Guide Rage- balcons coursives metalliques rapportés | 2013-05

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Le dernier guide « Rage 2012 » porte sur la conception et la mise en œuvre des balcons et coursives métalliques rapportés pour les bâtiments neufs.
Avec le développement de l’isolation thermique par l’extérieur dans la construction neuve pour répondre aux exigences de la RT 2012, on voit se développer les balcons métalliques rapportés, désolidarisés de la structure du bâtiment. Leurs fixations ponctuelles sur le bâtiment permettent en effet de réduire les ponts thermiques par rapport aux dalles de béton continues traditionnelles. Facilement ajustables en hauteur, ces structures rapportées permettent également de résoudre les problèmes d’accessibilité aux balcons. Mais leur conception et leur mise en œuvre soulèvent un certain nombre de difficultés, notamment d’ordre structurel, sismique et de sécurité incendie.
Pour aider les professionnels de la construction à concevoir et mettre en œuvre ces ouvrages conformément aux règles et normes en vigueur, un guide vient d’être publié dans le cadre du programme RAGE 2012 : « Balcons et coursives métalliques rapportés – conception et mise en œuvre pour les bâtiments neufs ».

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Guide Rage- balcons coursives metalliques rapportés | 2013-05

  1. 1. NEuFP R O G R A M M E D ’ A C C O M P A G N E M E NT D E S P R O F E S S I O N N E L Swww.reglesdelart-grenelle-environnement-2012.fr«Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012»GuIDEMAI 2013BALCONS ET COURSIVESMÉTALLIQUES RAPPORTÉSCONCEPTION ET MISE EN ŒUVRE978-2-35443-116-7.indd 1 11/06/2013 15:51:59
  2. 2. P R O G R A M M E D ’ A C C O M P A G N E M E N T D E S P R O F E S S I O N N E L Swww.reglesdelart-grenelle-environnement-2012.fr« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »Ce programme est une application du Grenelle Environnement. Il vise à revoir l’ensemble des règles de construc-tion, afin de réaliser des économies d’énergie dans le bâtiment et de réduire les émissions de gaz à effet de serre.L e Grenelle Environnement a fixé pour les bâtiments neufs et existantsdes objectifs ambitieux en matière d’économie et de productiond’énergie. Le secteur du bâtiment est engagé dans une mutation de trèsgrande ampleur qui l’oblige à une qualité de réalisation fondée sur denouvelles règles de construction.Le programme « Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 » a pourmission, à la demande des Pouvoirs Publics, d’accompagner les quelque370 000 entreprises et artisans du secteur du bâtiment et lensemble desacteurs de la filière dans la réalisation de ces objectifs.Sous l’impulsion de la CAPEB et de la FFB, de l’AQC, de la COPRECConstruction et du CSTB, les acteurs de la construction se sont rassembléspour définir collectivement ce programme. Financé dans le cadre dudispositif des certificats d’économies d’énergie grâce à des contributionsimportantes d’EDF (15 millions d’euros) et de GDF SuEZ (5 millionsd’euros), ce programme vise, en particulier, à mettre à jour les règles de l’arten vigueur aujourd’hui et à en proposer de nouvelles, notamment pour cequi concerne les travaux de rénovation. Ces nouveaux textes de référencedestinés à alimenter le processus normatif classique seront opérationnelset reconnus par les assureurs dès leur approbation ; ils serviront aussi àl’établissement de manuels de formation.Le succès du programme « Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »repose sur un vaste effort de formation initiale et continue afin de renforcerla compétence des entreprises et artisans sur ces nouvelles techniques et cesnouvelles façons de faire. Dotées des outils nécessaires, les organisationsprofessionnelles auront à cœur d’aider et d’inciter à la formation de tous.Les professionnels ont besoin rapidement de ces outils et « règles du jeu »pour « réussir » le Grenelle Environnement.Alain MAUGARDPrésident du Comité de pilotage du Programme« Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »Président de QuALIBATÉDITO978-2-35443-116-7.indd 2 11/06/2013 15:51:59
  3. 3. 3PROGRAMMED’ACCOMPAGNEMENTDESPROFESSIONNELS«Règlesdel’ArtGrenelleEnvironnement2012»NEuFAfin de répondre au besoin d’accompagnement des professionnels dubâtimentpouratteindrelesobjectifsambitieuxduGrenelleEnvironnement,le programme « Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 » a prévud’élaborer les documents suivants :LesRecommandationsProfessionnelles«Règlesdel’ArtGrenelleEnvironnement 2012 » sont des documents techniques deréférence, préfigurant un avant-projet NF DTu, sur une solutiontechnique clé améliorant les performances énergétiques desbâtiments. Leur vocation est d’alimenter soit la révision d’un NFDTu aujourd’hui en vigueur, soit la rédaction d’un nouveau NFDTu. Ces nouveaux textes de référence seront reconnus par lesassureurs dès leur approbation.Les Guides « Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 » sontdes documents techniques sur une solution technique innovanteaméliorant les performances énergétiques des bâtiments. Leurobjectif est de donner aux professionnels de la filière les règlesà suivre pour assurer une bonne conception, ainsi qu’unebonne mise en œuvre et réaliser une maintenance de la solutiontechnique considérée. Ils présentent les conditions techniquesminimales à respecter.LesCalepinsdechantier«Règlesdel’ArtGrenelleEnvironnement2012 » sont des mémentos destinés aux personnels de chantier,qui illustrent les bonnes pratiques d’exécution et les dispositionsessentielles des Recommandations Professionnelles et desGuides « Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 ».Les Rapports « Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 »présentent les résultats soit d’une étude conduite dans le cadredu programme, soit d’essais réalisés pour mener à bien larédaction de Recommandations Professionnelles ou de Guides.Les Recommandations Pédagogiques « Règles de l’Art GrenelleEnvironnement 2012 » sont des documents destinés à alimenterla révision des référentiels de formation continue et initiale. Ellesse basent sur les éléments nouveaux et/ou essentiels contenusdans les Recommandations Professionnelles ou Guides produitspar le programme.L’ensemble des productions du programme d’accompagnement desprofessionnels « Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012 » est misgratuitement à disposition des acteurs de la filière sur le site Internet duprogramme : http://www.reglesdelart-grenelle-environnement-2012.frAVANT-PROPOS978-2-35443-116-7.indd 3 11/06/2013 15:51:59
  4. 4. 4PROGRAMMED’ACCOMPAGNEMENTDESPROFESSIONNELS«Règlesdel’ArtGrenelleEnvironnement2012»NeufBALCONS ET COURSIVES MÉTALLIQUES RAPPORTÉS – CONCEPTION ET MISE EN ŒUVRESlmmaireConception : LENOX – Illustrations : CTICM – Éditeur : AQC – ISBN : 978-2-35443-116-71 - Introduction............................................................. 52 - Objet du guide......................................................... 62.1. • Contenu du guide......................................................................................................... 62.2. • Domaine dapplication du guide................................................................................ 73 - Terminologie, définitions........................................ 83.1. • Structure porteuse....................................................................................................... 83.2. • Balcons métalliques rapportés................................................................................... 83.3. • Coursives métalliques rapportées............................................................................ 103.4. • Ponts thermiques........................................................................................................113.5. • Rupteurs de ponts thermiques................................................................................. 134 - Conception..............................................................154.1. • Prescriptions générales............................................................................................. 154.2. • Chargement sur les balcons et les coursives.......................................................... 244.3. • Dimensionnement structural.................................................................................... 344.4. • Evaluation et qualification des rupteurs thermiques.............................................. 434.5. • Sécurité incendie....................................................................................................... 494.6. • Etanchéité à leau....................................................................................................... 544.7. • Accessibilité................................................................................................................ 584.8. • Isolation acoustique................................................................................................... 594.9. • Durabilité / Entretien.................................................................................................. 595 - Mise en œuvre........................................................625.1. • Interface entre les intervenants................................................................................. 625.2. • Prescriptions générales – Documentation............................................................... 635.3. • Support et fixation..................................................................................................... 645.4. • Mise en œuvre de lélément rapporté...................................................................... 685.5. • Enveloppe du bâtiment............................................................................................. 715.6. • Caractéristiques et tolérances de louvrage fini...................................................... 726 - Annexes...................................................................736.1. • Annexe A : Documents de références....................................................................... 736.2. • Annexe B : Eléments normatifs pour le dimensionnement structural.................. 776.3. • Annexe C : Valeurs réglementaires pour le calcul des charges sismiques............ 916.4. • Annexe D : Exigences réglementaires en matière de performance au feu........... 946.5. • Annexe E : Méthode des flammes extérieures........................................................ 996.6. • Annexe F : Exemple de calcul thermique............................................................... 1036.7. • Annexe G : Exemple de calcul structural................................................................ 105978-2-35443-116-7.indd 4 11/06/2013 15:51:59
