SKILLS G03F IngenierieIncendie GuideSSB07 v5

PROJET SKILLS

BTIMENTS EN ACIER EN EUROPE

Btiments en acier simple rez-de-

chausse

Partie 7 : Ingnierie incendie

Octobre 2013

Btiments en acier simple rez-de-

chausse



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AVANT-PROPOS

Cette publication est la septime partie du guide de conception et calcul : Btiments en

acier simple rez-de-chausse.

Les 11 parties de ce guide sont :

Partie 1 : Guide pour les architectes

Partie 2 : Conception

Partie 3 : Actions

Partie 4 : Conception et calcul des portiques

Partie 5 : Conception et calcul des structures treillis

Partie 6 : Conception et calcul des poteaux composs


Partie 8 : Enveloppe des btiments

Partie 9 : Introduction aux logiciels de calcul

Partie 10 : Guide pour la spcification dun projet de construction

Partie 11 : Attaches transmettant des moments

Le guide Btiments en acier simple rez-de-chausse est le premier dun ensemble en deux volumes, le second sintitulant Btiments en acier plusieurs niveaux.

Ces deux guides ont t raliss dans le cadre du projet europen Facilitating the market development for sections in industrial halls and low rise buildings (SECHALO)

RFS2-CT-2008-0030 que lon peut traduire en franais par Faciliter le dveloppement du march des profils lamins pour les halles industrielles et les

btiments de faible hauteur .

Ces guides de conception et de calcul ont t rdigs sous la direction dArcelorMittal, Peiner Trger et Corus. Le contenu technique a t prpar par le CTICM et le SCI,

collaborant dans le cadre de Steel Alliance , ralise grce une subvention

financire du Fonds de Recherche du Charbon et de l'Acier (RFCS) de la Communaut

europenne.

La traduction franaise de la prsente publication a t ralise dans le cadre du projet

SKILLS, sous l'gide du CTICM et dans le cadre d'une collaboration avec

ConstruirAcier et l'APK. Le projet SKILLS a t financ avec le soutien de la

Commission europenne. Cette publication nengage que son auteur et la Commission nest pas responsable de lusage qui pourrait tre fait des informations qui y sont contenues.


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Contenu Page n

1 INTRODUCTION 1

2 RISQUES INCENDIE DANS LES BTIMENTS SIMPLE REZ-DE-CHAUSSE 3 2.1 Objectifs de scurit incendie 3 2.2 Analyse du risque incendie 3 2.3 Exigences principales des rglementations de scurit incendie

actuelles 4

3 OPTIONS DINGNIERIE INCENDIE DES EUROCODES 7 3.1 Approches de calcul courantes 7 3.2 Analyse en situation dincendie 8 3.3 Analyse du transfert thermique 9 3.4 Analyse structurale 9

4 GUIDE DE SOLUTIONS APPROPRIES DINGNIERIE INCENDIE 12 4.1 Champ dapplication des diffrentes mthodes de calcul 12 4.2 Choix dune approche de calcul optimale 13

5 UTILISATION DIRECTE DUNE APPROCHE DINGNIERIE SIMPLIFIE POUR DES NON SPCIALISTES 15 5.1 Modles de feux 15 5.2 Modles thermiques 19 5.3 Modles structuraux 24 5.4 Rgles de calcul spcifiques aux btiments simple rez-de-chausse 35 5.5 Mthodes de calcul simplifies 37 5.6 Recommandations de conception 42

6 GUIDE POUR LUTILISATION DE SOLUTIONS PLUS AVANCES 52 6.1 Modles de feu 52 6.2 Modles thermiques 55 6.3 Modles structuraux 57

RFRENCES 62


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RSUM

Ce document fournit des recommandations pour la conception lincendie des btiments simple rez-de-chausse. Il contient des informations dtailles pour

permettre aux ingnieurs et aux projeteurs de se familiariser avec les diffrentes

procdures et les modles de calcul qui peuvent tre appliqus actuellement, non

seulement pour satisfaire les exigences prescriptives, mais aussi pour mener une

approche performentielle (fonde sur des objectifs) utilisant lingnierie de la scurit incendie. Les mthodes de calcul introduites dans ce guide, allant des rgles de calcul

simplifies aux modles les plus sophistiqus, sont issues de lEN 1993-1-2 et de l1994-1-2. Elles couvrent la fois les structures en acier et les structures mixtes acier-bton (protges et non protges). Par ailleurs, des rgles de calcul spcifiques sont

donnes galement pour vrifier simplement si le comportement de la structure

mtallique des btiments industriels simple rez-de-chausse satisfait les exigences de

performance introduites rcemment dans les rglementations incendie de plusieurs pays

europens.


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1 INTRODUCTION

Du fait des spcificits des btiments simple rez-de-chausse, lobjectif de scurit des vies humaines en cas dincendie peut facilement tre atteint sans exiger de degr de rsistance au feu lev pour la structure. Toutefois, dautres objectifs de scurit doivent tre pris en compte si la ruine de tout ou partie de

ces btiments peut tre accepte. Cest pourquoi plusieurs rglementations europennes traitant de la scurit incendie des btiments voluent vers

lacceptation de conception alternative base sur lingnierie de la scurit incendie. Les rgles prescriptives peuvent alors tre remplaces par des

exigences de performances, comme un comportement adquat de la structure

en situation dincendie, dans le but de satisfaire les objectifs de scurit qui incluent la scurit des personnes (occupants et pompiers), la protection de

lenvironnement, la protection des biens et la poursuite des activits. Les avantages apports par lapplication de lapproche performentielle dans la conception des constructions vis--vis de la scurit incendie ont dj t

dmontrs pour les btiments simple rez-de-chausse, en particulier

lorsquune rsistance au feu tait exige, autorisant dans certains cas ladoption de solutions plus novatrices, moins coteuses et plus sres.

Pour aider au calcul du comportement au feu des btiments, un nouvel

ensemble de normes europennes, les Eurocodes, a t dvelopp. Les parties

des Eurocodes applicables au calcul lincendie des btiments simple rez-de-chausse sont lEN 1991-1-2[1] (qui contient les concepts principaux et les rgles ncessaires pour dcrire les actions thermiques et mcaniques agissant

sur les structures exposes au feu) et les Parties qui traitent du calcul au feu des

structures spcifiques un matriau particulier, comme lEN 1993-1-2[2], relatif aux structures en acier et lEN 1994-1-2[3] relatif aux structures mixtes acier-bton.

Les Parties Comportement lincendie des Eurocodes fournissent prsent un large ventail de mthodes de calcul. Elles permettent aux ingnieurs de

suivre, soit une approche prescriptive pour satisfaire les exigences prescrites

dans les rglementations de scurit incendie nationales, soit une approche

performantielle utilisant l'ingnierie de la scurit incendie qui demande, en

gnral, des analyse numriques plus complexes mais qui fournit des rponses

plus prcises aux objectifs de scurit incendie.

Le prsent guide donne une vue densemble des mthodes de calcul actuellement disponibles pour valuer les performances lincendie des btiments simple rez-de-chausse constitus soit dune structure en acier, soit dune structure mixte acier-bton, ainsi que leur champ dapplication. Des mthodes de calcul simplifies, faciles dutilisation, et des modles de calcul plus avancs, sont traites sparment. Par ailleurs, des rgles de calcul

simplifies sont galement fournies pour estimer rapidement si le

comportement de la structure mtallique des btiments de stockage ou des

btiments industriels, remplit les objectifs de scurit incendie prescrits par les

rglementations relatives aux btiments de ce type.


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Ce guide vise galement aider les ingnieurs mieux comprendre les

diffrentes approches et mthodes de calcul disponibles pour le calcul

structural au feu dun btiment simple rez-de-chausse selon les Eurocodes, partir dune analyse relativement simple dlments isols soumis des conditions dincendie normalis jusqu une analyse plus complexe sous conditions de feu rel.


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2 RISQUES INCENDIE DANS LES BTIMENTS SIMPLE REZ-DE-CHAUSSE

2.1 Objectifs de scurit incendie Lobjectif principal de la plupart des rglementations de scurit incendie est dassurer la protection des vies humaines (occupants des btiments et services de secours), de lenvironnement et des biens (contenu du btiment et btiment lui-mme). A travers de nombreuses mesures incluant les systmes de

protection active et passive, les objectifs sont :

De rduire et de prvenir les consquences dun feu en contrlant le risque dincendie dans le btiment ;

De fournir des voies dvacuation sres pour les occupants du btiment ;

De prvenir la propagation du feu du compartiment incendi aux autres parties du btiment et aux constructions contiges ;

De sassurer que le btiment prsente une dure de stabilit au feu suffisante pour assurer lvacuation des occupants et lintervention des services de secours pour sauver, si ncessaire, les personnes restantes.

2.2 Analyse du risque incendie Les btiments simple rez-de-chausse utiliss comme usines, entrepts ou

centre commerciaux, reprsentent aujourdhui un type de construction en acier trs courant. Dans le cas spcifique des entrepts, selon la disposition du

stockage (incluant le stockage libre, les racks palettes, les stockages sur

tagres pleines ou lames) et la combustibilit des matriaux stocks, le feu peut se dvelopper trs rapidement et, par consquent, mettre les occupants

en danger bien avant que ne survienne la ruine de la structure du btiment. En

effet, le dveloppement du feu peut tre extrmement important du fait de la

propagation ascendante gnralement trs rapide des flammes. Les espaces

(verticaux et horizontaux) sparant habituellement les palettes contiges et les

supports se comportent alors comme des chemines qui facilitent la

propagation des flammes jusquau toit. La fume dgage lors de lincendie forme rapidement une couche chaude sous la toiture, qui descend

progressivement au fur et mesure que le feu se dveloppe. La vitesse

laquelle ce phnomne se produit dpend bien sr des produits combustibles

stocks et de leur disposition dans le btiment. En situation non ventile, les

btiments simple rez-de-chausse peuvent tre enfums entirement en

quelques minutes. Bien que la fume soit principalement constitue dair entran , elle contient suffisamment de substances toxiques et asphyxiantes

pour invalider ou tuer en quelques minutes les personnes qui y sont exposes.

