Sélection des murs de cisaillement pour le bois

Apr 18, 2023

Du contreventement au FTAO, il existe de nombreuses façons de sécuriser les murs d'un bâtiment. Apprenez à évaluer quelle méthode est la meilleure pour un projet.

Un bâtiment non résidentiel entièrement gainé affiche la force et la résilience des murs de cisaillement.

Les murs de cisaillement sont des murs spécialement conçus pour résister aux charges latérales, transférant la charge du mur au-dessus au mur en dessous et, finalement, à travers la fondation. Il s'agit d'un rôle essentiel dans l'ossature d'un bâtiment, car les murs qui ne gèrent pas correctement les charges latérales peuvent subir des déformations, des cisaillements à la base et des renversements.

Un mur à ossature en lui-même, sans contreventement tel que celui fourni par les panneaux structuraux en bois, a très peu de rigidité. Lorsqu'une charge est appliquée, les joints de clous entre les montants et les plaques supérieure et inférieure agissent comme des charnières, se pliant facilement. Le mur peut être poussé à une extrémité avec un minimum d'effort, mais lorsqu'un produit de type panneau est fixé, la capacité du panneau à résister aux forces est conférée au mur.

La capacité d'un panneau à résister aux charges dépend des propriétés physiques du panneau ; plus chaque panneau est épais/rigide, plus le mur gagne en résistance. Les fixations utilisées pour fixer les panneaux à la charpente affecteront également la résistance latérale du mur. Un espacement plus étroit des fixations et une taille de fixation plus grande augmenteront la résistance du mur. Le revêtement rend les connexions articulées rigides et transfère la charge latérale à travers le panneau jusqu'au bas du mur.

Un ingénieur calcule les charges latérales supportées par le mur pour déterminer l'épaisseur du panneau, la taille des clous, l'espacement des clous et d'autres détails.

En réunissant le tout, les composants du mur de cisaillement sont :

Les murs de cisaillement sont limités à un rapport d'aspect de 3,5:1. Un rapport d'aspect plus élevé signifie généralement une déflexion de paroi plus élevée lorsqu'il est poussé à pleine capacité. La déviation et la rigidité vont de pair, donc cela aura également une incidence sur la répartition des forces.

La première étape de la conception des murs de cisaillement pour les structures commerciales commence par la détermination des charges auxquelles il faut résister. Le chapitre 16 du Code international du bâtiment (IBC) régit la conception structurelle des bâtiments et renvoie le concepteur à l'ASCE 7 pour des conseils supplémentaires. Lorsqu'un ingénieur conçoit un mur de cisaillement en bois, la référence principale est les dispositions de conception spéciales pour le vent et les séismes (SDPWS), qui sont publiées conjointement avec la spécification de conception nationale par l'American Wood Council.

Avec les panneaux structuraux en bois, les valeurs de cisaillement dans le SDPWS sont fonction de la taille et de l'espacement des fixations, de l'épaisseur et de la qualité du panneau et de la gravité spécifique du matériau d'ossature. Le tableau 4.3A du SDPWS fournit les capacités de cisaillement unitaires nominales pour les murs de contreventement à ossature de bois utilisant des panneaux à base de bois.

Dans le livre, il existe trois méthodes pour concevoir des murs de cisaillement : segmenté, perforé ou transfert de force autour des ouvertures (FTAO).

SegmentéIl s'agit de l'approche de conception traditionnelle dans laquelle seuls les segments pleine hauteur contribuent ; les panneaux au-dessus et au-dessous des ouvertures sont ignorés. La hauteur totale du mur est utilisée pour déterminer le rapport hauteur/largeur pur, ou rapport hauteur/largeur. Par exemple, un mur de 8' avec un panneau de 4' a un rapport d'aspect de 2:1. Des dispositifs de retenue sont généralement nécessaires à chaque extrémité de chaque segment de mur de cisaillement pour résister aux forces de renversement.

PerforéCette méthode de conception empirique est basée sur le pourcentage de segments de mur pleine hauteur adjacents aux ouvertures. Le rapport hauteur/largeur dépend à nouveau de la hauteur totale du mur sur la largeur de la jetée. Mais contrairement aux murs de cisaillement segmentés, les murs perforés représentent la zone gainée au-dessus et au-dessous des ouvertures.

Des ancrages en acier à la base des piliers pleine hauteur doivent résister à la fois au soulèvement et au cisaillement, mais des dispositifs de retenue ne sont nécessaires qu'à chaque extrémité de la longueur totale du mur.

Le concepteur devra déterminer le facteur d'ajustement de la capacité de cisaillement en fonction de la géométrie du mur. En d'autres termes, le pourcentage de revêtement pleine hauteur et le pourcentage d'ouvertures dans les murs. Ce facteur réduit la capacité du mur de cisaillement à tenir compte de l'impact des ouvertures et augmente les efforts d'ancrage et de renversement.

