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Responsable(s) Lotfi Guizani

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École de technologie supérieure
Département de génie de la construction
Responsable(s) de cours : Lotfi Guizani


PLAN DE COURS

Automne 2018
CTN785 : Analyse et conception des structures (3 crédits)



Préalables
Aucun préalable requis
Unités d'agrément
Données non disponibles




Qualités de l'ingénieur

Qn
Qualité visée dans ce cours  
Qn
  Qualité visée dans un autre cours  
  Indicateur enseigné
  Indicateur évalué
  Indicateur enseigné et évalué



Descriptif du cours
À la suite de ce cours, l’étudiant sera en mesure : d’analyser et dimensionner les structures de différents ouvrages et plus particulièrement des bâtiments multi-étages en béton armé selon les exigences du Code national du bâtiment (CNB) et de la norme de béton armé ACNOR A23.3; d’intégrer les données et contraintes relatives au projet, de pré-dimensionner et modéliser la structure; d’évaluer les charges y compris les charges sismiques; d’effectuer différents types d’analyses de la structure complète à l’aide de logiciels d’analyse spécialisés; de dimensionner et détailler les éléments primaires et critiques du système de résistance aux forces gravitaires (SRFG), aux forces latérales (SRFL) et aux forces sismiques (SRFS).

Notions de dynamique des structures et de calcul sismique, exigences parasismiques du CNB, ductilité et conception par capacité, dalles bidirectionnelles, bielles et tirants, colonnes, murs de refend, fondations superficielles et dalles sur sol.

Simulation d’un projet de conception d’une structure de bâtiment en béton armé passant par les étapes suivante: 1) interprétation de documents, codes et règlements; 2) calcul des charges de gravité et latérales (vent, séisme), pré-dimensionnement et confection de plans préliminaires pour des portions d’ouvrage spécifiées par le professeur; 3) modélisation de la structure, génération des charges, réalisation de différentes analyses (statiques et dynamiques) détaillées; 4) finalisation de la conception des éléments primaires et critiques des systèmes de résistance (SRFG, SRFL et SRFS), recommandations pour plans et devis.

Séances de travaux pratiques reliés à la simulation du projet et à des exemples d’application des différentes notions introduites, présentations et critiques des projets.



Objectifs du cours

Ce cours vise à permettre à l’étudiant d’approfondir ses connaissances en analyse et conception de structures et de connaître les rouages les plus importants de l’élaboration des projets de conception et de calcul des structures.

 

À la fin de ce cours, l’étudiant sera familiarisé avec :

  • L’étude des plans d’implantation et d’architecture, des rapports  d’études de sol et des rapports de spécialistes, des divers codes et des exigences spécifiques au projet.
  • Les éléments de base du calcul dynamique des structures.
  • La philosophie et les principaux éléments de calcul et conception parasismique des structures en béton selon le CNB et la norme ACNOR/ CSA- A23.3.
  • Le choix et la conception des systèmes de résistance aux charges verticales et aux charges latérales.
  • L’analyse et le dimensionnement préliminaire des principaux éléments de la charpente et de fondation.
  • Des méthodes de conception additionnelles (non couvertes dans le cours de base, CTN-508) des structures en béton armé : bielles et tirants, dalles 2D, murs de contreventement.
  • Analyse structurale, vérification informatisée et manuelle des éléments structuraux, préparation des notes de calcul et des recommandations pour l’élaboration  de plans et devis techniques.



Stratégies pédagogiques

L’apprentissage se fera à l’aide  de cours magistraux et de séances de travaux pratiques.La simulation d’un  projet de conception d’un bâtiment servira de base pour les fins de l’application des notions introduites.

  • 39 heures d’enseignement magistral (trois (3) heures par semaine) pour rappeler les notions acquises, acquérir de nouvelles notions et compléter certains points importants à la bonne compréhension du projet simulé.
  • 24 heures de travaux pratiques (6 séances de 4h à toutes les 2 semaines). Ces heures sont utilisées pour l’application des notions et concepts étudiés et pour le calcul et la conception, manuels et informatisés,  des éléments du projet simulé.   Le projet est réalisé par équipes, formées au début de session et dont la composition ne peut être modifiée par la suite. Pour assurer un bon déroulement du cours et de la réalisation du projet simulé, il est possible que durant les séances de  travaux pratiques, des notions théoriques soient présentées et couvertes et que durant les cours magistraux, des exemples de calcul soient présentés. Le professeur peut ainsi personnaliser sa formation selon les besoins.