Par ailleurs, les fumes chaudes mettent des flux radiatifs trs importants. Il

est noter quune couche de gaz chauds 500C met un flux radiatif de lordre de 20 kW/m (correspondant au flux radiatif mis par un corps noir la temprature de 500C), et que, sous de telles conditions, les brlures cutanes

surviennent aprs quelques secondes4. Il est gnralement admis que le seuil de

tenabilit est de 2,5 kW/m2, ce qui est nettement plus faible que le niveau


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de flux reu lorsque les lments de structure peuvent prsenter un risque de

ruine. Par consquent, les btiments rsistent laction du feu plus longtemps que les occupants et la ruine de lossature mtallique dun btiment simple rez-de-chausse ne constitue pas un risque supplmentaire pour la scurit des

personnes schappant de la zone incendie.

En ce qui concerne les oprations de secours, il est communment admis que

les pompiers ne doivent pas entrer dans un btiment simple rez-de-chausse

en raison de la croissance rapide de lincendie. En gnral, les oprations de lutte contre lincendie sont menes de lextrieur, les murs avoisinant la zone incendie tant arrose avec de leau. Dans ce cas, pour les pompiers, le risque d un effondrement de la structure est nul puisquil correspond un niveau de temprature qui nest plus supportable par les services de secours (sous rserve que la ruine en chane dans le cas de btiments compartiments, ou que

leffondrement de la structure vers lextrieur, ne se produise pas[5,6]). Si, au dbut de lincendie, les pompiers doivent entrer dans le btiment pour secourir des personnes, ils ne peuvent plus y rester lorsque le flux de chaleur ait atteint

environ 7 kW/m, ce qui est galement trs loign du niveau de flux

correspondant au risque de ruine de la structure.

Pour toutes ces raisons, une augmentation de la rsistance au feu demande

pour les btiments simple rez-de-chausse nest pas ncessaire. En revanche, le comportement global de la structure et la stabilit au feu des murs coupe-feu

requirent une attention particulire pour carter tout risque de ruine en chane.

Pour rappel, un btiment simple rez-de-chausse risque une ruine en chane

lorsquune ruine locale de la partie chauffe de la structure conduit la ruine des parties restes froides situes dans une zone labri des gaz chauds et des fumes. Par ailleurs, afin de garantir la scurit des pompiers positionns

autour du btiment, la structure des btiments simple rez-de-chausse

(lments de faade compris) doit seffondrer vers lintrieur.

De nombreuses rglementations nationales ont dj pris en compte les

remarques prcdentes pour les btiments industriels et les btiments publiques

simple rez-de-chausse en nexigeant plus de dure de stabilit au feu particulire pour ces ouvrages mais en introduisant des exigences de scurit

spcifiques en matire de comportement structural global et en concentrant les

exigences sur les moyens dvacuation, sur la dtection et la suppression de lincendie.

En ce qui concerne les autres types de btiments simple rez-de-chausse avec

des charges incendie relativement faibles, le risque de pertes en vies humaines

lors dun incendie est rduit du fait de lvacuation facile des occupants et de la facilit et de la fiabilit des oprations de secours.

2.3 Exigences principales des rglementations de scurit incendie actuelles

2.3.1 Rsistance au feu des lments structuraux

En dpit des commentaires prcdents, un degr de rsistance au feu est

quelquefois exig pour la structure des btiments simple rez-de-chausse[7]

.


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La rsistance au feu est dfinie comme la dure pendant laquelle un lment de

construction peut rsister une exposition au feu sans perdre ses capacits

(fonction porteuse ou sparative). Habituellement, les lments de construction

sont classifis en utilisant trois critres de performance :

La fonction porteuse, note R, qui est laptitude dun lment porteur rsister au feu sans perdre ses capacits de rsistance structurale ;

Ltanchit, note E, qui est laptitude d'un lment sparatif, en cas dexposition au feu sur un ct, empcher le passage des flammes et des gaz chauds du ct non expos

Lisolation, note I, est laptitude d'un lment sparatif, en cas dexposition au feu sur un ct, limiter la monte en temprature de la face non expose au-dessous des niveaux fixs (en gnral une valeur

moyenne de 140C).

Dans les rglementations prescriptives, la rsistance au feu exige pour un

lment de construction est exprime en termes de dure minimale pendant

laquelle cet lment doit fonctionner de manire satisfaisante lorsquil est expos lincendie normalis.

Lorsque des exigences de stabilit au feu sont donnes pour les btiments

simple rez-de-chausse, elles varient habituellement entre 15 (R15) et

60 minutes (R60), selon le type doccupation du btiment, lexistence dun systme de sprinklers, la hauteur du btiment et la taille du compartiment.

2.3.2 Compartimentage et sparation entre btiments

Un btiment simple rez-de-chausse doit tre subdivis en compartiments

spars par des murs coupe-feu lorsque la surface au sol du btiment dpasse la

dimension maximale autorise pour un compartiment. Les limites sur la taille

maximale des compartiments peuvent tre tendues en quipant le btiment

dun systme de sprinklers.

Le compartimentage permet de rduire les pertes matrielles en limitant les

dommages directs au contenu du compartiment dans lequel lincendie prend naissance, et en vitant que le feu ne stende plus largement. Au regard de la scurit des vies personnes, les occupants prsents dans les autres parties du

btiment peuvent emprunter les voies dvacuation et sortir en scurit sans tre exposs aux fumes ou aux gaz gnrs par lincendie.

Le degr de rsistance au feu demand pour les murs coupe-feu sparant les

compartiments varie habituellement de REI 60 REI 120.

La propagation de lincendie aux btiments voisins doit aussi tre vite. Cette exigence est habituellement satisfaite par des distances de sparation

suffisantes entre btiments ou par limplantation dlments de faade prsentant une performance au feu adquate. Dans le cadre du projet de

recherche franais Flumilog, une mthode de calcul a rcemment t

dveloppe pour estimer les effets thermiques des feux dans les btiments de

stockage un seul niveau. Cette mthode permet de dterminer des distances

de sparation scuritaires en prenant en compte les caractristiques principales

du btiment, telles que son contenu, le type dlments de faade et de toiture, etc.


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2.3.3 Suppression du feu

Linstallation de systmes de sprinklers peut tre exige par les rglementations de scurit incendie. En plus de leur effet vident dans la

limitation du dveloppement de lincendie, leur utilisation conduit gnralement une rduction du degr de rsistance au feu exig pour la

structure. Ils permettent galement daugmenter la taille maximale autorise des compartiments.

2.3.4 Systmes de contrle des fumes

Les rglementations de scurit incendie peuvent exiger que des systmes de

contrle de fumes soient installs dans les btiments publics, les btiments de

stockage et les btiments industriels afin de faciliter lvacuation des occupants, en minimisant les risques dinhalation de fumes et de blessures. Dans une certaine mesure, ils permettent galement aux pompiers de mieux

voir le feu et par consquent de pouvoir lteindre plus rapidement et plus efficacement.

Les systmes de contrle de fumes contribuent vacuer la fume de la zone

incendie et limiter la propagation des gaz chauds sous la toiture. Ils

augmentent le temps avant que le compartiment ne soit compltement enfum,

et donnent ainsi aux personnes plus de temps pour vacuer le btiment. Ceci

peut tre ralis par une combinaison de systmes de dsenfumage

(mcaniques ou naturels) et dcrans de cantonnement (qui confinent les fumes dans des zones spcifiques).

2.3.5 Dtection et alarmes incendie

Des mesures adquates sont ncessaires pour dtecter la naissance dun incendie et pour alerter les occupants du btiment et les brigades de pompiers

de loccurrence dun feu. Dans les petits btiments simple rez-de-chausse o toutes les issues sont visibles, il est probable quun incendie sera dtect rapidement par les occupants et que le cri Au feu ! est suffisant. Dans les

btiments simple rez-de-chausse de taille plus importante, un simple signal

sonore tel quune alarme alimente sur batterie ou le tintement dune cloche peut tre suffisant. Dans un btiment industriel, le bruit ambiant doit tre pris

en compte, pour sassurer que lalarme sera entendue par les occupants.

2.3.6 Moyens dvacuation

Pour vacuer en scurit un btiment, il convient de prvoir des moyens

dvacuation appropris, tels quun nombre suffisant de sorties de secours de largeur adapte, des passages et des voies daccs de dimensions appropries. Gnralement, les voies dvacuation dans les petits btiments simple rez-de-chausse mnent directement une zone sre situe lextrieur du btiment. Par consquent, elles nexigent en gnral aucune attention particulire. Dans les btiments plus grands, o les distances de parcours sont plus importantes et

o le feu est susceptible de rendre trs rapidement inutilisable une voie

dvacuation unique, des moyens dvacuation alternatifs peuvent tre ncessaires. Il convient galement de prendre en compte les personnes

handicapes.


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3 OPTIONS DINGNIERIE INCENDIE DES EUROCODES

3.1 Approches de calcul courantes En utilisant les parties feu des Eurocodes

[8,9], les btiments simple rez-de-

chausse peuvent tre conus en utilisant, soit lapproche prescriptive, soit lapproche performentielle (fonde sur les objectifs) utilisant lingnierie de la scurit incendie

[10].

Lapproche prescriptive est applique principalement pour rpondre aux exigences dfinies en termes de rsistance au feu normalis prescrites

habituellement dans les rglementations traitant de scurit incendie. Elle

donne un niveau de scurit qui est relativement facile atteindre et mettre en

uvre. Elle peut cependant tre trs conservative, en conduisant lapplication dune importante protection contre lincendie afin dobtenir le degr de rsistance au feu exig. Cette approche est habituellement utilise pour le

calcul de btiments et de structures relativement simples.

