Dimensionner l'ossature bois et les fondations

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Le but de cette page est de montrer un exemple de dimensionnement d'ossature bois, pour un bâtiment standard.

Il est préférable d'avoir suivie notre formation sur le sujet.

En effet, l'ossature bois ne consiste pas seulement à dimensionner des poteaux et des poutres.

Le type et le dimensionnement des assemblages et des contreventements est aussi important.

De plus, il y a aussi des règles à respecter , la charpente est un métier complexe : formez vous ou faîtes vous accompagner !

Commencez d'abord notre page sur l'ossature bois qui vous donnera un aperçu de ce qu'il faut savoir.


Si vous appliquez ces calculs à votre projet, c'est à vos risques et périls, nous déclinons toutes responsabilité. Cela ne vous dispense pas de passer par un bureau d'étude, qui vous apportera des garanties et la validation d'un professionnel.


Prenons le cas du dimensionnement d'une toiture végétale mono pente.

L'ossature ressemblerait a peu prés à l'image ci-contre.

Le bâtiment fait 6 m de longueur et 4 m de largeur (sans les débords).

Les débords sont de 50cm de chaque côté.

Les poteaux les plus haut font 3m de haut.


Nous allons chercher à dimensionner :

- Les 4 poteaux.

- Les poutres latérales qui relient ces poteaux.

- Les chevrons qui reposent sur ces pannes et qui porteront les liteaux sur lesquelles seront fixés les plaques qui porte la toiture.

- La taille des fondations sous les poteaux.

On commence par le haut du bâtiment et on descend jusqu'aux fondations.


Etape 1 : Calcul des descentes de charge.

C'est la plus complexe, elle consiste à déterminer quel est le poids qui s'applique sur votre pièce de bois.

La formule : (les valeurs sont normalement en DécaNewton, nous utiliserons des kg pour que ce soit plus compréhensible).


P = Pp + Pe + 1.2 x Pn + Pv


où :


P = la sollicitation totale pondérée en Kg / m²


Pp = la charge permanente en (poids des matériaux).

Il faire la somme du poids de tout les matériaux.


Dans notre cas, pour 1 m² de toiture : (détail de la composition de ce type de toiture sur la page sur les toitures végétales)


Dénomination

Matériaux

Masse voluimique en kg/m3

Volume en m3

Poids




Total

137,85 kg/m2

Substrat végétal (humide)

extensif



80

Étanchéité

EPDM



2

Support

OSB 15mm

640

0,02

9,6

Isolant

Balle de riz

130

0,2

26

Sous face

Fermacell 12mm

1150

0,01

10,35

Ossature bois (estimé)

Bois massif

550

= 2x0,2x0,04

8,8

Quincaillerie et étanchéité à l'air.

Visserie, pare-pluie, frein vapeur...



1

Au début on estime le volume de bois de l'ossature, en partant de notre hypothèse de départ. Ici on part du principe qu'il faudra une ossature de 20x4cm tout les 50cm.


Pe = charges d'exploitation

Cette valeur est surtout utilisée pour les planchers, elle concerne le poids des occupants, des meubles, de ce qui est stocké sur le plancher. Elle varie entre 150 à 350kg/m² (voir plus). Dans le cas d'une toiture végétale, on peut compter le poids d'une personne qui réalise l'entretien. Pour simplifier les calculs,on ne comptera rien.


Pn = surcharge de neige.

Considérons que nous sommes en Provence à moins de 200m d'altitude. La valeur est ici de 35kg/m2


Pv = surcharge ou dépression due au vent en + ou en -.

Nous somme en zone de vent 3, sur une toiture plate assez lourde. La dépression due au vent est largement inférieur au poids des matériaux, on en tient pas compte.

Attention, dans le cas d'une toiture légère : (hangar en tôle, serre en verre ou polycarbonate), le poids de la dépression peut être bien supérieur à celui des matériaux, il faut en tenir compte.

Dans le cas de toiture en forte pente, le vent peut aussi ajouter du poids sur la face exposé au vent.


Donc dans notre cas : P = 137,85 + 35 = 172,85 /m²

Cela correspond au poids de la toiture avec de la neige.


Etape 2 : Calcul des chevrons


Nous allons d'abord calculer les chevrons qui portent la toiture végétale (estimé dans nos calculs à 220x4cm tout les 50 cm sur une porté de 4m).


L'objectif est de savoir quel est le poids supporté sur une longueur de 1m du chevron.