FTAOComme les murs de cisaillement perforés, FTAO tient compte du revêtement au-dessus et au-dessous des ouvertures et ne place que des retenues aux extrémités du mur. Des sangles renforcent le coin des ouvertures et transfèrent la force de tension dans le mur de cisaillement. L'un des principaux avantages des murs de cisaillement FTAO est que le rapport hauteur / largeur dépend de la hauteur de l'ouverture adjacente à la jetée, ce qui permet des largeurs de jetées réduites pour répondre aux exigences de rapport d'aspect.

Chacun des trois types de murs de cisaillement a ses considérations d'un point de vue structurel, architectural et de construction.

Les murs de cisaillement structurellement segmentés sont une conception simple, mais ils ne capturent pas la résistance du revêtement autour des ouvertures ; avec des surfaces murales limitées, il nécessite du matériel supplémentaire. Il peut être difficile de respecter les rapports d'aspect de cette méthode de conception.

Les murs de cisaillement perforés sont relativement faciles à concevoir - vous pouvez utiliser la capacité du revêtement mural au-dessus et au-dessous des ouvertures, et cela réduit les retenues. Cependant, les concepteurs doivent utiliser toute la hauteur du mur pour le rapport d'aspect. Ils doivent concevoir pour le soulèvement à chaque segment pleine hauteur. De plus, certains ingénieurs n'aiment pas la base empirique de la table d'ajustement.

Les murs FTAO permettent la plus grande flexibilité de conception, en ce qui concerne le rapport d'aspect, et fournissent les murs de cisaillement les plus étroits. Cette méthode tient compte de la capacité du revêtement au-dessus et au-dessous des fenêtres. Moins de maintiens sont nécessaires ; FTAO peut exiger des cerclages aux coins d'ouverture. FTAO est la méthode de conception la plus compliquée, mais APA - The Engineered Wood Association a une calculatrice gratuite pour aider ce processus.

Architecturalement, les murs de cisaillement avec des rapports d'aspect plus étroits permettront plus d'ouvertures et peuvent également être plus grands. Le choix du mur de cisaillement a également un impact sur la capacité de l'enveloppe à résister à l'humidité et à l'intrusion d'air.

ConstructibilitéTous les murs de cisaillement utilisent des panneaux structuraux en bois et les segments sont entièrement gainés. Ils peuvent être installés horizontalement, ce qui nécessite un blocage supplémentaire aux joints des panneaux, ou peuvent être installés verticalement, ce qui minimise le blocage.

Des dispositifs de retenue sont nécessaires pour empêcher les murs de cisaillement de se renverser. Il existe une variété de différents types de dispositifs de retenue, mais la clé est qu'ils attachent le mur à la fondation ou au mur en dessous, en engageant à la fois les montants du mur et la plaque de seuil ou les montants et le panneau de rive.

Il existe plusieurs façons d'effectuer un transfert de charge avec des panneaux structuraux en bois. Nous pouvons utiliser des panneaux pour le cisaillement et le soulèvement combinés pour transférer ces forces en aboutant le revêtement mural sur le panneau de rive ou en enjambant le revêtement mural au-delà de la cavité du plancher. Nous pouvons également utiliser des sangles pour transférer les forces de soulèvement en conjonction avec des connexions appropriées pour transférer les charges latérales. (Pour des conseils de conception supplémentaires, consultez la note technique E510 et le rapport système SR101 de l'APA.)

FTAO a des détails supplémentaires requis sous forme de sangles lorsque requis par l'ingénieur autour des ouvertures et des blocages à l'intérieur du mur. Les cornières peuvent être installées à l'extérieur ou à l'intérieur du mur. Des cales en bois sont installées à l'intérieur d'un mur FTAO adjacent au haut et au bas de l'ouverture pour transférer les forces de compression. Si vous installez les sangles d'angle à l'intérieur du mur, le blocage devra être au même niveau que le revêtement et le cerclage.

Les panneaux structuraux en bois jouent un rôle essentiel dans le maintien des murs d'équerre et dans la prévention des rayonnages. Plus il y a de revêtement sur les murs, plus la capacité du bâtiment à résister au vent et aux tremblements de terre est grande.

Le revêtement fonctionne également comme une base pour un plan de drainage ininterrompu, comme un matériau pare-air approuvé par le code, une base de clous continue pour le revêtement, les attaches de brique et les matériaux de garniture et un mur plus rigide favorable aux finitions cassantes comme le stuc et le placage de brique.

Pour en savoir plus sur la conception de murs de cisaillement en bois, APA propose plusieurs ressources gratuites :

Pour plus de détails sur les murs de cisaillement en bois, y compris les directives/alternatives de résistance au vent et des ressources visuelles étendues, consultez le webinaire à la demande de l'APA "Sélection des murs de cisaillement pour les bâtiments à ossature de bois". AIA et ICC CEU disponibles.

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