En alternative, ou lorsque cela est autoris par les rglementations nationales,

lapproche performentielle peut permettre, en fonction du risque rellement encouru dans louvrage, dvaluer de manire optimale les mesures ncessaires pour atteindre lensemble des objectifs de scurit incendie retenus, telles que celles expliques au paragraphe 2.1, et les critres de performance associs. En

ayant recours lingnierie du comportement au feu, les ingnieurs peuvent valuer la rsistance au feu ncessaire la structure pour viter propagation du

feu et/ou pour viter un effondrement prmatur de la structure. Concernant les

btiments simple rez-de-chausse, la structure principale peut tre conue

pour tre stable au feu suffisamment longtemps pour permettre aux occupants

dvacuer le btiment. Une telle approche prend en compte la svrit de lincendie par des estimations appropries des charges calorifiques relles et des diffrents paramtres lis au dveloppement de lincendie qui peuvent tre dtermins selon lactivit du btiment.

Lapproche performentielle offre une plus grande souplesse dans le choix des solutions techniques permettant de remplir les objectifs de scurit incendie.

Toutefois, elle exige gnralement lutilisation doutils de calcul sophistiqus. Les ingnieurs et les projeteurs utilisant des modles de calcul avancs doivent

avoir t forms convenablement pour pouvoir les matriser et connatre leurs

limitations. Comme lingnierie de la scurit incendie permet doptimiser la conception et le dimensionnements des btiments, avec de faibles rserves de

rsistance, il est ncessaire que son utilisateur soit expriment pour sassurer que les modles utiliss sont appropris.

Lorsque les rglementations traitant de la scurit incendie autorisent le recours

lapproche performentielle, les organismes de contrle peuvent exiger que le calcul au feu soit vrifi par une tierce partie.


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La performance au feu de tout ou partie dune structure, est value, pour un scnario de feu donn, en appliquant successivement les trois tapes du calcul

structural au feu[1]

suivantes.

Analyse de lincendie pour calculer les actions thermiques en utilisant un modle de dveloppement du feu.

Analyse thermique pour dterminer la vitesse dchauffement et les tempratures dans les lments structuraux en appliquant un modle

thermique.

Analyse structurale pour calculer la rponse mcanique des lments structuraux en appliquant un modle mcanique.

Les diffrentes mthodes de calcul disponibles pour valuer la performance au

feu dune structure sont dcrites brivement ci-aprs. Ces mthodes vont de simples calculs manuels lutilisation de modles numriques sophistiqus. La complexit des calculs au feu dpendra principalement des hypothses et des

mthodes adoptes pour mener les trois tapes du calcul structural au feu.

3.2 Analyse du feu Lobjectif principal de la modlisation dun incendie est la simulation du dveloppement du feu et la dtermination des actions thermiques (temprature

des gaz, flux de chaleur) impactant les lments structuraux (afin de

dterminer, dans une tape ultrieure, la temprature au sein de ces lments).

Bien quune pratique courante consiste reprsenter un incendie par une courbe de feu normalis, un calcul structural au feu peut tre bas sur un

incendie de calcul qui fournit des conditions plus ralistes dans un

compartiment. De cette manire, des paramtres comme la densit de charge

calorifique, le dbit calorifique ou les conditions de ventilation, qui jouent un

rle significatif dans la svrit de lincendie, sont pris en compte. Par ailleurs, lidentification de scnarios de feu de calcul pertinents est un aspect essentiel du calcul au feu. Les scnarios de feu de calcul utiliss pour lanalyse dun feu de btiment doivent tre dduits de tous les scnarios de feu possibles. Dans la

plupart des btiments, le nombre de scnarios dincendies possibles est infini et doit donc tre rduit. Seuls les scnarios de feu les plus pertinents et les plus

pnalisants devront tre tudis. Une fois les scnarios de feu de calcul

slectionns, diffrent modles de feu peuvent tre utiliss pour estimer la

svrit de lincendie et calculer les actions thermiques correspondantes.

Plusieurs niveaux de modles de feux sont applicables aux diffrentes phases

du dveloppement dun incendie. Lorsquun feu prend naissance dans un compartiment, il est tout dabord localis lintrieur du compartiment et, selon les caractristiques de ce dernier et de la charge calorifique, il peut rester

localis ou se gnraliser lensemble du compartiment. Dans le cas de petits compartiments ou de compartiments avec des ouvertures de petites dimensions

par rapport celles du compartiment, le feu se dveloppe compltement et

devient gnralis.

Trois niveaux de modlisation sont disponibles pour dcrire les incendies,

quils soient localiss ou gnraliss, comme indiqu dans le Tableau 3.1.


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Tableau 3.1 Niveaux des modles dincendie

Niveaux du modle Feu localis Feu gnralis

Modle simplifi Modle dHasemi Modle dHeskestad

Feux paramtrs

Modles de zones Modle 2 zones Modle 1 zone

Modles de champs CFD CFD

Les modles simplifis sont gnralement des modles empiriques fonds sur

des hypothses conventionnelles. Les modles de zones prennent en compte les

principaux paramtres contrlant lincendie. Toutefois, ils sont bass sur des hypothses simplificatrices qui en limitent le domaine dapplication. Ils devraient tre utiliss dans les compartiments pour lesquels les gomtries sont

simples et faciles dfinir. Les modles de champs sont plus prcis mais ils

sont trop complexes pour tre utiliss quotidiennement comme outil de calcul ;

ils devraient tre utiliss dans les compartiments avec des gomtries

complexes ou avec des plafonds hauts et irrguliers.

Les conditions dutilisation de ces modles sont brivement dtailles au Chapitre 6.

3.3 Analyse du transfert thermique Une fois les actions thermiques calcules, lchauffement des lments structuraux peut tre calcul. Les modles de transfert thermique qui seront

utiliss doivent tre bass sur les principes reconnus et les hypothses de la

thorie du transfert de chaleur.

Diffrentes modlisations peuvent tre utilises selon les hypothses et les

besoins. Parmi les modles thermiques, on peut distinguer les rgles

analytiques qui permettent dobtenir lestimation dune temprature uniforme en section, principalement pour les lments en acier. Il existe aussi des

mthodes de calcul avances fondes principalement sur la mthode aux

lments finis ou aux diffrences finies, permettant de dterminer la

distribution de temprature en 2D ou en 3D dans les lments structuraux (sur

la section transversale et selon la longueur des lments). Les modles de

calcul avancs peuvent tre appliqus tout type de structure expose au feu.

Les modles thermiques sont dtaills brivement dans les chapitres suivants.

3.4 Analyse structurale A partir des champs de tempratures obtenus prcdemment dans les lments

structuraux et sur la base des combinaisons des actions mcaniques en situation

dincendie, le comportement mcanique peut tre dtermin en suivant lune des trois approches suivantes :

Analyse par lment, dans laquelle chaque lment de structure (poutre, poteau, dalle, etc.) est tudi en supposant quil est compltement isol des autres lments. Les conditions de liaison avec les autres lments seront

remplaces par des conditions aux limites appropries ;


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Analyse de parties de la structure, dans laquelle un sous-ensemble dlments structuraux est pris en compte directement dans le calcul avec des conditions aux limites appropries pour reprsenter ses liaisons avec les

autres parties de la structure ;

Analyse globale de la structure, dans laquelle la structure complte est considre dans le calcul.

Analyse dun lment

Analyse dune partie de la structure

Analyse de la structure globale

Figure 3.1 Diffrentes approches de calcul pour lvaluation de la rponse mcanique des structures en cas dincendie

Lanalyse par lments est facile appliquer, en particulier avec les mthodes de calcul simplifies. Par consquent, elle est trs largement applique pour

justifier les structures sous condition de lincendie normalis. Lanalyse globale de la structure ou lanalyse de parties de cette structure considre au moins plusieurs lments de la structure, si bien que leffet de leur interaction ainsi que la redistribution de charge des parties chauffes (parties affaiblies

lintrieur du compartiment en feu) aux parties froides (parties plus rsistantes en dehors du compartiment en feu) peuvent tre pris en compte directement et

de manire prcise. Par consquent, lanalyse globale permet dobtenir une estimation plus raliste du comportement au feu de la structure.

Selon les Eurocodes, trois types de mthodes de calcul peuvent tre utilises

pour estimer le comportement mcanique des structures en situation dincendie avec les diffrentes approches de calcul exposes prcdemment. Un calcul au

feu peut tre ralis au moyen de :

Une mthode de calcul simplifie, base sur des donnes tabules prdfinies, comme cest le cas dans lEN 1994-1-2[3]. Cette mthode est seulement applicable aux lments de structure mixtes acier-bton. Les

tableaux ont t tablis partir de rsultats la fois numriques et

exprimentaux pour diffrents types dlments de structure, tels que des dalles, des poutres et des poteaux, pour une dure de rsistance au feu

donne, pour un chauffement correspondant aux conditions de lincendie normalis et pour un niveau de chargement fix. Les tableaux sont faciles

utiliser et placent en scurit mais ils ne couvrent quune gamme limite de types de sections.

Les modles de calcul simplifis. Ce type de mthode de calcul peut tre divis en deux familles distinctes. La premire est la mthode de la

temprature critique largement applique lanalyse dlments structuraux


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en acier. La seconde est lutilisation de modles mcaniques simplifis (vrification dans le domaine des rsistances) tablis pour lanalyse par lment et applicables aux structures soit en acier, soit mixtes acier-bton.

Ces modles ont t dvelopps pour les lments structuraux les plus

courants, savoir les dalles, les poutres et les poteaux par exemple.

Les modles de calcul avancs. Ce type de mthode de calcul peut tre appliqu tous les types de structures et les modles sont, en gnral, bass

sur la mthode aux lments finis. Ils fournissent une analyse raliste des

structures. Les rsultats de calcul sont gnralement dfinis en termes de

dformation de la structure pendant toute la dure de lincendie.

Les modles structuraux sont dtaills brivement dans les chapitres suivants.


