Préface
Ce document constitue la neuvième édition de CSA S16, Règles de calcul des charpentes en acier. Il remplace les éditions précédentes publiées en 2014, 2009, 2001, 1994, 1989, 1984, 1978 et 1974. Ces éditions ont été précédées de sept éditions sur le calcul aux contraintes admissibles publiées en 1969, 1965, 1961, 1954, 1940, 1930 et 1924. L’édition de 1969 a été retirée en 1984 et, depuis, le calcul des charpentes en acier au Canada a fait appel aux principes du calcul aux états limites.
Voici les principales modifications apportées à cette édition :
a) De petites modifications ont été apportées au domaine d’application afin de l’harmoniser au mandat du Comité technique sur les charpentes de bâtiment en acier de CSA (A263).
b) Les définitions ont été uniformisées et d’autres ont été ajoutés afin d’aider le lecteur à mieux comprendre l’intention de la norme. Le terme « ingénieur » remplace les expressions « concepteur », « ingénieur en structure », « concepteur de structure » et « concepteur du bâtiment » lorsqu’ils sont censés avoir la même signification. Le terme « dessins de structure » a été clarifié et étendu afin d’inclure des modèles.
c) Toute mention de l’expression « boulons à haute résistance » fait référence à ASTM F3125/ F3125M.
d) La distinction entre les termes charges spécifiées (non pondérées) et charges d’utilisation (permettant d’évaluer les états de tenue en service) est maintenant plus cohérente.
e) L’analyse inélastique a été ajoutée comme méthode analytique dans le contexte de la nouvelle annexe O, qui fournit de l’information concernant les techniques avancées d’analyse des structures.
f) Des renseignements supplémentaires sont fournis en ce qui a trait à l’analyse et à la conception de la stabilité, en plus d’un lien vers l’annexe O.
g) Le facteur U2, qui tient compte des effets P-Δ dans les cadres, a été modifié pour tenir compte de la charge à laquelle sont soumis les poteaux des échelles résistant aux moments.
h) Des critères relatifs à la classe du rapport entre la largeur et l’épaisseur ont été ajoutés pour les profilés tubulaires à plusieurs faces et les sections en I à symétrie simple. L’information figurant aux tableaux 1 et 2 a été clarifiée.
i) Les dispositions relatives à la conception des éléments en compression à symétrie double ont été réorganisées et condensées, en partie pour souligner le fait que le flambement en torsion devrait être pris en considération, mais cela ne donne lieu à aucun changement quant à leurs objectifs.
j) Des dispositions ont été ajoutées pour la conception d’éléments à cornière unique comme les poutres.
k) Les renseignements sur le flambement en torsion latérale des poutres à symétrie double dont l’aile supérieure est soumise à une charge ont été améliorés.
l) Des limites ont été imposées dans l’équation permettant de calculer la valeur approximative du paramètre βx utilisé dans la conception des poutres à symétrie simple non retenues latéralement, notamment pour exclure les profilés en T.
m) Des dispositions ont été ajoutées pour la conception des éléments en porte-à-faux intégrés, et les renseignements concernant les systèmes de toiture Gerber (en porte-à-faux et suspendus) comprennent désormais des directives générales.
n) L’utilisation de profilés HSS comme poteaux en porte-à-faux est maintenant acceptée de façon explicite.
o) Les dispositions pour les éléments soumis à la flexion et traction combinées ont été modifiées pour tenir compte des cas de flexion biaxiale et des avantages en ce qui a trait au comportement ductile.
p) Les paramètres relatifs au glissement sont fournis pour les surfaces métallisées et galvanisées à chaud et au tableau 3 afin de tenir compte des nouvelles données d’essai.
q) Certaines modifications ont été apportées aux dispositions de conception visant les soudures d’angle afin de mieux tenir compte des effets des groupes de soudures dont les soudures d’angle ont diverses orientations et des soudures pour les HSS.
r) La norme tient désormais mieux compte des effets des trous destinés aux boulons sur la résistance à la flexion dans les poutres.
s) Les dispositions visant à tenir compte de l’effet des âmes minces sur le moment résistant et de celui du moment et du cisaillement combinés ont été améliorées.
t) De petites modifications ont été apportées aux dispositions relatives à la conception des murs de refend pour les charges non sismiques.
