Note d’expert importante : Il s’agit d’un texte éducatif d’archives, et non d’une spécification de conception actuelle, d’un calcul statique, d’une preuve de capacité de charge ou d’instructions de fabrication et d’assemblage. La conception de halls, dômes, squelettes, colonnes élevées, tours, structures de mines et de canalisations nécessite un concepteur autorisé, des fondations géotechniques et autres faisant autorité, des effets réels, des contrôles de stabilité, de fatigue, d’incendie et de corrosion, ainsi que des réglementations et normes en vigueur.
La conception et la construction de structures en acier ne font pas partie de l’offre publique actuelle de Savo Kusić. L’accent de production actuel se compose de fenêtres en bois, fenêtres en bois-aluminium et portes personnalisées.
halls industriels
1. Dômes. Il existe des dômes dans lesquels toutes les tiges reposent sur la surface du dôme, qui forment des systèmes spatiaux, tandis que dans d’autres, les dômes sont formés par la disposition radiale de liens individuels. Les dômes qui sont des grilles spatiales peuvent avoir les formes suivantes :
- Dômes de Schwedler, où les nervures sont radiales et reliées entre elles par des poutres horizontales (fig. 1)
- Dômes grillagés dont la surface est constituée d’un réseau de triangles, sans nervures radiales, mais avec des bandes englobantes du même nombre d’angles (fig. 2). Si un tel dôme repose sur un polygone régulier comportant un nombre pair de côtés, le système est instable et inutilisable sans stabilisation particulière.
- Dômes Zimmerman, où se trouvent, comme les dômes Schwedler et grillagés, des anneaux horizontaux, mais le nombre d’angles sur les anneaux diminue progressivement avec l’augmentation de la hauteur des anneaux. L’avantage des coupoles Zimmerman par rapport aux coupoles Schwedler et aux coupoles grillagées est que seules les forces verticales apparaissent aux coins de la partie inférieure, tandis que les forces horizontales du vent sont reçues par le milieu des murs dans le sens longitudinal (fig. 3).
- Dômes en nappe ou en plaques, dans lesquels, comme dans le maillage, toutes les surfaces individuelles sont triangulaires, tandis que la méthode de support est similaire à celle des dômes de Zimmerman (fig. 4).
- Toits en tente, où les nervures sont rectilignes (fig. 5).
Fig. 1, 2, 3, 4 respectivement
Fig. 5
2. Salles de sport. La construction des salles de sport est déterminée par la forme de l’arène et la disposition des sièges. Les piliers sont évités, afin que les observateurs aient une vue dégagée sur tout l’intérieur.
3. Salles d’exposition. Dans le cas des salles d’exposition, une base rectangulaire est utilisée, afin de simplifier au maximum la disposition des fixations. Parfois, des colonnes internes sont également prévues, mais il y a une plus grande liberté dans la répartition de l’espace s’il n’y a pas de colonnes dans le hall.
4. Salles d’ateliers. Le projet d’une structure en acier pour un hall d’atelier est créé par la coopération d’un expert en exploitation, d’un concepteur de grues et d’un concepteur de structure en acier. Le spécialiste des entraînements détermine les dimensions du socle et l’espacement des colonnes en fonction de la disposition des machines et du plan de travail. Il détermine également le remplissage des murs, la couverture du toit ainsi que les modalités de fondation, selon l’avis des experts en construction. Le concepteur de la grue détermine les poids propres des chariots et des grues, les espacements des roues et les pressions des roues les plus défavorables. Sur la base des données de l’expert en exploitation et du concepteur de la grue, le concepteur de la structure en acier détermine la structure porteuse du hall. Les supports de grue doivent être aussi rigides que possible et, si nécessaire, conçus avec un porte-à-faux, de sorte que lors du passage d’une grue fortement chargée, le rail de la grue ait une position horizontale, ce qui permet de choisir un moteur de grue relativement petit.