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4 GUIDE DE SOLUTIONS APPROPRIES DINGNIERIE INCENDIE

4.1 Champ dapplication des diffrentes mthodes de calcul Le tableau suivant montre le champ dapplication des diffrentes mthodes de calcul disponibles pour le calcul structural au feu en distinguant soit un calcul

suivant les exigences prescriptives fondes sur lincendie normalis, soit un calcul bas sur lapproche performentielle[11]. Tableau 4.1 Champ dapplication des diffrentes mthodes de calcul

Approche Outils Actions thermiques

Modlisation thermique

Modlisation structurale

Ap

pro

ch

e p

rescri

ptive

(ca

lcu

l

lin

ce

nd

ie n

orm

alis

)

Donnes pr-calcules partir dessais au feu normalis (donnes des fabricants)

Courbe ISO normalise

EN 1991-1-2

Donnes tabules partir de lEN 1994-1-2

EN 1994-1-2, 4.2

Modles de calcul simplifis donns dans les Eurocodes

Acier EN 1993-1-2 4.2.5

Acier EN 1993-1-2 4.2.3 4.2.4

Mixte EN 1994-1-2 4.3

Modles de calcul avancs

Acier et mixte

FEA* ou FDA** FEA*

Ap

pro

ch

e p

erf

orm

en

tie

lle

(ca

lcu

l a

u fe

u n

atu

rel)

Modles de calcul simplifis

Feu gnralis (feu paramtr,

courbe ISO normalise***)

Feu localis

Acier EN 1993-1-2 4.2.5

Acier EN 1993-1-2 4.2.3 4.2.4

Rgles spcifiques bases sur un feu gnralis 5.4

Modles de calcul avancs

Modles de zones

Modles de

champs

Acier et mixte

FEA* ou FDA** FEA*

*FEA : Analyse aux lments finis **FDA : Analyse par les diffrences finies

*** La ruine des btiments simple rez-de-chausse survient habituellement quand la structure du btiment (une partie ou la totalit de la structure) est totalement expose au feu (incendie gnralis dans le compartiment). Dans de telles conditions dincendie, du fait que la vitesse de monte en temprature des gaz na aucun effet significatif sur le mode de ruine de la structure du btiment, une approche performentielle se rfrant aux actions thermiques dduites de la courbe dincendie normalis convient pour estimer le comportement au feu des btiments simple rez-de-chausse. Cette approche peut tre utilise pour dmontrer


7 - 13

labsence de ruine en chane et dmontrer que la ruine nest pas progressive et que leffondrement se produit vers lintrieur du btiment.

4.2 Choix dune approche de calcul optimale Le choix de lapproche de calcul dpend du type de btiment (btiment de stockage, btiment industriel, btiment commercial, etc.), des exigences

spcifies dans la rglementation correspondante traitant de la scurit incendie

et de lacceptation ou non par les autorits dappliquer une approche performentielle comme alternative aux rgles prescriptives.

Quelques suggestions sur le choix de lapproche du calcul au feu sont donnes ci-dessous.

Avec la diversit des exigences, la premire tape la plus importante est de

rpondre aux questions suivantes :

Quel est le degr de rsistance au feu exig, sil existe ?

Est-il possible de possible de mener une approche performentielle ?

Quand une approche prescriptive doit tre utilise (calcul sous feu normalis) :

Il peut tre appropri dutiliser des modles de calcul simplifis lorsque de faibles degrs de rsistance au feu (R15 or R30) sont exigs pour les

lments structuraux ;

Les modles de calcul avancs doivent tre utiliss lorsque les lments structuraux ne sont pas couverts par les modles de calcul simplifis. Ils

peuvent aussi tre utiliss avec un intrt conomique pour les structures en

acier o des degrs de rsistance au feu levs (suprieurs R60) sont

exigs car ils peuvent permettre de rduire lpaisseur de protection contre lincendie appliquer sur les lments en acier.

Si lapproche performentielle est accepte par les autorits rglementaires nationales et quune stabilit structurale est demande :

Une approche performentielle est probablement la plus intressante si la structure est inhabituelle et ne peut tre traite avec les mthodes

prescriptives traditionnelles.

Une protection contre lincendie localis peut tre ncessaire, compte tenu du comportement global de lensemble de la structure sous feu rel, pour atteindre lobjectif recherch en matire de scurit des personnes, (occupants du btiment et services de secours).

Les rglementations nationales traitant de la scurit incendie peuvent exiger

lutilisation dune approche performentielle pour les btiments simple rez-de-chausse prsentant des risques dincendie significatifs (avec charges calorifiques importantes).

Les rglementations nationales traitant de la scurit incendie peuvent

permettre le recours une approche performentielle sappuyant sur des rgles simplifies et des recommandations constructives pour les btiments simple

rez-de-chausse. De telles approches sont donnes au 5.4. Dautres


7 - 14

recommandations et rgles de conception peuvent tre trouves dans la

rfrence[12]

.

Des mesures de protection actives contre lincendie (installation de sprinklers, de dtecteurs dincendie, dalarmes incendie, de systme de dsenfumage) et des mesures de protection passives contre le feu (compartimentage, moyens

dvacuation, etc.) sont habituellement installes dans les btiments en accord avec les exigences spcifies dans les rglementations nationales traitant de la

scurit incendie.


7 - 15

5 UTILISATION DIRECTE DUNE APPROCHE DINGNIERIE SIMPLIFIE POUR DES NON SPCIALISTES

Ce chapitre donne une vue densemble de rgles de calcul simplifies , courantes et faciles utiliser pour lvaluation de la rsistance au feu dlments structuraux en acier ou mixtes acier-bton.

Sont galement donnes, des rgles de calcul simplifies et des

recommandations constructives pour satisfaire les exigences spcifiques

exprimes en termes de comportement structural qui ont t rcemment

introduites dans les rglementations traitant de la scurit incendie de plusieurs

pays europens pour les btiments industriels et de stockage un seul niveau. Il

est noter que ces mthodes sont galement applicables dautres types de btiments simple rez-de-chausse.

5.1 Modles de feux

5.1.1 Courbes nominales temprature/temps

LEN 1991-1-2[1] donne trois courbes de feu normalises, dfinissant arbitrairement les quations de la temprature des gaz chaud en fonction du

temps. Dans ces quations, aucun paramtre physique nest pris en compte. La courbe la plus couramment utilise dans le calcul au feu des structures et pour

les prescriptions rglementaires est la courbe temprature/temps normalise

(feu ISO normalis) qui reprsente un feu pleinement dvelopp (feu

gnralis) dans un compartiment. La seconde courbe, la courbe de feu

extrieur, est destine aux lments de faade et la troisime courbe, la courbe

dhydrocarbure, reprsente un feu avec un combustible de type liquide ou hydrocarbon.

Les courbes nominales temprature/temps sont dfinies comme suit :

Pour la courbe temprature/temps normalise (feu ISO normalis) :

)18(log34520 10 tg (1)

Pour la courbe de feu extrieur :

20)313,0687,01(660 8,332,0g tt ee (2)

Pour la courbe dhydrocarbure :

20)675,0325,01(1080 5,2167,0g tt ee (3)

o :

g est la temprature des gaz dans le compartiment [C],

t est le temps [min].

Il est important de noter que les courbes prcdentes sont des courbes de

rfrence. Elles ne refltent pas leffet thermique rel dun incendie. En effet,


7 - 16

les tempratures donnes par ces courbes sont continuellement croissantes avec

le temps, sans considrer que la charge calorifique est limite. Par consquent,

le degr de rsistance au feu normalis exig rglementairement pour les

lments structuraux (exprim en temps) nindique pas le temps rel pendant lequel ils rsisteront dans le cas dun incendie rel se dclarant dans un btiment. Les exigences imposes en matire de rsistance aux lments de

structure doivent donc tre considres comme des indices jugs ncessaire par

les pouvoirs publics en fonction de l'importance du risque et de la svrit

estime du feu pour garantir la scurit des biens et des personnes.

5.1.2 Feux paramtrs

Les modles de feux paramtrs fournissent une mthode de calcul Les

modles de feux paramtrs fournissent une mthode de calcul relativement

simple pour estimer la temprature des gaz chauds dans un compartiment, en

prenant en compte de manire simplifie les principaux paramtres qui

influencent le dveloppement du feu, comme la taille du compartiment, la

charge calorifique (correspondant la masse de matriaux combustibles dans le

compartiment), les conditions de ventilation (ouvertures) et les proprits

thermiques (comme la conductivit thermique et la chaleur spcifique) des

murs et des plafonds du compartiment.

Comme les courbes temprature/temps nominales, les courbes

temprature/temps paramtres fournissent des relations exprimant la

temprature des gaz chauds en fonction du temps. Elles sont bases sur

lhypothse dune temprature des gaz uniforme dans le compartiment, ce qui limite leur champ dapplication aux conditions de post-embrasement gnralis (post-flash-over) dans les compartiments de dimensions raisonnables. La

courbe de feu ainsi obtenue comprend une phase dchauffement reprsente par une loi exponentielle jusqu une temprature maximale, suivie par une phase de refroidissement dcroissance linaire jusqu une temprature rsiduelle (gnralement prise gale la temprature ambiante). La

temprature maximale et la dure dincendie correspondante sont les deux paramtres principaux qui affectent le comportement au feu des lments

structuraux. En consquence, ils ont t adopts comme les paramtres

gouvernant lquation dfinissant les feux paramtrs.

Un tel modle est donn dans lAnnexe A de lEN 1991-1-2. Il est applicable aux compartiments ayant une surface de plancher infrieure ou gale 500 m,

sans ouvertures en toiture et ayant une hauteur maximale de 4 m, pour des

revtements de compartiments avec une inertie thermique comprise entre 100

et 2200 J/m2s1/2K, pour un facteur douverture compris entre 0,02 0,20 et

pour des compartiments avec des charges calorifiques principalement de type

cellulosique. En raison de ces limitations, pour les btiments simple rez-de-

chausse, le modle est essentiellement utilis pour les zones de bureaux.


