Rapport technique

Colonne Structurale/ Architecturale

Métal Urbain    

Métal Urbain    Colonne structurale/Architecturale 

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novembre 12    2 

1 INTRODUCTION 

Le présent rapport a pour but d’analyser la capacité structurale d’une colonne architecturale. Cette 

colonne à section pivotante a pour principale utilité de remplacer une colonne de bâtiment existante dans 

la mesure  où  la  charge  appliquée  sur  la  colonne  est  inférieure  à  ce  qui  est  prescrit  dans  le  présent 

document. Afin d’assurer la sécurité liée à l’utilisation de cette colonne architecturale, il est impératif de 

faire appel à un professionnel compétent en structure afin d’étudier les charges qui seront transmises à la 

colonne et d’en approuver  la conformité ainsi que  la méthode d’installation. Principalement,  la colonne 

est composée de sections pivotantes cubiques (14 ”x 14 ”x 14 ”) fabriquées à partir de plaques d’acier de 

1 pouce d’épaisseur.  Les  sections  cubiques  sont  empilées  l’une  sur  l’autre  séparées par un  coussin de 

polyéthylène de haute densité afin de permettre  la distribution des charges,  la rotation des cubes et  la 

stabilité  latérale  de  la  colonne.  Finalement,  le  transfert  des  charges  est  assuré  par  quatre  pattes 

ajustables à chaque extrémité de la colonne. 

2 CRITÈRE  DE CONCEPTION  

Afin d’obtenir des résultats les plus sécuritaires et compétitifs par rapport aux colonnes structurales conventionnelles, voici les critères de conceptions qui ont été utilisés pour l’analyse de la capacité structurale : 

Code de calcul  

Code National du Bâtiment 2010 

Facteur de sécurité  

Compression seulement : 2 

Compression et charge latérale : 1.5 

Charges 

La charge en compression appliqué sur la colonne à l’étude est de 32000 lb (142 KN) 

16% de la charge en compression pour les charges latérales de séisme (selon l’emplacement du bâtiment) 

Matériaux 

Plaque d’acier CISC ‐ G40.21 44W 

Coussin PEHD (UHMW) 

Autres critères 

La colonne à l’étude sera installée dans un bâtiment d’ossature en bois d’un étage situé à Montréal 

 

   

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3 CODE  DE  DESIGN,  LOGICIELS  ET RÉFERENCES  

Code de design et livres d’ingénieries utilisés pour les analyses structurales : 

American Institute of Steel Construction, AISC – 2010 

CISC Handbook of Steel Construction 9th Edition 

Shigley's Mechanical Engineering Design, 8th edition, Budynas‐Nisbett, McGraw‐Hill 

Catalogue : 

McMaster‐Carr 

Logiciel: 

Solidworks 2011 – Cosmos extension 

Site internet : 

http://www.mcmaster.com/ 

   

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4 ANALYSE  STRUCTURALE  

4.1 CAS  1  (COMPRESSION  SEULEMENT)  

   

Force de compression de 32 000 lb (142KN) 

Poids propre de la colonne structurale 

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4.1.1 SOLLICITATIONS  (VON  MISES) 

                                      

*‟it is not intended that highly localized peak stresses determined by computer‐aided methods of analysis, 

and which may be blunted by confied yielding, must be less than the specified allowable stress.”1 

                                                                 

1 American Society of Mechanical Engineers, ASME BTH‐1‐2008 

Sollicitation générale < 16 000 PSI   

(En  générale,  l’intégralité  de  la  structure  est  sous  la  limite 

imposée  de  16  200  PSI.  Due  aux  concentrations  de 

contrainte*,  il  est  possible  d’affirmer  que  la  structure  est 

suffisamment résistante). 

OK

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Cube d’acier 

Sollicitation générale < 16 200 PSI   

(En générale,  l’intégralité de  la  structure est  sous  la  limite  imposée de 16 

200  PSI. Due  aux  concentrations  de  contrainte*,  il  est  possible  d’affirmer 

que la structure est suffisamment résistante). 

OK 

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Coussin UHMW (PEHD) 

Sollicitation générale maximum < 3 200 PSI   

OK 

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4.1.2 DÉFLECTIONS/DÉPLACMENT  

 

Le déplacement maximal sous l’effet de la charge appliquée est de 0.266 ” situé aux appuis supérieurs de la colonne.   

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4.1.3 GRAPHIQUE DE  CONVERGEANCE 

 

   

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4.2 CAS  2  (COMPRESSION  ET  CHARGE  LATÉRALE) 

 

   

Force de compression de 32 000 lb (142KN) 

Poids propre de la colonne structurale 

Force latérale équivalente à 16% de la force 

de compression soit : 5120lb 

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4.2.1 SOLLICITATIONS  (VON  MISES) 

 

Sollicitation générale < 26 400 PSI   

OK 

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Cube d’acier 

Sollicitation générale maximum < 26 400 PSI  

OK 

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Coussin UHMW (PEHD) 

Sollicitation générale maximum < 3 200 PSI   

OK 

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4.2.2 DÉFLECTIONS/DÉPLACEMENT  

 

Le déplacement maximal sous l’effet des charges appliquées est 0.4272 ” situé au centre de la colonne.

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4.2.3 GRAPHIQUE DE  CONVERGEANCE 

 

 

   

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5 CONCLUSION  ET  RECOMMENDATIONS 

Après analyse par élément fini de la colonne, il est possible d’affirmer que la colonne peu supporter une charge en compression de 32000lb (142KN) combinée à une charge latérale équivalente à 16% de la charge en  compression et par  le  fait même, que  ce  type de  fabrication peu être  considéré  comme un élément structurale.  Il est  important d’affirmer que dans  l’éventualité où  les dimensions de  la colonne, (hauteur,  largeur,  longueur et épaisseur des plaques) ainsi que  les matériaux  spécifiés dans ce  rapport doivent  être  changés,  l’analyse  structurale  n’est  plus  valide  et  devra  être  refait  selon  les  nouvelles spécifications. Cela  s’applique  également  à  toutes modifications  concernant  la  charge  appliquée  sur  la colonne,  l’emplacement  de  la  colonne  dans  le  bâtiment,  la  ville  et  le  sol  sur  lequel  le  bâtiment  est construit. De plus, il est impératif de faire appel à un professionnel en structure (ingénieur) membre d’un ordre professionnel  afin d’étudier  les  charges qui  seront  transmises  à  la  colonne et d’en  approuver  la conformité ainsi que la méthode d’installation selon le cas.                     _______________________                  

Jean‐Philippe Major, Ing.                     

     _______________________               

Jeffrey Tremblay, Ing. Jr.