5, Halls en forme de scie. Les halls en forme de scie sont généralement construits lorsqu’un éclairage uniforme est requis et que la pénétration directe de la lumière du soleil à l’intérieur du hall doit être évitée. Ceci est particulièrement important dans les halls de production et de stockage de l’industrie textile. Les toitures sciées ont des surfaces vitrées nues 60o à 90o, tandis que la pente de la surface massive est 30o. La surface vitrée est placée du côté où il n’y a pas de soleil, c’est-à-dire vers le nord. Lors de la conception des toitures sciées, il convient de prendre en compte toute une série de problèmes dont la solution est l’avis faisant autorité de l’investisseur, à savoir : la couverture du toit peut être constituée de plaques de montage légères ou de tuiles sur un support en bois, les fixations sciées peuvent être des treillis (fig. 6), des cadres à trois joints (fig. 7), ou des cadres à deux joints avec tension (sl 8). La solution en treillis est la moins lourde, mais elle présente l’inconvénient que le treillis colle, par ex. dans l’industrie textile, ils retiennent les peluches de laine. Si l’on souhaite avoir le moins de colonnes possible à l’intérieur du bâtiment, une solution avec des grilles à grande portée dans les deux plans de toit peut être appliquée, qui se soutiennent mutuellement et s’appuient aux extrémités sur des supports de grille.
Fig. 6
Fig. 7
Sl. 8
Structures pour hangars à bateaux
Les constructions au-dessus du palier portent les grues tournantes suspendues. Ils sont utilisés pour le montage grossier des navires destinés au trafic maritime et fluvial. Les grues à grande rotation et les téléphériques rivalisent avec ces constructions. Sur la fig. 9 montre la structure sur la cale de halage de Nordseewerke Emden. Poids 3000 t, construit 1912.
Fig. 9
Constructions à ossature métallique
La construction à ossature d’acier est une structure à plusieurs étages, dont les colonnes, les supports et les poutres en acier transmettent eux-mêmes aux fondations les charges du propre poids d’autres matériaux, ainsi que les charges utiles. Les murs extérieurs et intérieurs servent uniquement à délimiter l’espace. En plus de son propre poids et de sa charge utile, le squelette en acier reçoit également la pression du vent sur le bâtiment, dans les directions longitudinale et transversale.
Les constructions squelettiques ont généralement une forme telle que les colonnes et les poutres forment des cadres transversaux. Ces cadres ont à peu près la même distance entre eux dans le sens longitudinal du bâtiment et sont reliés par des supports longitudinaux. Les cadres peuvent avoir deux ou trois poteaux. Les liaisons de la sous-structure aux colonnes peuvent être rigides ou articulées.
Afin de rigidifier le bâtiment longitudinalement, des joints verticaux sont placés dans les champs sans fenêtres (fig. 10), ou tous les supports des murs extérieurs sont reliés rigidement aux colonnes afin de créer une structure à ossature avec de nombreux nœuds (fig. 11).
Fig. 10
Fig. 11
Le choix des matériaux pour les plafonds, les murs intérieurs et extérieurs est d’une importance décisive pour l’économie et l’opportunité de la solution. Ces matériaux doivent avoir un effet d’isolation thermique et phonique, ils doivent être légers et résistants aux influences atmosphériques, ils doivent protéger les murs en acier du feu, de la rouille et de la condensation. Les plafonds sont en béton avec armatures ordinaires ou croisées ou en éléments préfabriqués en béton.
La possibilité d’appliquer des constructions à ossature en acier est très diversifiée. Ils sont utilisés dans la construction d’immeubles de grande hauteur et commerciaux, d’hôtels et de nombreuses installations industrielles, et présentent de nombreux avantages par rapport aux autres méthodes de construction. La haute résistance de l’acier conduit à des dimensions relativement petites des éléments de support. Les murs ne participant pas ici à supporter la charge, ils peuvent avoir la même épaisseur à tous les étages. Le temps nécessaire à la construction de l’ossature en acier est court, l’assemblage peut se faire par tous les temps. Des modifications de la structure peuvent être facilement mises en œuvre lors du montage et même après la reprise du bâtiment, sans compromettre la sécurité du bâtiment. L’affaissement du sol peut être facilement égalisé en élevant des colonnes sans interrompre le fonctionnement du bâtiment lui-même.