u) Une force de calcul minimale a été spécifiée pour les raidisseurs d’assemblage afin de tenir compte des nouvelles recommandations découlant de la recherche.
v) Une équation d’interaction fondée sur la théorie de la plasticité a été ajoutée pour les éléments d’assemblages compacts soumis à des charges combinées afin de tenir compte des nouvelles recommandations découlant de la recherche.
w) Une liste détaillée des états limites possibles a été ajoutée, spécifiquement pour les assemblages HSS.
x) Les différents types de trous de boulon pour les boulons de taille métrique ou anglo-saxonne ont été clarifiés à l’aide du tableau 5, qui présente également des trous pour boulons de plus grande taille, en partie pour tenir compte des tolérances ASTM pour les diamètres supérieurs.
y) Des dispositions ont été ajoutées en ce qui a trait à la résistance à la fatigue des goujons utilisés comme connecteurs de cisaillement.
z) Cette nouvelle norme tient compte du calcul parasismique de deux nouveaux systèmes : les murs de refend à ductilité modérée (article 27.10) et les échelles de ferme rigides à ductilité modérée (annexe L).
aa) Des « déclencheurs » pour le calcul parasismique nécessitant plus de détails en ce qui a trait à la ductilité dans les cas où les charges sismiques sont plus importantes ont été définis par l’entremise d’une série de cinq catégories sismiques fondées sur les cas de courte et longue durée offrant les pires conditions. Les exigences détaillées de l’article 27 visent désormais ces catégories sismiques plutôt que IEFaSa(0,2).
ab) D’autres conseils sont offerts sur les contreventements à plusieurs niveaux (empilés) sans diaphragme inférieur et supérieur à chacun des contreventements.
ac) La norme stipule désormais que lorsque des matériaux ASTM A500 sont utilisés dans des contreventements antisismiques, il est nécessaire d’utiliser les propriétés de la section nominale pour déterminer la résistance probable, car les forces s’exerçant sur les éléments adjacents du système pourraient être sous-estimées si l’épaisseur réduite de la paroi était prise en considération.
ad) Des renseignements supplémentaires sont fournis pour déterminer l’ampleur des rotations des fondations lors d’un séisme, conformément au CNB et à CSA A23.3; en outre, le concept et les définitions concernant la résistance nominale au renversement sont introduits.
ae) Les renseignements sur les calculs parasismiques spéciaux ont été étoffés et éclaircis pour tenir compte des systèmes qui ne sont pas explicitement pris en considération dans le CNB et à l’article 27; en outre, des renvois à l’annexe O ont été fournis à l’appui des analyses avancées.
af) De la documentation a été ajoutée concernant les responsabilités et le contrôle de la qualité relatifs à l’inspection des soudures.
ag) Les dispositions relatives au contrôle de la rupture fragile sont maintenant dans la partie principale de la norme au lieu d’une annexe et elles ont été mises à jour pour tenir compte des connaissances actuelles. Les tableaux 11 à 15 ont été ajoutés pour fournir l’énergie à l’essai de résilience Charpy et d’autres exigences connexes.
ah) L’annexe K a été mise à jour pour tenir compte des connaissances actuelles sur les calculs relatifs à la protection contre l’incendie, notamment en ce qui concerne l’utilisation d’une membrane et l’évaluation des performances de chaque élément à des températures élevées.
ai) L’annexe N a été considérablement étoffée par rapport à l’édition précédente pour harmoniser les calculs des palettiers au reste de la norme. Des dispositions sont maintenant prévues pour les calculs des palettiers à simple profondeur constitués d’échelles contreventées concentriquement dans le sens des allées, des palettiers avec pieds encastrés, des épissures des montants de palettier et des tabliers à treillis métalliques soudés. L’analyse et les calculs parasismiques fondés sur le déplacement sont désormais explicitement autorisés dans la direction perpendiculaire aux allées. La documentation et les exigences relatives à la certification pour les palettiers ont été étoffées.
aj) L’annexe P a été ajoutée concernant les inspections effectuées par des tiers pour offrir de plus amples renseignements sur les exigences relatives à l’inspection des charpentes en acier qui sont jugées efficaces, tout en étant raisonnables.