7 - 17

Temps

g

max

t*max

Phase

dchauffement Phase de

refroidissement

g=20+1325(1-0,324e-0,2t*

-0,2e-1,7t*

-0,427e-19t*

)

avec t*= t.C o t est le temps (en heures) et

)1160/04.0/(]b/O[R

Principaux paramtres:

- Caractristiques des murs : inertie thermique cb

- Caractristiques des ouvertures : facteur douverture

tv A/hAO

max= g (t*max) = g (tmax . ) (C)

avec tmax = max{ (0.2.10-3

qt,d / O). / O, tlim } (heures)

o tlim est fonction du taux de croissance du feu (selon le type de btiment):

- tlim =25 min si le taux de croissance du feu est lent,

- tlim =20 min si le taux de croissance du feu est moyen,

- tlim =15 min si le taux de croissance du feu est rapide,

- qt,d est la densit de charge calorifique de calcul [MJ/m]

g = g (t*, t*max, x) (C)

= max 625.(t* - t*max.x) si t*max 0,5

= max 250.(3- t*max).(t* - t*max.x) si 0,5 < t*max 2

= max 250.(t* - t*max) si t*max > 2

avec t*= t. t*max = (0.2.10-3

qt,d / O).

et x fonction de tmax comme suit:

x = 1 si tmax > tlim

x = tlim. / t*max si tmax = tlim

Figure 5.1 Feux paramtrs (Annexe A de lEN 1991-1-2)

Les donnes pour les courbes de feux paramtres sont la valeur de calcul de la

densit de charge calorifique, la vitesse de dveloppement du feu, les

conditions de ventilation (reprsentes par la taille et la position des

ouvertures) et les proprits thermiques (la capacit thermique, la densit et la

conductivit) des murs pour valuer les pertes de chaleur qui se produisent par

convection et rayonnement aux limites du compartiment. Pour la densit de

charge calorifique, il est de pratique courante dans le calcul de se rfrer aux

valeurs caractristiques donnes dans lEN 1991-1-2.

Mme si les courbes de feux paramtrs offrent une amlioration importante

par rapport la courbe temprature/temps normalise ( feu ISO ), elles ne

permettent pas encore dobtenir une valuation trs prcise de la svrit de lincendie. Par consquent, quelques pays europens recommandent leur usage seulement pour des calculs de prdimensionnement.

5.1.3 Feux localiss

LAnnexe C de lEN 1991-1-2 fournit des approches simplifies pour dterminer les actions thermiques des feux localiss. Deux situations sont

distingues selon la hauteur de la flamme par rapport au plafond du

compartiment : quand la flamme ne touche pas le plafond (base sur la

mthode dHeskestad) et quand la flamme touche le plafond (base sur la mthode dHasemi).


7 - 18

La flamme ne touche pas le plafond La flamme touche le plafond

Donnes ncessaires :

- Dbit calorifique: Q (W)

- Distance entre le foyer dincendie et le plafond: H (m) - Diamtre du feu: D (m)

Rsultats:

- Longueur de flamme Lf (m) :

Lf = -1,02 D + 0,0148 Q2/5

-Temprature (z) du panache le long de laxe vertical de symtrie:

(z) = 20 + 0,25 (0.8Q)2/3 (z-z0)-5/3

(z) 900C

Rsultats:

- Longueur horizontale de la flamme Lh

- Flux thermique reu par unit de surface expose au

feu au niveau du plafond la distance r de laxe de la flamme :

h = 100000 si y 0,30 h = 136300-121000 y si 0,30 < y < 1,0 (C.4) h = 15000 y-3,7 si y 1,0 avec

'

'

h zHL

zHry

o

r : est la distance de laxe de la flamme au point o le flux thermique est calcul (m)

z : est la position verticale de la source de chaleur

virtuelle (m)

D : est le diamtre du feu (m)

Flame axis

L

z D

f

H

Z 0 = 1,02 D + 0,00524 Q 2/5

z 0

Axe de la flamme

L

z D

f

H

Z0= 1,02 D + 0,00524 Q2/5

z 0

Flame axis L h

D

H

r

Axe de la flamme L h

D

H

r

Figure 5.2 Feux localiss (Annexe C de lEN 1991-1-2)

Pour les situations o le feu ne touche pas le plafond, une relation est donne

pour calculer la temprature dans le panache diffrentes hauteurs le long de

laxe vertical de la flamme. Pour les situations o le feu touche le plafond, des relations simples dapplication sont donnes pour calculer le flux de chaleur reu par les surfaces exposes au feu au niveau du plafond.

Ces modles sont le plus souvent utiliss pour calculer les actions thermiques

(exprimes en termes de flux de chaleur rsultant en partie du rayonnement et

en partie de la convection) sur les lments structuraux horizontaux, comme les

poutres mtalliques. Actuellement, aucune mthode nest disponible pour les lments verticaux en acier soumis un feu localis

Les donnes dentre sont le dbit calorifique (RHR1), la distance entre le foyer dincendie et le plafond et le diamtre du feu. Le RHR est dtermin habituellement en utilisant la Section 4 de lEN 1991-1-2.

Ces approches sont limites aux cas o le diamtre du feu D est infrieur

10 m et le dbit calorifique du feu Q est infrieur 50 MW.

1 RHR : vient de langlais Rate of Heat Release qui se traduit par dbit calorifique .


7 - 19

5.2 Modles thermiques En considrant la grande conductivit thermique de lacier et la faible paisseur des profils utiliss couramment en construction mtallique, il nest pas ncessaire de prendre en compte de gradients thermiques sur la section

transversale des lments de structure mtallique. On peut donc faire

lhypothse dune temprature homogne lorsquils sont uniformment chauffs.

En consquence, des rgles de calcul simplifies peuvent tre utilises pour

estimer les tempratures des lments de structure mtallique entirement

exposs au feu ou qui supportent une dalle en bton, et qui sont alors exposs

sur trois cts. Des rgles similaires existent pour les sections en acier

protges contre lincendie, bien quil soit ncessaire de connatre les proprits thermiques des matriaux de protection, ce qui nest pas toujours facile obtenir.

Pour les lments de construction mixte acier-bton, il nexiste pas proprement parler de modles de calcul simplifis pour estimer lvolution, en fonction du temps et de la distribution de temprature dans les lments. Pour

simplifier le calcul, des informations concernant la distribution des

tempratures pour des dures courantes dexposition au feu normalis (par exemple 30, 60, 90 et 120 minutes) sont donnes dans lEN 1994-1-2.

5.2.1 lments en acier non protgs

Lchauffement dlments en acier non protgs peut tre dtermin au moyen de lapproche analytique simplifie donne dans lEN 1993-1-2. Dans cette mthode, llvation de temprature dpend des actions thermiques (exprimes en termes de flux thermiques nets), des proprits thermiques de

lacier et du facteur de massivet de llment Am/V. Le facteur de massivet est dfini comme le ratio entre laire de la surface expose aux flux thermiques Am [m/m] et le volume de llment V [m

3/m] par unit de longueur. Les

facteurs de massivet pour quelques lments en acier non protgs sont

reprsents la Figure 5.3.

b

h

t t

t

Am/V= Primtre expos au feu

/Aire de section transversale Am/V= 1 / t Am/V= 2 / t

Figure 5.3 Exemple de facteurs de massivet pour des lments en acier non protgs

En supposant une distribution de temprature uniforme sur la section

transversale, laugmentation de temprature a,t dun lment en acier non protg pendant un intervalle de temps t peut tre dtermine partir de :


7 - 20

thc

/VAk dnet,

aa

mshta,

avec t 5 s (4)

o :

shk est le facteur de correction pour leffet dombre cr par une

protection locale contre le rayonnement due la forme du profil en

acier,

aC est la chaleur spcifique de lacier [J/kgK],

a est la masse volumique de lacier [kg/m3],

h dnet, est la valeur de calcul du flux thermique net par unit de surface

[W/m].

La rsolution pas--pas de cette quation donne lvolution de la temprature de llment en acier pendant lincendie. Afin dassurer la convergence

numrique de la solution, une limite suprieure de lincrment de temps t doit

tre retenue. Dans lEN 1993-1-2, il est suggr que la valeur de t ne soit pas suprieure 5 secondes.

Les actions thermiques sont dtermines par le flux thermique net rnet,h reu

par llment en acier pendant lexposition au feu. Il est dfini comme la

somme de deux flux distincts : une composante de convection cnet,h et une

composante de rayonnement rhnet, .

La composante de convection du flux thermique est exprime par la relation :

)( mgccnet, h (5)

o :

c est le coefficient de transfert thermique par convection [W/mK],

g est la temprature des gaz [C],

m est la temprature de la surface de l'lment [C].

La composante de rayonnement du flux thermique est exprime par :

)273)()273(( 4m4

rm0rnet, h (6)

o :

est le facteur de forme, incluant la position et leffet de forme (


7 - 21

Selon lEN 1991-1-2, pour de nombreux cas pratiques, le facteur de forme peut

tre pris gal 1. Le coefficient de convection ( c ) varie de 25 W/mK

(conditions de feu normalis) 50 W/mK (conditions de feu dhydrocarbures). Lmissivit des lments de structure en acier au carbone ou de construction

mixte acier-bton peut tre prise gale 7,0m .

Pour les sections de forme convexe (par exemple les profils creux en acier)

totalement entoures de gaz chauds, leffet dombre ne joue aucun rle et, par consquent, le facteur ksh est pris gal 1. Sinon, le facteur de correction pour

leffet dombre ksh est donn par :

cas autres lespour

normalis incendiedsituation en I,en sections lespour 90

m

bm

m

bm

sh

V/A

]V/A[

V/A

]V/A[,

k (7)

o :

bm ]/[ VA est la valeur du facteur de massivet enveloppe [m-1

].

Lapplication de la mthode de calcul de lEN 1993-1-2, avec des expositions au feu ISO normalis de 15 et 30 minutes, conduit aux courbes de temprature

illustres la Figure 5.4 et donnes dans le Tableau 5.1 en fonction du facteur

de massivet incluant leffet dombre (Am/V)sh = ksh Am/V.

