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Conception structure métallique

Conception structures métalliques : 10 conseils utiles

Si la conception de structures métalliques vous semble être un défi, suivez ces 10 conseils et découvrez comment réaliser des structures sûres et fiables avec une grande simplicité

Les structures métalliques sont largement utilisées dans l’industrie de la construction pour leur résistance, durabilité et flexibilité. Cependant, concevoir de telles structures nécessite une combinaison de compétences en génie, de connaissance des propriétés des matériaux et de l’utilisation d’outils de calcul avancés.

Dans cet article, nous fournirons quelques conseils utiles pour optimiser la conception des structures métalliques. Pour simplifier et améliorer davantage l’ensemble du processus de conception, vous pouvez faire appel à des solutions logicielles BIM innovantes, telles qu’un logiciel d’analyse structurelle, qui vous aidera à analyser et évaluer la résistance et la stabilité de vos structures métalliques, en extrayant les données d’entrée directement du modèle BIM de votre bâtiment et en vous fournissant des résultats précis et détaillés en un temps record.

L’acier comme matériau de construction

Au cours des dernières années, nous avons assisté à une utilisation croissante de l’acier comme matériau de construction, en particulier dans le domaine structurel. Ce phénomène est dû aux nombreux avantages que l’acier offre par rapport à d’autres matériaux. Les avantages des structures en acier sont étroitement liés aux propriétés suivantes : 

  • résistance : l’acier est un matériau très résistant, capable de supporter des charges élevées et de résister à la traction sans se déformer ou se casser facilement. Cette propriété le rend idéal pour la construction de structures devant supporter des poids importants, telles que des ponts, des gratte-ciel et des plates-formes offshore ;
  • déformabilité : l’acier est également un matériau très déformable, qui peut être facilement façonné ou plié sans risque de rupture. Cette caractéristique permet de créer des formes complexes et d’adapter le matériau à des exigences structurelles spécifiques. La déformabilité rend donc l’acier particulièrement adapté à la construction de structures nécessitant de la flexibilité, comme les bâtiments soumis à des mouvements sismiques ;
  • durabilité : l’acier est un matériau très résistant à l’usure, à la corrosion et aux agents atmosphériques. Il peut conserver son intégrité structurelle au fil du temps, nécessitant moins d’entretien que d’autres matériaux de construction. L’acier peut être traité avec des revêtements protecteurs pour augmenter encore sa durabilité et sa résistance à la corrosion ;
  • légèreté : malgré sa haute résistance, l’acier est un matériau relativement léger. Cela signifie qu’il nécessite moins de matériau pour supporter une capacité de charge donnée par rapport à d’autres matériaux, réduisant ainsi le poids total de la structure. La légèreté de l’acier simplifie également le transport et l’installation des différentes composantes structurelles ;
  • construction rapide : l’acier est un matériau préfabriqué qui peut être produit en usine et ensuite transporté et assemblé sur le chantier. Cette approche permet une construction rapide et efficace, réduisant ainsi les délais du projet global. De plus, la préfabrication permet un meilleur contrôle de la qualité et une réduction des déchets sur le chantier ;
  • durabilité environnementale : l’acier est un matériau hautement recyclable, qui peut être récupéré et réutilisé sans perdre ses propriétés. La récupération de ce matériau contribue à réduire la quantité de déchets et l’utilisation de ressources naturelles. Les structures en acier peuvent également être conçues pour être écoénergétiques, réduisant ainsi l’impact environnemental des structures.
Propriétés de l'acier

Propriétés de l’acier

Les connexions structurales en acier

Outre les nombreux avantages, l’utilisation de l’acier dans le secteur de la construction comporte également plusieurs défis, principalement liés à la complexité des connexions structurales entre les différentes composantes. Ces connexions sont les points critiques où les éléments structuraux (comme les poutres et les piliers) se rejoignent pour former une structure cohérente et stable.

