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Développement d’une méthode de calcul parasismique pour les bâtiments multi-étagés en bois avec des assemblages ductiles Résumé La recherche porte sur le développement d’une méthode de calcul parasismique pour les murs de refends en bois avec des assemblages ductiles dans des bâtiments multi- étagés. Les types de murs de refends en bois étudiés sont les murs en ossature légère, en CLT et les murs de refends en bois non conventionnels. Le but du projet est de fournir des exemples de calculs et des références pour la conception de bâtiments multi-étagés en bois dans l’optique d’augmenter le nombre de ces bâtiments. 1. Mise en contexte Comme on le sait, l’industrie du bois connaît une importante expansion ces dernières an- nées principalement due à son impact positif dans la lutte aux changements climatiques. Dernièrement, FPInnovations [1] a publié un guide technique sur la construction de bâti- ments multi-étagés. Ce rapport fait entre autres mention de l’importance d’entreprendre des études analytiques sur la performance et les caractéristiques des systèmes ductiles de reprises des charges sismiques ainsi que la priorité de développer des sources d’in- formations détaillées. Les bâtiments multi-étagés sont particulièrement vulnérables aux sollicitations produites par les tremblements de terre et les vents forts. Au Canada, la considération des charges sismiques pour la conception de bâtiments est particulièrement critique pour deux zones distinctes : la côte ouest du pays et la vallée du Saint-Laurent, ces deux endroits recevant la majorité des tremblements de terre ([2] et figure 1). Il est donc primordial de chercher et de mettre en place des solutions permettant aux structures de résister adéquatement aux tremblements de terre. F IGURE 1: Cartes des tremblements de terre au Canada (Source : SeismesCanada.rncan.gc.ca) 2. Problématique Actuellement, les matériaux conventionnels, tels que l’acier et le béton, sont utilisés pour la construction de bâtiments multi-étagés de moyenne à grande hauteur. Malgré les nou- veaux matériaux actuellement disponibles, comme les panneaux lamellé-croisé (CLT), et l’avancement de la recherche sur la conception parasismique des structures en bois, les ingénieurs de la pratique sont encore peu portés vers la conception de bâtiments multi-étagés en bois. 3. Objectifs de recherche • Étudier et émettre des recommandations pour la modélisation des assemblages pour la modélisation des assemblages ductiles entre des systèmes de reprises des efforts latéraux en bois (CLT, ossature légère) et des éléments en bois, en béton ou en acier soumis à des efforts sismiques. • Fournir des références et des méthodes de calcul pour une utilisation dans le milieu de la pratique 4. Conception parasismique Le principe de la conception parasismique vis-à-vis les séismes majeurs est de dissiper l’énergie de ceux-ci dans la structure par des déformations inélastiques de la structure (figure 2). F IGURE 2: Comportement idéal d’une structure selon le principe des déplacements égaux En d’autres mots, pour les structures en bois, des assemblages ductiles sont utilisés. La ductilité globale d’une structure se mesure selon l’équation suivante : μ Δ =Δ max /Δ y . Au final, une structure possédant une grande ductilité va dissiper plus d’énergie et les solicitations dans la structure seront moins élevées. Ceci permet donc de construire des structures moins dispendieuses et avec des mécanismes de ruines plus sécuritaires. 5. Projets et modélisation numérique • Projet en collaboration avec Coarchitecture sur le comportement sismique d’une structure non conventionnelle en bois • Projet en collaboration avec Nordic sur la conception parasismique d’un bâtiment de 6 étages en CLT • Projet sur la conception parasismique d’un bâtiment de 6 étages en ossature légère Les trois projets sont réalisés à l’aide de logiciel de modélisation numérique. Les logiciels utilisés sont SAP2000, ETABS et Abaqus (figure 3). F IGURE 3: Logiciels de modélisation numérique : (haut) Abaqus ; (bas) SAP2000 et ETABS (Source : Impression d’écran des logiciels Abaqus et SAP2000) 6. Étapes du cycle de vie Le but du projet est d’augmenter le nombre de constructions de bâtiments multi-étagés en bois. Par le fait même, on vise une réduction de l’utilisation du béton et de l’acier pour ce type d’ouvrages qui ont un impact négatif sur l’environnement. En effet, on sait que substituer un mètre cube de béton par du bois permet d’éviter l’émission de 1,1 tonne de CO 2 équivalent. Références [1] Karacabeyli, E. and Lum, C. (2014). Technical guide for the design and construction of tall wood buildings in canada. Special Publication (SP-55E), Pointe-Claire, Québec, FPInnovations, Canada. [2]Mitchell, D., Paultre, P., Tinawi, R., Saatcioglu, M., Tremblay, R., Elwood, K., et al. (2010). Evolution of seismic design provisions in the National building code of Ca- nada. Canadian Journal of Civil Engineering, 37(9), 1157-1170. É TUDIANT MS C : J EAN -P HILIPPE T REMBLAY -AUCLAIR ,U NIVERSITÉ L AVAL D IRECTION : A LEXANDER S ALENIKOVICH ,U NIVERSITÉ L AVAL C O - DIRECTION : C AROLINE F RENETTE , CECOBOIS
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Développement d’une méthode de calcul parasismique pour lesbâtiments multi-étagés en bois avec des assemblages ductiles
RésuméLa recherche porte sur le développement d’une méthode de calcul parasismique pourles murs de refends en bois avec des assemblages ductiles dans des bâtiments multi-étagés. Les types de murs de refends en bois étudiés sont les murs en ossature légère,en CLT et les murs de refends en bois non conventionnels. Le but du projet est de fournirdes exemples de calculs et des références pour la conception de bâtiments multi-étagésen bois dans l’optique d’augmenter le nombre de ces bâtiments.
