● 2.1. Conception des structures

Le choix d'une ossature poteaux-poutres en acier constitue un vrai parti constructif. Pour garantir l'objectif d'un délai d'exécution court, il est indispensable, dès la conception, de prendre en compte un certain nombre de critères déterminants :
• Contraintes architecturales
• Portée des ossatures et des planchers
• Tenue à la corrosion
• Encombrement des éléments de structure
• Exigences essentielles : protection au feu, acoustique, thermique.

Contraintes architecturales

Spécifiques à chaque projet et d'origines variées, elles sont souvent multiples et imbriquées. Sans en dresser une liste exhaustive, citons à titre d'exemple :
- les règles d'urbanisme qui précisent l'alignement de la façade principale, le prospect, les retraits des niveaux supérieurs, ... ;
- les points d'appui obligés à cause de la nature du sol ou pour des raisons architecturales ;
- la volonté d'expression des ossatures à l'extérieur ;
- les épaisseurs de plancher réduites en raison du gabarit pour une optimisation des rendements entre surface foncière et surface construite ;
- les retombées de poutres à réduire ou supprimer ;
- les passages libres à conserver nécessitant l'aménagement des palées de stabilité ;
- les formes spécifiques en façade ou en toiture (courbes, angles).

Influençant le parti constructif, toutes ces contraintes ne peuvent faire l'objet d'une préconception.
Toutefois, un certain nombre de dispositions peut être envisagé pour conserver une même logique constructive.

Portées des ossatures et des planchers

La portée des éléments d'ossature du plancher est déterminée par l'application des règles de calcul.
Les principaux critères qui vont faire varier la portée des ossatures et des planchers sont :
• incorporation ou non des poutres métalliques dans la dalle béton,
• mise en œuvre avec ou sans étai,
• simple ou double nappe de poutres.

Exemples de solutions avec poutres non incluses

2 Ossature poteaux-poutres
 2.1 Conception des structures
 • Contraintes architecturales
 • Portées des ossatures et planchers
 • Tenue à la corrosion
 • Encombrement des porteurs
 • Exigences de performances
 • Repères économiques 
 2.2 Les poteaux
 2.3 Les poutres
 2.4 Les assemblages
 2.5 La stabilité
 2.6 Le plancher

1 Principes généraux de conception
3 Schéma unifilaire

Contrainte de forme :
plancher courbe

Contrainte urbaine :
une station service

Exemples de solutions avec poutres incorporées

Une ossature de plancher à une seule nappe de poutres et des poteaux de rive rapprochés et incorporés aux parois sont des options constructives plus économiques. La double nappe augmente le nombre d'éléments et d'assemblages, les poteaux apparents en façade nécessitent des protections complémentaires, des traitements d'étanchéité et augmentent la portée des poutres.
Épaisseur courante du plafond suspendu (plénum + plaques) : e / 10 cm

Tenue à la corrosion

Dans ce domaine, il est bon de distinguer les ossatures extérieures et les ossatures intérieures, les locaux étant par ailleurs correctement ventilés sans production massive de vapeur d'eau.
Pour les ossatures placées à l'extérieur, la solution la plus efficace est la galvanisation à laquelle on associe un procédé de peinture de finition. Le choix de la solution est soumis à la fréquence envisagée pour l'entretien du bâtiment.
Les ossatures placées à l'intérieur des parois sont dites « chaudes ». Ces solutions éliminent les problèmes d'étanchéité en supprimant les pénétrations de la structure dans la façade et limitent les risques de corrosion. L'application d'une couche de peinture antirouille peut suffire.

Encombrement des éléments porteurs

Le système de points porteurs libère davantage de surface qu'un système par éléments linéaires comme les murs et refends.
En effet, par rapport à leur capacité de charges, les profils laminés à chaud utilisés pour la construction métallique ont des sections réduites. Une conception habile permet de faire coïncider les poutres sur la trame des cloisonnements et ainsi d'absorber les retombées éventuelles.

Bâtiment type : solution béton

Bâtiment type : solution acier

Seulement 15 % des linéaires de poutres ne sont pas inclus dans les cloisons séparatives.

Incorporant les poteaux et les éventuelles retombées de poutres, les cloisons séparatives réalisées à partir de plaques de plâtre apportent les réponses à la plupart des exigences à respecter.
Selon la nature du plancher, il est aussi possible d'enrober la poutre métallique dans le béton lui conférant alors une protection au feu souvent satisfaisante.

La Vénerie- 48 logements (Montargis)

Exigences de performances

Sécurité incendie
Les éléments de structure doivent pouvoir assurer la stabilité durant un laps de temps défini. Dans le cas des bâtiments d'habitation, on trouve couramment :
- stabilité au feu (SF) : 1/2h - 1h - 1h30
- degré coupe-feu (CF) : 1/2h - 1h - 1h30
Plusieurs dispositifs de protection peuvent alors être envisagés : plaques de plâtre, peintures ou projections. Les éléments métalliques enrobés ou remplis de béton accèdent à un niveau de stabilité au feu inférieur ou égal à l'heure, en général.

Acoustique
La réglementation acoustique a intégré les indices européens depuis l'arrêté du 30 juin 1999. Si les valeurs sont exprimées différemment, les performances à atteindre restent inchangées.
Les solutions techniques validées et les précautions à respecter sont présentées dans le référentiel.

Thermique
La nouvelle réglementation thermique 2000 a mis en avant les points particuliers à traiter pour limiter les déperditions : ponts thermiques et perméabilité à l'air.
Les solutions constructives à ossature métalliques favorisent le traitement des ponts thermiques et font appel à l'utilisation de laine minérale dans l'épaisseur des parois d'enveloppe qui contribuent à de très bonnes performances.

Repères économiques

Basées sur la surface Shob, ces valeurs sont données à titre indicatif pour permettre une première estimation.

Tonnage de la structure :
Bâtiment courant de logement : 30 kg/m²
Le poids d'une structure comprend les poutres et les poteaux ainsi que les contreventements.

Coût moyen des profilés :
Profilés laminés courants : 1,5 €/kg à 2,0 €/kg

Part moyenne du lot construction métallique :
% du coût de construction : 07% à 10%

2 Ossature poteaux-poutres
 2.1 Conception des structures
 • Contraintes architecturales
 • Portées des ossatures et planchers
 • Tenue à la corrosion
 • Encombrement des porteurs
 • Exigences de performances
 • Repères économiques 
 2.2 Les poteaux
 2.3 Les poutres
 2.4 Les assemblages
 2.5 La stabilité
 2.6 Le plancher

1 Principes généraux de conception
3 Schéma unifilaire