  5. 5. 5PROGRAMMED’ACCOMPAGNEMENTDESPROFESSIONNELS«Règlesdel’ArtGrenelleEnvironnement2012»NeufBALCONS ET COURSIVES MÉTALLIQUES RAPPORTÉS – CONCEPTION ET MISE EN ŒUVRELe programme « Règles de lArt Grenelle Environnement 2012 » estdestiné à accompagner les professionnels du bâtiment et les aider àatteindre les objectifs fixés dans le Grenelle de lenvironnement aussibien pour les constructions neuves, notamment avec la nouvelleréglementation thermique RT 2012, que pour la rénovation des bâti-ments existants.En plus dexigences de résultats assez ambitieuses, entre autres uneconsommation dénergie maximale de 50 kWhep/(m².an) en moyenne(modulable en fonction de lusage, de la localisation, etc.), la RT 2012 arenforcé les exigences sur les ponts thermiques. Les déperditions parlensemble des ponts thermiques de liaison par m² de  SHONRTnedevraient pas dépasser 0,28 W/(m².K). De plus, le coefficient de trans-mission thermique linéique moyen des liaisons entre les planchersintermédiaires et les murs (y compris les balcons) ne devrait pasexcéder 0,6 W/(ml.K). Ces exigences rendent nécessaire la correctionde lensemble des ponts thermiques de lenveloppe du bâtiment.Les exigences de la réglementation thermique RT 2012 et les règlesdaccessibilité pour les personnes à mobilité réduite devraient forte-ment développer lutilisation de structures métalliques rapportées,notamment les balcons et les coursives.Dans le cas dun bâtiment isolé par lextérieur, ces structures métal-liques rapportées, désolidarisées du bâtiment, permettent de réduireles ponts thermiques par rapport à des constructions traditionnelles.Elles permettent aussi de respecter les exigences de la règlementationaccessibilité pour ce qui concerne laccès aux locaux par les balconset les coursives, grâce à un ajustement en hauteur assez facile.Or, des précautions particulières doivent être prises pour la concep-tion et la mise en œuvre de ce type de structures afin dassurer laconformité aux exigences que ce soit sur le plan thermique ou auregard dautres aspects tels que la stabilité structurale, la sécuritéincendie ou la résistance sismique.1Introduction978-2-35443-116-7.indd 5 11/06/2013 15:52:00
  6. 6. 6PROGRAMMED’ACCOMPAGNEMENTDESPROFESSIONNELS«Règlesdel’ArtGrenelleEnvironnement2012»NeufBALCONS ET COURSIVES MÉTALLIQUES RAPPORTÉS – CONCEPTION ET MISE EN ŒUVRECe guide a pour but de donner les moyens aux professionnels dubâtiment pour répondre aux enjeux induits par la nouvelle réglemen-tation thermique RT 2012 (et notamment au développement de liso-lation par lextérieur) qui va tendre à généraliser lutilisation de struc-tures métalliques rapportées. Les structures rapportées en façade (ouencore désolidarisées) visées dans ce guide sont les balcons et lescoursives métalliques.La mise en œuvre dun balcon ou dune coursive métallique rappor-tée, dans un bâtiment avec isolation par lextérieur, permet de réduireles ponts thermiques par rapport à un balcon traditionnel (sans rup-teurs thermiques). Lutilisation de rupteurs de ponts thermiques auniveau des fixations peut aussi être envisagée.Les rupteurs thermiques constituent actuellement une solu-tion non traditionnelle, notamment pour le domaine dem-ploi du présent guide. Il convient dapprécier dès la phasede conception leur influence sur la résistance structurale etla mise en œuvre de la liaison entre lélément rapporté etle bâtiment support. Lutilisation de ces rupteurs doit êtrejustifiée par une étude thermique réalisée en amont.2.1. • Contenu du guideAprès une description des conceptions les plus courantes de balconset coursives métalliques rapportés, ce guide donne les prescriptionsminimales nécessaires dans la conception et la mise en œuvre de cesstructures rapportées sur des bâtiments neufs, avec ou sans rupteursthermiques.2Objet du guide!978-2-35443-116-7.indd 6 11/06/2013 15:52:00
  7. 7. 7PROGRAMMED’ACCOMPAGNEMENTDESPROFESSIONNELS«Règlesdel’ArtGrenelleEnvironnement2012»NeufBALCONS ET COURSIVES MÉTALLIQUES RAPPORTÉS – CONCEPTION ET MISE EN ŒUVRE2.2. • Domaine dapplication du guideCe guide traite principalement des aspects thermiques, structuraux,sismiques et de sécurité incendie des conceptions les plus courantesde balcons et coursives métalliques rapportés, destinés à être mis enœuvre sur des bâtiments neufs en France métropolitaine. Les struc-tures visées sont essentiellement en acier, mais lemploi de lalumi-nium est également envisagé.Ces structures sont destinées à être supportées par des planchersbéton ou une charpente métallique. Le guide donne également desrecommandations sur laccessibilité pour les personnes handicapées,lisolation acoustique et létanchéité à leau.Le présent guide sintéresse aux balcons et coursives ouverts surlextérieur. Les espaces fermés sur ossatures rapportées ne sont pasconcernés.978-2-35443-116-7.indd 7 11/06/2013 15:52:00
  8. 8. 8PROGRAMMED’ACCOMPAGNEMENTDESPROFESSIONNELS«Règlesdel’ArtGrenelleEnvironnement2012»NeufBALCONS ET COURSIVES MÉTALLIQUES RAPPORTÉS – CONCEPTION ET MISE EN ŒUVRE3.1. • Structure porteuseDans le présent guide, on distingue deux ensembles déléments réali-sant la structure porteuse du balcon ou de la coursive :• Support ou « bâtiment support » :Il sagit déléments de la structure du bâtiment. On distingue la miseen œuvre sur une structure en béton armé (en général, la fixation estréalisée en nez de dalle pleine) de la mise en œuvre sur charpentemétallique.La liaison entre le support et la structure rapportée est ici nommée« fixation » de manière générique. Elle peut être réalisée par de mul-tiples solutions : platines pré-scellées, rails, ancrages manchonnés,chevilles, rupteurs thermiques,...• Eléments porteurs rapportés :Il sagit des éléments nécessaires à la stabilité du balcon ou de lacoursive et qui sont eux-mêmes rapportés, comme les poteaux ou leshaubans (suspentes).3.2. • Balcons métalliques rapportésUn balcon est une plate-forme en saillie de la façade, limitée vers lex-térieur par un ouvrage vertical formant un garde-corps. Le balcon setrouve en console à partir de la façade. Un balcon est dit rapporté (oudésolidarisé) lorsque son ossature ne forme pas un ensemble mono-lithique en continuité de celle du bâtiment. Les deux ossatures sontjuxtaposées et reliées entre elles par des organes de fixation.3Terminologie, définitions978-2-35443-116-7.indd 8 11/06/2013 15:52:00
  9. 9. 9PROGRAMMED’ACCOMPAGNEMENTDESPROFESSIONNELS«Règlesdel’ArtGrenelleEnvironnement2012»NeufBALCONS ET COURSIVES MÉTALLIQUES RAPPORTÉS – CONCEPTION ET MISE EN ŒUVRELes conceptions les plus courantes de balcons métalliques rapportéssont :(a) Balcons en porte à faux ;(b) Balcons suspendus ;(c) Balcons en appui ;(d) Balcons autoportants.(a) (d)(c)(b)s Figure 1 – Conceptions courantes de balcons métalliques rapportés3.2.1. • Balcons métalliques en porte à fauxLes balcons en porte à faux sont directement encastrés à la façade.Ce type de structure est composé dun cadre métallique porteur et defixations ponctuelles du cadre par platines métalliques sur le bâtimentsupport.3.2.2. • Balcons métalliques suspendusLes balcons suspendus (ou haubanés) sont liés au bâtiment sup-port par une fixation classique à hauteur de son ossature et par dessuspentes (ou haubans) fixées à un niveau supérieur. Les suspentespeuvent être fixées soit à la façade soit à la partie inférieure du balconde létage supérieur.La mise en œuvre de suspentes métalliques réduit les efforts auxniveaux des fixations du balcon au bâtiment support.3.2.3. • Balcons métalliques en appuiCette conception est caractérisée par la présence de poteaux, au boutde la saillie du balcon. Lintérêt principal est le partage des effortsentre les fixations sur la structure porteuse du bâtiment et les poteaux.978-2-35443-116-7.indd 9 11/06/2013 15:52:01
  10. 10. 10PROGRAMMED’ACCOMPAGNEMENTDESPROFESSIONNELS«Règlesdel’ArtGrenelleEnvironnement2012»NeufBALCONS ET COURSIVES MÉTALLIQUES RAPPORTÉS – CONCEPTION ET MISE EN ŒUVRE3.2.4. • Balcons métalliques autoportantsLes balcons autoportants sont supportés par deux files de poteaux,lune proche de la façade et lautre en bout de saillie. Cette conceptionest caractérisée par des efforts très réduits aux niveaux des fixationsdu balcon au bâtiment support.3.2.5. • Autres conceptions de balconsDautres conceptions peuvent être rencontrées, conséquences dechoix techniques ou architecturaux. On note par exemple la possibi-lité de balcons suspendus dont la suspente supporte également unauvent de couverture (a), des balcons sur béquilles (ou bracons) (b)ou encore des balcons sur cadre encastré à la façade (c).(a) (b) (c)s Figure 2 – Conceptions alternativesBien que non directement décrites dans le présent guide, ces concep-tions alternatives peuvent en suivre les recommandations moyennantdes adaptations mineures.3.3. • Coursives métalliques rapportéesUne coursive est une galerie de circulation extérieure en façade ouintérieure (couloir). Elle dessert plusieurs logements ou locaux. Lescoursives présentent les mêmes caractéristiques que les balcons etpeuvent aussi être rapportées.Les coursives métalliques rapportées présentent ainsi des concep-tions similaires aux balcons, à lexception du cas avec suspentes :• Coursives en porte à faux ;• Coursives en appui ;• Coursives autoportantes.978-2-35443-116-7.indd 10 11/06/2013 15:52:02
  11. 11. 11PROGRAMMED’ACCOMPAGNEMENTDESPROFESSIONNELS«Règlesdel’ArtGrenelleEnvironnement2012»NeufBALCONS ET COURSIVES MÉTALLIQUES RAPPORTÉS – CONCEPTION ET MISE EN ŒUVREs Figure 3 – Coursives en appui sur poteaux3.4. • Ponts thermiquesLes ponts thermiques sont des lieux de fuites de chaleur vers lexté-rieur ce qui dégrade les performances thermiques du bâtiment. Ilsagit dune partie de lenveloppe du bâtiment où la résistance ther-mique, par ailleurs considérée uniforme, est modifiée de façon sen-sible par une absence, une discontinuité ou une dégradation localede lisolation (poutre métallique traversant la façade, attaches métal-liques traversant lisolant, etc.).Il existe deux types de ponts thermiques :• les ponts thermiques linéiques (ψ en W/(m.K)),• les ponts thermiques ponctuels (χ en W/K).En plus de limpact sur les performances thermiques du bâtiment,les ponts thermiques peuvent être source de pathologies diversescomme lapparition de salissures et le développement de moisis-sures. En effet, les surfaces internes se refroidissent à proximité dupont thermique ce qui amplifie le risque de condensation superficielleà cet endroit.Les ponts thermiques doivent être évalués numériquement selon lanorme NF EN ISO 10211. Pour un bâtiment existant, un diagnosticthermographique permet de détecter les ponts thermiques présentsdans lenveloppe et ainsi denvisager des solutions de traitement etles mettre en œuvre à loccasion dune réhabilitation de lenveloppe.978-2-35443-116-7.indd 11 11/06/2013 15:52:02
  12. 12. 12PROGRAMMED’ACCOMPAGNEMENTDESPROFESSIONNELS«Règlesdel’ArtGrenelleEnvironnement2012»NeufBALCONS ET COURSIVES MÉTALLIQUES RAPPORTÉS – CONCEPTION ET MISE EN ŒUVRE(a) Balcon traditionnel sans rupteur thermique (b) Balcon métallique rapporté sans rupteurs thermiques(fixations ponctuelles)s Figure 4 – Simulations numériques des déperditions thermiques au niveau dun balcon (isolationthermique par lextérieur)Le tableau suivant donne des valeurs de pont thermique ponctuelpour des fixations usuelles en acier dun balcon/coursive sur unedalle en béton dun bâtiment isolé par lextérieur. Ces valeurs ne sontvalables que dans le cas où un complément disolation est mis enœuvre tout autour de la structure (et entre les semelles pour les pro-filés ouverts), au prolongement de lisolant de la façade tel que pré-senté en (Figure 5).Type de fixation Dimensions (mm)Epaisseur de lisolationextérieur (mm) ;0.035 ≤ λ ≤ 0.045 W/(m.K)Pont thermiqueχ (W/K)IPE+ Platine daboutIPE120 100 0.19IPE120 140 0.17IPE120 180 0.15IPE160 100 0.27IPE160 140 0.25IPE160 180 0.23IPE200 100 0.34IPE200 140 0.32IPE200 180 0.30HEB+ Platine daboutHEB100 100 0.28HEB100 140 0.26HEB100 180 0.24HEB120 100 0.35HEB120 140 0.33HEB120 180 0.31HEB160 100 0.48HEB160 140 0.46HEB160 180 0.44978-2-35443-116-7.indd 12 11/06/2013 15:52:03
