Générer les charges de vent pour un dôme à base circulaire dans RFEM conformément à EN 1991-1-4

Article technique

L’efficacité structurelle et les avantages économiques des toitures en dômes justifient leur utilisation fréquentes pour les entrepôts ou les stades. Même si le dôme a une forme géométrique attrayante, il n’est pas facile d’estimer les charges de vent à cause du nombre de Reynolds. Le coefficient de pression extérieure (cpe) dépendent du nombre de Reynolds et de l’élancement de la structure. EN 1991-1-4 [1] peut vous aider à estimer les charges de vent sur un dôme. Découvrez ci-dessous comment définir une charge de vent dans RFEM.

Les charges de vent de la structure affichée dans Figure 01 peuvent être divisées comme suit :

  • Charge de vent sur les voiles
  • Charge de vent sur le dôme

Figure 01 – Entrepôt avec toiture en dôme à base circulaire

Charge de vent sur un voile

Pour les surfaces de voile, les charges de vent sont déterminées conformément à [1], Chapitre 7.9, les coefficients de pression extérieure pour les cylindres circulaires dépendent du nombre de Reynolds, de la rugosité et de l’élancement de la surface. Dans le cas de l’entrepôt affiché dans la Figure 01, le nombre de Reynolds sous une pression dynamique de 0,7 kN/m2 résulte de 3,35 x 107. Selon [1], Figure 7.27, les coefficients de pression extérieure pour le nombre de Reynolds de 1 x 107 sont utilisés par approximation. Ils sont requis dans RFEM pour définir le coefficient de charge comme une fonction de l’angle de rotation α.

Figure 02 – Détermination du nombre de Reynolds et les coefficients de pression extérieure résultants

Pour définir une charge variant le long du périmètre, vous pouvez utiliser le type « Charge variable libre » à partir du menu « Insérer » → « Charges ». Dans la boîte de dialogue correspondante, vous pouvez sélectionner les surfaces de voile et définir la direction de projection. Le vent agit en direction de l’axe z local de la surface, il est donc nécessaire d’ajuster la direction de charge conformément. Sélectionnez la position de charge de sorte que tous les voiles soient cernés par le plan de projection. Comme valeur de charge, la pression dynamique est définie selon [1], Chapitre 4.5, ou selon le document technique national.

La charge le long du périmètre n’étant pas constante, vous pouvez sélectionner la case « Le long du périmètre : Variable ». Il est ainsi possible de définir un coefficient de charge à tout angle le long du périmètre, ce qui favorise la valeur de charge de la boîte de dialogue précédente. Pour le facteur kα, vous pouvez adopter le coefficient de pression extérieure (cpe) pour l’angle respectif directement. La méthode la plus simple est de préparer un document dans Excel et d’en importer les paramètres. Avant de confirmer l’entrée, l’axe de rotation et l’angle initial doivent être définis.

Figure 03 – Boîte de dialogue pour les charges variables libres

Pour l’évaluation visuelle des charges appliqués, nous conseillons de cocher la case « Répartition de charge » dans le navigateur de résultats (voir la Figure 04). Pour ce contrôle, il est suffisant de calculer une itération pour le cas de charge correspondant. Cette méthode permet de gagner du temps dans le cas de structures larges avec un maillage EF fin. La précision de la répartition de charge dépend du maillage EF. Plus le maillage EF est fin, plus les valeurs de charge sont précises.

Figure 04 – Répartition de charge le long du périmètre

Charge de vent sur un dôme

Le chapitre 7.2.8 de [1] explique les coefficients de pression extérieure pour les dômes à bases rectangulaires et circulaires. Dans le cas des dômes à base circulaires, les coefficients de pression extérieure doivent être considérés comme constants le long d’un plan perpendiculaire à la direction du vent. Comme vous pouvez voir dans la Figure 7.12 de < a href="#Refer">[1], les coefficients de pression extérieure peuvent être appliqués à trois zones (A, B et C). Les aires intercalaires peuvent être sujettes à une interpolation linéaire.

Le coefficient de pression extérieure a une valeur de -0,65 pour A, -0,80 pour B et -0,25 pour C (voir la Figure 05). D’après l’équation 5.1 de [1], la pression du vent résultante d’une pression dynamique de 0,70 kN/m2 est de -0,46 kN/2 pour A, -0,56 kN/m2 pour B et -0,18 kN/m2 pour C.

Figure 05 – Coefficients de pression extérieurs pour les dômes à base circulaire

Cette charge peut être aisément définie dans RFEM à l’aide de charges rectangulaires libres, à générer via « Insérer » → « Charges » dans le menu. En plus de la définition du plan de projection et la direction de charge, il est possible de considérer une fonction linéaire pour la répartition de charge qui recouvre l’interpolation entre les zones individuelles comme mentionnés dans le paragraphe précédent. Deux charges rectangulaires libres sont créées, l’une est assignée à A et B, l’autre à B et C (voir la Figure 06).

Figure 06 – Boîte de dialogue pour une charge rectangulaire libre

La fonctionnalité de répartition des charges peut aider à contrôler la charge de vent appliquée. Pour une meilleure documentation de la charge de vent, vous avez la possibilité de créer une section (voir la Figure 07).

Figure 07 – Répartition de charge sur un dôme

Figure 08 – Répartition de charge sur un dôme et ses voiles

Plus d’informations

Les dômes sont très sensibles aux actions du vent, notamment lorsque le dôme est une structure textile ou en coque, et lorsque le dôme a un diamètre élevé (par exemple, dans le cas d’un stade) [2]. Dans ce cas, la considération d’une charge de vent unique n’est pas suffisante, les répartitions de contraintes additionnelles doivent également être analysées. [1] Ne décrivant pas tous les effets non-favorables du vent, les coefficients pression du vent doivent être vérifiés via des tests en soufflerie sur le modèle. Ainsi, vous pourrez considérer les effets sur la position du dôme (pour les bâtiments adjacents, par exemple).

Littérature

[1]   Eurocode 1: Actions sur les structures - Partie 1‑4: Actions générales - Actions du vent ; EN 1991‑1‑4:2010‑12
[2]   DIN-Normenausschuss Bauwesen (NABau): Auslegung zu DIN 1055‑4. (2011). Berlin.
[3]   Taylor, T. (1992). Wind pressures on a hemispherical dome. Journal Of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 40 (2), 199‑213.

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