Les charpentes industrielles

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  • Définition

     Ce sont des charpentes de toitures composées de fermes industrialisées ou fermettes, recevant directement la couverture, et constituées d’éléments triangulés en bois de faibles sections.

     Ce type de charpente peut être prévu pour tout type de toiture, comble aménageable ou comble non aménageable. L’épaisseur des pièces de bois doit être au moins de 36 mm et l’entraxe des fermettes varie de 60, 90,  et 120cm. Pour des longueurs de ferme supérieures à 15 mètres l'épaisseur de la section passera à 47 mm. La longueur des pièces de bois constituant une fermette est de 6 mètres.

     Les assemblages des pièces de bois sont réalisés par des connecteurs métalliques en acier galvanisé ou inox pour milieu humide, emboutis vrillés de différentes dimensions en fonction des charges à reprendre.

     Les fermettes constituent des éléments de charpente légers qui sont capables de franchir des portées allant jusqu'à 20 mètres.

     Elles prennent appui soit sur des murs soit sur des poutres. Elles reçoivent directement le support de couverture ou la couverture économisant ainsi pannes et chevrons.

     Un plafond vient se fixer sous les entraits lorsque les combles ne sont pas utilisables. Lorsque les combles sont aménageables ce sont les arbalétriers qui reprendront la charge du plafond.

     Constructivement, les pièces de bois composant la fermette étant optimisées au maximum, une grande attention doit être portée aux problèmes de flambement et de contreventement.

  •   Terminologie des charpentes industrialisées

Fermette en W à comble perdu

 

Nœud : ils sont situés à chaque liaison de plusieurs pièces de bois.

Arbalétrier (1) : pièce de bois soumise à un effort de compression qui reprend les charges de toiture.

Fiche / Contrefiche (2 et 5) :

Ecoinçon (3) : pièce triangulaire située au nœud de l'arbalétrier et de l'entrait. Cette pièce permet la descente de charge sur la panne sablière. On l'utilisera pour une fermette de pente importante > 35%.

Entrait (4) : pièce de bois horizontale soumise à un effort de traction

     Une ferme est caractérisée par son nombre de travées. Sur cette ferme il y a quatre travées sous les arbalétriers et trois travées sur l'entrait. Ce sera une fermette de type 4.3.

 

Pour la réalisation d'une croupe, il sera nécessaire d'utiliser des éléments particuliers :

 

une ferme porteuse, ici une fermette de double épaisseur,

des fermes tronquées, une demi ferme au milieu de la croupe,
d'un arêtier à chaque angle, d'empannons pour remplir la croupe.
  •  Principaux types de fermettes

  1. Fermettes courantes : 

A contre-fiche

En M 

En N

En W

En éventail

A entrait retroussé

  1. Fermettes de pignon (pour pignon à ossature bois) :

Fermette courante renforcée

Fermette à colombage

  •  Les saillies de toiture : 

  1. Les débords latéraux : 

Débord droit

Débord droit en coyau

Débord droit avec écoinçon

Ferme sans débord avec troncage

Débord en queue de vache

Ferme sans débord avec reprise d'efforts

 
coyau : Élément de charpente fixé en partie basse d’un chevron qui permet d’adoucir la pente du versant d’un toit au niveau de l’égout.

 

  1. Les débords de pignon

     Les liteaux sont en appui sur les fermettes courantes de toiture et sur un chevron fixé sur la maçonnerie du pignon. Un bandeau vient en applique sur le débord de toiture.

  1. Débord en pignon avec échelle de pignon

     L'échelle de pignon est fixée sur la fermette courante en appui sur une fermette de pignon sur un chevron qui enchâsse la maçonnerie du pignon.

La ferme courante est équipée d'un écoinçon pour reprendre les charges de toiture et les transmettre au mur.

  1. Débord avec fausses pannes

     Les fausse pannes (6) sont placées dans des réservations de la maçonnerie (10) et fixées sur la ferme courante (4). Elles reprennent la charge des chevrons (1). Les fausses pannes sont utilisées pour l'esthétique.

Pour une charge équilibrée, il est préférable de placer les chevrons de part et d'autre du mur pignon.

  •  Les assemblages

     L’assemblage des « fermettes » en particulier, s’effectue de manière à obtenir l’intersection en un même point des axes de chaque pièce de bois. Ces intersections appelées « nœuds canoniques » seront l

es lieux d'intersection des fibres neutres des reprises d'efforts.

     Il faudra particulièrement veiller à la continuité de matière sur la fibre neutre entre deux nœuds canoniques mitoyens. Mise en évidence de la fibre neutre en jaune sur un renfort d'arbalétrier de la ferme tronquée dans l'exemple ci-contre.

  1. L'assemblage par gousset

      Ce type d’assemblage est assez peu utilisé en série compte tenu du temps de  fixation des goussets par des clous. Les goussets peuvent être en contreplaqué ou métalliques et seront situés de part et d’autre de chaque liaison.

  1. L'assemblage par connecteurs

     Ce type d’assemblage est fréquemment utilisé pour les grandes séries. Les connecteurs sont métalliques avec des dents vrillées obtenues par emboutissage. Les connecteurs sont placés de part et d'autre du nœud à assembler puis pressés à la presse.

 

Mise en place du connecteur avant pressage

  •  Ancrage des fermettes

     Les fermettes sont posées directement sur le chaînage ou sur des lisses de bois (sablières) noyées dans le chaînage ou en applique fixées par tire-fond. La fixation entre les fermettes et les sablières (ou le chaînage) s’effectue par des ferrures (équerres, pattes). Dans l'exemple ci-contre l'équerre est clouée avec 5 pointes annelées sur l'empannon et serrée avec un tirefond sur la lisse haute.