Dans de telles constructions, des matériaux légers sont utilisés pour les plafonds et les murs, et la structure porteuse elle-même est également légère, de sorte que le poids total du bâtiment est relativement faible. En conséquence, le coût du financement est faible. Ils peuvent être facilement démontés, ce qui permet de réutiliser partiellement certaines pièces en acier.
Hauts piliers et tours
Les colonnes et tours hautes sont des structures hautes et élancées, relativement peu chargées, pour lesquelles l’acier est un matériau particulièrement adapté.
1. Poteaux d’éclairage. Dans un souci d’éclairage uniforme des zones les plus grandes possibles, notamment dans le domaine des installations ferroviaires et des mines, des colonnes de hauteur 25 à 40m sont érigées. Au sommet se trouve une plate-forme sur laquelle sont placées les installations d’éclairage. Afin de permettre la réparation de ces installations, des cadres d’escalade sont prévus (fig. 12), les ceintures d’angle, les diagonales et les horizontales sont constituées d’angles. Le calcul est effectué comme pour les structures du bâtiment.
Fig. 12
2. Poteaux pour le réseau de tramway. Compte tenu de la manière de tendre le câble porteur, une résistance égale à la flexion est requise par rapport à tous les axes horizontaux. Selon la hauteur, l’épaisseur de la tôle varie de 8 à 10 mm.
3. Poteaux pour le réseau ferroviaire électrique. Leur hauteur varie de 8 à 16 m. La hauteur dépend de la portée, et donc de la flèche du câble porteur, qui peut se trouver verticalement ou obliquement par rapport au conducteur (fig. 12). La section, rectangulaire en bas et carrée en haut, doit être la plus petite possible. Il est utile de nouer les diagonales des coins directement aux ceintures, sans feuilles nouées. Chaque courroie d’angle comporte une plaque d’appui à l’extrémité inférieure et la colonne entière repose sur une fondation commune aux quatre courroies. La colonne est fixée à la fondation avec des boulons d’ancrage en béton.
4. Poteaux de lignes électriques. Dans le cas des lignes de transmission à haute tension importantes, les poteaux sont presque exclusivement fabriqués en acier. Leur hauteur dépend de la portée libre, de la disposition des consoles, des matériaux et des tensions autorisées, des conducteurs et du câble de protection sur le poteau, ainsi que des conditions de charge. Le nombre de systèmes à courant alternatif transmis à travers les pôles a également une influence. Selon l’usage, on distingue les types de poteaux suivants : poteaux de support pour transporter les conducteurs dans la direction (fig. 13), poteaux d’angle avec points de rupture du parcours pour recevoir les composants horizontaux du conducteur, poteaux de tension (fig. 13), poteaux de connexion ou divisés qui sont utilisés pour la connexion ou diviser le conducteur dans diverses directions.
Fig. 13
La colonne a presque toujours une section carrée et est composée de plusieurs parties en hauteur. Les ceintures et les diagonales sont réalisées à partir d’angles. Afin d’augmenter la résistance au flambage, les ceintures sont partiellement remplies de béton après assemblage. La connexion des diagonales et des ceintures s’effectue, si cela est structurellement possible, sans tôles nodales. Les colonnes plus petites, notamment les colonnes de support, sont ancrées sur des traverses en bois enterrées 3 m. Les colonnes hautes sont placées exclusivement sur une fondation en blocs de béton.
Mines
Pour les installations minières à ciel ouvert, des termes professionnels sont appliqués, dont les plus importants sont expliqués dans la fig. 14. La partie principale de la tour d’exportation de la mine est la tour de guidage. La hauteur de la tour dépend de la hauteur de la plateforme d’entrée au dessus du terrain, de la longueur du panier, de la longueur du passage, de la hauteur du pare-chocs et de la hauteur de chute entre le pare-chocs et les poignées.
