Structural design project
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Matthieu GILLESLuc SOHIER
TRAVAIL DE BUREAU D’ÉTUDE : DIMENSIONNEMENT DE STRUCTURES
COMPLÉMENTS DE STABILITÉ - MASTER 1 - ANNÉE 2016-2017
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Dans le cadre du cours de � Complements de stabilite � enseigne par Monsieur Van Paryset Monsieur Descamps en premiere annee Master Ingenieur Civil Architecte a la FacultePolytechnique de Mons, nous avons realise un travail de dimensionnement de deux structures.La premiere fut la Neue Nationalgalerie de MiesVan der Rohe et la deuxieme la Villa Savoyedu Corbusier.Grace a cet exercice, nous avons ete confronte a l’usage des Eurocodes et avons mis en pratiquel’ensemble des connaissances acquises dans le cadre des cours enseignes plus tot dans notrecursus. Le travail s’est deroule en 6 � missions � :— 0. Recherche d’informations relatives aux projets ;— 1. Elaboration des plans de structure ;— 2. Definition et application des charges ;— 3. Modelisation et analyse de la structure ;— 4. Realisation d’une note de calcul ;— 5. Elaboration des plans d’execution.
Dans un premier temps, nous presenterons la partie du travail sur la Neue Nationalgalerie.La deuxieme partie concernera la Villa Savoye.Nous tenons a remercier tout particulierement Monsieur Roensmans pour le suivi apportetout au long du travail et pour l’ensemble des connaissances complementaires qu’il a pu noustransmettre.
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TABLE DES MATIÈRES
STRUCTURE ACIER - NEUE NATIONALGALERIE.............................................................................................................7
MISSION 0 - RECHERCHE....................................................................................................................................................................................................9
MISSION 1 - PLANS.............................................................................................................................................................................................................10
MISSION 2 - DÉFINITION ET APPLICATION DES CHARGES...............................................................................................................................................13
MISSION 3 - MODÈLE SCIA................................................................................................................................................................................................16
MISSION 4 - NOTE DE CALCUL..........................................................................................................................................................................................18
MISSION 5 - PLANS D’EXÉCUTION.....................................................................................................................................................................................28
STRUCTURE BÉTON - VILLA SAVOYE.............................................................................................................................31
MISSION 0 - RECHERCHE...................................................................................................................................................................................................33
MISSION 1 - PLANS ............................................................................................................................................................................................................34
MISSION 2 - DÉFINITION ET APPLICATION DES CHARGES...............................................................................................................................................38
MISSION 3 - MODÈLE SCIA................................................................................................................................................................................................43
MISSION 4 - NOTE DE CALCUL..........................................................................................................................................................................................45
MISSION 5 - PLANS D’EXÉCUTION.....................................................................................................................................................................................60
CONCLUSION...............................................................................................................................................................68
5
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PREMIÈRE PARTIE : STRUCTURE ACIERNEUE NATIONALGALERIE - MIES VAN DER ROHE
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NEUE NATIONALGALERIE - ACIER
MISSION 1 - Plans de structure
MATTHIEU GILLES - LUC SOHIER
PLAN - 1/300
AA
Plan de structure 1/100 en annexe (A0).
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NEUE NATIONALGALERIE - ACIER MATTHIEU GILLES - LUC SOHIER
MISSION 3 - Analyse aux éléments finis
La démarche sur le logiciel EF a été la suivante :
- Modélisation de la structure ; - Création des différents cas de charges ; - Mise en place des charges sur le modèle ; - Création des combinaisons ELU-STRUCT-GEO, ELS-CARACT et ELS-QP ; - Observation et analyse des résultats.