Figure 5.4 Temprature dlments en acier non protgs aprs 15 et 30 minutes dexposition au feu ISO normalis

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 (A m /V) sh = k sh (A m /V) (m

-1 )

Temprature (C)

15 minutes

30 minutes

10


7 - 22

Tableau 5.1 Temprature dlments en acier non protgs aprs 15 et 30 minutes dexposition au feu ISO normalis

Facteur de massivet

(Am/V)sh

Temprature de lacier (C)

Facteur de massivet

(Am/V)sh

Temprature de lacier (C)

15 min 30 min 15 min 30 min

10 113 257 130 621 802

20 194 431 140 634 809

30 265 554 150 646 815

40 328 636 160 655 819

50 383 690 170 664 822

60 432 721 180 671 825

70 473 734 190 677 827

80 509 741 200 682 828

90 539 753 250 699 833

100 565 767 300 708 835

110 586 781 400 716 837

120 605 792 500 720 838

5.2.2 lments en acier protgs

LEN 1993-1-2 fournit galement une approche de calcul simplifie pour les lments protgs avec des matriaux de protection contre lincendie. Dans de tels cas, laugmentation de temprature dpend du facteur de massivet Ap/V de llment en acier isol par le matriau de protection contre le feu (Ap est la surface concerne du matriau de protection par unit de longueur d'lment et

V est le volume de llment par unit de longueur) et les caractristiques du systme de protection. Les matriaux de protection peuvent prendre la forme

dun enrobage ou de systmes en caisson, mais cette approche simplifie ne couvre pas les peintures intumescentes. En supposant une distribution uniforme

de temprature, laugmentation de temprature a,t dans un lment en acier protg pendant un intervalle de temps t peut tre dtermin au moyen de lexpression suivante :

tg,10/ta,tg,paa

ppta, 1e

3/1

1/

t

V

A

c

d (8)

avec

V

Ad

c

c pp

aa

pp

(9)

o :

pd est lpaisseur du matriau de protection contre le feu [m],

pC est la chaleur spcifique du matriau de protection [J/kgK],


7 - 23

p est la conductivit thermique du systme de protection contre le feu

[W/mK],

p est la masse volumique du matriau de protection contre lincendie

[kg/m3],

g est la temprature des gaz [C].

La Figure 5.5 donne les expressions pour calculer le facteur de massivet

dlments en acier protgs.

Am/V= (P-b) / As

b

Am/V= (2h+b) / As Am/V= 2(2+b) / As Am/V= P / As

h

b b

h

P : primtre ; As : aire de la section transversale

Figure 5.5 Exemple de facteur de massivet pour des lments en acier protgs par un matriau de protection contre le feu

Il est important de noter que les caractristiques thermiques des systmes de

protection contre lincendie sont dtermines habituellement partir dessais au feu raliss en conditions dincendie normalis. Par consquent, en se rfrant aux actions thermiques bases sur des feux naturels, lquation (8) pour le calcul en situation d'incendie dlments en acier protgs doit tre manipule avec quelques prcautions. Le calcul ne doit tre ralis que si des

donnes appropries sont disponibles ou sil peut tre montr que les conditions dincendie nont pas deffet significatif sur les caractristiques thermiques et lintgrit du matriau de protection contre le feu. Nanmoins, il est communment admis que les proprits thermiques dun matriau de protection peuvent tre utilises en conditions de feu naturel lorsque les

tempratures des gaz chauds restent infrieures la temprature maximale

atteinte pendant lessai au feu normalis du matriau de protection (1100C environ 4 heures par exemple, pour la courbe temprature/temps normalise).

Les caractristiques des matriaux donnes dans le Tableau 5.2 peuvent tre

utilises en premire approximation, pour calculer lchauffement dlments en acier protgs. Ces valeurs moyennes sont issues dessais au feu raliss par des fabricants de matriaux.


7 - 24

Tableau 5.2 Caractristiques moyennes des principaux matriaux de protection contre le feu

Matriau Densit

p [(kg/m3]

Conductivit

p [W/mK] Chaleur spcifique

pC [J/kgK])

Produits projets

Fibres minrales 300 0,12 1200

Vermiculite et ciment

350 0,12 1200

Perlite 350 0,12 1200

Produits projets

haute densit

Vermiculite (ou perlite) et ciment

550 0,12 1100

Vermiculite (ou perlite) et pltre

650 0,12 1100

Plaques

Vermiculite (ou perlite) et ciment

800 0,2 1200

Fibres de silicate ou fibres de silicate

de calcium 600 0,15 1200

Fibres-ciment 800 0,15 1200

Plaques de pltre 800 0,2 1700

Plaques de fibres

compresses

Fibres-silicate, fibres minrales, laine de roche

150 0,2 1200

5.3 Modles structuraux Selon les Eurocodes, plusieurs mthodes de calcul simplifies peuvent tre

utilises pour estimer la rsistance au feu des structures en situation dincendie. La premire dentre elles est la mthode de la temprature critique qui trs utilise pour lanalyse des lments de structures mtalliques, et la seconde concerne les modles mcaniques simplifis dvelopps la fois pour les

lments en acier et pour les lments mixtes acier-bton.

Il est important de rappeler que les mthodes de calcul disponibles pour les

lments mixtes sont valables uniquement pour une exposition au feu

normalis. De plus, les mthodes de calcul donnes pour les poteaux ne

peuvent tre appliques quaux lments dossatures contreventes (o les extrmits des poteaux ne peuvent pas se dplacer horizontalement).

5.3.1 Mthode de la temprature critique

La temprature critique est calcule partir des charges mcaniques appliques

en situation dincendie, de la rsistance de calcul temprature normale et de la perte de rsistance de lacier temprature leve. Cette temprature critique varie gnralement entre 500C et 800C. Elle peut tre obtenue par le calcul

partir des rgles simplifies donnes dans lEN 1993-1-2 ou par rfrence des valeurs forfaitaires.


7 - 25

Selon la mthode de la temprature critique, la rsistance au feu dun lment en acier, sans risque dinstabilit, est satisfaite aprs un temps t si la

temprature de lacier t,a ne dpasse pas la temprature critique cr de

llment :

crt,a (10)

La temprature critique de llment peut tre calcule partir dun taux

dutilisation 0 au moyen de lexpression suivante :

48219674.0

1ln19,39

833.3

0

cr (11)

Le taux dutilisation 0 est obtenu au moyen de :

d,0fi,

dfi,0

R

E (12)

o :

dfi,E est leffet des actions de calcul en situation d'incendie, selon

lEN 1991-1-2,

d,0fi,R est la rsistance de calcul correspondante de llment en acier en

situation dincendie, au temps t = 0. Calculer au temps t = 0 signifie que, dans toutes les formules permettant de dterminer la rsistance

de calcul pour la situation de lincendie, le facteur de rduction pour

la limite dlasticit ,yk est gal 1.

Lexpression (11) peut tre utilise pour toutes les classes de sections exceptes les sections de Classe 4 pour lesquelles une temprature critique

conservative de 350C doit tre utilise.

En principe, lexpression (11) sapplique aux lments en flexion pure, aux lments comprims sans flambement et aux lments tendus, chauffs

uniformment ou avec un faible gradient de temprature. Cependant, lorsque

des phnomnes dinstabilit doivent tre pris en compte (poteaux lancs, poutres non maintenues au dversement), la mthode devient applicable en

calculant la rsistance de calcul en situation dincendie au temps t = 0 avec une valeur approprie de llancement rduit de llment qui tient compte des effets de la temprature. Par simplification, llancement rduit en situation

dincendie peut tre pris gal 3.1 (o est llancement rduit

temprature normale).

En alternative la relation (11), lAnnexe Nationale de lEN 1993-1-2 peut donner des tempratures critiques forfaitaires.

Pour les lments tendus et les poutres pour lesquelles le dversement ne

constitue pas un mode de ruine potentiel 0 peut tre calcule partir de lexpression conservative suivante :


7 - 26

21

M

fi,M

t,fi0

(13)

o :

t,fi est le taux de chargement au temps t,

fi,M est le coefficient partiel appropri en situation dincendie

( 1fi,M ),

0M est le coefficient partiel temprature normale ( 10M ),

1, 2 sont les facteurs dadaptation pour prendre en compte une distribution non uniforme de temprature dans llment en acier.

Le niveau de chargement au temps t est dfini par :

d

dfi,tfi,

R

E (14)

o :


lEN 1991-1-2,

dR est la rsistance ultime temprature ambiante.

Pour une dure dexposition au feu donne t, en supposant que crt,a , la

valeur maximale du taux dutilisation 0 des lments en acier non protgs

permettant de satisfaire le degr de rsistance au feu requis peut tre calcule

facilement partir de lexpression (11), en fonction du facteur de massivet incluant leffet dombre (Am/V)sh. De cette manire, on peut supposer que la rsistance au feu des lments en acier non protgs est satisfaite aprs un

temps t si :

max0 (15)

Des taux dutilisation maximum max calculs pour des rsistances au feu

normalis R15 et R30 sont donns la Figure 5.6. On peut remarquer que pour

une rsistance au feu R30, les lments non protgs avec un facteur de

massivet (Am/V)sh suprieur 50 m-1

ne peuvent atteindre que de trs petites

valeurs du taux dutilisation.


7 - 27

Figure 5.6 Taux dutilisation maximum en fonction du facteur de massivet (Am/V)sh

5.3.2 Mthode de calcul simplifie pour les lments en acier

Selon lEN 1993-1-2, la fonction porteuse dun lment en acier doit tre considre comme maintenue aprs un temps t si :

tfi,d,dfi, RE (16)

o :


lEN 1991-1-2,

tfi,d,R est la rsistance de calcul correspondante de l'lment en acier, dans

la situation dincendie, au temps t.

Les mthodes de calcul simplifies prsentes ci-aprs permettent au

concepteur destimer rapidement la rsistance de calcul au feu (rsistance au flambement, moment rsistant) des lments en acier. Elles sont fondes principalement sur lhypothse dune temprature uniforme sur la section transversale des lments.

Poteaux en acier en compression simple

La rsistance de calcul en situation dincendie, au temps t dun lment comprim de section transversale de Classe 1, 2 ou 3 prsentant une

temprature uniforme a, doit tre dtermine partir de la relation suivante :

Rdy,fM,

M0fRdt,fi, NkN

ii

(17)

o :

y,k est le facteur de rduction pour la limite dlasticit de lacier la

temprature atteinte au temps t,

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

(A m /V) sh = k sh (A m /V)(m -1

)

max

10

15 minutes

30 minutes

Domaine pratique de 0


7 - 28

fi,M est le coefficient partiel en situation dincendie ( 1fi,M ),

0M est le coefficient partiel temprature normale ( 10M ),

RdN est la rsistance de calcul de la section transversale Npl,Rd pour le

calcul temprature normale selon lEN 1993-1-1,

fi est le facteur de rduction pour le flambement par flexion dans le calcul lincendie.