     Le trou oblong horizontal de l'équerre, permettrait, en cas de montage sur un pied de ferme de réaliser un appui glissant avec un degré de liberté dans le sens longitudinal de la ferme.

     Les équerres, suivant les poseurs, peuvent être posées soit en opposition sur la diagonale de l'entrait, soit deux par pied de fermette.

  •  Le contreventement d'une charpente

  1. Pourquoi réaliser un contreventement ?

Les charpentes industrielles utilisent des fermettes qui ont très peu de rigidité transversale. Un simple calcul du moment d'inertie permet de le vérifier rapidement. Lors de la mise en place de la ferme, il est fréquent de la voir vibrer en l'air avant la pose. Il est donc important, lorsque toutes les fermes sont placées en position, de rigidifier l'ensemble complètement pour empêcher les pièces de bois de se déformer par flambement et de contreventer l'ensemble des fermettes pour les solidariser. C'est cette opération qui permettra de donner sa tenue à la charpente.
 

   

Flambement : c'est la tendance qu'a un matériau soumis à une force de compression longitudinale à fléchir, et donc à se déformer dans une direction perpendiculaire à la force appliquée.

  1. Différences entre l'anti-flambement et le contreventement

Le dispositif d'anti-flambement évite la déformation des éléments des fermes, comprimés par le poids de la couverture et du plafond. Les arbalétriers, qui subissent de gros efforts axiaux de compression du fait de leur faible épaisseur, vont se déformer latéralement. Les liteaux seuls ne peuvent pas assurer le rôle d'anti-flambage, on utilisera des pièces de bois qui seront disposées perpendiculairement aux entraits et aux arbalétriers.

Le contreventement stabilise la charpente contre les effets du vent, appliquée sur les pignons et qui s'exerce parallèlement au faîtage. Les éléments de contreventement sont effectués par des lisses en bois. Les pièces de bois utilisées permettront de réaliser des assemblages triangulés avec les fermettes donc indéformables.

Description d'une charpente avec contreventement 2 pans

Plan d'exécution d'une charpente 4 pans :

    En vert clair les lisses filantes sur entraits (FE) et sous arbalétriers (FA), en vert foncé les entretoises (ETRE, en rouge les dispositifs d'antiflambage sous arbalétriers, en bleu les éléments de contreventement.

  1. Dimensionnement des contreventements

Fermettes à entraxe de 60 cm 90 cm >92 cm
Lisses filantes 25 x 60 25 x 72 36 x 72
Antiflambages sous arbalétriers 25 x 100 36 x 96 36 x 122
Contreventement sur diagonales 25 x 72 25 x 72 36 x 96
  1. Acronymes et contreventement d'une toiture en fermette 4.3 (en W)

On les appelle aussi bois de stabilité car les fermettes n'ont aucune stabilité transversale. On les distingue de la manière suivante :

Lisses filantes sur entraits (L.F.E) elles sont fixées sur les entraits le plus près possible des nœuds. Leur fonction est de maintenir l'espacement des fermettes et d'éviter les déformations transversales (indiquées en jaune)

Entretoises entre les entraits (ETR : la fonction est la même que les lisses filantes mais en plus elles assurent le déversement des entraits en cas de charges importantes, par exemple : plafond lourd ou plancher (indiquées en jaune)

Lisses filantes sous arbalétrier (L.F.A) elles sont fixées sous les arbalétriers ou sur les fiches, le plus près possible des nœuds, elles maintiennent le parallélisme des arbalétriers (indiquées en vert)

Contreventements (CVT) : ce sont des diagonales fixées sur les fiches ou potelets à 45° environ et reliant les lisses filantes des arbalétriers avec les lisses filantes des entraits. Ils maintiennent l'aplomb des fermes sous l'effet du vent, répartissant les efforts sur plusieurs fermes (indiqués en bleu).

Antiflambement sous arbalétriers (AFA) : ils sont fixés sous les arbalétriers dans le plan de la toiture. Avec un angle de 45° environ, ils relient le faîtage aux chaînages. Ce sont des pièces prioritaires car elles empêchent le flambement des arbalétriers (déformation en S de la toiture) et stabilisent les pignons (indiqués en rouge)

Dispositif Antiflambement sur fiches (D.A.F) : certaines fiches compressées sont très minces par rapport à la longueur. Il est donc nécessaire de les empêcher de flamber en clouant un ou deux filants au milieu qui seront calés aux extrémités sur les pignons (indiqués en rouge)

L.F.E : Lisse Filante sur Entrait

L.F.A : Lisse Filante sur Arbalétrier

ENT : Entretoise

C.V.T : Contreventement

C.V.T.A. : Contreventement sous arbalétrier

D.A.F : Dispositif antiflambement

A.F.A : Antiflambage sous arbalétrier

X de St André

 

  1. Pose et fixation

     Les CVT, AFA, croix de St André doivent se rapprocher d'un angle de 45° dans leur plan de pose. La continuité du contreventement doit être assurée, il sera impératif de poser les entretoises sur une file.

Alignement de lisse sur entrait

Continuité d'un contreventement

Continuité d'un dispositif anti flambement sur une entretoise inclinée.

 

     Les antiflambements des diagonales comprimées ne sont efficaces que si elles sont bloquées à leurs extrémités. Chaque intersection d'un DAF, d'une filante, d'une croix de St André avec une pièce de fermette sera pointée à l'aide de deux pointes torsadées, annelées ou crantées en excluant les pointes lisses :

- deux pointes de 70mm pour des bois d'épaisseur de 25 mm

- deux pointes de 90mm pour des bois d'épaisseur 36 mm.

  1. Erreurs à ne pas commettre

Le contreventement doit être le plus près possible des nœuds de fermettes. Lors de l'établissement d'un contreventement il ne doit pas y avoir rupture de contreventement