Considération des cas de charge de vent 2 et 4 dans RFEM 6 selon l’ASCE 7-22

1. Introduction:

Les charges de vent sont un élément critique dans tout calcul de structure, en particulier pour les MWFRS (systèmes résistant aux forces principales du vent). La norme ASCE 7-22 [1] décrit plusieurs cas de charges qui prennent en compte les différentes directions du vent et les effets de torsion du bâtiment.

Précédemment, l’assistant de charges de vent de RFEM 6 permettait la génération automatique de charges de vent selon l’ASCE 7 pour les cas 1 et 3, qui représentent les scénarios de charge typiques pour le vent agissant directement sur les faces principales d’une structure.

Avec la dernière mise à jour, RFEM 6 prend désormais en charge les cas 2 et 4, qui tiennent compte des effets de charge de torsion dus à des pressions de vent non uniformes à travers le diaphragme. Cette amélioration permet aux utilisateurs de générer des effets de charge de vent plus réalistes basés sur l’ASCE 7-22, notamment pour les structures avec diaphragmes irréguliers ou flexibles.

2. Comprendre les cas de charges de vent ASCE 7-22

Selon l’ASCE 7-22, Chapitre 27, les cas de charges de vent pour les MWFRS sont définis comme suit :

• Cas 1 : voiles au vent et sous le vent chargés simultanément, sans torsion (pression interne positive).
• Cas 2 : identique au cas 1 mais inclut une charge de torsion due au vent agissant de manière excentrée sur le bâtiment (pression interne positive).
• Cas 3 : direction inverse du cas 1 (pression interne négative).
• Cas 4 : direction inverse du cas 2 (pression interne négative avec torsion).

Alors que les cas 1 et 3 représentent des distributions de pression symétriques, les cas 2 et 4 appliquent un moment de torsion à la structure pour simuler la variation de pression du vent à travers la largeur du bâtiment.

3. Mise en œuvre dans RFEM 6

3.1 Détection automatique des diaphragmes

L’assistant de charges de vent de RFEM 6 détecte désormais automatiquement les diaphragmes définis dans le modèle structurel. Cela peut se produire de deux manières :

• Via le module complémentaire Modèle de bâtiment, qui définit automatiquement des diaphragmes à chaque étage.
• En définissant manuellement un diaphragme de liaison rigide à l'aide de l’outil de liaison rigide dans le modèle.

Une fois qu’un diaphragme est détecté, l’assistant de charges de vent évalue l’excentrement de la pression du vent à travers le diaphragme pour déterminer le moment de torsion à appliquer conformément aux cas 2 et 4 de l’ASCE 7.

3.2 Génération des cas de charge

Lors de la génération de charges de vent selon l’ASCE 7-22, RFEM 6 créera désormais automatiquement les cas de charge suivants :

• Cas 1 : vent en direction A-B (ex : 180°), distribution de pression standard.
• Cas 2 : vent en direction A-B avec excentrement de torsion.
• Cas 3 : vent en direction B-A, distribution de pression inversée.
• Cas 4 : vent en direction B-A avec excentrement de torsion.

Chaque cas applique les coefficients de pression externes correspondants (C_p) et les coefficients de pression internes (GC_pi) selon les chapitres 26 et 27, tandis que le moment de torsion pour les cas 2 et 4 est appliqué directement sur le plan du diaphragme détecté.

Cas 2 - Moment de torsion

Cas 4 – Moment de torsion

Pour le prochain exemple de vérification, certaines directions et cas de charge ont été désactivés dans le but de simplifier l’exemple et le modèle.

4. Exemple de vérification

Pour valider cette nouvelle fonctionnalité, un simple bâtiment rectangulaire avec une toiture à deux versants (voir ci-dessous) a été modélisé dans RFEM 6 et comparé aux calculs manuels suivant les chapitres 26 et 27 de l’ASCE 7-22.

4.1 Déterminer les paramètres de calcul de pression du vent

Selon l’ASCE 7-22, 26.10 :

Pour cet exemple, il y a q_z pour les voiles au vent suivant

• Catégorie de risque III
• V=107 mph
• K_z = 0,57 (exposition B, de 0 à 15 pieds)
• K_z = 0,62 (exposition B, à 20 pieds)
• K_h = 0,66 (exposition B, à 25 pieds)
• K_zt = 1,0
• k_d = 0,85
• K_e = 1,0
• G = 0.85

4.2 Coefficients de pression externe

D’après l’ASCE 7-22 Fig. 27.3-1 (toiture à deux versants, inclinaison de 18 °) :

4.3 Pressions de calcul

Un coefficient de pression interne GC_pi = +/- 0,18 est présumé

4.4 Moments de torsion de calcul

Moment de torsion autour de l’axe Z (+GC_pi)

