignes de rupture est de 1,03 kN/m2. Cette capacité est améliorée en raison de l'effet de membrane pour donner une capacité de dalle de 5.39 kN/m2 à 60 minutes. Le coefficient d'amélioration à 60 minutes était basé sur une flèche de dalle de 566 mm.

La capacité de résistance aux charges des poutres mixtes est ajoutée à la capacité de la dalle pour donner la capacité portante totale. La capacité des poutres est basée sur la température des poutres non protégées à chaque incrément de temps. A 60 minutes, la résistance à la flexion des deux poutres non protégées est de 2,56 kN/m2. Donc, la résistance mécanique totale est de 2,56 + 5,39 = 7,95 kN/m2, supérieure à la charge appliquée. La dalle de plancher est correcte pour une résistance au feu de 60 minutes.

Figure 5.13 Données de la zone de dimensionnement A saisies dan s le logiciel

FRACOF.

44

Figure 5.14 Données de la zone de dimensionnement A saisies dan s le logiciel

FRACOF.

45

Figure 5.15 Résultats pour la résistance de la zone de dimensio nnement A

calculés par le logiciel FRACOF.

Le logiciel FRACOF donne également une température critique pour chacune des poutres périphériques, comme indiqué dans la Figure 5.16. La protection contre le feu appliquée sur ces poutres suffit normalement à garantir que la température des poutres exposées au feu n'est pas supérieure à cette température critique pendant la durée de résistance au feu exigée. Le taux d’utilisation donné pour chaque poutre est le rapport de l'effet des actions sur la poutre en situation d’incendie, divisé par le moment résistant de la poutre calculé au feu à l'instant zéro (température ambiante).

Figure 5.16 Exigences concernant la résistance des poutres péri phériques de

la zone de dimensionnement A, données par le logici el FRACOF.

46

5.2 Détails concernant l'armature Etant donné que les résultats confirment que les capacités portantes des zones A et B sont toutes deux correctes, le treillis ST 25C prévu convient au calcul au feu.

Ce treillis a une section de 257 mm2/m dans les deux sens, et possède des barres de 7 mm à entraxe de 150 mm dans les deux sens.

Dans cet exemple, le treillis a une limite élastique de 500 N/mm2. Pour le calcul au feu, l'armature doit normalement être spécifiée comme étant de Classe B ou C conformément à l'EN 10080, afin de garantir que le treillis possède une ductilité appropriée.

Au niveau des joints entre les nappes de treillis, celles-ci doivent se recouvrir convenablement afin de garantir que leur pleine résistance à la traction peut être développée en cas d'incendie dans le bâtiment. Pour les barres de 7 mm de diamètre du treillis ST 25C, la longueur minimale de recouvrement exigée serait de 300 mm, comme indiqué dans le Tableau 3.1. Afin d'éviter l'accumulation de barres au niveau des recouvrements, il convient de spécifier un treillis à bords libres comme indiqué dans la Figure 3.5.

Une armature supplémentaire sous forme de barres en U doit normalement être installée au niveau des poutres de rives afin de garantir une liaison appropriée entre ces poutres et la dalle mixte.

5.3 Calcul au feu des poutres périphériques 5.3.1 Poutres périphériques internes

Les poutres périphériques internes de chaque zone font partie de plusieurs zones de dimensionnement de plancher. Si l'on considère par exemple la poutre située sur la ligne de trame B entre les lignes 1 et 2, on peut constater sur la Figure 5.5 que cet élément est la poutre périphérique située sur le côté C de la zone de dimensionnement A, et qu'elle est aussi la poutre périphérique située sur le côté A de la zone de dimensionnement B. La protection contre le feu appliquée sur cet élément doit donc être basée sur la valeur la plus faible de température critique donnée par les résultats pour ces deux zones de dimensionnement de plancher. Si l'on examine les résultats de FRACOF pour la zone de dimensionnement B indiqués dans la Figure 5.12, la température critique de la poutre située sur le côté A est donnée comme étant de 670°C. De même, pour la zone de dimensionnement A, la température critique pour la poutre située sur le côté C est de 693°C, comme indiqué dans la Figure 5.16. Dans ce cas, c'est la zone de dimensionnement B qui donne la température critique la plus faible, et donc la plus sensible, et c'est celle qui doit être utilisée pour la détermination de l'épaisseur de protection contre le feu appropriée pour cet élément.

Il convient de communiquer les informations suivantes (tirées des exigences énumérées dans la Figure 5.12) au fabricant de protection contre le feu pour la détermination de l'épaisseur de protection contre le feu nécessaire.

Durée de résistance au feu 60 minutes

Dimension de profilé IPE 500

Température critique 670°C

47

Pour cette dimension de poutre, le facteur de massiveté, déterminé conformément à l'EN 1993-1-2, est le suivant :

Facteur de massiveté 104 m-1 protection en caisson exposé sur 3 côtés

134 m-1 protection sur le contour exposée sur 3 côtés

5.3.2 Poutres de rive Dans cet exemple, les poutres de rive ont été conçues comme étant non mixtes. Toutefois, pour le cas de calcul au feu, il convient que ces poutres soient convenablement connectées à la dalle mixte. Ceci est réalisé en munissant la poutre de barres en U (voir Sections 3.3.2 et 3.4) et de goujons de cisaillement. Il convient de positionner les goujons à entraxes de 300 mm lorsque les bacs acier sont disposés parallèlement à la poutre, et dans chaque nervure du bac lorsque celles-ci sont disposées perpendiculairement à la poutre (comme cela est recommandé dans la Section 3.4).