DÉFORMATION GLOBALE DE LA NEUE NATIONALGALERIE
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1.3 Verification de la colonne
La colonne la plus sollicitee a pour reference : TR.AA13.14/C.0.2/S235. Les efforts internes de la colonnesont :
Figure 1.2 – My[daNm]
Figure 1.3 – Mz[daNm]
Figure 1.4 – Mx[daNm]
Figure 1.5 – N [daN]
Figure 1.6 – Vy[daN ]
Figure 1.7 – Vz[daN ]
Figure 1.8 – Efforts Internes de la colonne
On commence par recuperer les proprietes de la colonne grace au modele EF :
Acier S235 L = 8100 mm AMEAire = 94375 mm2 tw = 25 mm C = 700Wpl,y = 16 668 000 mm2 tf = 50 mm t = 25Wpl,z = 16 668 000 mm2 H = 800 mm SEMELLEIy = 5 165 500 000 mm4 bf = 300 mm C = 137.5Iz = 5 165 500 000 mm4 Av = 46 875 mm2 t = 50
It = 57 813 000 mm4 Classe Ame : 1Iw = 3,3281 x 1013 mm4 Classe Semelle : 1
Figure 1.9 – Geometrie de la Colonne
La colonne etant de classe 1, nous choisissons donc de la verifier a l’ELU plastique.
Figure 1.10 – Classe de la Colonne
Nous sortons egalement du logiciel les efforts resistants :
Mpl,y,Rd = 3 916 980 000 Nmm Vpl,z,Rd = 6 359 874,1 NMpl,z,Rd = 3 916 980 000 Nmm Vpl,y,Rd = 6 359 874,1 NNpl,Rd = 22 178 125 N
1.3.1 Verification en section
NedNpl,Rd
=My,ed
My,pl,Rd=
Mz,ed
Mz,pl,Rd=
Vy,ed
y,pl,Rd=
Vz,ed
Vz,pl,Rd=
0, 25 < 1 0, 07 < 1 0, 0003 < 1 2, 5x10−5 < 1 0, 005 < 1
La colonne reprend assez facilement les efforts en section. La verification en torsion est negligeable car l’effortde design est tres faible.
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DEUXIÈME PARTIE : STRUCTURE BÉTONVILLA SAVOYE - LE CORBUSIER
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MISSION 1 - Plans de structure
VILLA SAVOYE - BÉTON MATTHIEU GILLES - LUC SOHIERGSPublisherVersion 0.74.100.100
BB
A A
Ouest
TR.A / 1,275m
TR.B / 1,9m
TR.C / 1,4m
TR.D / 1,43m
TR.E / 1,9m
TR.F / 1,14m
TR.G / 1,71m
TR.H / 0,43m
TR.I / 1,813m
TR.J / 0,208m
TR.K / 2,3m
TR.L / 4,75m
TR.M / 1,275m
TR.A
.M /
P.0.
1 /
BA.C
30/3
7
TR.A
.B/
P.0.2
/ B
A.C
30/3
7TR
.C.L
/ P.0
.3 /
BA
.C30
/37
TR.A
.B/
P.0.4
/ B
A.C
30/3
7TR
.C.K
/ P.0
.5 /
BA
.C30
/37
TR.K
/ P.0
.6/
BA.C
30/3
7
TR.L
/ P.0
.7/
BA.C
30/3
7
TR.A
.B/
P.0.8
/ B
A.C
30/3
7
TR.A
.L/
P.0.9
/ BA
.C30
/37/
550x
250[
mm
]
TR.A
.M/
P.0.1
0/ B
A.C
30/3
7/12
50x2
50[m
m]
TR.AB/C.0.1/BA.C30/37
TR.DE/C.0.2/BA.C30/37
TR.GH/C.0.3/BA.C30/37
TR.KL/C.0.4/BA.C30/37
TR.LM/C.0.5/BA.C30/37
TR.AB/C.0.6/BA.C30/37
TR.DE/C.0.7/BA.C30/37
TR.JK/C.0.8/BA.C30/37
TR.KL/C.0.9/BA.C30/37
TR.LM/C.0.10/BA.C30/37
TR.A
B/C
.0.1
1/BA
.C30
/37
TR.CD/C.0.12/BA.C30/37
TR.FG/C.0.13/BA.C30/37
TR.KL/C.0.14/BA.C30/37 TR.KL/C.0.15/
BA.C30/37
TR.LM/C.0.16/BA.C30/37/D=250 [mm]
TR.AB/C.0.17/BA.C30/37
TR.AB/C.0.18/BA.C30/37
TR.CD/C.0.19/BA.C30/37
TR.EF/C.0.20/BA.C30/37
TR.KL/C.0.21/BA.C30/37
TR.LM/C.0.22/BA.C30/37
TR.AB/C.0.23/BA.C30/37
TR.DE/C.0.24/BA.C30/37
TR.GH/C.0.25/BA.C30/37
TR.KL/C.0.26/BA.C30/37
TR.LM/C.0.27/BA.C30/37
TR.B
.E/M
.0.1
/BA
.C30
/37
TR.C
.J/M
.0.2
/BA
.C30
/37
TR.BC/M.0.3/BA.C30/37
TR.MM/ P.0.11 / BA.C30/37RDC niv. [+0.00]
Les éléments qui seront sujets au dimen-sionnement sont mis en évidence sur le plan de structure.