  13. 13. 13PROGRAMMED’ACCOMPAGNEMENTDESPROFESSIONNELS«Règlesdel’ArtGrenelleEnvironnement2012»NeufBALCONS ET COURSIVES MÉTALLIQUES RAPPORTÉS – CONCEPTION ET MISE EN ŒUVREType de fixation Dimensions (mm)Epaisseur de lisolationextérieur (mm) ;0.035 ≤ λ ≤ 0.045 W/(m.K)Pont thermiqueχ (W/K)Tube+ Platine dabout120x80x5 100 0.31120x80x5 140 0.29120x80x5 180 0.27160x80x6 100 0.39160x80x6 140 0.36160x80x6 180 0.34200x120x6 100 0.52200x120x6 140 0.5200x120x6 180 0.48Cornière(Largeur x épaisseur,en mm)120x5 100 0.10120x5 140 0.095120x5 180 0.09120x10 100 0.13120x10 140 0.125120x10 180 0.12StructureporteuseComplémentdisolations Figure 5 – Mise en œuvre dun complément disolation autour de la structure (et entre les semellespour les profilés ouverts).N o t eUn exemple de calcul des performances thermiques dun bâtiment de logementcollectif est donné dans l[Annexe F].3.5. • Rupteurs de ponts thermiquesLes rupteurs de ponts thermiques (ou plus simplement, rupteursthermiques) sont des éléments particuliers destinés en premier lieuà réduire les fuites de chaleur vers lextérieur, et ainsi améliorer lesperformances thermiques du bâtiment. Il existe un grand nombre detypes de rupteurs thermiques, souvent brevetés, qui se différencientprincipalement en fonction de leur position dans louvrage.Certains types de rupteurs thermiques doivent également permettrela transmission des sollicitations entre les deux éléments quils sépa-rent, et cest notamment le cas pour ceux qui peuvent être mis enœuvre au niveau de la liaison entre un balcon ou une coursive et le978-2-35443-116-7.indd 13 11/06/2013 15:52:03
  14. 14. 14PROGRAMMED’ACCOMPAGNEMENTDESPROFESSIONNELS«Règlesdel’ArtGrenelleEnvironnement2012»NEuFBALCONS ET COURSIVES MÉTALLIQUES RAPPORTÉS – CONCEPTION ET MISE EN ŒUVREbâtiment. Dans le cadre du présent guide, le rupteur thermique estdonc à la fois un organe de fixation et un élément disolation.PlancherStructuredu balconRupteurPlancher(a) (b)sans rupteur thermique avec rupteur thermiqueStructuredu balcons Figure 6 – Principe du rupteur thermiqueLes rupteurs thermiques peuvent être soit des produits manufacturéset destinés à être incorporés dans un ouvrage soit des solutions dechantier mises au point par les entreprises.Le présent guide utilise exclusivement le terme ‘rupteur thermiqueaussi bien pour les produits manufacturés que pour les solutions dechantier (cf. 4.4).Au moment de la rédaction du présent guide, les rupteursthermiques manufacturés présents sur le marché pour uneapplication aux balcons et coursives métalliques rapportésnont pas encore fait lobjet dune évaluation institution-nelle en France (Avis techniques ou similaires). Il convientde prendre toutes les précautions nécessaires à leur emploi,notamment en situation sismique.!978-2-35443-116-7.indd 14 11/06/2013 15:52:04
  15. 15. 15PROGRAMMED’ACCOMPAGNEMENTDESPROFESSIONNELS«Règlesdel’ArtGrenelleEnvironnement2012»NeufBALCONS ET COURSIVES MÉTALLIQUES RAPPORTÉS – CONCEPTION ET MISE EN ŒUVRECette partie donne les clefs nécessaires à la conception dun balconou dune coursive rapporté sur un bâtiment neuf. Après quelquesprescriptions dordre général, les différents chargements appliquéssur les éléments rapportés sont décrits ainsi que le dimensionnementstructural de ces derniers. Un paragraphe spécifique est égalementconsacré à lévaluation et à la qualification des rupteurs thermiques.Ensuite, plusieurs problématiques généralement liées aux réglemen-tations en vigueur, à savoir la sécurité incendie, létanchéité à leau,laccessibilité et lisolation acoustique sont détaillées. En clôturede cette partie, la question de la durabilité de lélément rapporté estabordée.4.1. • Prescriptions générales4.1.1. • Documents du marchéIl convient avant toute chose de rappeler la responsabilité du maîtredouvrage dans le bon déroulement de tout projet, en cela il luiincombe en effet la définition précise de ses objectifs et lassurancede leur faisabilité.Les objectifs du maître douvrage sont traduits en exigences par lemaître dœuvre dans les pièces du marché. Celles-ci décrivent en par-ticulier les relations entre les différents lots, notamment le niveau et lanature des informations à transmettre entre les lots, et les tolérancesà respecter. Ces renseignements permettent de préciser toutes leshypothèses nécessaires à la conception. Ainsi, de façon à éviter touteambiguïté, le marché doit en particulier préciser :• la définition des actions fondamentales de base, en particuliercelle des charges exceptionnelles éventuelles ;4Conception978-2-35443-116-7.indd 15 11/06/2013 15:52:04
  16. 16. 16PROGRAMMED’ACCOMPAGNEMENTDESPROFESSIONNELS«Règlesdel’ArtGrenelleEnvironnement2012»NeufBALCONS ET COURSIVES MÉTALLIQUES RAPPORTÉS – CONCEPTION ET MISE EN ŒUVRE• la définition des actions accidentelles éventuelles ;• sil y a lieu, le gradient thermique à prendre en compte ;• lensemble des données nécessaires pour lapplication desnormes et textes réglementaires (thermique, feu, séisme, neigeet vent, ...) ;• les cas éventuels dinterdépendance de charges ;• la présence de charges dynamiques et la valeur du coefficientdynamique correspondant ;• les prescriptions particulières compte tenu du type de construc-tion et des conditions dexploitation ou dagressivité du milieuambiant (conditions marines, salinité, exposition aux intempé-ries, à la pollution, aux températures basses, enrobages accrus,revêtement protecteur, ...) ;• le cas échéant, les états limites de déformation à respecter et lesexigences particulières en matière de flèches absolues ;• les prescriptions particulières en matière de confort qui peuventavoir une influence sur la conception, notamment les exigencesen matière dacoustique ou de vibrations.N o t eLa liste précédente nest pas exhaustive. Ces renseignements ne sont pas spéci-fiques au présent document ; elles sont également nécessaires à lapplication desEurocodes.4.1.2. • Conception générale de lélémentmétallique rapportéLes éléments composant la structure métallique rapportée sont dif-férents selon la conception retenue (en porte-à-faux, suspendue, enappui ou autoportante), les souhaits des maîtres douvrage et maîtresdœuvre ainsi que les habitudes des concepteurs et de lentrepreneur.Des tendances générales peuvent cependant être dégagées, en parti-culier pour lossature.La structure rapportée est généralement construite autour de poutresmaîtresses en saillie de la façade. Elles sont aussi appelées poutresconsoles lorsque la structure rapportée est en porte à faux. Cespoutres reprennent la charge sur le balcon pour la transmettre aubâtiment support et/ou aux éventuels éléments porteurs rapportés(poteaux, haubans).978-2-35443-116-7.indd 16 11/06/2013 15:52:04
  17. 17. 17PROGRAMMED’ACCOMPAGNEMENTDESPROFESSIONNELS«Règlesdel’ArtGrenelleEnvironnement2012»NeufBALCONS ET COURSIVES MÉTALLIQUES RAPPORTÉS – CONCEPTION ET MISE EN ŒUVREContreventementPlatelageLongeroncourantPoutremaîtresseGarde-corpsLongeronde riveCaillebotiss Figure 7 – Perspective partielle dun balcon métallique (exemple de conception)Parallèlement à la façade, entre les poutres maîtresses, peuvent êtredisposés des longerons. Généralement, au moins un longeron de riveest présent, notamment pour fermer le cadre de lossature (éventuel-lement caché par un élément de finition). Les longerons courants sontajoutés suivant la capacité portante du platelage quils supportent.Longerons et poutres maîtresses peuvent être liés par un contre-ventement horizontal. Léquipement du balcon ou de la coursive estensuite constitué du platelage (dalle béton, bois, caillebotis, …), desgarde-corps et éventuellement dun caillebotis au-dessus du seuil. Lesgarde-corps doivent être conçus de manière à répondre aux spécifi-cations dimensionnelles de sécurité présentes dans la norme NF P01-012. Pour les platelages bois, le NF DTU 51.4 rassemble les règlesgénérales de conception et de mise en œuvre selon les différentssupports.Dans le cas dune isolation thermique par lextérieur (ITE), ilfaut éviter de fixer le garde-corps sur la façade pour ne pasdégrader les performances thermiques du bâtiment.Les différentes conceptions détaillées au paragraphe [3.2] peuventse distinguer, outre les aspects esthétiques ou dencombrement(poteaux), par les efforts appliqués par la structure rapportée sur lebâtiment support. De fait, le choix du type de structure rapportéeconditionne la conception du bâtiment, du moins sur le plan local,ainsi que la fixation liant les deux. La suite donne des critères de choixpermettant de se positionner sur telle ou telle conception, à destina-tion du concepteur en phase projet.!978-2-35443-116-7.indd 17 11/06/2013 15:52:05
  18. 18. 18PROGRAMMED’ACCOMPAGNEMENTDESPROFESSIONNELS«Règlesdel’ArtGrenelleEnvironnement2012»NEuFBALCONS ET COURSIVES MÉTALLIQUES RAPPORTÉS – CONCEPTION ET MISE EN ŒUVRE4.1.2.1. • Structures en porte à fauxCette conception induit des efforts importants sur le bâtiment support,qui doit reprendre la totalité des charges sur le balcon par le biais dunencastrement. Les principaux efforts à reprendre sont ici un momentde flexion et un effort tranchant dans le plan vertical. Les autres efforts(normaux et transversaux) sont moins intenses.Ce genre de conception est limité à des structures de faibles por-tées, pour conserver des poutres de dimensions modérées. La fixa-tion directe sur le bâtiment support requiert de la structure à la foisrésistance et rigidité (plancher béton ou charpente métallique dont lesbarres présentent des dimensions nettement plus importantes quecelles composant la structure rapportée).s Figure 8 – Exemple dun encastrement dune structure en porte à faux avec interposition dun rupteurLes efforts importants à reprendre contraignent le choixdes organes de fixation mais aussi la conception locale dusupport (ferraillage de la dalle, raidissage de la charpente).Lattention du concepteur est également attirée sur la nécessité déva-luer la rigidité de lassemblage entre la structure rapportée et le bâti-ment support (cf. 4.3.4) pour une détermination correcte de la flèche.4.1.2.2. • Structures suspenduesDe même que pour la conception en porte à faux, la totalité descharges sur la structure rapportée doit être reprise par le bâtimentsupport. Le moment de flexion du porte-à-faux est décomposé en uneffort de compression dans la poutre maîtresse et un effort de tractiondans le câble (tirant). Au niveau de la fixation de la poutre maîtresse,le moment de flexion devient secondaire voire nul.Cette conception permet des portées un peu plus importantes quepour la conception en porte à faux. Les conséquences sur le bâti-ment support sont moindres. Le point dancrage du tirant (platine,!978-2-35443-116-7.indd 18 11/06/2013 15:52:06
  19. 19. 19PROGRAMMED’ACCOMPAGNEMENTDESPROFESSIONNELS«Règlesdel’ArtGrenelleEnvironnement2012»NEuFBALCONS ET COURSIVES MÉTALLIQUES RAPPORTÉS – CONCEPTION ET MISE EN ŒUVREscellement, armatures de répartition, etc.) doit cependant faire lobjetdune étude spécifique et dune réalisation soignée.Il est possible de coupler les fixations dune poutre avec le câble pourle balcon inférieur par le biais dune oreille soudée ou boulonnée.Dans ce cas, la sommation des efforts tranchants verticaux dans unseul point dattache implique un renforcement du système de fixationet de la conception locale du support. Dans lanalyse des balcons, ilconvient de considérer la charge dexploitation présente et absente enalternance selon les étages pour obtenir les enveloppes defforts dansles fixations.(a) Efforts principaux sur les fixations (b) Oreille de liaison tirant-poutre maitresses Figure 9 – Exemples de fixation dun élément suspendu avec rupteur thermiqueLa suspension globale des éléments rapportés par hauba-nage nest pas recommandée car elle implique des diffi-cultés supplémentaires dans le réglage des câbles (asser-vissement des étages entre eux) ainsi quune charge plusimportante dans les haubans et leurs fixations. Lutilisationde profilés métalliques en traction et dun système dereprise (éventuellement par câbles) est une solution plusfacilement réalisable.!978-2-35443-116-7.indd 19 11/06/2013 15:52:07
