Règles de calcul des charpentes en acier

Préface

Ce document constitue la huitième édition de la CSA S16, Règles de calcul des charpentes en acier . Il remplace les éditions précédentes publiées en 2009, 2001, 1994, 1989, 1984, 1978 et 1974. Ces éditions ont été précédées de sept éditions sur le calcul aux contraintes admissibles publiées en 1969, 1965, 1961, 1954, 1940, 1930 et 1924. L'édition de 1969 a été retirée en 1984 et, depuis, le calcul des charpentes en acier au Canada a fait appel aux principes du calcul aux états limites. Cette norme vise le calcul d'un large éventail de structures. Elle énonce les exigences minimales, et l'on s'attend à ce qu'elle ne soit utilisée que par des ingénieurs compétents en la matière. Parmi les changements apportés à la norme, mentionnons les suivants

1. L'article 1.4 interdit l'utilisation d'autres normes pour la fabrication, le montage et l'inspection. b) La définition de «serrage à la main» a été clarifiée. c) De nouveaux renseignements doivent maintenant figurer sur les documents de calcul. d) Les nuances ASTM A500/A500M, A1085 et A913/A913M sont maintenant admises. e) Les exigences relatives à la résistance au feu ont été harmonisées à celles du CNBC. f) Des exigences ont été ajoutées pour les charges dynamiques intenses. g) Le désalignement initial de l'élément à un point de contreventement a été clarifié. h) La formule de calcul de l'aire nette d'un élément HSS oblong a été ajoutée. i) La valeur b/t minimale pour les raidisseurs d'appui a été ajoutée. j) L'article qui permet à un fabricant de poutrelles de déterminer la résistance des poutrelles au moyen d'un essai a été enlevé. k) Des exigences visant les raidisseurs de poteau du côté opposé d'une poutre reliée de manière rigide par boulonnage ont été ajoutées. l) Des exigences visant les ensembles revêtus de zinc-aluminium ont été ajoutées. m) L'utilisation de rondelles au lieu de rondelles en acier trempé est permise pour les trous surdimensionnés ou à section oblongue. n) L'utilisation d'électrodes non compatibles est permise dans certains emplacements en vertu de la W59. o) L'article 24.4 qui traitait de l'état de surface des assemblages pour le soudage à pied d'oeuvre dans l'édition antérieure a été enlevé et cet élément est maintenant visé par la CSA W47.1. p) La résistance pondérée des tiges d'ancrage en pression diamétrale est harmonisée à la CSA A23.3 pour assurer la conformité aux autres normes de calcul canadiennes. q) Le calcul de la tenue à la fatigue a été clarifié et comprend les moments de flexion attribuables à l'excentricité des assemblages. r) Une limite supérieure des forces de calcul sur les diaphragmes des toitures des édifices à un seul étage a été établie. s) Une valeur minimale pour les essais de résilience est prescrite pour les soudures des éléments et des assemblages principaux. t) Une teneur maximale en soufre est prescrite si l'ASTM A913 est utilisée pour les systèmes résistants aux forces sismiques. u) Des exigences visant les assemblages ont été ajoutées pour les cadres rigides ductiles, les cadres rigides à ductilité limitée et les cadres rigides à ductilité modérée. v) Le calcul des segments de poutre ductiles des contreventements en treillis excentriques ductiles a été élargi. w) Des renseignements ont été ajoutés concernant les murs de refend à ductilité limitée. x) L'annexe K visant le calcul des structures pour en assurer la protection contre l'incendie a été actualisée. y) Les articles portant sur les assemblages articulés des éléments en traction ont été actualisés afin de clarifier les exigences relatives à la section nette et à la résistance.

Un commentaire relatif à cette norme, élaboré par l'Institut canadien de la construction en acier auquel ont contribué bon nombre de membres du comité technique, constitue la deuxième partie du Handbook of Steel Construction publié par l'institut. Cette norme est conçue pour être utilisée avec l'édition 2015 du Code national du bâtiment — Canada (CNBC), plus particulièrement le chapitre 7, qui traite des coefficients de charge, des combinaisons de charges et autres conditions de chargement. La version française de cette norme a été préparée par le Groupe CSA d'après l'édition anglaise publiée en juin 2014, laquelle a été élaborée par le Comité technique sur les charpentes de bâtiment en acier, sous l'autorité du Comité directeur stratégique sur la construction et les infrastructures civiles, et a été approuvée par le Comité technique. L'annexe N a été préparée par le Groupe de travail sur la conception et la construction des palletiers en acier. Cette édition de la CSA S16 est dédiée à la mémoire de MM. Laurie Kennedy, André Picard et Richard Redwood, d'éminents concepteurs et chercheurs et des maîtres dévoués, voués à l'avancement des normes sur l'acier. Domaine et conditions d'application 1.1 Généralités Cette norme énonce des règles et des exigences relatives au calcul, à la fabrication et au montage des charpentes en acier, selon la méthode du calcul aux états limites. L'expression «charpente en acier» s'applique aux éléments de structure et aux cadres composés principalement d'acier de construction, y compris les accessoires tels que soudures, boulons ou autres attaches nécessaires à la fabrication et au montage. Cette norme vise aussi les éléments en acier de construction des structures assemblées à l'aide d'autres matériaux. Les articles sur la fabrication et le montage démontrent que le calcul fait partie intégrante de la série d'étapes conception-fabrication-montage et ne peut être considéré isolément. En ce qui a trait à la pratique courante touchant la fabrication et le montage de l'acier de construction dont ne fait pas état cette norme, consulter l'annexe A

1.2 Exigences

Les exigences relatives aux charpentes en acier comme les ponts, les pylônes d'antenne, les structures extracôtières et les éléments de charpente en acier formés à froid font l'objet d'autres normes du Groupe CSA.