Le facteur de rduction fi pour le flambement par flexion est obtenu partir

de llancement rduit la temprature en utilisant lexpression :

2

2

f

1

i mais fi 1.0 (18)

avec

2 12

1

o :

est le facteur dimperfection pour la courbe de flambement

approprie donn par y/23565.0 f o fy est la limite

dlasticit nominale de lacier.

Llancement rduit la temprature est donn par :

E,y, / kk (19)

o :


temprature ,

E,k est le facteur de rduction pour la pente du domaine lastique

linaire la temprature ,

est llancement rduit temprature normale, tel que dfini dans la lEN 1993-1-1 ; mais calcul en considrant la longueur de flambement en situation d'incendie.

Llancement rduit temprature normale est donn par :

E

f

i

ycr

1 (20)

o :

cr est la longueur de flambement en situation dincendie dans le plan

de flambement considr,

i est le rayon de giration selon laxe appropri, dtermin en utilisant les proprits de la section transversale brute.


7 - 29

Dans la pratique, le facteur de rduction if pour le flambement par flexion

peut tre calcul directement partir des valeurs donnes dans le Tableau 5.3,

en fonction de la nuance dacier et de llancement rduit de llment

temprature normale. Les valeurs du facteur de rduction fi du Tableau 5.3 ont t calcules en supposant un lancement rduit en situation dincendie

gal 3.1 . Pour des valeurs intermdiaires de llancement rduit, une

interpolation linaire peut tre utilise.

Tableau 5.3 Valeurs du facteur de rduction fi en fonction de llancement rduit temprature normale et de la nuance dacier

Nuance dacier

Nuance dacier

S235 S275 S355 S235 S275 S355

0,2 0,8480 0,8577 0,8725 1,7 0,1520 0,1549 0,1594

0,3 0,7767 0,7897 0,8096 1,8 0,1381 0,1406 0,1445

0,4 0,7054 0,7204 0,7439 1,9 0,1260 0,1282 0,1315

0,5 0,6341 0,6500 0,6752 2 0,1153 0,1172 0,1202

0,6 0,5643 0,5800 0,6050 2,1 0,1060 0,1076 0,1102

0,7 0,4983 0,5127 0,5361 2,2 0,0977 0,0991 0,1014

0,8 0,4378 0,4506 0,4713 2,3 0,0903 0,0916 0,0936

0,9 0,3841 0,3951 0,4128 2,4 0,0837 0,0849 0,0866

1 0,3373 0,3466 0,3614 2,5 0,0778 0,0788 0,0804

1,1 0,2970 0,3048 0,3172 2,6 0,0725 0,0734 0,0749

1,2 0,2626 0,2691 0,2794 2,7 0,0677 0,0686 0,0699

1,3 0,2332 0,2387 0,2473 2,8 0,0634 0,0642 0,0653

1,4 0,2081 0,2127 0,2200 2,9 0,0595 0,0602 0,0612

1,5 0,1865 0,1905 0,1966 3 0,0559 0,0565 0,0575

1,6 0,1680 0,1714 0,1766

Poutres en acier simplement flchies

Le moment rsistant de calcul en situation dincendie dune poutre flchie, non maintenue au dversement, dont la section transversale est de Classe 1, 2 ou 3,

prsentant une temprature uniforme a, est donn par lexpression suivante :

Rdy,fiM,

M0fLT,Rdt,fi, MkM i

(21)

o :


temprature atteinte au temps t,

RdM est le moment rsistant de la section brute (moment rsistant

plastique Rdpl,M ou moment rsistant lastique Rdel,M ) pour le

calcul temprature normale, selon lEN 1993-1-1,

fiLT, est le facteur de rduction pour le dversement en situation

dincendie. Il peut tre calcul de la mme manire que le facteur de rduction pour le flambement par flexion mais en utilisant

llancement rduit appropri.


7 - 30

Pour les poutres maintenues au dversement, la mme mthode de calcul peut

tre utilise, en adoptant 1fiLT, .

Il est frquent que la temprature au sein des lments structuraux ne soit pas

uniforme, en particulier pour les poutres. Un facteur dadaptation 1 peut tre introduit pour prendre en compte une distribution de temprature non uniforme

sur la hauteur de la section. Un facteur dadaptation complmentaire 2 peut galement tre introduit pour tenir compte des variations de temprature le

long de llment structurel, tel que pour les poutres hyperstatiques. Les valeurs de ces facteurs dadaptation 1 et 2 doivent tre choisies daprs lEN 1993-1-2.

lments soumis l'effet combin d'une flexion et d'une compression axiale

Une mthode de calcul simplifie est galement disponible pour vrifier la

rsistance au feu des lments en acier soumis une sollicitation de flexion

compose, comme cest le cas de poteaux lancs soumis un chargement excentr ou de poutres longues susceptibles de dverser. Dans ce cas, le

modle de calcul simplifi propose des expressions pour vrifier l'effet

combin d'une flexion et d'une compression axiale laide de formules dinteraction quil serait trop long de dtailler ici. Le lecteur intress trouvera les informations ncessaires au 4.2.3.5 de lEN 1993-1-2.

5.3.3 Dtermination de lpaisseur du systme de protection contre le feu

Dans les situations o les exigences en termes de rsistance au feu sont leves

(gnralement plus que R30), lapplication des rgles prescriptives conduit habituellement protger les structures en acier contre lincendie. Lorsquune protection passive est ncessaire, la connaissance de la temprature critique, du

facteur de massivet et du temps de rsistance au feu exig, permet, pour un

systme de protection contre lincendie donn (produit projet, plaque, peinture intumescente), de dterminer lpaisseur appliquer. Seuls des produits qui ont t tests et valus dans des essais au feu normalis selon les normes

europennes EN 13881 peuvent tre utiliss dans la pratique.

Lpaisseur exige peut gnralement tre dtermine partir des donnes techniques publies par le fabriquant. De telles informations, donnes sous la

forme de tableaux ou de diagrammes, sont illustres la Figure 5.7. Les

donnes sont gnralement relatives lpaisseur du matriau de protection contre le feu en fonction du facteur de massivet de llment en acier protg (Ap/V), de la temprature critique et de la dure de rsistance au feu exige.

Pour les btiments courants utilisant des profils standard en I et en H, la

valeur du facteur de massivet Am/V et gnralement comprise dans lintervalle 30 450 m-1.


7 - 31

Degr de rsistance au feu R60

Facteur de massivet Ap/V (m-1

)

Te

mp

ra

ture

de

la

cie

r(C

)

Figure 5.7 Exemple du diagramme franais pour les plaques de protection contre lincendie

En pratique, pour un matriau de protection contre lincendie donn, lpaisseur peut tre dtermine daprs les tapes suivantes :

Choix des donnes relatives la dure de rsistance au feu exige ;

Calcul du facteur de massivit en fonction du type de profil, de la prsence ou non de gros uvres susceptibles docculter, pendant toute la dure de lincendie, le transfert thermique vers une partie du profil (par exemple une dalle en bton reportant sur la semelle suprieure dun poutre), du type de protection (selon le contour ou en caisson) ;

Dtermination de lpaisseur partir des donnes du fabriquant en utilisant la temprature critique et le facteur de massivet. Une interpolation linaire

est possible pour dterminer lpaisseur.

La Convention Europenne de la Construction Mtallique (CECM) a

dvelopp des Euro-abaques[13]

qui expriment, pour un temps dexposition au feu normalis donn, la temprature atteinte par des lments en acier protgs

en fonction du facteur (p/dp) (Ap/V) qui dpend des caractristiques de la protection contre lincendie (p et dp) et du facteur de massivet Ap/V. Il est noter que ces Euro-abaques sont dtermins sur la base de la version ENV de la

partie feu de lEurocode 3. Cest pourquoi ils doivent tre utiliss avec prcaution. Dautres abaques fonds sur lEN 1993-1-2 ont t dvelopps rcemment

[14].

5.3.4 Valeurs tabules pour les lments mixtes

Des tableaux pour les lments mixtes sont donns dans lEN 1994-1-2. Ils ne sont applicables que pour les lments mixtes acier-bton (poutres ou poteaux

mixtes pour lesquels le profil en acier est partiellement ou compltement

enrob de bton, poteaux mixtes avec profils creux rectangulaires ou

circulaires remplis de bton). Ils utilisent des valeurs prdfinies, bases

principalement sur des rsultats dessais au feu normalis tendus ensuite par des tudes numriques. Ces tableaux permettent au concepteur dobtenir rapidement les dimensions des lments (dimensions minimales des sections

transversales, aires darmatures ncessaires et enrobage minimum de bton) en fonction du niveau de chargement pour des rsistances au feu normalis


7 - 32

courantes. Lavantage le plus important de cette mthode est sa facilit dapplication. Elle est cependant limite par un ensemble trs strict de rgles gomtriques. Par ailleurs, comparativement aux autres modles de calcul

simplifis ou aux modles de calcul avancs, elle donne des rsultats plus

conservatifs. En consquence, elle devrait seulement tre applique pour le

prdimensionnement dun btiment.

Des informations dtailles sont donnes dans lEN 1994-1-2.

5.3.5 Modles de calcul simplifis pour les lments mixtes

Les mthodes de calcul qui sont prsentes ci-aprs ont t dveloppes pour

dterminer la rsistance dlments isols exposs la courbe dincendie normalis. Cest pourquoi elles ne sont pas applicables sous conditions dincendie rel.

Seules les mthodes de calcul disponibles pour les lments de structure mixte

les plus courants dans les btiments simple rez-de-chausse (poteaux mixtes

et poutres en bton partiellement enrobes de bton) sont dcrites ici.