Il convient de spécifier la protection contre le feu exigée pour les poutres de rive de la même façon que pour les poutres périphériques internes.

5.4 Protection contre le feu des poteaux Il convient de spécifier également la protection contre le feu pour la totalité des poteaux de cet exemple. Les informations suivantes doivent normalement être communiquées lors de la spécification de la protection contre le feu.

Durée de résistance au feu 60 minutes

Dimensions de profilé HD 320 x 158

Facteur de massiveté 63 m-1 protection en caisson exposé sur 4 côtés

89 m-1 protection sur le contour exposée sur 4 côtés

Température critique calculée sur la base des règles de calcul de l'EN 1993-1-2.

La protection doit normalement être appliquée sur la hauteur totale du poteau, jusqu'à la sous-face de la dalle de plancher mixte.

48

RÉFÉRENCES

1. BAILEY, C. G. et MOORE, D. B. The structural behaviour of steel frames with composite floor slabs subject to fire, Part 1: Theory The Structural Engineer, June 2000

2. BAILEY, C. G. et MOORE, D. B. The structural behaviour of steel frames with composite floor slabs subject to fire, Part 2: Design The Structural Engineer, June 2000

3. BAILEY, C. G Membrane action of slab/beam composite floor systems in fire Engineering Structures 26

4. EN 1991-1-2 : 2002 Eurocode 1. Actions sur les structures – Partie 1-2 : Actions Générales. Actions sur les structures exposées au feu CEN

5. EN 1993-1-2 : 2005 Eurocode 3. Calcul des structures en acier – Partie 1-2 : Règles générales. Calcul du comportement au feu CEN

6. EN 1994-1-2 : 2005 Eurocode 4. Calcul des structures mixtes acier -béton – Partie 1-2 : Règles générales. Calcul du comportement au feu CEN

7. Fire Resistance Assessment of Partially Protected Composite Floors (FRACOF) Engineering Background, SCI P389, The Steel Construction Institute, 2009.

8. The Building Regulations 2000, Approved Document B (Fire safety) 2006 Edition: Volume 2: Buildings other than dwellinghouses, Department of Communities and Local Government, UK, 2006.

9. EN 1994-1-1 : 2004 Eurocode 4 : Calcul des structures mixtes acier-béton – Partie 1-1 : Règles générales et règles pour les bâtiments CEN

10. EN 10080 :2005 Acier pour béton armé - Acier d'armature soudable – Généralités, CEN.

11. BS 4483:2005 Steel fabric for the reinforcement of concrete. Specification. BSI

12. BS 4449:1:2005 Steel for the reinforcement of concrete. Weldable reinforcing steel. Bar, coil and decoiled product. Specification BSI

13. NF A 35-016-2 : Aciers pour béton armé – Aciers soudables à verrous – Partie 2 : Treillis soudés (novembre 2007) (AFNOR)

14. NF A 35-019-2 : Aciers pour béton armé – Aciers soudables à empreintes – Partie 2 : Treillis soudés (novembre 2007) (AFNOR)

15. EN 1990 : 2002 Eurocode – Bases de calcul des structures CEN

49

16. EN 1991-1-1 : 2003 Eurocode 1: Actions sur les structures – Partie 1-1 : Actions générales – Poids volumiques, poids propres, charges d'exploitation pour les bâtiments CEN

17. EN13381-4 Méthodes d'essai pour la détermination de la contribution à la résistance au feu des éléments de structure. Protection passive appliquée sur des éléments en acier, CEN, (Publication prévue en 2009)

18. EN13381-8 Méthodes d'essai pour la détermination de la contribution à la résistance au feu des éléments de structure. Protection réactive appliquée sur des éléments en acier, CEN, (Publication prévue en 2009)

19. EN 1992-1-1 Calcul des structures en béton – Partie 1-1 : Règles générales et règles pour les bâtiments BSI

20. COUCHMAN, G. H., HICKS, S. J. et RACKHAM, J. W. Composite Slabs and Beams Using Steel Decking: Best Practice for Design & Construction (2nd edition) SCI P300, The Steel Construction Institute, 2008

21. BS 8110-1 Structural use of concrete. Code of practice for design and construction, BSI, London, 1997.

22. EN 1993-1-8 : 2005 Eurocode 3 : Calcul des structures en acier – Dimensionnement des assemblages BSI

23. Initial sizing of simple end plate connections Access-steel document SN013a Initial sizing of fin plate connections Access-steel document SN016a www.access-steel.com

24. Shear resistance of a simple end plate connection Access-steel document SN014a and SN015a Tying resistance of a simple end plate connection Access-steel document SN015a www.access-steel.com

25. Shear resistance of a fin plate connection Access-steel document SN017a Tying resistance of a fin plate connection Access-steel document SN018a www.access-steel.com

26. LAWSON, R. M. Enhancement of fire resistance of beams by beam to column connections The Steel Construction Institute, 1990

27. EN 1363-1:1999 Essais de résistance au feu. Exigences générales CEN

50

28. EN 1365 Essais de résistance au feu pour les éléments porteurs. EN 1365-1 :1999 Murs EN 1365-2 :2000 Planchers et toits EN 1365-3 :2000 Poutres EN 1365-4 :1999 Poteaux CEN