 

L’étudiant est incité à utiliser les livres employés dans les autres cours et de nombreux ouvrages de référence. Il est également appelé à utiliser un logiciel de calcul structural pour l’analyse et le dimensionnement de la structure.  Les logiciels ADA (Advanced Design America,  StructurePoint  (spSlab et spColumn) sont utilisés pour l'analyse et la conception de la structure faisant l'objet du projet de session.  D'autres outils de calcul  (feuilles de calcul excel) développés par le professeur et d'autres cherchercheurs sont également utilisés.




Utilisation d’appareils électroniques

Lors des examens, aucun ordinateur , tablette, calculatrice symbolique ou téléphone cellulaire ne sont permis.  Une calculatrice scientifique (TI ou équivalent) est permise.
 




Horaire
Groupe Jour Heure Activité
01 Mardi 08:30 - 12:30 TP/Laboratoire aux 2 semaines
Jeudi 13:30 - 17:00 Activité de cours



Coordonnées de l’enseignant
Groupe Nom Activité Courriel Local Disponibilité
01 Olivier Girard Activité de cours cc-Olivier.Girard@etsmtl.ca A-1576



Cours

La matière de ce cours est subdivisée en groupes de sujets (thèmes).  Le tableau ci-dessous présente les durées approximatives allouées à chacun de ces thèmes :

Contenus traités dans le cours Heures
Introduction :
  • Processus de conception et principes.
  • Études des plans d’architecture.
  • Codes utilisés.
  • Capacité portante du sol.
1h
Études des charges non sismiques : 
  • Surcharges dues à l’utilisation.
  • Charge permanente.
  • Surcharges dues à la neige, à la glace et à la pluie.
  • Surcharges dues au vent : sur l’ensemble du bâtiment, sur le revêtement extérieur.
  • Combinaison des charges.
2h
Calcul dynamique et sismique :
  • Introduction au calcul  dynamique des structures : réponse d’un système à 1DDLD et à plusieurs DDLD, analyse modale, analyse spectrale, analyses dans le temps linéaire et non linéaire.
  • Philosophie de conception sismique du CNB.
  • Approche de conception par capacité, notions de spectre, calcul spectral, ductilité, mécanisme de ruine,…
  • Principales dispositions sismiques du CNB. 
9h
Choix du système structural, modélisation et analyses:
  • Choix du système de résistance aux charges de gravité et descente des charges.
  • Choix du système de résistance aux charges latérales et acheminement des charges.
  • Choix du logiciel de calcul structural.
  • Choix du logiciel de calcul structural.
  • Configuration du projet
  • Modélisation de la charpente.
  • Types d’analyses sur ADA.
  • Définition des éléments structuraux (dimensions, sections, matériaux), éléments poutre colonne, éléments murs de refends.
  • Appuis, conditions frontières et arrangement structural.
  • Définition des charges, combinaisons de charges.
  • Types d’analyses.
  • Effet P-
  • Valeurs requises pour le dimensionnement.
6h
Survol du dimensionnement des éléments structuraux, vérification de l’arrangement structural :
  • Éléments de planchers et du toit.
  • Dalles et tabliers.
  • Poutres : principale, secondaire, de rive.
  • Détails d’armature.
 
