Guide de conception des pannes pour bâtiments en acier

Phase avant-projet : Conception d'un empannage
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Phase avant-projet : Conception d'un empannage
Ce document fournit les informations nécessaires à la conception de l'empannage d'un
bâtiment à ossature en acier. Il donne des précisions sur l'interaction entre les pannes et la
couverture.
Sommaire
1. Introduction : Fonction des pannes 2
2. Différents types de pannes 5
3. Interaction entre les pannes et la couverture 9
4. Continuité de pannes 13
5. Assemblage des pannes à la structure principale 17
6. Liernes et bretelles 19
7. Spécificités des actions exercées 22

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1. Introduction : Fonction des pannes
1.1 Fonction de base
La fonction première des pannes de toiture est d’assurer le transfert des actions appliquées à la
couverture d’un bâtiment, à sa structure principale. Les lisses jouent le même rôle en façades.
Les pannes et les lisses sont des constituants importants de la structure secondaire du
bâtiment.
Il convient de noter que, dans bon nombre de bâtiments à structure en acier, à simple rez-de-
chaussée, le poids des pannes et lisses constitue un élément non négligeable du poids global
de la structure (15 à 20%); s’abstenir de l’optimiser peut faire perdre un marché dans un
contexte très concurrentiel. La conception de l’empannage d’un bâtiment est réalisée en
fonction du type de couverture portée. La nature de la couverture a notamment une incidence
directe sur l’espacement des pannes ; elle détermine également sur quelle interaction panne-
couverture on peut compter pour le dimensionnement des pannes (voir Chapitre 3).
Un empannage comprend non seulement les pannes elles-mêmes (voir les différents types au
Chapitre 2), mais également les éventuelles éclisses qui réalisent la continuité des pannes
(voir Chapitre 4), les échantignoles qui assurent la liaison entre pannes et structure principale
(voir Chapitre 5), les liernes et bretelles éventuelles qui sont chargées du maintien latéral des
pannes (voir Chapitre 6). Les charges à considérer (voir Chapitre 7) sont principalement :
 le poids propre de la couverture, des pannes et de leurs accessoires
 le poids propre des éventuels équipements portés en toiture
 les charges d’exploitation suspendues à l’intérieur (ex. : réseau sprinkler, éclairage…)
 la charge d’entretien en toiture
 la neige
 le vent
Note: A la Figure 1.1, la panne est représentée avec l’âme perpendiculaire au versant, ce qui est presque
toujours le cas. Il est très rare que les pannes soient mises en œuvre avec leur âme verticale : cela
conduirait à devoir poser la couverture sur cales biaises.
Sous charges gravitaires (poids propre, neige, entretien…), la
panne est soumise à une flexion suivant la grande inertie de sa
section, et à une flexion latérale de sa semelle supérieure (là
où la charge est transmise) qui se développe ou non en
fonction du rôle joué par la couverture.
Sous charges perpendiculaires au versant (vent,
charges ascendantes ou descendantes), la panne est
soumise à une flexion suivant la grande inertie de sa
section
Figure 1.1 Chargement d’une panne

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1.2 Pannes butons
En plus de la fonction principale décrite ci-dessus, on peut attribuer aux pannes la fonction de
transmettre les actions de vent depuis la tête des potelets de pignon jusqu’à la poutre-au-vent
de toiture (si cette poutre-au-vent n’est pas située dans la travée adjacente au pignon) : voir la
Figure 1.2.
En plus de la flexion résultant de leur fonction principale, les pannes sont alors soumises à un
effort normal, soit de compression, soit de traction, éventuellement excentré.
Sur la Figure 1.2, les forces représentées sont les actions exercées, sous l’effet du vent, par les
potelets structurant le pignon de la file F1 et qui s’appuient en tête sur certaines pannes. Sous
l’effet de ces forces, les pannes jouant le rôle de buton, qui sont dessinées en bleu et repérées
B, sont comprimées. Les pannes qui jouent le rôle de montant de la poutre-au-vent de toiture
sont dessinées en rouge et repérées M (voir §1.3 ci-dessous).
Il convient de noter que, sous l’effet du même vent (même direction et même sens), les
potelets structurant le pignon file F8 (sous le vent) exercent des efforts de traction sur les
pannes sur lesquelles ils s’appuient : cet effet n’est pas représenté sur la Figure 1.2 mais il se
cumule à l’effet représenté, notamment pour le calcul de la poutre-au-vent.
On note encore qu’au faîtage, à mi-distance entre les files A et B, la panne est doublée : une
panne faîtière en haut de chaque versant constitue la disposition courante qui permet la
meilleure pose possible de la couverture.
F1 F8
1
A
B
3
B B B
B B B
B B B
B B B
B B B
B B B
B B B M
M
M
2
1 Sens du vent
2 Panne faîtière double
3 Panne sablière
Figure 1.2 Toiture d'un bâtiment - Vue en plan