  20. 20. 20PROGRAMMED’ACCOMPAGNEMENTDESPROFESSIONNELS«Règlesdel’ArtGrenelleEnvironnement2012»NEuFBALCONS ET COURSIVES MÉTALLIQUES RAPPORTÉS – CONCEPTION ET MISE EN ŒUVRE(a) Suspension globale parhaubans (non recommandé)(b) Suspension globale par profilsen traction et système de reprise(c) Suspension à chaque étages Figure 10 – Schémas de suspensionLassemblage de la poutre sur le bâtiment support peut être de typearticulé, mais seulement sil est démontré que les charges perma-nentes compensent, avec une marge de sécurité, leffet de soulève-ment du vent (afin déviter que le balcon ne soit soulevé puis retombeselon la force du vent, avec le risque dendommager les fixations etles câbles).Lorsque lassemblage est de type encastré, il est nécessaire déva-luer sa rigidité effective (cf. 4.3.4) pour pouvoir calculer correcte-ment la répartition des sollicitations (système hyperstatique) et lesdéformations.4.1.2.3. • Structures en appuiDans une conception en appui, les charges sur le balcon sont répar-ties, généralement à parts égales (en fonction de la géométrie), entreles poteaux et le bâtiment support.Cette conception permet des portées importantes, pour des consé-quences sur le bâtiment support relativement limitées. Seul lefforttranchant vertical reste significatif, et ce type de réaction dans le plande la façade ne pose généralement pas de difficulté à être repris parune structure de bâtiment.s Figure 11 – Exemple de fixation dun élément en appui avec rupteur thermique978-2-35443-116-7.indd 20 11/06/2013 15:52:08
  21. 21. 21PROGRAMMED’ACCOMPAGNEMENTDESPROFESSIONNELS«Règlesdel’ArtGrenelleEnvironnement2012»NEuFBALCONS ET COURSIVES MÉTALLIQUES RAPPORTÉS – CONCEPTION ET MISE EN ŒUVRELutilisation dorganes de fixation articulés (rupteur thermique ouautre) est également plus aisée (le système structural est moins com-plexe) et souvent plus économique. Les efforts horizontaux peuventêtre réduits en présence dun contreventement vertical (cf. 4.1.4).4.1.2.4. • Structures autoportantesCette conception implique des efforts minimaux sur la structure dubâtiment support. Elle permet donc une mise en place aisée sur tousles supports, par le biais de fixations très limitées en nombre commeen dimensions.Les fixations au bâtiment reprennent seulement des efforts axiaux ettransversaux, ces derniers pouvant être réduits par des contrevente-ments verticaux dans le plan des poteaux extérieurs. Ces fixations etcontreventements éventuels évitent ainsi le basculement de la struc-ture rapportée et servent de maintien pour les poteaux vis-à-vis duflambement.s Figure 12 – Exemple de fixation dun élément autoportant sans rupteur thermiqueCette conception peut convenir pour toute structure de bâtiment sup-port ; la fixation étant située en vis-à-vis dun plancher ce qui lui per-met dassurer en général une rigidité satisfaisante.4.1.3. • Système dajustement de lélémentrapporté sur le supportLinterface entre matériaux relevant de tolérances larges et dautresrelevant de tolérances serrées, comme les assemblages béton/acier,doit permettre les ajustements nécessaires. Ces ajustements peuventêtre réalisés par des systèmes de trous oblongs, de glissières ouautres mécanismes. Lattention est cependant attirée sur le fait quedes systèmes et mécanismes de grandes amplitudes peuvent générerdes excentricités importantes concernant les transferts de charges ausein des assemblages.Ces ajustements doivent tenir compte des tolérances du support,fixées par les règles de lart ou les documents du marché (en réfé-rence au paragraphe 5.3.3).978-2-35443-116-7.indd 21 11/06/2013 15:52:09
  22. 22. 22PROGRAMMED’ACCOMPAGNEMENTDESPROFESSIONNELS«Règlesdel’ArtGrenelleEnvironnement2012»NeufBALCONS ET COURSIVES MÉTALLIQUES RAPPORTÉS – CONCEPTION ET MISE EN ŒUVRE4.1.4. • ContreventementLa structure métallique rapportée doit présenter une rigidité satis-faisante vis-à-vis des efforts appliqués dans la direction horizon-tale, parallèle à la façade. Ce comportement peut être obtenu par uncontreventement horizontal, généralement situé sous le platelage.Cette conception permet également dannuler le moment de flexionautour de laxe vertical dans les poutres et dans les assemblages.Si le cadre du balcon nest ni rigide ni contreventé, ce dernier peut sedéformer et des efforts de traction/compression (NTet Nc), de cisail-lement (T) et des moments de flexion autour de laxe vertical appa-raissent dans les assemblages.(a) (b)s Figure 13 – Comportement transversal : (a) sans contreventement (b) avec contreventementLe platelage lui-même peut raidir lélément rapporté sil présente uneraideur et une résistance suffisantes vis-à-vis du cisaillement dansson plan (fonctionnement en diaphragme) et sil est correctement fixéà lossature de lélément rapporté.Lorsque le platelage est une dalle béton dau moins 7 cm dépaisseur(au-dessus des ondes, le cas échant) et armée dans les deux direc-tions, celui-ci peut être considéré comme suffisamment rigide. Ilconvient de vérifier que la liaison de la dalle à lossature métalliqueest suffisamment résistante (voir pour cela la norme NF EN 1994-1-1)et ne permet pas de déformations différentielles significatives.Il est également possible de concevoir un cadre rigide, les barres dos-sature étant encastrées entre elles. Cette conception présente cepen-dant quelques inconvénients qui limitent son utilisation aux ouvragesrapportés de dimensions modestes : efforts importants dans lesassemblages et sensibilité à la rigidité en flexion hors plan des barresdossature et des assemblages (dont la rigidité doit être calculée).Une dernière alternative est envisageable pour les structures enappui ou autoportantes : un contreventement vertical dans le plan despoteaux extérieurs. Celui-ci peut être constitué de câbles pour limiterlincidence visuelle, et doit être fixé au niveau de la liaison entre lepoteau et un longeron, et non sur la main courante du garde-corps.Cette conception présente également lintérêt de diminuer lefforttranchant horizontal dans les fixations au bâtiment support.978-2-35443-116-7.indd 22 11/06/2013 15:52:09
  23. 23. 23PROGRAMMED’ACCOMPAGNEMENTDESPROFESSIONNELS«Règlesdel’ArtGrenelleEnvironnement2012»NeufBALCONS ET COURSIVES MÉTALLIQUES RAPPORTÉS – CONCEPTION ET MISE EN ŒUVREs Figure 14 – Contreventement vertical dune coursive métallique4.1.5. • DilatationLe balcon ou la coursive est exposé à lenvironnement extérieur etdonc aux variations de la température ambiante. On considère quele balcon ou la coursive est à température extérieure (il ny a aucuneinertie thermique de la structure rapportée) alors que le bâtiment est àtempérature intérieure contrôlée.Les variations de température induisent des variations dimension-nelles (dilatation ou contraction) de la structure rapportée par rapportau bâtiment. Le problème peut être abordé de deux manières impli-quant deux conceptions dattaches et dappuis :(a) Un système totalement bridé, avec des assemblages fixes, sanspossibilité de dilatation du balcon/de la coursive au niveau desattaches. Dans ce cas, des efforts sont induits sur les assemblages ;leur valeur dépend des sections et matériaux utilisés pour réaliser lebalcon ou la coursive.(b) Un système librement dilatable, avec des attaches fixes et dautrescoulissantes, permettant un glissement du balcon le long de la façade.Dans ce cas il ny a pas defforts induits, mais des déformations quidoivent être estimées. Pour des raisons technologiques, on préfèrerépartir ces déformations par lutilisation de joints de dilatation.978-2-35443-116-7.indd 23 11/06/2013 15:52:10
  24. 24. 24PROGRAMMED’ACCOMPAGNEMENTDESPROFESSIONNELS«Règlesdel’ArtGrenelleEnvironnement2012»NeufBALCONS ET COURSIVES MÉTALLIQUES RAPPORTÉS – CONCEPTION ET MISE EN ŒUVREBloqué englissementLibre englissementLibre englissementBloqué englissementBloqué englissementBloqué englissement(a) système bridé (b) système librement dilatables Figure 15 – Conceptions vis-à-vis de la dilatationDans le cas dun système bridé, il faut considérer la résistance encisaillement horizontal de lorgane de liaison à la façade, ainsi quelinteraction de cet effet avec les autres efforts concomitants. Cetterésistance peut être très limitée pour certains systèmes (notammentles rupteurs thermiques) conduisant donc à rejeter cette conception.Il est en général préférable de sorienter vers une conception per-mettant la dilatation, ce qui peut être réalisé par lutilisation de trousoblongs. Il convient de vérifier que la dimension du trou est compa-tible avec lallongement et le raccourcissement prévu pour la struc-ture rapportée. On prévoit généralement une variation dimension-nelle de lordre de ±1 mm par mètre pour laluminium et de ±0,5 mmpar mètre pour lacier.Lattention est attirée sur le fait que laluminium possèdeun coefficient de dilatation thermique de 23  ·  106m/m.Ksoit sensiblement plus important que ceux de lacier et dubéton (12 · 106et 10 · 106m/m.K respectivement).Pour les structures rapportées de grandes dimensions, les déforma-tions thermiques doivent être réparties par la mise en œuvre de jointsde dilatation. Sauf justifications particulières, une distance de 6,0 mentre joints de dilatation est recommandée. Il convient par ailleurs depositionner un joint sur lélément rapporté au droit dun joint de dila-tation ou de rupture du bâtiment support.4.2. • Chargement sur les balconset les coursivesCette partie présente les charges à considérer pour le dimensionne-ment dun balcon ou dune coursive, suivant le référentiel Eurocodesen vigueur. Le cahier des charges peut spécifier des valeurs plussévères que celles présentées par la suite.!978-2-35443-116-7.indd 24 11/06/2013 15:52:11
  25. 25. 25PROGRAMMED’ACCOMPAGNEMENTDESPROFESSIONNELS«Règlesdel’ArtGrenelleEnvironnement2012»NeufBALCONS ET COURSIVES MÉTALLIQUES RAPPORTÉS – CONCEPTION ET MISE EN ŒUVRE4.2.1. • Charges permanentes (G)Les charges permanentes sont à prendre en compte suivant lesdimensions nominales des éléments utilisés et leurs masses volu-miques nominales. Pour les balcons et les coursives, ces charges sontessentiellement apportées par les éléments suivants :• Lossature métallique porteuse (poutres consoles, traverses,longerons, …) ;• Le platelage ;• Le garde-corps ;• Eventuellement, un complexe détanchéité et/ou des réseaux.OssaturemétalliqueEtanchéité, ...PlatelageGarde-corpss Figure 16 – Composants dun balcon métallique4.2.2. • Charges dexploitation (Q)Suivant la norme NF EN 1991-1-1 et son annexe nationale (NF P 06-111-2), les charges dexploitation à prendre en compte sur les balcons etcoursives dépendent de la destination de louvrage, classée sous dif-férentes catégories dusages (Tableau 6.1 de la NF EN 1991-1-1).Pour les usages habituels, les charges dexploitation à considérer surles balcons et les coursives désolidarisés ont les valeurs suivantes(Tableau 6.2 (NF) de la NF P 06-111-2) :• Balcons ou coursives dhabitation, ou accolés à des chambresdhôtels ou dhôpitaux (catégorie A) : 3,5 kN/m² ;• Balcons ou coursives accolés à un espace tertiaire, par exemple,des bureaux (catégorie B) : 2,5 kN/m² ;• Balcons ou coursives recevant des tables, par exemple restau-ration (catégorie C1) : 2,5 kN/m² ;• Coursives daccès des bâtiments publics et administratifs,hôtels, hôpitaux, gares (catégorie C3) : 4,0 kN/m² ;• Coursives desservant des lieux susceptibles daccueillir unefoule importante, comme des salles de concert (C5) ou des com-merces (D1 ou D2) : 5,0 kN/m².978-2-35443-116-7.indd 25 11/06/2013 15:52:13
