Métal Urbain Colonne structurale/Architecturale
Rapport Technique
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1 INTRODUCTION
Le présent rapport a pour but d’analyser la capacité structurale d’une colonne architecturale. Cette
colonne à section pivotante a pour principale utilité de remplacer une colonne de bâtiment existante dans
la mesure où la charge appliquée sur la colonne est inférieure à ce qui est prescrit dans le présent
document. Afin d’assurer la sécurité liée à l’utilisation de cette colonne architecturale, il est impératif de
faire appel à un professionnel compétent en structure afin d’étudier les charges qui seront transmises à la
colonne et d’en approuver la conformité ainsi que la méthode d’installation. Principalement, la colonne
est composée de sections pivotantes cubiques (14 ”x 14 ”x 14 ”) fabriquées à partir de plaques d’acier de
1 pouce d’épaisseur. Les sections cubiques sont empilées l’une sur l’autre séparées par un coussin de
polyéthylène de haute densité afin de permettre la distribution des charges, la rotation des cubes et la
stabilité latérale de la colonne. Finalement, le transfert des charges est assuré par quatre pattes
ajustables à chaque extrémité de la colonne.
2 CRITÈRE DE CONCEPTION
Afin d’obtenir des résultats les plus sécuritaires et compétitifs par rapport aux colonnes structurales conventionnelles, voici les critères de conceptions qui ont été utilisés pour l’analyse de la capacité structurale :
Code de calcul
Code National du Bâtiment 2010
Facteur de sécurité
Compression seulement : 2
Compression et charge latérale : 1.5
Charges
La charge en compression appliqué sur la colonne à l’étude est de 32000 lb (142 KN)
16% de la charge en compression pour les charges latérales de séisme (selon l’emplacement du bâtiment)
Matériaux
Plaque d’acier CISC ‐ G40.21 44W
Coussin PEHD (UHMW)
Autres critères
La colonne à l’étude sera installée dans un bâtiment d’ossature en bois d’un étage situé à Montréal
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3 CODE DE DESIGN, LOGICIELS ET RÉFERENCES
Code de design et livres d’ingénieries utilisés pour les analyses structurales :
American Institute of Steel Construction, AISC – 2010
CISC Handbook of Steel Construction 9th Edition
Shigley's Mechanical Engineering Design, 8th edition, Budynas‐Nisbett, McGraw‐Hill
Catalogue :
McMaster‐Carr
Logiciel:
Solidworks 2011 – Cosmos extension
Site internet :
http://www.mcmaster.com/
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4 ANALYSE STRUCTURALE
4.1 CAS 1 (COMPRESSION SEULEMENT)
Force de compression de 32 000 lb (142KN)
Poids propre de la colonne structurale
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4.1.1 SOLLICITATIONS (VON MISES)
*‟it is not intended that highly localized peak stresses determined by computer‐aided methods of analysis,
and which may be blunted by confied yielding, must be less than the specified allowable stress.”1
1 American Society of Mechanical Engineers, ASME BTH‐1‐2008
Sollicitation générale < 16 000 PSI
(En générale, l’intégralité de la structure est sous la limite
imposée de 16 200 PSI. Due aux concentrations de
contrainte*, il est possible d’affirmer que la structure est
suffisamment résistante).
OK
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Cube d’acier
Sollicitation générale < 16 200 PSI
(En générale, l’intégralité de la structure est sous la limite imposée de 16
200 PSI. Due aux concentrations de contrainte*, il est possible d’affirmer
que la structure est suffisamment résistante).
OK
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Coussin UHMW (PEHD)
Sollicitation générale maximum < 3 200 PSI
OK
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4.1.2 DÉFLECTIONS/DÉPLACMENT
Le déplacement maximal sous l’effet de la charge appliquée est de 0.266 ” situé aux appuis supérieurs de la colonne.
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4.1.3 GRAPHIQUE DE CONVERGEANCE
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4.2 CAS 2 (COMPRESSION ET CHARGE LATÉRALE)
Force de compression de 32 000 lb (142KN)
Poids propre de la colonne structurale
Force latérale équivalente à 16% de la force
de compression soit : 5120lb
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4.2.1 SOLLICITATIONS (VON MISES)
Sollicitation générale < 26 400 PSI
OK
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Cube d’acier
Sollicitation générale maximum < 26 400 PSI
OK
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Coussin UHMW (PEHD)
Sollicitation générale maximum < 3 200 PSI
OK
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4.2.2 DÉFLECTIONS/DÉPLACEMENT
Le déplacement maximal sous l’effet des charges appliquées est 0.4272 ” situé au centre de la colonne.
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4.2.3 GRAPHIQUE DE CONVERGEANCE
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5 CONCLUSION ET RECOMMENDATIONS
Après analyse par élément fini de la colonne, il est possible d’affirmer que la colonne peu supporter une charge en compression de 32000lb (142KN) combinée à une charge latérale équivalente à 16% de la charge en compression et par le fait même, que ce type de fabrication peu être considéré comme un élément structurale. Il est important d’affirmer que dans l’éventualité où les dimensions de la colonne, (hauteur, largeur, longueur et épaisseur des plaques) ainsi que les matériaux spécifiés dans ce rapport doivent être changés, l’analyse structurale n’est plus valide et devra être refait selon les nouvelles spécifications. Cela s’applique également à toutes modifications concernant la charge appliquée sur la colonne, l’emplacement de la colonne dans le bâtiment, la ville et le sol sur lequel le bâtiment est construit. De plus, il est impératif de faire appel à un professionnel en structure (ingénieur) membre d’un ordre professionnel afin d’étudier les charges qui seront transmises à la colonne et d’en approuver la conformité ainsi que la méthode d’installation selon le cas. _______________________
Jean‐Philippe Major, Ing.
_______________________
Jeffrey Tremblay, Ing. Jr.
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