Cas 2 :

Cas 4 :

5. Comparaison avec l’assistant de charges de vent RFEM 6

Dans RFEM 6, utilisez l’assistant de charges de vent avec ASCE 7-22 et les mêmes paramètres :

• Le logiciel calcule automatiquement q_z et q_h en fonction de la hauteur moyenne de la toiture et de la hauteur des voiles.
• Les valeurs de C_p ont été assignées à chaque surface en fonction de l’orientation et de la pente des voiles et de la toiture.
• Pour les cas 1 et 3, des pressions symétriques ont été générées.
• Pour les cas 2 et 4, l’excentrement du diaphragme a été détecté et un moment de torsion supplémentaire a été appliqué selon ASCE 7-22 27.3-8

Les pressions résultantes et la distribution de la charge obtenues de RFEM 6 ont coïncidé étroitement avec les valeurs calculées manuellement, confirmant la précision de l’implémentation. Les différences mineures (≤ 5%) peuvent être attribuées à l’échantillonnage géométrique plus précis des élévations de surface et des zones de pression par le logiciel.

Comparaison des résultats entre les calculs manuels et RFEM 6 :

5.1 Pressions de calcul de RFEM 6

Les valeurs suivantes sont tirées de RFEM 6, plus précisément du cas 1 et de la pression interne positive/négative. La comparaison sera faite avec les valeurs analytiques calculées manuellement à partir de la section 4 de cet article. Le fichier modèle peut être trouvé au bas de la page pour une comparaison individuelle :

• Catégorie de risque III
• V = 171 km/h
• K_z = 0,57 (exposition B, de 0 à 15 pieds)
• K_z = 0,62 (exposition B, à 20 pieds)
• K_h = 0,6565 (exposition B, à 25 pieds)
• K_zt = 1,0
• k_d = 0,85
• K_e = 1,0
• G = 0,85

Note : q_z n’est pas affiché dans l’assistant de charges de vent

Un coefficient de pression interne GC_pi = +/- 0,18 est présumé

5.3 Moments de torsion de calcul de RFEM 6

Moment de torsion autour de l’axe Z (+GC_pi)

Dans RFEM 6, le moment de torsion est calculé en interne et les paramètres ne sont pas affichés, et ce, pour une raison simple : le calcul requis pour cela est complexe et serait difficile à montrer dans la boîte de dialogue.

L’image ci-dessous montre un petit exemple de la façon dont RFEM 6 effectue le calcul :

Calcul de moment de torsion - RFEM 6

Moment de torsion

M = 7,54 * A1 * 0.15 * b1 + 9,92 * A2 * 0,15 * b2
A1 ... aire de la charge sur le diaphragme du côté au vent
A2 ... aire de la charge sur le diaphragme du côté sous le vent
b1 ... largeur du bâtiment du côté au vent
b2 ... largeur du bâtiment du côté sous le vent

Voici les moments pour les cas 2 et 4 que RFEM 6 a calculés :

Cas 2 :

M_z,2 = 60,66 kip-ft

Cas 4 :

M_z,4 = 80,84 kip-ft

6. Conclusion et comparaison des résultats

L’ajout des cas 2 et 4 dans RFEM 6 représente un progrès significatif dans la génération automatisée des charges de vent selon l’ASCE 7-22. En détectant les diaphragmes et en appliquant automatiquement les effets de torsion, les ingénieurs peuvent désormais :

• Capturer la gamme complète des cas de charge MWFRS (1-4) sans entrée manuelle
• Assurer la conformité avec les chapitres 26 et 27 de l’ASCE 7-22.
• Améliorer l’efficacité de la modélisation et la fiabilité de la vérification.

Cet exemple de vérification a démontré que l’assistant de charges de vent de RFEM 6 produit des résultats cohérents avec les calculs manuels de l’ASCE 7-22, et donne aux utilisateurs confiance à la fois dans la précision et dans l’automatisation. Cela peut être constaté dans le tableau ci-dessous, qui compare les valeurs calculées manuellement avec les valeurs trouvées dans RFEM 6 :

Note : des valeurs telles que K_h et C_p sont arrondies dans un calcul manuel, ce qui cause un certain écart. RFEM 6 utilise des valeurs exactes.

Pression interne positive (+GC_pi)

Pression interne négative (-GC_pi)

Moments de torsion de calcul (+GC_pi)

Base de connaissance

Considération des cas de charge de vent 2 et 4 dans RFEM 6 selon ASCE 7-22

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11x

Assistant de charge de vent selon l’ASCE 7 - 22 - Cas 2 et 4