  26. 26. 26PROGRAMMED’ACCOMPAGNEMENTDESPROFESSIONNELS«Règlesdel’ArtGrenelleEnvironnement2012»NeufBALCONS ET COURSIVES MÉTALLIQUES RAPPORTÉS – CONCEPTION ET MISE EN ŒUVREPour les catégories A, B, C3, D1 et F, les charges dexploitation surles balcons ou coursives dune surface A de plus de 15 m² peuventêtre multipliées par le coefficient réducteur αAsuivant (NF P 06-111-2,§6.3.1.2(10)) :αAA= + ≤0 773 51 0,,,Par convention, on prévoit une charge horizontale valant 10% de lacharge verticale. Cette charge est supposée pouvoir agir dans toutesles directions et nest pas cumulée avec les autres actions variables.4.2.3. • Neige (S)Les effets de la neige sur les constructions sont définies dans lanorme NF EN 1991-1-3 et son annexe nationale. Pour les balcons etles coursives, la neige peut devenir prépondérante par rapport à lacharge dexploitation pour les zones les plus défavorables (D et E ;voir [Annexe B]) et pour les altitudes élevées.Leffet de la neige peut être négligé lorsque les deux inégalités sui-vantes sont satisfaites :Q sQ skAd2 81 9,,où Q représente la charge dexploitation (en kN/m²), skla charge deneige caractéristique au sol qui doit être corrigée en fonction de lalti-tude, et sAdla charge de neige accidentelle au sol (en kN/m²).Pour les balcons ou les coursives non protégés par un auvent ou unautre balcon / une autre coursive à létage au-dessus et si la pentedu versant de la toiture est supérieure ou égale à 15° (27%), la règleprécédente nest plus applicable car la neige peut tomber depuis latoiture supérieure.Pour ce dernier cas ou lorsque les inégalités ne sont pas respectées,il convient de déterminer précisément la charge de neige. En premierlieu, la charge de neige de référence sur le sol est obtenue à partirde la carte de lannexe nationale à la NF EN 1991-1-3 (reportée en[Annexe B] du présent document).La charge caractéristique de neige skdoit être corrigée pour tenircompte de laltitude au-delà de 200 m au-dessus du niveau de la mer(voir le tableau en [Annexe B]).La charge de neige sur le balcon ou la coursive se calcule ensuite parlintermédiaire de coefficients daccumulation pouvant être détermi-nés au regard de la procédure de l[Annexe B] ( 2µ et µ2gc), basée surles paragraphes 5.3.6 et 6.2 de la NF EN 1991-1-4.978-2-35443-116-7.indd 26 11/06/2013 15:52:19
  27. 27. 27PROGRAMMED’ACCOMPAGNEMENTDESPROFESSIONNELS«Règlesdel’ArtGrenelleEnvironnement2012»NeufBALCONS ET COURSIVES MÉTALLIQUES RAPPORTÉS – CONCEPTION ET MISE EN ŒUVRE4.2.4. • Vent (W)Le vent provoque un effort de soulèvement sur les balcons et les cour-sives. Ce fonctionnement antagoniste aux charges gravitaires est par-ticulièrement important à considérer pour des balcons ou coursivesen porte à faux et lorsque les organes de fixations utilisés noffrentpas la même résistance en flexion dans les deux sens. Lorsque leffetdu vent compense les charges permanentes, les balcons suspendus secomportent en soulèvement comme des balcons encastrés, les câblesne pouvant pas résister en compression (doù la nécessité de mettreen œuvre une liaison au bâtiment support capable de reprendre unmoment de flexion).La détermination des actions du vent est réalisée suivant la NF EN1991-1-4 et son annexe nationale. En alternative aux formulations dela norme, il est possible dutiliser la procédure simplifiée décrite en[Annexe B] du présent guide pour déterminer la pression dynamiquede pointe qp(z).En labsence de règles spécifiques dans la NF EN 1991-1-4, il est pos-sible de déterminer les coefficients de pression à laide des recom-mandations de la CECM 1. Leffet du vent sur un balcon peut donc êtrepris comme suit :s Figure 17 – Pression de vent sur les balcons – Vent de faceLe coefficient de pression cppeut être pris égal à 2,0 dans tous les cas.En cas de garde-corps ajouré, la surface à considérer dans le calculest uniquement laire « solide ».N o t eLeffet du vent sur les garde-corps nest généralement pas pris en compte dans lecalcul de ces derniers. Ceux-ci sont déjà dimensionnés pour une charge dexploi-tation minimale en tête de 0,60 kN/m. Il convient en revanche de le considérerpour lanalyse globale de lélément rapporté et de ses fixations.■ 1 Recommendation for Calculating the Effect of Wind on Construction – Second Edition – Rapport n°52 –CECM – 1987 (voir la traduction dans la revue Construction Métallique, N° 1 – 1989).978-2-35443-116-7.indd 27 11/06/2013 15:52:19
  28. 28. 28PROGRAMMED’ACCOMPAGNEMENTDESPROFESSIONNELS«Règlesdel’ArtGrenelleEnvironnement2012»NeufBALCONS ET COURSIVES MÉTALLIQUES RAPPORTÉS – CONCEPTION ET MISE EN ŒUVREs Figure 18 – Pression de vent sur les balcons – Vent de côtéLattention du concepteur est attirée sur le cas de bâtiments dhabi-tation collectifs où des balcons linéaires desservent plusieurs loge-ments. Dans ce cas, des panneaux pleins dune hauteur proche decelle dun étage marquent généralement la séparation entre les diffé-rents logements. Si le projet nen prévoit pas, de tels panneaux sontsouvent mis en place par les occupants eux-mêmes de telle sorte quilest vivement recommandé den tenir compte de façon forfaitaire pourla vérification de lélément rapporté et de ses attaches.Panneauséparateurs Figure 19 – Mise en place de panneaux pleins de séparationLeffet du vent sur déventuels brise-soleil (généralement des pan-neaux ajourés et coulissants, fixés en nez de saillie) peut être pris encompte avec un coefficient de pression égal à 2,0. Les documents dumarché doivent en fixer la géométrie (surface, taux de remplissage).4.2.5. • Actions thermiques (T)Les actions thermiques ont un effet différent selon la conception dubalcon ou de la coursive, soit en provoquant des déformations sup-plémentaires, soit en engendrant des efforts lorsque ces déformationssont empêchées (cest notamment le cas des conceptions hypersta-tiques ; sans joint de dilatation).978-2-35443-116-7.indd 28 11/06/2013 15:52:20
  29. 29. 29PROGRAMMED’ACCOMPAGNEMENTDESPROFESSIONNELS«Règlesdel’ArtGrenelleEnvironnement2012»NeufBALCONS ET COURSIVES MÉTALLIQUES RAPPORTÉS – CONCEPTION ET MISE EN ŒUVRESelon la norme NF EN 1991-1-5, on distingue la variation uniforme detempérature et leffet des gradients thermiques.Pour la variation uniforme de température, il sagit de déterminer ladifférence de température envisageable entre le bâtiment (chauffé etisolé par lextérieur) et le balcon / la coursive (en moyenne). Selonlannexe nationale à la norme NF EN 1991-1-5, on a :• température intérieure en été (T1) et en hiver (T2) : T1= T2=+18°C ;• variation extrême de la température extérieure Tmax+ T5= +50°C/Tmin= –30°C (des valeurs plus favorables de Tminet Tmaxpeuventêtre obtenues selon le département, il est recommandé deprendreT5= +10°C dans tous les cas).Ce qui donne une différence de température maximale (enveloppe)entre la structure rapportée et le bâtiment support de +32° / –48°.Pour les effets du gradient thermique, il convient de considérersuccessivement :• une différence de température de +29° / –18° entre les fibressupérieures et inférieures de lossature horizontale ;• une différence de +/-15° entre les poteaux ou les câbles et lereste du balcon / de la coursive.Leffet de ces écarts de température dépend des choix construc-tifs effectués et de la position des joints de dilatation. Il est souventpréférable de relâcher certains bridages, par des trous oblongs parexemple, plutôt que de devoir assurer la reprise des efforts ther-miques. Le concepteur est invité à consulter la partie 4.1.5 du présentguide sur la conception vis-à-vis de la dilatation.4.2.6. • Effet du séisme (E)La résistance des balcons et coursives aux effets du séisme doit êtredémontrée pour tous les bâtiments concernés par la réglementationparasismique (cf. Arrêté du 22 octobre 2010), à savoir :• les bâtiments de catégorie dimportance III et IV situés en zonede sismicité 2 ;• les bâtiments de catégorie dimportance II, III et IV situés enzones de sismicité 3, 4 et 5.Les définitions des catégories dimportance et des zones de sismicitésont données dans l[Annexe C] du présent guide. Pour tous les bâti-ments non mentionnés dans la liste précédente, aucune vérificationaux effets du séisme nest exigible.Le présent chapitre traite des vérifications à effectuer pour démontrerla résistance parasismique des balcons et des coursives. La norme deconstruction parasismique imposée par la réglementation est alorslEurocode 8 (NF EN 1998-1).978-2-35443-116-7.indd 29 11/06/2013 15:52:20
  30. 30. 30PROGRAMMED’ACCOMPAGNEMENTDESPROFESSIONNELS«Règlesdel’ArtGrenelleEnvironnement2012»NeufBALCONS ET COURSIVES MÉTALLIQUES RAPPORTÉS – CONCEPTION ET MISE EN ŒUVREZones de sismicitéCatégories dimportanceI II III IV12 * *3 * * *4 * * *5 * * *(*) : pour toutes les cellules en jaune, la vérification aux effets du séisme doit être effectuéeLe comportement sismique des balcons et coursives rapportés peutêtre étudié à laide de la méthode simplifiée présentée ci-aprèslorsquils présentent une masse négligeable par rapport à celle dubâtiment support et quils ninfluent pas sur le comportement globalde ce dernier sous action sismique. On peut considérer que cest lecas lorsque les conditions suivantes sont respectées :• Balcon ou coursive fixée au droit dun plancher du bâtiment ;• Aire du balcon ou de la coursive nexcédant pas 10% de celle duplancher associé ;• Balcon ou coursive ne disposant pas de système de contreven-tement vertical.N o t ePour les coursives rapportées, la condition sur la surface (10% de la surface duplancher), peut être remplacée par une condition sur la masse de la coursive.Celle-ci ne doit pas excéder 5% de la masse du plancher.Ainsi, les balcons de la (Figure 1) et de la (Figure 2) peuvent être traités avecla méthode simplifiée proposée dans le présent document.Inversement, lorsque lélément rapporté modifie de manière notablele comportement sismique global du bâtiment, une étude plus pous-sée doit être envisagée pour définir les actions sismiques. Le concep-teur doit alors envisager de procéder à une analyse intégrant lesbalcons ou coursives dans la modélisation globale du bâtiment, et entenant compte de la rigidité effective des assemblages. On doit consi-dérer que cest le cas lorsque les balcons ou les coursives disposentdun système de contreventement vertical, tel que lexemple de la(Figure 14).Dans cette optique, la structure rapportée doit uniquement conduireles charges sismiques qui lui sont appliquées et non reprendre cellesappliquées au bâtiment. Lanalyse pourra prendre en compte le com-portement dissipatif du bâtiment support, mais lélément rapporté necomportera aucune zone dissipative.Une telle analyse peut devenir pertinente pour des structures rappor-tées de dimensions significatives et supportées par un bâtiment plu-tôt souple (généralement en charpente métallique). Cette approche978-2-35443-116-7.indd 30 11/06/2013 15:52:20