Poteaux mixtes

Les mthodes de calcul simplifies pour les poteaux mixtes permettent au La

mthode de calcul simplifi donne pour les poteaux mixtes permet de calculer

la rsistance en compression axiale pour la dure dexposition au feu conventionnel exige, en fonction de la distribution non-uniforme des

tempratures en section et des diminutions de rsistance correspondantes. Cette

mthode est base sur le concept de courbe de flambement : la rsistance

plastique en compression axiale Nfi,pl,Rd et la rigidit efficace en flexion

(EI)fi,eff, sont utilises pour en dduire un coefficient de rduction au

flambement. La mthode est applicable pour tous les types de poteaux mixtes

sous rserve que la courbe de flambement approprie soit utilise. La

vrification dun poteau consiste dmontrer que la charge de compression axiale (pour la combinaison dactions considre en situation dincendie selon lEN 1991-1-2) est infrieure la rsistance au flambement du poteau.

Pour une distribution de temprature donne sur la section transversale, la

rsistance de calcul dun poteau mixte Nfi,Rd peut tre dtermine partir de la courbe de flambement approprie exprimant la capacit portante Nfi,Rd en

fonction de la rsistance plastique Nfi,pl,Rd et de la charge critique lastique Nfi,cr

en situation dincendie comme suit :

Rdpl,fi,Rdfi, .NN (22)

est le facteur de rduction pour le flambement par flexion dpendant de

llancement rduit en situation dincendie . Pour les poteaux mixtes,

peut tre dfini comme :

crfi,Rpl,fi, / NN (23)

o :

crfi,N est la charge critique dEuler ou charge critique lastique,


7 - 33

Rpl,fi,N est la valeur de Nfi,pl,Rd selon (24) lorsque les coefficients partiels

M,fi,a, M,fi,s, et M,fi,c, des matriaux sont pris gaux 1,0.

Le facteur de rduction est dtermin comme pour le calcul temprature normale mais en utilisant une courbe de flambement approprie dfinie en

fonction du type de poteau (section en acier partiellement enrobe, section

creuse en acier remplie de bton).

La rsistance plastique ultime, Nfi,pl,Rd de la section transversale est dtermine

en additionnant les rsistances des diffrents lments rsultant du maillage de

la section transversale, en prenant en compte les effets de la temprature dans

ces lments mais sans considrer leur interaction (due aux contraintes

thermiques diffrentielles), soit :

m

c

k

s

j

fA

fA

fAN )()().(

cfi,M,

c,

sfi,M,

s,

afi,M,

ay ,aRdpl,fi,

(24)

Nfi,cr est la charge critique dEuler calcule en fonction de la rigidit efficace en

flexion de la section transversale efffi,)(EI et de la longueur de flambement

du poteau en situation dincendie, cest--dire :

2

efffi,2crfi,

)(

EIN (25)

La rigidit efficace en flexion (EI)fi,eff est dtermine partir de :

mkj

IEIEIEEI )()()()( c,sec,c,c,s,s,s,a,a,a,efffi, (26)

o :

,iE est le module caractristique du matriau i la temprature . Pour

lacier, cest le module dlasticit. Pour le bton : 2/3 secc,c, EE

o sec,c,E est la valeur caractristique du module scant du bton

en situation dincendie, donne par le rapport entre fc, et cu, ,

Ii est le moment dinertie de flexion du matriau i par rapport laxe principal (y ou z) de la section transversale mixte.

a, (pour un profil en acier), s, (pour les armatures) et c, (pour le bton) sont des coefficients de rduction dpendant des effets diffrentiels des

contraintes thermiques.

Des informations dtailles sont donnes dans lEN 1994-1-2 4.3.5.

Poutres en acier partiellement enrobes

La mthode de calcul simplifie pour les poutres en acier partiellement

enrobes de bton permet au concepteur destimer leur tenue au feu en calculant la rsistance la flexion pour la dure dexposition au feu conventionnel exige. Elle est fonde sur la thorie du calcul plastique. La

mthode requiert la dtermination de laxe neutre plastique et de la rsistance la flexion correspondante, prenant en compte la distribution non-uniforme des


7 - 34

tempratures dans la section transversale et les rductions de la rsistance

caractristique des matriaux correspondantes. Une distinction est faite entre le

moment positif (habituellement mi-porte) et le moment ngatif (sur appui,

sil existe). Si le moment appliqu en situation dincendie est infrieur la rsistance la flexion de la poutre, llment est alors jug possder une rsistance au feu suffisante.

Laxe neutre plastique de la poutre est dtermin en quilibrant les efforts de traction et de compression agissant dans la section transversale :

01 cfi,M,

c,,c,

1 afi,M,

,y,y,

m

j

jjj

n

i

iii

fkA

fkA

(27)

o :

fy,i est la limite dlasticit nominale pour laire dacier lmentaire Ai prise positive sur le ct comprim de laxe neutre plastique et ngative sur le ct tendu,

fc,j est la rsistance la compression nominale pour laire de bton lmentaire Aj prise positive sur le ct comprim de laxe neutre plastique et ngative sur le ct tendu.

Le moment rsistant de calcul Rdt,fi,M peut tre dtermin partir de :

m

1j c,fi,M

jc,

j,c,jj

n

1i a,fi,M

i,y

i,y ,iiRd,t,fi

fkzA

fkzAM

(28)

o :

zi, zj sont les distances entre laxe neutre plastique et le centre de gravit des aires lmentaires Ai et Aj.

Pour dterminer la valeur de calcul du moment rsistant, la section transversale

de la poutre est divise en plusieurs parties, savoir :

les semelles du profil en acier,

lme (parties infrieure et suprieure) du profil en acier,

les armatures,

le bton denrobage.

Pour chacune de ces parties de la section transversale, des rgles simplifies

qui dfinissent leffet des tempratures et qui permettent le calcul de la rsistance caractristique rduite en fonction de la rsistance au feu normalis

R30, R60, R90 ou R120, peuvent tre utilises.

Des informations dtailles sont donnes dans lEN 1994-1-2 4.3.4.


7 - 35

5.4 Rgles de calcul spcifiques aux btiments simple rez-de-chausse Les rglementations de scurit incendie de plusieurs pays europens ont t

modifies rcemment pour introduire, pour les btiments de stockage un seul

niveau ou les btiments industriels prsentant des risques dincendie significatifs (charges calorifiques leves), des exigences spcifiques dfinies

en termes de comportement structural comme alternative aux exigences

prescriptives. Les deux critres relatifs au comportement structural des

btiments de stockage et des btiments industriels (structure porteuse, lments

de faade, toiture et murs coupe-feu) qui doivent tre vrifis pour satisfaire les

objectifs de scurit pour les occupants et les pompiers sont les suivant :

Dans le cas dun incendie survenant dans lune des cellules du btiment, sa structure (incluant les lments de faade) ne doit pas seffondrer vers lextrieur (critre dit de non-effondrement vers lextrieur) ;

Dans le cas dun incendie survenant dans lune des cellules du btiment, la ruine localise de la cellule expose au feu ne doit pas entraner la ruine des

cellules voisines (critre dit de non-effondrement en chane).

Pour aider la conception des btiments de stockage et des btiments

industriels avec une structure en acier, plusieurs mthodes de calcul simplifies

peuvent tre utilises[5,6]

. Ces mthodes de calcul permettent au concepteur de

dmontrer facilement que le comportement de la structure mtallique de ce

type de btiments en situation dincendie remplit les deux critres prcdemment noncs. Les mthodes sont implmentes dans le logiciel

LUCA[15]

.

Les mthodes de calcul permettent au concepteur :

Dvaluer les forces induites par la ruine de la partie chauffe de la structure. Ces forces sont alors utilises comme des forces horizontales

additionnelles pour la vrification de la stabilit de la partie de la structure

qui reste froide pendant lincendie. Cette dmarche peut tre ralise en utilisant les outils de calcul danalyse des structures en conditions normales ;

De fournir les dplacements horizontaux maximum qui se dveloppent aux extrmits du compartiment affect par lincendie. Ces dplacements sont utiliss pour sassurer quen cas dincendie, les mouvements de la structure ne remettent pas en cause la stabilit des murs coupe-feu ou des faades du

btiment. Les mthodes de calcul utilises pour cette vrification dpendent

de la nature des murs (bton lger, bton arm, blocs creux, tles en acier

avec isolant, plaques de pltre, briques, etc.) et de leur liaison avec la

structure en acier.

Les btiments suivants peuvent tre calculs par ces mthodes :

Btiments de stockage et btiments industriels en structure mtallique. Soit des portiques en acier constitus de profils lamins chaud en I ou en H

ou de PRS quivalents, soit des portiques en acier constitus de traverses en

treillis et de poteaux fabriqus partir de profils lamins chaud en I ou

en H ou de PRS quivalents ;


7 - 36

Btiments de stockage et btiments industriels diviss en plusieurs cellules, spares les unes des autres au moyen de murs coupe-feu. Ces murs

peuvent tre soit perpendiculaires, soit parallles aux portiques mtalliques

(voir Figure 5.8).

Il est noter que ces mthodes ont t spcialement dveloppes pour les

btiments de stockage et les btiments industriels. Toutefois, elles peuvent

galement tre appliques dautres types de btiments simple rez-de-chausse.

Mur coupe-feu perpendiculaire aux portiques en acier

Mur coupe-feu parallle aux portiques en acier

Figure 5.8 Position du mur coupe-feu par rapport aux portiques en acier

Les mthodes de calcul (voir Paragraphe 5.5) ne sont ncessaires que lorsque

les murs coupe-feu sont perpendiculaires aux portiques mtalliques du

btiment et que la hauteur de ce dernier dpasse 20 m[5]

. Quand les murs

coupe-feu sont parallles aux portiques, les risques de ruine vers lextrieur et de ruine progressive (entre diffrents compartiments de feu) peuvent tre vits

en suivant simplement les recommandations du Paragraphe 5.5.3.


7 - 37

5.5 Mthodes de calcul simplifies Un logigramme explicitant lapplication des mthodes de calcul simplifies est donn la Figure 5.9.

Oui

Non

Non

Oui

(*) Pour tous les scnarios de feu possibles selon la disposition du btiment

Hall industriel

Vrification des modes de ruine

Choix des scnarios dincendie(*)

(voir Figure 5-14)

Calcul des dplacements de la str

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