Les connexions structurales doivent être conçues avec précision pour garantir la sécurité et l’efficacité de toute la structure. Elles peuvent prendre différentes configurations, en fonction des besoins spécifiques du projet et des charges auxquelles la structure sera soumise. Certaines des typologies les plus courantes incluent : 

  • les connexions boulonnées : ce sont des connexions qui impliquent l’utilisation de plaques de liaison et de boulons standard ou à haute résistance pour relier les poutres et les colonnes. Les boulons sont insérés dans des trous prévus dans les composants structuraux et ensuite serrés jusqu’à obtenir la tension désirée. Cette solution offre une grande flexibilité dans la conception et la réalisation, car elle permet de remplacer ou de modifier les pièces si nécessaire ;
  • les connexions soudées : elles impliquent la fusion de parties d’acier par soudage pour créer une connexion continue et résistante entre les éléments. Les soudures peuvent être réalisées avec différentes méthodes (à l’arc, à la gorge, par points, etc.). Il est important qu’elles soient réalisées correctement pour répondre aux normes de qualité et de sécurité. Les surfaces d’acier sont préparées par découpe ou par meulage, puis mises en contact. Ensuite, le métal fondu est appliqué avec précision pour former une connexion soudée durable et résistante ;
  • les connexions par emboîtement : elles sont conçues pour permettre l’assemblage rapide et précis des éléments structuraux en acier. Ces connexions utilisent des joints emboîtés et des systèmes de verrouillage mécaniques pour assurer une connexion solide et stable entre les composants. Les connexions par emboîtement sont souvent utilisées dans les structures modulaires ou préfabriquées ;
  • les connexions adhésives : il s’agit d’une méthode innovante qui utilise des adhésifs structuraux pour relier les éléments en acier. Ce type de connexion offre une bonne résistance et peut également être utilisé pour connecter les éléments structuraux en acier à des composants d’autres matériaux, tels que le verre ou le bois.
Exemple de nœud en acier issu du logiciel EdiLus

Exemple de nœud en acier issu du logiciel EdiLus

Quels sont les défis de la conception de structures en acier

La conception des structures en acier représente un défi complexe même pour les professionnels les plus expérimentés. Les raisons qui rendent ce défi si exigeant sont dues aux facteurs suivants : 

  • dynamique des forces : les structures en acier doivent être conçues pour résister à une large gamme de conditions de charge, en accordant une attention particulière aux actions dynamiques qui peuvent varier dans le temps (telles que les actions du vent, la charge de neige ou les charges sismiques). La prévision précise de chacune de ces forces nécessite une analyse approfondie et détaillée, afin de garantir la stabilité structurelle et la sécurité des occupants ;
  • complexité géométrique : les formes architecturales modernes nécessitent souvent des géométries complexes, telles que des courbes, des torsions ou des formes irrégulières. Concevoir des connexions et des détails structurels en accord avec ces formes nécessite une compréhension approfondie des propriétés mécaniques de l’acier et la connaissance de techniques d’analyse avancées ;
  • connexions structurales : les connexions entre les éléments structuraux en acier sont d’une importance cruciale, car elles doivent garantir la stabilité et la résistance de toute la structure. Concevoir des connexions efficaces nécessite une évaluation précise des sollicitations, des forces de cisaillement et des torsions qui agissent sur elles;
  • conformité réglementaire : la conception des structures en acier doit se conformer à une série de réglementations et de normes de sécurité, qui peuvent varier au niveau local, national et international. Il est donc nécessaire de connaître en profondeur les directives et les critères de conception et de vérification à suivre dans chaque zone géographique, afin d’éviter les erreurs et de garantir la sécurité et la fiabilité maximales des structures.

10 conseils pratiques pour simplifier la conception des structures en acier

Pour surmonter la complexité de la conception des structures en acier, il est important d’adopter une série de mesures qui contribuent à simplifier l’ensemble du processus et à garantir la réalisation de structures dotées de la plus grande stabilité, sécurité et efficacité.

