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Les éléments structuraux : identification et vérification

Les éléments structuraux : identification et vérification

Les éléments structuraux constituent la structure porteuse d’un bâtiment et ont pour fonction de résister aux charges. Découvrez quels sont ces éléments et comment les vérifier

Dans le domaine de l’architecture et du génie civil, les éléments structuraux jouent un rôle vital dans la réalisation de bâtiments stables, sûrs et fonctionnels. Ces éléments forment le squelette porteur du système de construction et collaborent de manière synergique pour soutenir et répartir la charge de manière équilibrée, assurant ainsi la stabilité de l’ensemble du bâtiment.

Pour approfondir votre compréhension des éléments structuraux et comprendre la distinction entre les éléments principaux et secondaires, lisez l’article et découvrez les détails qui vous aideront à avoir une vision complète de la conception et de la vérification de ces composants.

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Qu’est-ce que les éléments structuraux ?

Les éléments structuraux sont les composantes fondamentales d’un bâtiment ou d’une infrastructure et, ensemble, ils forment le squelette porteur auquel est confiée la responsabilité de supporter et de transférer les charges, de résister aux forces internes et externes et de fournir stabilité, sécurité et soutien à la structure dans son ensemble.

Des exemples courants d’éléments structuraux incluent les piliers, les poutres, les murs porteurs, etc. Ces éléments prennent différentes formes, chacune conçue pour jouer un rôle spécifique dans la cohésion et la robustesse de l’ensemble du système structurel. Ils peuvent également être réalisés dans différents matériaux tels que le béton armé, l’acier, le bois ou les matériaux composites renforcés de fibres. Le choix du matériau et la configuration à attribuer à chaque élément dépendront des besoins spécifiques du projet, ainsi que du type de structure à réaliser et de considérations précises sur la sécurité et la stabilité de l’ouvrage.

Outre leur fonction porteuse, il est essentiel de reconnaître que les éléments structuraux peuvent également jouer un rôle important du point de vue esthétique. Cet aspect devient particulièrement crucial dans des contextes architecturaux où ces éléments doivent non seulement supporter les charges physiques, mais aussi contribuer de manière significative à l’esthétique globale du bâtiment. Dans ces situations, la conception des éléments structuraux nécessite une intégration équilibrée entre l’ingénierie structurelle et le design architectural, garantissant que la forme et la disposition des poteaux, poutres et autres éléments reflètent non seulement la solidité structurelle, mais aussi une vision esthétique cohérente avec le design global du bâtiment.

Résultats du calcul des coefficients de sécurité issu du logiciel EdiLus

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Éléments structuraux primaires

Selon le rôle et l’importance assumés dans la structure porteuse du bâtiment, les éléments structuraux peuvent être classés en primaires et secondaires.

Les éléments structuraux primaires sont les composantes principales de la structure responsables de la résistance et de la stabilité générale du bâtiment. Ces éléments sont essentiels pour soutenir les charges verticales et horizontales et transférer les forces aux fondations.

Quelques exemples d’éléments structuraux primaires sont : 

  • les poutres : éléments structuraux horizontaux clés dans le transfert des actions verticales aux piliers ou aux murs porteurs. Elles sont conçues pour supporter des charges importantes (comme celles provenant du poids propre, des planchers, des murs, etc.) et souvent traversent toute la longueur ou la largeur de la structure. Leur fonction principale est de distribuer uniformément la charge vers le bas, la transmettant aux piliers ou aux colonnes, qui à leur tour la transmettent aux fondations et au sol sous-jacent. Les poutres principales peuvent varier en termes de dimensions, de forme et de matériaux, en fonction des besoins spécifiques de la structure de l’édifice, adoptant des configurations telles que des poutres treillis, en console, en porte-à-faux, etc. ;
  • les poteaux : également appelés colonnes, ce sont des éléments verticaux discontinus qui supportent la charge verticale et la transmettent aux fondations. Ils sont conçus pour résister aux forces de compression et soutenir le poids du bâtiment et de la structure sus-jacente. Ils peuvent être réalisés en matériaux tels que l’acier, le béton armé ou la maçonnerie en pierre ou en brique, en fonction des exigences structurelles et esthétiques. L’agencement des piliers peut varier en fonction du type de structure et des besoins de conception. Généralement, les piliers sont positionnés de manière stratégique pour soutenir les poutres principales et distribuer les charges aux fondations. De plus, ces éléments sont dimensionnés pour résister aux forces horizontales, comme celles générées par le vent ou un tremblement de terre, assurant la stabilité de toute la structure ;
  • les murs porteurs : sont des éléments verticaux continus chargés de résister aux charges verticales et de les transmettre uniformément aux fondations. Ils sont utilisés dans les structures en maçonnerie où les murs ont une fonction structurelle et sont fabriqués avec des blocs de béton, de briques ou de pierre. Leur agencement à l’intérieur du bâtiment est soigneusement planifié pour assurer une distribution adéquate des charges et fournir le soutien nécessaire. En plus de résister aux forces de compression, les murs porteurs sont conçus pour fournir une stabilité latérale à la structure, résistant aux forces horizontales telles que les forces sismiques. Ces éléments peuvent être stratégiquement positionnés à l’intérieur du bâtiment pour définir et séparer les espaces, contribuant à l’aménagement fonctionnel des espaces.