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Si on veut éviter d’ajouter la fonction de buton à la fonction principale des pannes, on peut
disposer entre les têtes de potelets de pignon et la poutre-au-vent, des butons indépendants
(voir Figure 1.3).
1.3 Pannes montants de la poutre au vent
On peut également attribuer aux pannes la fonction de montant de la poutre-au-vent de
toiture : voir sur la Figure 1.2 les pannes montants de la poutre-au-vent de toiture, repérées M
et dessinées en rouge. Ces pannes peuvent alors être fortement comprimées dans le
fonctionnement de la poutre-au-vent : les diagonales disposées en croix de Saint-André sont
en général dimensionnées pour ne résister qu’à la traction et les montants sont, de ce fait,
comprimés.
Comme pour la fonction « buton », si on veut éviter d’attribuer la fonction montant de poutre-
au-vent aux pannes, on peut disposer des éléments indépendants (souvent des tubes) pour
assurer cette fonction, notamment lorsque les efforts de compression dans les montants de
poutre-au-vent deviennent importants (région à vent fort, poutre-au-vent de grande portée).
1.4 Stabilisation des éléments de la charpente principale
On attribue aussi fréquemment aux pannes de toiture d’un bâtiment la fonction d’apporter une
stabilité latérale aux éléments de la structure principale qui les reçoit (traverse de portique, par
exemple).
Les pannes peuvent stabiliser la semelle de la traverse de portique (ou la membrure de la
traverse-treillis) sur laquelle elles sont attachées (en général la semelle supérieure pour un
portique intérieur au bâtiment). On peut considérer comme points de maintien toutes les
pannes butées sur la poutre-au-vent de toiture ; pour considérer les autres pannes comme des
points de maintien, il faut pouvoir considérer la couverture comme un diaphragme (voir à ce
sujet le paragraphe 3).
On peut aussi utiliser les pannes pour stabiliser la semelle opposée de la traverse de portique
(ou la membrure opposée de la traverse-treillis) : on met alors en place des bracons comme
montré sur la Figure 1.4.
1
2
3 4
1 Panne-buton
2 Traverse du portique de pignon
3 Potelet de pignon
4 Buton indépendant
Figure 1.3 Transmission avec ou sans panne-buton

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2. Différents types de pannes
2.1 Généralités
Un des éléments de la conception d’un empannage est le choix du type de pannes. D’une
façon générale le choix s’opère entre les pannes en poutrelles laminées à chaud, le plus
souvent IPE, et les pannes minces formées à froid, les pannes-treillis n’étant que plus
rarement utilisées.
Ce choix, si il est laissé au constructeur de la structure en acier, est davantage un choix
d’organisation de sa production qu’un choix lié aux performances de l’un ou l’autre produit.
En effet, les pannes IPE et les pannes minces formées à froid peuvent remplir les mêmes
fonctions.
Les pannes minces formées à froid et leurs accessoires sont le plus souvent étudiés et
fabriqués par un industriel spécialisé qui détient les machines de profilage : le constructeur
chargé de réaliser la structure en acier d’un bâtiment achète les pannes à un de ces industriels.
A l’opposé, les pannes IPE sont le plus souvent étudiées et fabriquées par le constructeur de la
structure principale. Un des critères de choix entre les deux options est la charge de l’atelier
du constructeur : en surcharge, il préférera acheter de la panne formée à froid ; en sous-
charge, il préférera fabriquer lui-même…
Bracon d’un seul côté : il ne crée pas un appui
supplémentaire pour la panne ; le schéma statique n’est
pas modifié. La panne subit un effort de stabilisation de
la semelle maintenue.
Bracons de part et d’autre de la traverse maintenue
latéralement : ils créent des appuis supplémentaires pour
la panne. On parle de « pannes braconnées ».
Maintien de la membrure inférieure de traverses-treillis
par contreventement vertical sur la panne (ciseau)
Figure 1.4 Stabilisation latérale de la structure principale par les pannes