Voici dix conseils utiles que vous pouvez mettre en pratique pour optimiser la conception des structures en acier et assurer la fiabilité des connexions structurales : 

  1. comprendre les exigences du projet : avant de commencer à concevoir une structure en acier, il est essentiel de comprendre pleinement les exigences du projet. Analysez attentivement les charges prévues, les conditions environnementales, les réglementations applicables et les exigences fonctionnelles. Cela vous aidera à définir les objectifs du projet et à prendre des décisions éclairées lors de la phase de conception ;
  2. collaborer avec un ingénieur structural expérimenté : l’ingénierie structurelle est une discipline complexe et spécialisée. Collaborer avec un ingénieur structural expérimenté vous fournira le soutien nécessaire pour relever les défis techniques et garantir la sécurité de vos structures. Un professionnel expérimenté peut offrir des solutions innovantes et vous guider dans le choix des matériaux et des techniques de conception les plus appropriés pour votre projet ;
  3. planifier soigneusement la géométrie de la structure : la géométrie de la structure en acier a un impact significatif sur sa résistance et sa stabilité. Planifiez soigneusement la disposition des éléments structuraux, en tenant compte des charges, des forces horizontales et des conditions de liaison. Maintenez un équilibre entre l’efficacité structurelle et l’esthétique, en recherchant des solutions répondant aux exigences fonctionnelles et architecturales ;
  4. choisir les profils en acier appropriés : le choix des profils en acier est essentiel pour la stabilité de la structure. Tenez compte des propriétés mécaniques des profils, telles que la résistance, la rigidité et la ductilité, et choisissez ceux qui conviennent le mieux aux sollicitations prévues. Vous pouvez consulter les tables de conception et les réglementations de référence pour identifier les profils les plus appropriés;
  5. évaluer la faisabilité constructive : lors de la conception, tenez compte de la faisabilité constructive de la structure en acier. Considérez les processus de fabrication, de transport, d’installation et de maintenance des éléments structuraux. Évitez les solutions complexes ou peu pratiques qui pourraient augmenter les coûts ou ralentir le processus de construction ;
  6. vérifier les connexions et les jonctions : les connexions sont les points les plus critiques dans une structure en acier. Assurez-vous de concevoir et de vérifier soigneusement les connexions pour garantir la sécurité et la résistance de toute la structure. Utilisez des méthodes de calcul et des logiciels spécifiques pour la vérification des nœuds en acier, et assurez-vous que les connexions sont capables de supporter les sollicitations prévues;
  7. tenir compte de l’effet des déformations thermiques : l’acier est soumis à des variations dimensionnelles en réponse aux variations de température. Lors de la conception, tenez compte de l’effet des déformations thermiques sur la structure. Prévoyez des joints de dilatation et adoptez des solutions permettant une expansion et une contraction thermique adéquates sans compromettre l’intégrité structurelle ;
  8. effectuer des analyses structurales détaillées : les analyses structurales sont essentielles pour évaluer la résistance, la stabilité et la déformation de la structure en acier. Utilisez des méthodes analytiques ou des outils de simulation avancés pour effectuer des analyses statiques et dynamiques, en tenant compte de différentes conditions de charge. Cela vous permettra d’optimiser la conception de la structure et de garantir sa sécurité ;
  9. effectuer une vérification finale : avant de finaliser le projet, effectuez une vérification finale de tous les détails structurels. Assurez-vous que toutes les spécifications du projet ont été satisfaites et que la structure répond aux exigences de sécurité et réglementaires. Passez en revue les calculs et les analyses, et vérifiez les dessins et les détails constructifs pour éliminer d’éventuelles erreurs ou omissions;
  10. utiliser des logiciels de calcul structurel avancés : des outils puissants qui simplifient et améliorent le processus de conception des structures en acier. Ces logiciels permettent d’analyser les sollicitations structurelles, d’évaluer la résistance du matériau et de vérifier la stabilité de la structure.

Vous pouvez transformer la conception de vos structures en acier en commençant à utiliser les outils suivants, un logiciel de calcul structurel puissant et fiable, avec lequel vous pourrez effectuer des analyses détaillées de vos structures en acier, à partir des données d’entrée fournies directement par le modèle BIM de votre bâtiment. Ce logiciel vous permet de modéliser la géométrie de la structure, d’appliquer des charges et des contraintes, et d’obtenir des résultats fiables sur les efforts, les déformations et les sollicitations présents dans la structure. Grâce à cette analyse avancée, vous pourrez prendre des décisions éclairées sur la dimension des éléments structuraux, les connexions et la réponse globale de la structure, garantissant ainsi la sécurité et l’efficacité maximales.

 

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