Éléments structuraux secondaires

Les éléments secondaires sont ceux dont la rigidité et la résistance peuvent être négligées dans l’analyse de la réponse sismique de la structure et qui sont donc conçus pour résister uniquement aux charges verticales.

Il s’agit d’éléments qui peuvent être considérés comme moins importants que les éléments principaux. Toutefois, il est important de noter que malgré leur qualification d’«éléments secondaires», ces éléments doivent tout de même être capables d’absorber les déformations de la structure en cas de séisme. Cela signifie que, bien qu’ils ne contribuent pas de manière significative à la résistance et à la rigidité structurelle sous l’action des charges, les éléments structuraux secondaires doivent être capables de maintenir leur capacité portante face aux charges verticales, en particulier en présence d’actions sismiques.

Comment concevoir et vérifier les éléments structuraux

La conception et la vérification des éléments structuraux est un processus complexe qui nécessite une connaissance approfondie de l’ingénierie structurelle et des normes techniques du secteur. Voici quelques étapes générales que vous pouvez suivre pour garantir la sécurité, la stabilité et la fonctionnalité de vos structures : 

  1. analyse des actions : la première étape consiste à analyser et à déterminer les actions qui agiront sur les éléments structuraux. Ces actions comprennent la charge permanente (comme le poids propre de l’élément) et la charge variable (comme la charge des occupants, l’action du vent, etc.). Il est également nécessaire de prendre en compte les actions sismiques éventuelles, si applicables ;
  2. choix des matériaux : en fonction des caractéristiques de la structure, telles que le type de charge et les conditions environnementales, il est nécessaire de sélectionner les matériaux les plus appropriés pour les éléments structuraux. Par exemple, pour les poutres et les piliers, de l’acier ou du béton armé peuvent être utilisés ;
  3. conception préliminaire : sur la base des principes de l’ingénierie structurelle et des normes de référence, une conception préliminaire des éléments structuraux est réalisée. Cette phase implique la détermination des dimensions, des sections transversales et des géométries des éléments ;
  4. analyse structurelle : en utilisant des méthodes d’analyse structurelle telles que la méthode des éléments finis ou l’analyse aux états limites, les performances des éléments structuraux sous les actions prévues sont évaluées. L’objectif est de vérifier que les éléments sont capables de supporter les charges et de garantir la stabilité structurelle ;
  5. vérification de la résistance : la résistance des éléments structuraux est vérifiée pour s’assurer que les contraintes et les efforts internes sont inférieurs aux capacités de résistance des matériaux utilisés. Cette vérification doit être effectuée en fonction des normes et des règles de conception prévues dans la région géographique où la structure est construite ;
  6. vérification de la stabilité : en plus de la résistance, il est nécessaire de vérifier la stabilité globale de la structure et des éléments structuraux individuels. Cette vérification prend en compte des phénomènes critiques tels que le basculement, le glissement et le fléchissement latéral. Elle vise à s’assurer que la structure est correctement ancrée et que les mesures nécessaires sont prises pour contrer ces phénomènes ;
  7. vérification des déformations : une autre vérification consiste à contrôler les déformations des éléments structuraux. Cela implique l’analyse des déformations élastiques et plastiques pour garantir qu’elles restent dans des limites acceptables et n’altèrent pas la fonctionnalité du bâtiment ;
  8. vérification des connexions : lors de la conception, il convient également de vérifier les connexions structurales entre les différents éléments (comme les nœuds entre les poutres et les piliers, ou les liaisons entre les murs porteurs) afin de garantir une transmission correcte des forces et une bonne capacité de résistance.

Pour optimiser le processus de conception et de vérification des éléments structuraux, il est indispensable de recourir à l’aide d’un logiciel calcul de structure, un outil basé sur la méthode BIM qui vous fournit des représentations graphiques claires et immédiates des résultats de calcul directement sur le modèle BIM de votre bâtiment. En exploitant les puissantes capacités de simulation de cet outil, vous pourrez effectuer des analyses structurales précises, vérifier la résistance et la stabilité de vos éléments structuraux et obtenir des résultats fiables en un temps record. Essayez-le gratuitement pendant trente jours et découvrez toutes les fonctionnalités qui vous permettront de simplifier votre travail, de gagner du temps précieux, de réduire la marge d’erreur et d’assurer la sécurité maximale et la fiabilité de vos projets structurels.

 

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