  31. 31. 31PROGRAMMED’ACCOMPAGNEMENTDESPROFESSIONNELS«Règlesdel’ArtGrenelleEnvironnement2012»NeufBALCONS ET COURSIVES MÉTALLIQUES RAPPORTÉS – CONCEPTION ET MISE EN ŒUVREdevient également obligatoire lorsquil est nécessaire de considérer lacomposante verticale de séisme (cf. paragraphe suivant).4.2.6.1. • Directions du séismeLes deux directions horizontales du séisme sont toujours à prendreen compte. Elles ne devraient généralement pas conduire à des situa-tions dimensionnantes.En France métropolitaine, la direction verticale nest normalement pasà considérer daprès les critères définis par la clause 4.3.3.5.2 (1) dela NF EN 1998-1 (avg≤ 2,5 m/s²; avgest laccélération sismique dans ladirection verticale).4.2.6.2. • Masses à prendre en comptePour le calcul des actions sismiques agissant sur le balcon/coursive,les masses suivantes doivent être prises en compte :• masses permanentes mG(cf. 4.2.1)• masses mQassociées aux charges dexploitation pondérées parle coefficient ψEdéfini en 4.2.4 (2)P de la NF EN 1998-1. En consi-dérant par défaut des étages à occupation corrélée (φ = 0,8), letableau suivant indique les valeurs de coefficient ψEà utiliser,ainsi que la masse associée. Il est permis de pondérer cettemasse par le coefficient αa(cf. 4.2.2).Balcons/coursives pour : ψ2ψEmQ(kg/m2)Bâtiments dhabitation, chambres dhôtels oudhôpitaux (catégorie A)0,3 0,24 84Espace tertiaire, bureaux (catégorie B) 0,3 0,24 60Balcons recevant des tables (restaurants …)(catégorie C1)0,6 0,48 120Bâtiments publics et administratifs, hôtels, hôpitaux,gares (catégorie C3)0,6 0,48 192Balcons susceptibles daccueillir une foulenombreuse (catégorie C5) ou des commerces(catégorie D1)0,6 0,48 240Note : ψ2selon lannexe nationale française à la NF EN 1990 (Tableau A1.1)4.2.6.3. • Actions sismiques horizontalesCe paragraphe propose une méthode simplifiée pour le calcul desactions sismiques agissant sur un balcon ou une coursive rapportérespectant les conditions énoncées en 4.2.6.La force sismique agissant dans une direction horizontale peut êtreestimée par la relation suivante :F maqh Ea Ea=γ978-2-35443-116-7.indd 31 11/06/2013 15:52:21
  32. 32. 32PROGRAMMED’ACCOMPAGNEMENTDESPROFESSIONNELS«Règlesdel’ArtGrenelleEnvironnement2012»NeufBALCONS ET COURSIVES MÉTALLIQUES RAPPORTÉS – CONCEPTION ET MISE EN ŒUVREOù : mEest la masse de lélément rapporté à prendre en compte :mE= mG+ mgaγ est le coefficient dimportance, pris ici égal à 1qaest le coefficient de comportement. Il peut être pris égal à 2 quandla redondance du système permet une redistibution des efforts aprèslatteinte dune première plastification et doit être pris égal à 1 dans lecas contraire. Suivant ce principe, la valeur de qaà considérer pour lesbalcons et coursives rapportés se détermine de la manière suivante :• Dans la direction verticale, qa= 1 pour les systèmes rapportésen console et qa= 2 pour les systèmes doublement supportés ;• Dans les directions horizontales, on peut prendre qa= 2 si uncadre formant un contreventement horizontal (par effet portiqueou par triangulation) relie deux à deux les éléments en consoleet on doit prendre qa= 1 dans le cas contraire (par exemple, unbalcon constitué par deux poutres en console non contreven-tées horizontalement et supportant simplement des élémentspréfabriqués formant le plancher, doit être calculé avec qa= 1).aEest laccélération maximale de calcul subie par le balcon. Demanière générale, cette valeur peut être déterminée lors de lanalysesismique du bâtiment.Lorsque le calcul de lélément rapporté est mené indépendamment ducalcul du bâtiment (voir ci avant), cette accélération aEpeut se calculersimplement par lexpression suivante :a a SzHTTE I gra=++ −−γ3 11 10 512,γI, agret S sont respectivement le coefficient dimportance du bâti-ment, laccélération sismique au niveau dun sol rocheux et le coeffi-cient de sol ; leurs valeurs sont indiquées dans larrêté du 22 octobre2010 [Annexe C]Taest la période fondamentale de vibration du balconT1est la période fondamentale de vibration du bâtiment dans la direc-tion appropriéeH est la hauteur totale du bâtiment et z la hauteur du balcon au-des-sus des fondations.Dans cette relation, il est conservatif de considérerTTa11= etzH=1, cequi permet alors de considérer la formule simplifiée suivante :a a SE gr= 5 5 1, γ978-2-35443-116-7.indd 32 11/06/2013 15:52:26
  33. 33. 33PROGRAMMED’ACCOMPAGNEMENTDESPROFESSIONNELS«Règlesdel’ArtGrenelleEnvironnement2012»NeufBALCONS ET COURSIVES MÉTALLIQUES RAPPORTÉS – CONCEPTION ET MISE EN ŒUVREQuand la valeur de qa= 2 est justifiée, la force sismique agissant dansune direction horizontale sécrit alors :Fh= 2,75.mE.γI.agr.SQuand la valeur qa= 1 doit être considérée, cette même expressiondevient :Fh= 5,5.mE.γI.agr.SLa force Fhdoit être appliquée au centre de gravité du balcon, dans lesdeux directions horizontales successivement.4.2.6.4. • Cumul des directions horizontalesDans le cas où seules les directions horizontales sont à prendre encompte, les effets de laction sismique sobtiennent de la manièresuivante :E = EFhx+ 0,30 EFhyE = 0,30 EFhx+ EFhyoù EFhxet EFhyreprésentent les effets respectifs de la force Fhappliquéedans la direction x et dans la direction y.4.2.6.5. • AssemblagesLe séisme provoque dans les organes de fixation des efforts de trac-tion / compression, et des efforts tranchants horizontaux. Pour la véri-fication des assemblages, les actions sismiques doivent être majoréespar 1,2xqa.Les éléments de fixation doivent être compatibles avec la naturecyclique des actions sismiques.4.2.7. • Combinaisons dactionsLes différentes actions sont à combiner suivant les principes dela NF EN 1990. Il est admis, comme pour les bâtiments en général,de considérer au plus deux charges variables (une principale et unedaccompagnement).Les combinaisons ELU (état limite ultime) et ACC (accidentelles) per-mettent de vérifier la résistance de la structure. Les combinaisons ELS(état limite de service) permettent de vérifier laptitude de la structureà sa destination (essentiellement le respect des déformations limites).Les combinaisons génériques sont reportées en [Annexe B].978-2-35443-116-7.indd 33 11/06/2013 15:52:26
  34. 34. 34PROGRAMMED’ACCOMPAGNEMENTDESPROFESSIONNELS«Règlesdel’ArtGrenelleEnvironnement2012»NeufBALCONS ET COURSIVES MÉTALLIQUES RAPPORTÉS – CONCEPTION ET MISE EN ŒUVRE4.3. • Dimensionnement structuralLe dimensionnement structural (à froid) dun balcon ou dune cour-sive en acier est régi par le corpus Eurocode 3, et en particulier lesnormes suivantes :NF EN 1993-1-1 Eurocode 3 : Calcul des structures en acier –Partie 1-1 : Règles générales et règles pour les bâtimentsNF EN 1993-1-8 Eurocode 3 : Calcul des structures en acier –Partie 1-8 : Calcul des assemblagesLes parties suivantes peuvent également savérer nécessaires selonles cas :NF EN 1993-1-3 Eurocode 3 : Calcul des structures en acier –Partie 1-3 : Règles supplémentaires pour les profilés et plaques formésà froidNF EN 1993-1-5 Eurocode 3 : Calcul des structures en acier –Partie 1-5 : Plaques planesNF EN 1993-1-11 Eurocode 3 : Calcul des structures en acier –Partie 1-11 : Calcul des structures à câbles ou éléments tendusDans le cas des structures de balcon / coursive en aluminium, ilconvient dappliquer lEurocode 9, dont les fondements (et bien sou-vent les vérifications) sont identiques à lEurocode 3.NF EN 1999-1-1 Eurocode 9 : Calcul des structures en aluminium –Partie 1-1 : règles générales4.3.1. • Ossature de la structure métalliquerapportée4.3.1.1. • AnalyseLes structures métalliques rapportées peuvent en règle générale êtreanalysées de manière séparée du bâtiment. Cela revient à admettreque le bâtiment est rigide devant lélément rapporté, mais ne dis-pense en aucune façon de tenir compte de la rigidité effective de las-semblage si celui-ci doit transmettre un moment de flexion (cf. 4.3.4).978-2-35443-116-7.indd 34 11/06/2013 15:52:26
  35. 35. 35PROGRAMMED’ACCOMPAGNEMENTDESPROFESSIONNELS«Règlesdel’ArtGrenelleEnvironnement2012»NEuFBALCONS ET COURSIVES MÉTALLIQUES RAPPORTÉS – CONCEPTION ET MISE EN ŒUVRE(a) Balcon en porte à faux (b) Balcon autoportant(c) Balcon en appui (d) Balcon suspendus Figure 20 – Exemple de schémas statiques pour des cas courantsLe concepteur de lélément métallique devra fournir une descentede charge au bureau détude gros œuvre, pour prise en compte danssa propre analyse. En amont, il conviendra de définir les conditionsde liaison en bonne entente entre les responsables des lots « grosœuvre » et « élément rapporté ».Le calcul des sollicitations dans les balcons ou les coursives est effec-tué par les méthodes usuelles de la résistance des matériaux. Il estadmis deffectuer une analyse élastique pour la distribution des sol-licitations internes, et dutiliser dans la même démarche une vérifica-tion en résistance, soit élastique dans tous les cas, soit plastique sila classe de la section le permet. Lutilisation dune démarche dana-lyse globale plastique nest pas recommandée pour les structuresrapportées.Dans le cas des balcons ou coursives en appui ou autoportants, ilconviendra évidement de tenir compte du report des charges dunétage à lautre. De même, lanalyse devra être réalisée avec attentionpour les balcons suspendus dont les haubans utilisent la même fixa-tion que le balcon supérieur.Si la structure rapportée a une portée importante, les profils qui lacomposent peuvent présenter une rigidité relativement comparableà celle des éléments du bâtiment support sur lequel elle est fixée978-2-35443-116-7.indd 35 11/06/2013 15:52:28
  36. 36. 36PROGRAMMED’ACCOMPAGNEMENTDESPROFESSIONNELS«Règlesdel’ArtGrenelleEnvironnement2012»NeufBALCONS ET COURSIVES MÉTALLIQUES RAPPORTÉS – CONCEPTION ET MISE EN ŒUVRE(dautant plus lorsque le bâtiment support est à ossature métallique).Une analyse complète intégrant lélément rapporté et la structure dubâtiment support peut alors être envisagée par les concepteurs.Il est également nécessaire de réaliser une analyse complète dans lecas où des éléments rapportés en appui ou autoportants sont fixéssur un bâtiment support sensible aux effets du second ordre (voirci-après).4.3.1.2. • Second ordre et imperfectionsDans la pratique courante, lanalyse des structures est effectuée « aupremier ordre », cest-à-dire que lon suppose que les déformationsde la structure restent « infiniment » petites. Il sagit dune hypothèsepermettant généralement une bonne estimation de létat final sous lechargement appliqué.Lapproche dite « analyse au second ordre », plus précise mais aussiplus complexe à mettre en œuvre, consiste à prendre en compte lin-fluence du changement de géométrie de la structure consécutif à sadéformation. Certaines structures sont plus sensibles que dautresaux effets du second ordre et aux imperfections globales initiales(faux aplomb).LEurocode impose la prise en compte de ces effets lorsquilsdeviennent significatifs, ce qui constitue un changement dans la pra-tique courante et peut concerner les balcons et coursives en appui ouautoportants sur des poteaux. Cependant, lensemble des dispositionssuivantes permet de sassurer que ces effets peuvent être négligés etquune analyse au premier ordre sans imperfection est suffisante :• le bâtiment support peut être considéré comme rigide comparéà lélément rapporté ;• lélément rapporté possède un contreventement vertical, ou uncontreventement horizontal sous le platelage, ou ce dernier per-met un effet diaphragme suffisant (cf. 4.1.4) ;• le calcul est mené en prenant en compte une charge horizontaleforfaitaire valant 10% de la charge verticale dexploitation (cf.4.2.2).A défaut, les critères de la norme NF EN 1993-1-1 sappliquent pourjuger de la nécessité de prendre en compte ou non les effets dusecond ordre et/ou les imperfections globales sur lélément rapporté.Une analyse intégrant lélément rapporté et le bâtiment supportest nécessaire lorsque ce dernier est lui-même sensible aux effetsdu second ordre (cette sensibilité étant déterminée en intégrant lescharges gravitaires venant de lélément rapporté). Lanalyse devratenir compte des règles données dans les Eurocodes concernant laprise en compte des imperfections globales et du second ordre.Pour les éléments suspendus, le contreventement horizontal sousle platelage, ou la vérification de leffet diaphragme de ce dernier978-2-35443-116-7.indd 36 11/06/2013 15:52:28