1. Mise en contexteComme on le sait, l’industrie du bois connaît une importante expansion ces dernières an-nées principalement due à son impact positif dans la lutte aux changements climatiques.Dernièrement, FPInnovations [1] a publié un guide technique sur la construction de bâti-ments multi-étagés. Ce rapport fait entre autres mention de l’importance d’entreprendredes études analytiques sur la performance et les caractéristiques des systèmes ductilesde reprises des charges sismiques ainsi que la priorité de développer des sources d’in-formations détaillées.
Les bâtiments multi-étagés sont particulièrement vulnérables aux sollicitations produitespar les tremblements de terre et les vents forts. Au Canada, la considération des chargessismiques pour la conception de bâtiments est particulièrement critique pour deux zonesdistinctes : la côte ouest du pays et la vallée du Saint-Laurent, ces deux endroits recevantla majorité des tremblements de terre ([2] et figure 1). Il est donc primordial de chercheret de mettre en place des solutions permettant aux structures de résister adéquatementaux tremblements de terre.
FIGURE 1: Cartes des tremblements de terre au Canada(Source : SeismesCanada.rncan.gc.ca)
2. ProblématiqueActuellement, les matériaux conventionnels, tels que l’acier et le béton, sont utilisés pourla construction de bâtiments multi-étagés de moyenne à grande hauteur. Malgré les nou-veaux matériaux actuellement disponibles, comme les panneaux lamellé-croisé (CLT),et l’avancement de la recherche sur la conception parasismique des structures en bois,les ingénieurs de la pratique sont encore peu portés vers la conception de bâtimentsmulti-étagés en bois.
3. Objectifs de recherche
•Étudier et émettre des recommandations pour la modélisation des assemblagespour la modélisation des assemblages ductiles entre des systèmes de reprisesdes efforts latéraux en bois (CLT, ossature légère) et des éléments en bois, enbéton ou en acier soumis à des efforts sismiques.
•Fournir des références et des méthodes de calcul pour une utilisation dans le milieude la pratique
4. Conception parasismiqueLe principe de la conception parasismique vis-à-vis les séismes majeurs est de dissiperl’énergie de ceux-ci dans la structure par des déformations inélastiques de la structure(figure 2).
FIGURE 2: Comportement idéal d’une structure selon le principe des déplacementségaux
En d’autres mots, pour les structures en bois, des assemblages ductiles sont utilisés.La ductilité globale d’une structure se mesure selon l’équation suivante : µ∆ = ∆max/∆y.Au final, une structure possédant une grande ductilité va dissiper plus d’énergie et lessolicitations dans la structure seront moins élevées. Ceci permet donc de construire desstructures moins dispendieuses et avec des mécanismes de ruines plus sécuritaires.
5. Projets et modélisation numérique•Projet en collaboration avec Coarchitecture sur le comportement sismique d’une
structure non conventionnelle en bois
•Projet en collaboration avec Nordic sur la conception parasismique d’un bâtimentde 6 étages en CLT
•Projet sur la conception parasismique d’un bâtiment de 6 étages en ossature légère
Les trois projets sont réalisés à l’aide de logiciel de modélisation numérique. Les logicielsutilisés sont SAP2000, ETABS et Abaqus (figure 3).
FIGURE 3: Logiciels de modélisation numérique : (haut) Abaqus ; (bas) SAP2000 etETABS (Source : Impression d’écran des logiciels Abaqus et SAP2000)
6. Étapes du cycle de vie
Le but du projet est d’augmenter le nombre de constructions de bâtiments multi-étagésen bois. Par le fait même, on vise une réduction de l’utilisation du béton et de l’acier pource type d’ouvrages qui ont un impact négatif sur l’environnement. En effet, on sait quesubstituer un mètre cube de béton par du bois permet d’éviter l’émission de 1,1 tonne deCO2 équivalent.
Références
[1] Karacabeyli, E. and Lum, C. (2014). Technical guide for the design and constructionof tall wood buildings in canada. Special Publication (SP-55E), Pointe-Claire, Québec,FPInnovations, Canada.
[2] Mitchell, D., Paultre, P., Tinawi, R., Saatcioglu, M., Tremblay, R., Elwood, K., et al.(2010). Evolution of seismic design provisions in the National building code of Ca-nada. Canadian Journal of Civil Engineering, 37(9), 1157-1170.
ÉTUDIANT MSC : JEAN-PHILIPPE TREMBLAY-AUCLAIR, UNIVERSITÉ LAVAL
DIRECTION : ALEXANDER SALENIKOVICH, UNIVERSITÉ LAVAL
CO-DIRECTION : CAROLINE FRENETTE, CECOBOIS