Un commentaire relatif à cette norme, élaboré par l’Institut canadien de la construction en acier auquel ont contribué bon nombre de membres du comité technique, constitue la deuxième partie du Handbook of Steel Construction publié par l’institut.
Cette norme est conçue pour être utilisée avec l’édition 2020 du Code national du bâtiment — Canada (CNB), plus particulièrement l’article 7, qui traite des coefficients de charge, des combinaisons de charges et autres conditions de chargement.
Cette norme a été élaborée conformément aux exigences du Conseil canadien des normes relatives aux Normes nationales du Canada. Cette norme a été publiée en tant que Norme nationale du Canada par Groupe CSA.
Domaine et conditions d’application
1.1 Généralités
Cette norme énonce des règles et des exigences relatives au calcul, à la fabrication et au montage d’une vaste gamme de charpentes en acier, selon la méthode du calcul aux états limites. L’expression « charpente en acier » désigne les éléments de structure et les cadres composés principalement d’acier de construction, y compris les ensembles mixtes faits d’acier de construction et de béton, les accessoires, les soudures, les boulons ou autres attaches nécessaires à la fabrication et au montage. Cette norme vise aussi les éléments en acier de construction des structures assemblées à l’aide d’autres matériaux. Les articles sur la fabrication et le montage démontrent que le calcul fait partie intégrante de la série d’étapes conception-fabrication-montage et qu’il n’est donc pas considéré isolément. En ce qui a trait à la pratique courante touchant la fabrication et le montage de l’acier de construction dont ne fait pas état cette norme, consulter l’annexe A.
1.2 Exigences
Les exigences relatives aux charpentes en acier comme les ponts, les pylônes d’antenne, les structures extracôtières et les éléments de charpente en acier formés à froid sont énoncées dans d’autres normes de Groupe CSA.
1.3 Champ d’application
Cette norme énonce les exigences minimales et n’est censée être utilisée que par des ingénieurs compétents dans le calcul des structures en acier. Elle vise sans réserve les charpentes en acier, sauf que des règles et des exigences supplémentaires pourraient être nécessaires pour :
a) les types de construction peu courants;
b) les constructions mixtes;
c) les charpentes en acier :
i) de grande hauteur ou de grande portée;
ii) qui sont censées être transportables ou facilement démontables;
iii) exposées à des conditions environnementales rigoureuses;
iv) exposées à de fortes charges telles que celles provenant des chocs causés par les véhicules ou des explosions;
v) qui sont censées satisfaire à des critères d’esthétique, d’architecture ou autres qui ne portent pas sur la charpente proprement dite;
vi) qui demandent l’utilisation de matériaux ou de produits ne figurant pas à l’article 5; ou
vii) qui présentent d’autres caractéristiques particulières susceptibles d’influer sur le calcul, la fabrication ou le montage;
d) les réservoirs, les cheminées, les autres structures en plaques, les poteaux et les pilots; et
e) les charpentes de support des ponts roulants.
1.4 Autres normes
L’utilisation d’autres normes pour la conception, le montage et/ou l’inspection d’éléments ou de pièces de charpente en acier n’est ni justifiée ni acceptable sauf si cette norme l’indique clairement. Les formules de calcul données dans cette norme peuvent être complétées par un calcul rationnel, jugé acceptable par les autorités de réglementation, fondé sur la théorie, l’analyse et les règles de l’art si les marges ou coefficients de sécurité au moins équivalents à ceux qui sont contenus dans cette norme sont assurés. L’utilisation d’autres normes ou critères pour la conception, le montage et/ou l’inspection est formellement interdite à moins que cette norme ne l’exige.
1.5 Terminologie
Dans cette norme, le terme « doit » indique une exigence, c’est-à-dire une prescription que l’utilisateur doit respecter pour assurer la conformité à la norme; « devrait » indique une recommandation ou ce qu’il est conseillé mais non obligatoire de faire; et « peut » indique une possibilité ou ce qu’il est permis de faire.
Les notes qui accompagnent les articles ne comprennent pas de prescriptions ni de recommandations. Elles servent à séparer du texte les explications ou les renseignements qui ne font pas proprement partie de la norme.
Les notes au bas des figures et des tableaux font partie de ceux-ci et peuvent être rédigées comme des prescriptions.
Les annexes sont qualifiées de normatives (obligatoires) ou d’informatives (facultatives) pour en préciser l’application.
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