  37. 37. 37PROGRAMMED’ACCOMPAGNEMENTDESPROFESSIONNELS«Règlesdel’ArtGrenelleEnvironnement2012»NeufBALCONS ET COURSIVES MÉTALLIQUES RAPPORTÉS – CONCEPTION ET MISE EN ŒUVRE(cf. 4.1.4), permet de se prémunir, sans autre vérification nécessaire,dun phénomène dinstabilité globale (en parallélogramme).4.3.1.3. • Résistance des élémentsLa vérification de la résistance des différents éléments doit être baséesur les règles données dans la NF EN 1993-1-1. Pour la vérificationdes poteaux vis-à-vis de linstabilité, la longueur de flambement, et/ou de déversement à considérer est la longueur dépure, soit la hau-teur entre étages. Cette règle est valable lorsque les effets du secondordre et des imperfections globales sont négligeables ou, à défaut,lorsquils sont pris en compte dans lanalyse pour la déterminationdes sollicitations.4.3.1.4. • Déformation des élémentsLannexe nationale à la NF EN 1993-1-1 donne les valeurs maximalesrecommandées pour les flèches suivantes, applicables au domaine duprésent document :Critère mesuré LimitesFlèche verticale du plancher et de son ossature (poutres maitresses, longerons, …)sous combinaison ELSL / 200Flèche verticale du plancher et de son ossature (poutres maitresses, longerons, …)sous cas de charge variable élémentaireL / 300Déplacement en tête de poteaux (structures en appuis ou autoportantes), mesuré surla hauteur Hientre étagesHi/ 200Déplacement en tête de poteaux (structures en appuis ou autoportantes) sur lahauteur H totale des poteaux :H ≤ 30 m H / 200H ≥ 30 m H / 300Note : L représente la portée de lélément rapporté, ou le double si celui-ci est en porte à fauxLattention du concepteur est également attirée sur la problématiquede la vibration des coursives sous leffet de la marche des usagers.Des vibrations peuvent devenir incommodantes pour les usagers dela coursive et dégrader les organes de fixation, généralement prévuspour des chargements quasi statiques.Les vibrations dune coursive rapportée peuvent également poser desproblèmes dinconfort acoustique pour les occupants du bâtimentsupport (en fonction de la conception de la coursive, du bâtiment sup-port et de lassemblage entre les deux).Pour lheure, ce sujet ne fait lobjet daucune norme ou règlementapplicable, ni de recherches particulières. Dans lattente, il est recom-mandé que la fréquence propre verticale ne soit pas inférieure à 2,6 Hz(ou une limite plus sévère à fixer par les documents du marché) pourdes coursives constituant laccès unique ou principal à un local, enconsidérant la totalité des charges permanentes et 20% de la chargedexploitation.978-2-35443-116-7.indd 37 11/06/2013 15:52:28
  38. 38. 38PROGRAMMED’ACCOMPAGNEMENTDESPROFESSIONNELS«Règlesdel’ArtGrenelleEnvironnement2012»NeufBALCONS ET COURSIVES MÉTALLIQUES RAPPORTÉS – CONCEPTION ET MISE EN ŒUVRELa fréquence propre f peut être estimée à partir de la flèche δ(sous le cas de charges décrit) par des formules de la littérature, parexemple :f Hzmm[ ]=[ ]15 8,δ4.3.2. • Support et fixationLa vérification du support sous les sollicitations transmises par lebalcon / la coursive rapporté(e) est de la responsabilité du bureaudétude gros œuvre. Les vérifications du support sentendent sur leplan global (prise en compte de leffet de lélément rapporté sur lessollicitations dans lossature du bâtiment) et sur le plan local (diffu-sion des efforts ponctuels).4.3.2.1. • Support bétonPour la fixation dans le nez dune dalle béton, il convient de respecterle dimensionnement du fabricant de lorgane de fixation ou du rup-teur thermique et les règles de la NF EN 1992-1. Les règles particu-lières du ferraillage minimal sont applicables.Sous leffet dune compression, lépaisseur de la platine dextrémité,le cas échéant, conditionne la contrainte appliquée au béton. Les véri-fications sont semblables à celles concernant les pieds de poteaux[Annexe B].Lorsque les organes de fixation ou les rupteurs thermiques com-portent des armatures en attente destinées à sancrer dans une dallebéton, il convient de sassurer de la capacité de la dalle à recevoir cetancrage. Elle doit présenter une épaisseur et un ferraillage suffisant(voir la documentation de lorgane de fixation), celui-ci devant recou-vrir les armatures en attente de la fixation. En particulier, cela peutrendre certains systèmes de plancher inaptes à recevoir une liaisondéléments rapportés (poutrelle – entrevous, dalles alvéolées, plan-cher sur bac collaborant).Espace à déterminerpar le bureau détudegros oeuvrePrédalleLit darmaturesen conflits Figure 21 – Réservation autour des armatures en attente978-2-35443-116-7.indd 38 11/06/2013 15:52:30
  39. 39. 39PROGRAMMED’ACCOMPAGNEMENTDESPROFESSIONNELS«Règlesdel’ArtGrenelleEnvironnement2012»NEuFBALCONS ET COURSIVES MÉTALLIQUES RAPPORTÉS – CONCEPTION ET MISE EN ŒUVREDans certains cas, il est envisageable de créer une réservation autourdes armatures en attente de lorgane de fixation, et de combler cetteréservation avec du béton structurel permettant ainsi un transfert adé-quat des efforts de liaison dans la dalle de béton. Cette adaptation doitimpérativement faire lobjet dune vérification spécifique de la part dubureau détude gros œuvre.Cette disposition doit également être adoptée pour les dalles réaliséessur prédalles lorsquil y a conflit entre cette dernière et le lit inférieurdes armatures en attente de la fixation. Il sagit généralement du casoù une inversion de moment de flexion est envisagée dans lorganede fixation.Les fixations utilisées pour un support béton peuvent être pré-scellées(mises en place dans le coffrage avant coulage du béton) ou post-scel-lées (mises en œuvre dans un béton durci). Parmi les systèmes pré-scellés utilisés couramment, on peut distinguer les platines, les railset les ancrages manchonnés. Les rupteurs thermiques sont égalementdes fixations pré-scellées dans le béton.s Figure 22 – Platine, rails et ancrages manchonnésLes fixations post-scellées sont de plusieurs types comme les che-villes à expansion, les chevilles à verrouillage de forme, les chevillesà scellement, les vis à béton, etc. Les chevilles nécessitent un perçagepréalable du béton.s Figure 23 – Chevilles à expansion, à verrouillage de forme, à scellement978-2-35443-116-7.indd 39 11/06/2013 15:52:31
  40. 40. 40PROGRAMMED’ACCOMPAGNEMENTDESPROFESSIONNELS«Règlesdel’ArtGrenelleEnvironnement2012»NeufBALCONS ET COURSIVES MÉTALLIQUES RAPPORTÉS – CONCEPTION ET MISE EN ŒUVREPour la conception de chaque type de fixation, il convient de se repor-ter à la documentation du fabricant, aux documents dévaluation/certification (Avis Techniques, Agréments techniques Européens,Appréciations Techniques dExpérimentation, …) ou aux normes,lorsquelles existent.Au moment de la rédaction du présent guide, les chevillessous ATE ne sont pas qualifiées en situation sismique. Ilconvient de se reporter aux documents dévaluation des dif-férents systèmes de fixation pour en apprécier le domainedemploi.4.3.2.2. • Support métalliqueLes vérifications à mener sur le support métallique doivent respecterles recommandations du fabricant de lorgane de fixation (ou du rup-teur thermique) et les règles de la NF EN 1993-1-8. Lorsque le supportest composé dune platine, la vérification est identique, pour le moinsdans ces principes, à celle présentée dans l[Annexe B].Pour un assemblage sur une semelle de poteau, la vérification estsimilaire (voir la NF EN 1993-1-8). Dans le cas dun assemblage encas-tré, il est recommandé de mettre en place des raidisseurs transver-saux en vis-à-vis des semelles des poutres consoles du balcon.Raidisseurss Figure 24 – RaidisseursSur support métallique, la fixation de la structure rapportée est réali-sée par boulons à serrage contrôlé (HR, HV), boulons ordinaires (SB)ou par interposition dun rupteur thermique de type acier – acier.4.3.3. • Résistance de lassemblagesur le supportLe balcon ou la coursive est généralement fixé(e) à la structure dubâtiment par lintermédiaire dune platine dabout. Dautres modes defixation peuvent être envisagés (exemple : par cornières), notammentdans le cas de balcon ou coursive autoportant sur quatre poteaux où!978-2-35443-116-7.indd 40 11/06/2013 15:52:32
  41. 41. 41PROGRAMMED’ACCOMPAGNEMENTDESPROFESSIONNELS«Règlesdel’ArtGrenelleEnvironnement2012»NeufBALCONS ET COURSIVES MÉTALLIQUES RAPPORTÉS – CONCEPTION ET MISE EN ŒUVREles efforts sont réduits. Ces cas ne sont pas traités ici, mais ne posentpas de difficultés majeures.s Figure 25 – Efforts envisageables sur une platine daboutOn suppose que le moment MzEdest nul, la conception du balcon doitdonc satisfaire les règles données en [Annexe B]. On ne considère pasnon plus le cas, à éviter, où la platine doit transmettre un momentde torsion. La vérification de la platine doit satisfaire aux règles don-nées dans la norme NF EN 1993-1-8, les principales étant reportées en[Annexe B].La géométrie de la platine doit respecter les valeurs suivantes, dans lecas de trous ronds normaux :Distance Minimum MaximumPince longitudinale e11,2 d04 t +40 mmPince transversale e21,2 d04 t +40 mmEntraxe longitudinale p12,2 d014 t < 200 mmEntraxe transversale p22,4 d014 t < 200 mmd0 : diamètre de perçaget : épaisseur de la platine ou de la semelle du poteaus Figure 26 – Dimensions de référence dune platineEn présence de trous oblongs, les pinces (longitudinales commetransversales) doivent respecter un minimum de 1,5xd0selon lanorme NF EN 1993-1-8.Dans le cas de linterposition dun rupteur thermique, il convientdanalyser le fonctionnement du système mécanique de lorganede liaison pour vérifier la platine. Il sagit notamment danalyser letransfert des efforts de compression (par les tiges dancrage, par un978-2-35443-116-7.indd 41 11/06/2013 15:52:33
  42. 42. 42PROGRAMMED’ACCOMPAGNEMENTDESPROFESSIONNELS«Règlesdel’ArtGrenelleEnvironnement2012»NeufBALCONS ET COURSIVES MÉTALLIQUES RAPPORTÉS – CONCEPTION ET MISE EN ŒUVREélément spécifique, …) afin dévaluer leffet dun éventuel décalageentre le centre de gravité de la poutre et le centre de compression durupteur.4.3.4. • Rigidité de lassemblage sur le supportDans le cas où lassemblage du balcon/de la coursive sur lossatureporteuse du bâtiment est prévu pour transmettre un moment deflexion (il est généralement dit « encastré »), il convient de détermi-ner la rigidité effective de lassemblage complet, notée Sj. Dans le casdun balcon/dune coursive en porte à faux, les efforts ne dépendentpas de la rigidité, mais la flèche peut être nettement majorée en casde rigidité relativement faible.Cette rigidité effective de lassemblage ne concerne que lanalyselocale. Du point de vue de lanalyse globale, le concepteur du bâti-ment support (bureau détude gros œuvre) doit prendre toutes les dis-positions destinées à assurer une résistance et une rigidité adéquateslorsque la reprise dun moment dans la fixation est prévue.Au sens de la NF EN 1993-1-8, les assemblages transmettant unmoment sont de deux types :• rigide : un encastrement parfait est alors satisfaisant pourdécrire son comportement ;• semi-rigide : la rigidité réelle est à prendre en compte danslanalyse. Celle-ci permet de calculer les sollicitations (pour unsystème hyperstatique) ainsi que la flèche.Lassemblage dun élément rapporté sur un bâtiment support estconsidéré rigide lorsque sa rigidité initiale Sj.inirespecte la conditionsuivante :SEILj iniy. ≥ 30où Iyreprésente linertie de flexion de la poutre maîtresse du balconou de la coursive et L sa portée (et E le module dYoung).La rigidité de lassemblage est influencée par le support (rigiditélocale), lorgane de fixation et la platine de fixation. Suivant la concep-tion locale, la rigidité de lassemblage Sj.iniest entièrement déterminéeanalytiquement ou par sommation de termes venant de la documen-tation fournisseur (organe de fixation) et du calcul (platine) :1 1j ini composantS S.= ∑Les rupteurs thermiques constituent un type dorgane de fixation avecune rigidité relativement faible, en général. Les fabricants fournissentdes valeurs de rigidités tenant compte, en principe, du rupteur seul.978-2-35443-116-7.indd 42 11/06/2013 15:52:38