  • Efforts axiaux, efforts tranchants, moments fléchissant, efforts de contact, efforts combinés.
  • Déformations des éléments, déformations du bâtiment.
  • Fondations  (types de fondations).
4h
Calcul des dalles 2D
  • Calcul par la méthode directe
  • Autres méthodes : portique équivalent.
3h
Dimensionnement des dalles sur sol. 2h
Semelle continue sous deux poteaux et poutre de redressement   3h
Calcul en cisaillement.
  • Méthode générale.
  • Méthode des bielles et tirants.
3h
Murs de cisaillement et murs couplés, conception de la zone de rotule plastique. 5h
Plans, devis et divers.
  • Plans de structures.
  • Bordereaux d’armature.
  • Devis techniques.
  • Vérification et approbation des dessins de fabrication.
  • Coordination, surveillance, modifications, plans tel que construit.
1h
Total 39 h



Laboratoires et travaux pratiques
Description Heures

Les séances des travaux pratiques sont essentiellement consacrées au projet de session qui consiste à analyser et concevoir la structure d’un projet de bâtiment de quelques étages.  Cependant, quelques séances sont allouées à présenter des exemples d’application des notions  additionnelles étudiées et des exemples de calcul utiles à la réalisation du projet de session.  Une description et planification détaillée du contenu des séances de TP est présentée sur le site du cours sur moodle et est sujet à de possibles ajustements au cours de la session, selon les besoins du cours /TP. 

Ci dessous un liste des exemples de calcul traités notamment lors des TP/cours:

- Exepmle de calcul de charges de vent et de prédimensionnement de murs de refend 

- Exemple de calcul et de modélisation avec  un système à un Degré De Liberté Dynamique (DDLD) d'un batiment  d'un (01) étage et du calcul de ses propriétés dynamiques (période fondamentale de vibration), du cisaillement à la bse et des forces statiques équivalentes  exigées par le CNB,  etc.

- Exemple de calcul spectral pour un système à 1DDLD

- Exemples de calcul de réponses dynamiques par analyse modale d'un système à plusieurs DDLD; - Démonstration en laboratoire de modes de vibration propres d'un batiment multiétage régulier;

- Exemple d'application de l'intégrale de Duhamel pour la calcul de la réponse dynamique d'une structure; - Exemple de calcul des forces statiques équivalentes par les spécifications du CNB 2010;

-Exemple de calcul du spectre de dimensionnement du CNB en fonction de la localité et du sol du site;

- Exemple de prédimensionnement de murs de refend en fonction de la flèche sous séisme;

- Exemples de prédimensionnement et de choix de systèmes de plancher (dalles 2D);

- Exemple de prédimensionnement de colonnes et de descentes des charges gravitaires pour un batiment multi-étages;

- Exemple de calcul de dalles 2D par la méthode directe;

- Exemple de calcul /conception détaillée d'un mur de refend ductile;

- Exemples de calcul de fondations superficielles: semelle combinées, poutre de redressement;

- Exemple de calcul d'une poutre profonde par la méthode des bielles et tirants;

-Exemple de calcul de dalles 2D par la méthode directe;

- Démonstrations de développement de modèles et de réalisations de différentes analyses structurales (statiques, dynamiques, spectrales) sur ADA;

- Démonstrations de conception de dalles avec spSlab et  de colonnes avec spColumn.

24
Total 24h



Utilisation d'outils d'ingénierie

Lors des cours et des séances des TP, les outils suivants sont utilisés:

- ADA: logiciel d'analyse des strucgtures 3D

- Modules spSlab et SpColumn de StructurePoint

- Feuille de calcul des diagrammes d'interaction pour murs de refends (développée par le professeur)

- Feuille de calcul sur excel pour la conception prélimniaire de semelles sous murs de refend

 

Les normes et codes suivants sont utilisés comme textes de référence et sont appliqués dans le cours et le projet de session:

- CNB, partie 4 (notamment le calcul sismique)

- Norme CSA-A23.3-14, notamment la clause 21 (conception sismique)




Évaluation

L’examen final est d’une durée de deux heures et demi (2h ½ )

Activité

 

%

Examen final

Couvrant une sélection de matière et pour une durée de 2h ½ . Noté individuellement.

30

Rapport d’étape

Couvrant approximativement la matière des 18 premières heures de travail selon le contenu ci-dessus, à remettre vers la mi-session à une date précisée durant la session (habituellement vers la fin de la septième semaine). Noté par équipe.