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TRAVAIL DE BUREAU D’ÉTUDE MISSION 2 - DÉFINITIONS ET APPLICATIONS DES CHARGES - 5
VILLA SAVOYE - BÉTON GROUPE 1 : MATTHIEU GILLES - LUC SOHIER
19,2
21,5
1,3
5,212,7
3,25
153,
25
F
F
F
G
3,55
H
8,16
I
Est
Élévation nord Élévation est
Élévation ouestÉlévation sud
A
A B
A B
B C
C
C
A
E
B
D
B
B
C
A
A
2,6
1,3
5,2 6,6
6,2
C D
D C
0,95,95 3,74
10,4
F
G
3
1,2
6,01
3
2,4
19,2
21,5
1,3
5,2 12,7
3,25
153,
25 F
F
G
H
I F
Élévation nord
Élévation sud
Ouest
Élévation ouest
Élévation est
6,61,3
2,6
5,2
A
B
10,4 6,2B C
A
A
A
A
C
A
BC
B
B
E
CD
D
D
C
B
5
C
3,740,9
5,9
MISSION 3 - Analyse aux éléments finis
VILLA SAVOYE - BÉTON MATTHIEU GILLES - LUC SOHIER
La démarche sur le logiciel EF a été la suivante :
- Modélisation de la structure - Création des différents cas de charges - Mise en place des charges sur le modèle - Création des combinaisons ELU-STRUCT-GEO, ELS-CARACT et ELS-QP - Observation et analyse des résultats.
DÉFORMATION GLOBALE DE LA VILLA SAVOYE
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1.4.2 Dimensionnement de la poutre la plus sollicitee
La poutre etant soumise au moment le plus important de la villa a pour reference : TR.A.L/ P.0.9/BA.C30/37. Sa portee est de 7,6 m et elle se situe au dessus du parking au rez-de-chaussee. Nous sortonsdu modele les valeurs de My, Vz, N et Mx. La poutre n’est pas soumise a un moment selon son axe faible.Les diagrammes de repartition des efforts dans la poutre dont representes ci-dessous.
Figure 1.7 – My [daNm]
Figure 1.8 – Vz [daN]
Figure 1.9 – N [daN]
Figure 1.10 – Mx [daNm]
Les valeurs d’effort retenues sont donc les suivantes :
Figure 1.11 – Valeurs d’efforts sollicitants
Le dimensionnement commence par un design en section a l’ELU au moment rationnel.
Le dimensionnement etait egalement verifie avec 5 barres de 16 mm. Toutefois, l’implantation de 6 barres de 16nous permet d’avoir une certaine reserve par rapport au moment (interaction non calculee) et nous evite uncalcul de d supplementaire.Nous calculons egalement le nombre de barres requises en partie inferieure de la poutre afin de pouvoirreprendre le moment en travee (calculs non detailles). Ainsi, il faut 4 barres de 16 mm pourMEd = 10508.34 daNm. Celles-ci continueront sur toute la longueur de la poutre.La poutre etant exterieure, elle est donc soumise au gel. Nous sommes donc en categorie 2b.cmin = 25 mm, nous choisissons donc cnom = cmin + 5 = 30 mm (a partir de l’exterieur de l’etrier). On verifieensuite la poutre a l’effort tranchant Vz. On commence par verifier si le beton seul est capable de reprendrel’effort tranchant :
6
Ce n’est pas le cas, il faut donc calculer des etriers :
On choisis donc d’implanter 7 etriers par metre, soit s de 142 mm.
La verification de l’element se termine par une verification aux ELS. On differenciera l’ELS-CR et l’ELS-Qp.Scia nous fourni le moment flechissant a ces deux ELS :
Figure 1.12 – Moment flechissant a l’ELS-CR [daNm]
Figure 1.13 – Moment flechissant a l’ELS-Qp [daNm]
750