Dans une structure de bâtiment, les diaphragmes de toit et de plancher doivent transférer les forces sismiques au système vertical de résistance aux forces sismiques (et aux fondations).

Dans une structure à charpente d’acier, ces forces sont généralement transmises par des éléments horizontaux, comme des poutres, des poutrelles et des fermes qui servent de collecteurs. Ainsi, les forces de cisaillement sont généralement transférées du tablier de toit en tôle d’acier aux collecteurs du diaphragme de toit, ou de la dalle de plancher aux collecteurs du diaphragme de plancher. La norme CSA S16 ne dicte pas de moyens spécifiques pour assurer le transfert des forces de cisaillement du diaphragme au collecteur; aussi cet article résume-t-il brièvement les méthodes les plus utilisées dans le milieu de la construction.

 

Diaphragmes de toit

Les structures de toit les plus courantes comprennent un tablier en tôle d’acier posé sur des poutrelles à treillis, des poutres à larges ailes et des poutres de rive. La figure 1 montre la vue en plan du toit d’un bâtiment à un étage. Les portiques à contreventement vertical sont indiqués en rouge et les principaux collecteurs, en bleu. En règle générale, le tablier de toit est raccordé aux poutrelles à treillis et aux poutres de rive au moyen de soudures à l’arc par points ou de vis. Les poutres maîtresses doivent toutefois être abaissées, car la semelle des solives viendra s’y appuyer. Par conséquent, il faut utiliser des tenons de cisaillement – qui agiront comme collecteurs – correspondant à la profondeur de semelle de solive pour combler le jeu. Voir la figure 2.

Figure 1
Diaphragme de toit

 

 

 

Figure 2
Transfert des forces de cisaillement de la poutre principale aux collecteurs

 

Diaphragmes de Plancher

Lorsque les forces exercées sur le diaphragme de plancher sont relativement faibles et qu’elles ne dépassent pas la résistance pondérée au cisaillement du tablier en tôle d’acier, la méthode susmentionnée de transfert des forces de cisaillement via le diaphragme de toit peut être adéquate. Dans le cas de forces de cisaillement plus importantes, en particulier lorsque la dalle de recouvrement en béton contribue à la résistance au cisaillement du diaphragme, des tenons de cisaillement à goujons soudés sont couramment utilisés pour transférer le cisaillement du diaphragme de la dalle aux collecteurs principaux. Par exemple, dans le plancher montré à la figure 3, des goujons soudés peuvent être placés sur les poutres collectrices et les poutres maîtresses indiquées en bleu.

Figure 3
Diaphragme de plancher

 

peuvent également être placés sur les poutres dans le système vertical de résistance aux forces sismiques (lignes rouges à la figure 3), à plusieurs exceptions près. En effet, elles ne sont pas permises sur les poutres utilisées dans les cadres à contreventement concentrique en chevron dont la ductilité est moyenne ou limitée et qui ne sont pas conçus pour être des éléments à capacité protégée. Il est permis d’utiliser les poutres comme éléments élastiques dans les cadres de faible hauteur, car la présence de goujons de cisaillement augmente la résistance à la flexion de ces poutres. De même, elles ne sont pas permises dans les zones protégées des cadres à contreventement excentrique ductiles pour éviter d’augmenter la résistance des liaisons ductiles. De plus, les goujons soudés ne doivent pas être placés dans les zones protégées des cadres rigides ductiles, à ductilité moyenne et à ductilité limitée, sauf si les goujons font partie de l’ensemble d’essai qui sert à évaluer les assemblages poutre à poteau utilisés dans la construction.