30

Rapport final

Contenant le modèle final, la conception finale, les notes de calculs finales, les résultats informatiques et les annexes, à remettre à la fin de la session. Noté par équipe.

40




Date de l'examen final
Votre examen final aura lieu pendant la période des examens finaux, veuillez consulter l'horaire à l'adresse suivante : http://etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Examens-finaux


Politique de retard des travaux
Tout travail (devoir pratique, rapport de laboratoire, rapport de projet, etc.) remis en retard sans motif valable, c’est-à-dire autre que ceux mentionnés dans le Règlement des études (1er cycle, article 7.2.7 b / cycles supérieurs, article 6.5.4 b) se verra attribuer la note zéro, à moins que d’autres dispositions ne soient communiquées par écrit par l’enseignant dans les consignes de chaque travail à remettre ou dans le plan de cours pour l’ensemble des travaux.

Dispositions additionnelles

Retard de remise d’un travail

Des pénalités s’appliquent sur les retards dans la remise des travaux.  Elles seront indiquées au cours de la session et/ou dans l’énoncé du travail en question




Absence à un examen
• Pour les départements à l'exception du SEG :
Dans les cinq (5) jours ouvrables suivant la tenue de son examen, l’étudiant devra justifier son absence d’un examen durant le trimestre auprès de la coordonnatrice – Affaires départementales qui en référera au directeur du département. Pour un examen final, l’étudiant devra justifier son absence auprès du Bureau du registraire. Toute absence non justifiée par un motif majeur (maladie certifiée par un billet de médecin, décès d’un parent immédiat ou autre) à un examen entraînera l’attribution de la note zéro (0).

• Pour SEG :
Dans les cinq (5) jours ouvrables suivant la tenue de son examen, l’étudiant devra justifier son absence auprès de son enseignant. Pour un examen final, l’étudiant devra justifier son absence auprès du Bureau du registraire. Toute absence non justifiée par un motif majeur (maladie certifiée par un billet de médecin, décès d’un parent immédiat ou autre) à un examen entraînera l’attribution de la note zéro (0).



Plagiat et fraude
Les clauses du « Règlement sur les infractions de nature académique de l’ÉTS » s’appliquent dans ce cours ainsi que dans tous les cours du département. Les étudiants doivent consulter le Règlement sur les infractions de nature académique (https://www.etsmtl.ca/A-propos/Direction/Politiques-reglements/Infractions_nature_academique.pdf ) pour identifier les actes considérés comme étant des infractions de nature académique ainsi que prendre connaissance des sanctions prévues à cet effet.  À l’ÉTS, le respect de la propriété intellectuelle est une valeur essentielle et les étudiants sont invités à consulter la page Citer, pas plagier ! (https://www.etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Citer-pas-plagier).



Documentation obligatoire

Aucun ouvrage de référence n’est obligatoire pour ce cours. 




Ouvrages de références

Ce cours fait appel à plusieurs cours du baccalauréat et à des notions complémentaires.  L’étudiant est encouragé à consulter les notes de cours de CTN-408 et CTN-508 et de consulter les ouvrages suivants pour recueillir les informations requises et pour approfondir leurs connaissances :

Les manuels et ouvrages de référence suivants sont requis (des extraits seront mis à la disposition des étudiants)

  • CNRC, Code national du bâtiment du Canada, 2010 et 2015.
  • CNRC, Supplément du Code national du bâtiment du Canada, 2010 et 2015.
  • CPCA, Concrete Design Handbook, 4ième edition, 2016 (A23.3-14)
  • Omar Chaallal, Structures en béton armé- Calcul selon la norme ACNOR A23.3-14,  3ième édition, aout 2016.

Manuels et démos de logiciels de calcul structural

  • ADA (Visual Design anciennement), logiciel général d’analyse de structure, par Craitec, disponible dans les laboratoires d’informatique assignés.
  • spSlab, spColumn : logiciels de conception de dalles et colonnes en béton, par Structure Point, disponibles dans les laboratoires  d’informatique assignés.



Adresse internet du site de cours et autres liens utiles

 Voir site Moodle du cours pour extraits de références, acétates du cours et échanges avec les étudiants.