1.3 Application

La norme s'applique sans réserve aux charpentes en acier, sauf que des règles et des exigences supplémentaires peuvent être nécessaires pour

1. les types de construction peu courants
2. les constructions mixtes
3. les charpentes en acier i) de grande hauteur ou de grande portée ; ii) qui doivent être transportables ou facilement démontables ; iii) exposées à des conditions environnementales rigoureuses ; iv) exposées à de fortes charges telles que celles provenant des chocs causés par les véhicules ou des explosions
4. qui doivent satisfaire à des critères d'esthétique, d'architecture ou autres qui ne portent pas sur la charpente proprement dite ; vi) qui demandent l'utilisation de matériaux ou de produits ne figurant pas au chapitre 5 ; ou vii) qui présentent d'autres caractéristiques particulières susceptibles d'influer sur le calcul, la fabrication ou le montage
5. les réservoirs, les cheminées, les autres structures en plaques, les poteaux et les pilots
6. et les charpentes de support des ponts roulants

1.4

Autres normes L'utilisation d'autres normes pour la conception, le montage et (ou) l'inspection d'éléments ou de pièces de charpentes en acier n'est ni justifiée ni acceptable sauf si cette norme l'indique clairement. Les formules de calcul données dans cette norme peuvent être complétées par un calcul rationnel, acceptable aux pouvoirs de réglementation, fondé sur la théorie, l'analyse et les règles de l'art si les marges ou coefficients de sécurité au moins équivalents à ceux qui sont contenus dans cette norme sont assurés. L'utilisation d'autres normes ou critères pour la conception, le montage et (ou) l'inspection est formellement interdite à moins que cette norme ne l'exige.

1.5 Terminologie

Dans cette norme, le terme «doit» indique une exigence, c'est-à-dire une prescription que l'utilisateur doit respecter pour assurer la conformité à la norme ; «devrait» indique une recommandation ou ce qu'il est conseillé mais non obligatoire de faire ; et «peut» indique une possibilité ou ce qu'il est permis de faire. Les notes qui accompagnent les articles ne comprennent pas de prescriptions ni de recommandations. Elles servent àséparer du texte les explications ou les renseignements qui ne font pas proprement partie de la norme. Les notes au bas des figures et des tableaux font partie de ceux-ci et peuvent être rédigées comme des prescriptions. Les annexes sont qualifiées de normatives (obligatoires) ou d'informatives (facultatives) pour en préciser l'application.

La stabilité est essentielle au montage efficace de charpentes en acier, y compris de ponts à un seul étage ou à étages multiples, de stades et de monuments. Il est impératif que les ingénieurs de structures, les architectes et les métiers de la construction comprennent la relation qui existe entre les charges statiques et les charges dynamiques, ainsi que la façon dont les charpentes supportent les charges ou y résistent. La huitième édition de la norme CSA S16-14

• Règles de calcul des charpentes en acier énonce des exigences relatives au calcul, à la fabrication et au montage des charpentes en acier et des éléments en acier de construction des structures assemblées à l'aide d'autres matériaux. La nouvelle édition de la norme sera citée dans le Code national du bâtiment du Canada (CNB) 2015. La norme CSA S16 énonce des exigences relatives aux charpentes en acier de grande hauteur ou de grande portée; qui sont exposées à des conditions environnementales rigoureuses; qui doivent être transportables ou facilement démontables; qui sont susceptibles de subir des chocs causés par des véhicules ou des explosions; qui doivent satisfaire à des critères d'architecture ou qui présentent d'autres caractéristiques particulières susceptibles d'influer sur le calcul, la fabrication ou le montage. La norme énonce également des exigences s'appliquant aux réservoirs, cheminées, poteaux et autres charpentes en acier. L'expression « charpentes en acier » s'applique aux éléments de structure et aux cadres composés principalement d'acier de construction, y compris les accessoires tels que soudures, boulons et autres organes d'assemblage nécessaires à la fabrication et au montage. Principaux changements à la norme CSA S16: Les qualités ASTM A500/A500M, A1085 et A913/A913M ont été ajoutées à titre de qualités d'acier autorisées pour le calcul. Les critères de conception en matière de résistance au feu ont été mis à jour afin de les rendre conformes au CNB. L'utilisation d'électrodes différentes est permise en ce qui concerne la norme CSA W59
• Constructions soudées en acier (soudage à l'arc) dans les emplacements autorisés.

Des critères additionnels s'appliquant aux raccords de joints ont été ajoutés pour les cadres rigides ductiles, les cadres rigides à ductilité limitée et les cadres à contreventement concentrique modérément ductiles. Les clauses associées aux éléments articulés ont été modifiées de façon clarifier les exigences en matière de section nette et de résistance