  43. 43. 43PROGRAMMED’ACCOMPAGNEMENTDESPROFESSIONNELS«Règlesdel’ArtGrenelleEnvironnement2012»NEuFBALCONS ET COURSIVES MÉTALLIQUES RAPPORTÉS – CONCEPTION ET MISE EN ŒUVRE4.4. • Evaluation et qualificationdes rupteurs thermiquesLes éléments constituant le rupteur thermique sont des composantsspécifiques en matériaux isolants, propres à chaque fabricant, quiassociés à un système mécanique de liaison structurale, permettentde fixer lélément rapporté extérieur à lossature du bâtiment tout enréduisant le pont thermique au niveau de cette fixation.Les rupteurs thermiques nétant pas, à lheure actuelle, des élé-ments relevant de la traditionnalité en construction, leur utilisationrelève normalement des procédures de type Avis Techniques (AT),Agréments Techniques Européens (ATE) ou Appréciations Techniquesdexpérimentation (ATEx). En labsence dune telle évaluation, un avisde chantier est nécessaire.Les auteurs rappellent quau moment de la rédaction duprésent guide, aucun rupteur thermique correspondantau domaine dapplication évoqué ne bénéficie dun AT oudun ATE. Pour les rupteurs sur support béton, le concep-teur pourra trouver certaines informations dans les AvisTechniques concernant les rupteurs béton / béton et dansle guide « Rupteurs thermiques sous Avis Techniques » dela même collection. Pour les rupteurs sur support acier,aucune évaluation nest disponible actuellement.Les solutions de chantier relèvent davis de chantier, étant proposéesau cas par cas. De même que pour le produit manufacturé, les solu-tions de chantier doivent être évaluées par le concepteur en termes deperformances, notamment thermique et mécanique.StructuremétalliqueStructuredu balconRupteurPlancherStructuredu balconRupteurLiaison acier/acierLiaison béton/aciers Figure 27 – Positionnement du rupteur – Schéma de principe!978-2-35443-116-7.indd 43 11/06/2013 15:52:38
  44. 44. 44PROGRAMMED’ACCOMPAGNEMENTDESPROFESSIONNELS«Règlesdel’ArtGrenelleEnvironnement2012»NeufBALCONS ET COURSIVES MÉTALLIQUES RAPPORTÉS – CONCEPTION ET MISE EN ŒUVRE4.4.1. • Caractéristiques thermiquesDun point de vue thermique, un rupteur peut être caractérisé parsa conductivité thermique équivalente (λeq). Celle-ci correspond à laconductivité thermique moyenne du système rupteur tenant comptede lensemble de ses composants (isolant, boulons de fixation, etc.).La résistance thermique équivalente du rupteur (Req) est parfois utili-sée à la place de la conductivité. Elle correspond au rapport de lépais-seur du rupteur thermique (d) à la conductivité thermique équivalente(λeq).eqeqRd=λPlus la Reqest élevée, moins les déperditions thermiques sontimportantes.4.4.2. • Caractéristiques mécaniques(structurales)Les caractéristiques structurales requises pour le rupteur thermiquedépendent de la conception de la structure métallique rapportée(balcon ou coursive) et de la nature de la liaison :• Liaison acier/béton ;• Liaison acier/acier.4.4.2.1. • PerformancesLes performances structurales minimales devant être définies par lefabricant sont les suivantes :• Résistance VzRdà un effort tranchant vertical, éventuellement dif-férenciée suivant le signe de leffort (Vz+Rdet Vz-Rd) ;• Résistance VyRdà un effort tranchant horizontal ;• Résistance NtRdà un effort de traction ;• Résistance NcRdà un effort de compression ;• Résistance MyRdà un moment de flexion autour de y-y, éventuel-lement différenciée suivant le signe du moment (My+Rdet My-Rd) ;• Rigidité Srupteuren flexion autour de y-y, éventuellement différen-ciée suivant le signe du moment (S+rupteuret S-rupteur).La rigidité des rupteurs « acier – acier » peut être déterminée pour lerupteur uniquement, les termes de platine et de support variant duneconception à lautre. Pour les rupteurs « béton – acier », la rigiditélocale du support béton doit être incluse.Certaines performances peuvent être nulles, cest notamment lecas de MyRdet Srupteurpour un rupteur de type « articulé » (balcon surappuis ou autoportant).978-2-35443-116-7.indd 44 11/06/2013 15:52:39
  45. 45. 45PROGRAMMED’ACCOMPAGNEMENTDESPROFESSIONNELS«Règlesdel’ArtGrenelleEnvironnement2012»NEuFBALCONS ET COURSIVES MÉTALLIQUES RAPPORTÉS – CONCEPTION ET MISE EN ŒUVREs Figure 28 – Conventions daxes pour le dimensionnement structuralLa détermination des performances structurales du rupteur ther-mique est de la responsabilité du fabricant. Les éléments de preuvesconcernant ces performances nont pas nécessairement à être renduspublics par le fabricant, mais ils sont inclus dans le dossier techniquepour toute évaluation (AT, ATE, ATEx, …).Les performances structurales peuvent être déterminées par calculanalytique, en référence aux normes Eurocodes, lorsque la techno-logie mécanique du rupteur est cohérente avec le domaine demploide ces textes. Il est également possible de réaliser des simulationsnumériques (éléments finis), en cohérence avec les principes de cesnormes.Des essais peuvent être exigés par lorganisme effectuant lévalua-tion du système. Ils savèrent généralement nécessaires, en particu-lier pour valider les résistances au cisaillement. Les résultats de cesderniers sont comparés aux performances déterminées par le calcul(analytique ou numérique), de manière à démontrer la bonne corréla-tion entre théorie et expérimentation.En alternative, il est possible de déterminer la totalité des perfor-mances par des essais, ceux-ci devant être menés dans le respect desprincipes de la norme NF EN 1990 (en particulier son annexe D).4.4.2.2. • Structure rapportée en porte à fauxLe rupteur thermique doit pouvoir assurer la reprise de lensembledes charges appliquées au balcon, ainsi que le poids du balcon lui-même. Il est sollicité à la fois en flexion et cisaillement vertical dansson fonctionnement normal ; auquel on ajoute des efforts de traction,compression ou effort tranchant horizontal (composante horizontalede la charge dexploitation, action thermique ou séisme).La résistance vis-à-vis du moment de flexion est généralement lepoint déterminant dans ce cas. Il convient également de déterminer larigidité de lassemblage en tenant compte de la présence du rupteurpour vérifier le critère de flèche. La hauteur (ou lécartement vertical978-2-35443-116-7.indd 45 11/06/2013 15:52:40
  46. 46. 46PROGRAMMED’ACCOMPAGNEMENTDESPROFESSIONNELS«Règlesdel’ArtGrenelleEnvironnement2012»NEuFBALCONS ET COURSIVES MÉTALLIQUES RAPPORTÉS – CONCEPTION ET MISE EN ŒUVREentre les tiges) de ce type de rupteur influence directement sa résis-tance et sa rigidité en flexion.Il convient de prêter attention au sens de pose ; ces rupteurs compor-tant généralement les éléments destinés à reprendre la compressionuniquement en partie inférieure et ceux destinés à reprendre la trac-tion uniquement en partie supérieure.Fixation dans une dalle bétonLes rupteurs thermiques utilisés dans cette configuration comportentun côté « béton » avec des armatures en attente destinées à être incor-porées dans la dalle et un côté « acier » avec au moins quatre tige file-tées permettant la pose de lélément rapporté.Structuredu balconArmaturesde la dalleSystème dancrageSystème vis écrouArmaturesdu rupteurs Figure 29 – Rupteur thermique béton/acier en porte à faux [4]Fixation sur une charpente métalliqueLes rupteurs comportent au moins quatre tiges filetées traversantes(en général) de part et dautre.Système vis écrouStructuredu balconStructuremétalliques Figure 30 – Rupteur thermique acier/acier en porte à faux978-2-35443-116-7.indd 46 11/06/2013 15:52:40
  47. 47. 47PROGRAMMED’ACCOMPAGNEMENTDESPROFESSIONNELS«Règlesdel’ArtGrenelleEnvironnement2012»NEuFBALCONS ET COURSIVES MÉTALLIQUES RAPPORTÉS – CONCEPTION ET MISE EN ŒUVRE4.4.2.3. • Structure rapportée sur appuiLe rupteur thermique doit pouvoir assurer la reprise des efforts ver-ticaux appliqués sur le balcon, généralement à part égale avec lepoteau. Il est donc sollicité essentiellement en effort tranchant verti-cal. Ce type de rupteur est dit « articulé ».Fixation dans une dalle bétonLe côté « béton » des rupteurs thermiques utilisés dans cette confi-guration comporte généralement un ferraillage moindre que pourles éléments en porte à faux. Le côté « acier » dispose lui dau moinsdeux tiges filetées.Système dancrageSystème vis écrouStructuredu balconArmaturesde la dalleArmaturesdu rupteurs Figure 31 – Rupteur thermique béton/acier en appuis [4]Fixation sur une charpente métalliqueLes rupteurs comportent au moins deux tiges filetées traversantes (engénéral) de part et dautre.Système vis écrouStructuremétalliqueStructuredu balcons Figure 32 – Rupteur thermique acier/acier en appuis [4]978-2-35443-116-7.indd 47 11/06/2013 15:52:41
  48. 48. 48PROGRAMMED’ACCOMPAGNEMENTDESPROFESSIONNELS«Règlesdel’ArtGrenelleEnvironnement2012»NeufBALCONS ET COURSIVES MÉTALLIQUES RAPPORTÉS – CONCEPTION ET MISE EN ŒUVRE4.4.2.4. • Structure rapportée suspendueDans le cas dune structure métallique suspendue avec des sus-pentes fixées à la façade, les efforts dans le rupteur thermique sontconsidérablement réduits par rapport à une structure en porte à faux.Lutilisation dun rupteur « articulé » est plus simple et généralementplus économique, mais elle est seulement possible sil est démontréquil ny a pas de risque de soulèvement par le vent.4.4.2.5. • Structure rapportée autoportanteDans ce cas, le rupteur de type « articulé » reprend uniquement desefforts de traction, compression et éventuellement un effort tranchanthorizontal.4.4.3. • Sollicitations sismiquesComme précisé au paragraphe [4.2.6.5], les éléments de fixationsdoivent être compatibles avec la nature cyclique des sollicitationssismiques. Il revient donc au concepteur/fournisseur du rupteurthermique de démontrer cette compatibilité, en recourant soit à descalculs analytiques lorsque la conception sy prête, soit à des simu-lations numériques (éléments finis) ou à des essais adéquats. Le caséchéant, le mode dancrage dans le béton doit également être justifiéde ce point de vue.4.4.4. • Sécurité incendiePour les rupteurs thermiques, la satisfaction des exigences réglemen-taires en matière de résistance au feu, notamment le critère diso-lation thermique, peut conduire à la mise en œuvre de dispositionsconstructives particulières, tel que lajout de plaques isolantes.La justification de la performance au feu dun rupteur thermique doitêtre apportée par le fabricant. Le cas échéant, elle doit indiquer :• Le classement en réaction au feu du rupteur ;• Le classement en résistance au feu, R, RE ou REI, selon le cas,du (des) système(s) constructif(s) incluant le rupteur et sonenvironnement.Cette justification peut prendre la forme dun Avis technique et/oudune appréciation délivrée par un laboratoire agréé par le Ministèrede lIntérieur en résistance au feu ou en réaction au feu.4.4.5. • AcoustiqueLes rupteurs thermiques sont des éléments singuliers structurelsdune ossature de bâtiment. Pour les balcons, et plus particulièrementpour les coursives, leur mise en œuvre ne doit pas altérer lisolationacoustique du bâtiment, notamment vis-à-vis des bruits dimpact.978-2-35443-116-7.indd 48 11/06/2013 15:52:42

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