Fig. 14.1.
Fig. 14.2.
Au fil des années, certaines formes de tours d’exportation ont été développées, en fonction de la position de la machine d’entraînement par rapport à la tour. Si lors d’un déplacement simple, c’est-à-dire lorsqu’il y a un panier qui monte et un autre qui descend, les paniers pendent les uns à côté des autres, vus du côté de la machine motrice, alors les deux rouleaux peuvent se trouver l’un à côté de l’autre sur la même plate-forme, et alors la tour est à un seul étage. Sur la fig. 15 montre une solution avec quatre rouleaux côte à côte.
Fig. 15
Si les paniers pendent les uns derrière les autres, les rouleaux doivent se trouver les uns au-dessus des autres pour former une tour à deux étages (fig. 16). Et avec la double tour, lorsque quatre paniers sont côte à côte. vus de la machine motrice, les quatre rouleaux peuvent reposer côte à côte sur une tour à un seul étage (fig. 15).
Si, cependant, en regardant de la machine, quatre paniers sont placés les uns derrière les autres, une machine doit être placée sur les côtés opposés de la tour et la tour est résolue comme une construction à deux étages avec une partie inférieure étalée (fig. 17). Ce n’est que lorsqu’il n’y a pas assez d’espace près du puits pour placer la salle des machines à côté de la tour que la machine d’entraînement est placée sur la tour elle-même.
En plus des tours d’exportation, les installations de surface de la mine peuvent comprendre des halls avec puits et des salles de lavage où est traité le charbon. La conception de ces installations nécessite la collaboration du concepteur de la structure métallique avec l’entreprise qui fournit les équipements. En principe, ces objets ne diffèrent pas des autres structures en acier, sauf qu’ils nécessitent une adaptation constante de la structure aux équipements mécaniques. Dans un hall d’atelier, par exemple, on peut considérer que tous les cadres sont égaux, ce qui est cependant rare dans un hall de mine ou une blanchisserie.
Fig. 16
Fig. 17
Constructions de canalisations
Le tuyau est la section transversale la plus favorable pour une tige pressée, qui est également soutenue dans toutes les directions. De plus, les tuyaux permettent d’obtenir la plus petite épaisseur de paroi. Dans toutes les autres sections, cette épaisseur est plus limitée par une instabilité locale que dans le cas d’un tube cylindrique. Les canalisations sont particulièrement insensibles aux risques de torsion, ce qui n’est pas le cas des autres tronçons de structures en acier. En plus de ces avantages statiques des tuyaux, leur inconvénient est une forme défavorable pour recevoir les moments de flexion, ainsi que le raccordement difficile de tuyaux plus épais en angle.
Les tubes peuvent être fabriqués soit à partir de tôles pliées avec une couture longitudinale soudée, soit sous forme de rouleaux sans soudure. Dans les deux cas, le prix du tube est supérieur au prix du profilé, compte tenu des difficultés de fabrication. Pour ces raisons, les constructions de tubes ne sont compétitives qu’avec une réduction correspondante du poids du matériau. Les tuyaux sont particulièrement utilisés comme piliers de bâtiments, s’ils ne sont chargés que de forces normales. Les tuyaux sont également utilisés pour les piliers des passages souterrains et des structures souterraines. Aujourd’hui, ils sont souvent utilisés pour fabriquer des échafaudages. Afin d’éviter la corrosion interne, toutes les extensions et connexions, ainsi que les tuyaux d’extrémité, doivent être complètement scellés.
Note d’application : Les exemples historiques, les dimensions, les typologies et les allégations d’économie ou de commodité du système ne doivent pas être utilisés comme substitut aux normes actuelles, aux conditions du site, aux caractéristiques techniques des matériaux et des équipements ou à la vérification par des experts d’une construction spécifique.