Ici c'est assez simple, nous avons un chevron tout les 50cm, donc 2 par m. Donc 1 m de chevron supportera la moitié du poids de la toiture, soit = 172,85kg/m2 / 2 = 86,42 kg.


Il nous faut maintenant calculer de la résistance admissible du chevron 22x4 cm.


Pour ceux qui ont suivi la formation, vous pouvez vous servir de la calculette bois d'APTE remis pendant la formation pour vérifier que ce chevron est assez résistant. Les formules dans ce fichier utilisent la méthode des moments.


Sinon, (et en plus pour vérifier) vous pouvez vous reporter à des abaques de calculs.

Par exemple ceux de l'Eurocode 5 qui sont ceux généralement utilisés.


D’après l'Eurocode 5, une pièce de bois de 22x4cm posée sur champs sur une portée de 4m peut supporter environ 130 kg par m.

Nous sommes donc supérieurs à 86,42kg.


Si on voulait encore plus de marge on pourrait :

- Augmenter le section de bois, surtout la hauteur.

- ou réduire l'entraxe.

- ou réduire la portée.


Etape 3  Calcul de la poutre transversale.

Nous allons calculer ici la talle de la poutre qui supporte touts les chevrons.

La portée de cette poutre est de 6 m.

Cette poutre supporte la moitié de la toiture.


Le poids supporté par cette poutre correspond à

= charges de la toiture par m² multiplié X la portée ( 6m) x 1/2 largeur du toit (débord compris).

= 172,85 X 6 x (4/2 +0,5) = 2592,75 kg


Selon les abaques de l'eurocode 5, aucune poutre ne correspond pour une portée de 6m.

D’après la calculette bois d'APTE, il faut une poutre de 17x30 cm. Un beau morceau difficile à trouver.


Dans ce cas, il y a plusieurs possibilités :

- Passer en poutre lamellée collé .

- Mettre un poteau au milieu et réduire la portée à 3m.

- Mettre des contrefiches sur les côté (qui seront de toute façon indispensables pour le contreventement, elle sont déjà présente sur le dessin). On peut réduire la porté d'au moins 1m.

- Mettre 3 ou 4 poutres transversales au lieu des 2 actuelles.

- Alléger la toiture : isolant plus léger, revêtement en bac acier...


Étape 4  Dimensionnement des poteaux

Chaque poteau reçoit 1/4 du poids de la toiture (débord compris).


Poids toiture= (( 4 + 0,5 + 0,5 )x( 6 + 0,5 + 0,5 ) x 172,85kg ) / 4 = 6 049,72 kg.

Il faut aussi ajouter le poids des poutres transversales qui font 17x30cm

= ( 6m + 6 m+ 4m +4m) x (0,17 x 0,3) * 550kg/m³ = 561 kg


Le tout doit être divisé par 4, car il y'a 4 poteaux :

= (6 049,72 kg + 561 kg) / 4 = 1 652,68 kg


D’après l'Eurocode, pour un poteau de 3 m de haut, une section de 10 x 10 cm est largement suffisant.


Etape 5 : Dimensionner les fondations


Il s'agit ici de fondations sur plot, il y en a 4, un sous chaque poteau.

Le poids sous chaque poteau :

= poids sur le poteau + le poids du poteau

= 1 652,68 kg + (0,1 x 0,1 x 3 x 550kg/m³) = 1669,18 kg


Si on estime la résistance du sol à 6 000 kg/m² (consultez notre page sur le sujet).


Il faudra une fondation de = 1 669,18kg / 6 000kg/m2 = 0,28 m².

Soit un plot d'environ 50 cm X 50 cm.

Il peuvent être en béton de ciment, mais il y a de nombreuses alternatives au ciment.

- béton de chaux.

- pierre.

- pneus.

- etc.


Si le sol n'est pas assez résistant pour supporter une fondations de taille normal, il faut :

- Aller plus en profondeur pour chercher un sol plus dure. Une étude de sol est nécessaire dans ce cas.

- Utiliser des fondations linéaires qui répartirons mieux les forces.

- Passer en fondation sur pieu, qui utilise aussi le frottement du sol sur les pieux.

- Revoir la forme ou l'ossature du bâtiment. Dans notre cas, mettre plus de poteaux.


Notre cas ici était assez simple.

Pour une maison, il faut aussi tenir compte du poids :

- Des planchers.

- Des murs.

- Des cloisons.

- Des soubassements et fondations.

- Des équipements.


Mais aussi de la force du vent pour les contreventements.



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