CONS0028-2 : Design and Calculation of Wooden Structures

Study Programmes 2023-2024

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WARNING : 2022-2023 version of the course specifications

CONS0028-2

Design and Calculation of Wooden Structures

Calculation of Timber Elements and Assemblies
Technologie de la construction bois

Duration :

Calculation of Timber Elements and Assemblies : 30h Th
Technologie de la construction bois : 35h Th

Number of credits :

Master in Industrial engineering (industry) (Master en Sciences de l'ingénieur industriel)		6

Lecturer :

Calculation of Timber Elements and Assemblies : Maureen Chamillard
Technologie de la construction bois : Michaël Nahant

Coordinator :

Michaël Nahant

Language(s) of instruction :

French language

Organisation and examination :

Teaching in the first semester, review in January

Units courses prerequisite and corequisite :

Prerequisite or corequisite units are presented within each program

Learning unit contents :

Calculation of Timber Elements and Assemblies

L'objectif de cette activité d'apprentissage est de pouvoir dimensionner les structures en bois ainsi que leurs assemblages selon l'Eurocode 5. Les assemblages étudiés sont les assemblages traditionnels bois-bois (assemblages par embrèvement et assemblages par tenon-mortaise) ainsi que les assemblages par tiges métalliques (assemblages par pointes, par broches et par boulons).

Contenu :

0. Rappel de calcul des éléments en bois par l'Eurocode 5 et étude des sollicitations non abordées dans le cadre du cours de 1MSI : rappels de flexion simple + flexion composée + flexion déviée.

Calcul d'assemblages bois :

1. Introduction : vérifier les assemblages

2. Propriétés de l'assemblage

3. Les assemblages par contact direction ou à entailles (assemblages traditionnels)

            3.1 Les assemblages par embrèvement

                        3.1.1. Calcul d'un embrèvement avant

                        3.1.2. Calcul d'un embrèvement arrière

                        3.1.3. Calcul d'un embrèvement double

            3.2. Les assemblages par tenon-mortaise

4. Cisaillement et fendage

5. Les assemblages par tiges

            5.1. Principe général de conception aux ELU

            5.2. Principe général de conception aux ELS

            5.3. Vérifications indépendantes du type de tige (modes de rupture)

                        5.3.1. Valeur de la capacité résistante des tiges Fv,Rk

                        5.3.2. Valeur de calcul de la capacité résistante des tiges Fv,Rd

5.4. Rupture de cisaillement de bloc

                        5.4.1. Résistance en traction

                        5.4.2. Résistance en cisaillement

6. Les assemblages par pointes

            6.1. Introduction

            6.2. Valeurs caractéristiques de la capacité résistante

                        6.2.1. Pénétration des pointes dans le bois

                        6.2.2. Portance locale dans le bois

                        6.2.3. Pré-perçage

                        6.2.4.Moment d'écoulement plastique

                        6.2.5. Valeur de la capacité résistante

                        6.2.6. Nombre efficace de pointes

                        6.2.7. Conditions sur les espacements (pinces)

            6.3. Contribution d'effet de corde

7.Les assemblages par boulons et broches

            7.1. Les assemblages par boulons

                        7.1.1. Valeurs caractéristiques de la capacité résistante

                                   7.1.1.1. Portance locale dans le bois

                                   7.1.1.2. Moment d'écoulement plastique

                                   7.1.1.3. Valeur de la capacité résistante

                                   7.1.1.4. Nombre efficace de boulons

                                   7.1.1.5. Conditions sur les espacements (pinces)

            7.2. Contribution d'effet de corde

            7.3. Les assemblages par broche

                        7.3.1. Valeurs caractéristiques de la capacité résistante

                                   7.3.1.1. Résistance au cisaillement de la broche

                        7.3.2. Conditions sur les espacements (pinces)

Technologie de la construction bois

CONS0028-2 Conception et calcul des structures en bois

Matériau facile à travailler, léger et résistant, le bois est couramment utilisé pour la construction de bâtiments, en structure ou en charpente, mais aussi quelquefois pour la construction d'ouvrages d'art tels que des ponts.

Ses propriétés technologiques intéressantes, son origine naturelle et son éco-bilan favorable amènent de plus en plus d'architectes et de maitres d'ouvrage à le choisir dans leurs projets.

Cette unité d'enseignement traite de la construction en bois, tant au niveau de la conception technique des bâtiments que du calcul des structures en bois et de leurs assemblages.

Technologie de la construction bois

Ce cours introductif présente les notions techniques indispensables concernant le matériau bois et la construction en bois. Il est composé de quatre parties.

Partie 1 - Connaissance du matériau bois et des produits bois

Cette première partie a pour objectif d'amener les étudiants à comprendre les concepts principaux liés au matériau bois et aux produits dérivés du bois, afin qu'ils puissent utiliser efficacement ce matériau performant. Le bois est un matériau anisotrope, hétérogène, organique et hygroscopique : son bon usage dans la construction nécessite de bien connaitre ce qui le distingue des autres matériaux. Après une introduction sur les bois résineux et feuillus, nous présentons les principales propriétés physiques et mécaniques du matériau bois, notamment en matière de résistance mécanique, d'hygroscopicité et de variations dimensionnelles. Les concepts liés à la durabilité naturelle du bois, aux agents de dégradation biologique du bois (moisissures et insectes) et aux traitements de préservation sont aussi étudiés. Nous présentons ensuite les différents produits structuraux en bois ou à base de bois disponibles sur le marché belge : bois massif, bois lamellé-collé, lamibois, panneaux massifs, poutres composites, etc.

Partie 2 - Systèmes constructifs bois

Actuellement, quatre systèmes constructifs principaux sont utilisés pour la construction de bâtiments en bois dans notre pays : la construction à ossature bois, le système poteaux-poutres, le système en panneaux de bois massifs et la construction en bois massif empilé. Après une brève introduction sur les origines historiques de la construction en bois, cette partie présente ces quatre systèmes constructifs. Pour chacun d'entre eux, on étudie la conception générale du bâtiment, les méthodes de réalisation en atelier et sur chantier, les principales caractéristiques techniques, ainsi que les avantages et inconvénients. Les techniques de réalisation des charpentes et des toitures seront également étudiées dans cette partie du cours.

Partie 3 - Hygrothermie, acoustique et comportement au feu des bâtiments en bois. Analyse de compositions de parois et de détails constructifs.

Ce chapitre traite de trois points d'attention importants dans le domaine de la construction en bois : la physique du bâtiment et le comportement hygrothermique des parois, les notions liées au comportement au feu et à la sécurité incendie, et enfin les performances acoustiques des bâtiments en bois. Pour chacun de ces aspects, les concepts principaux et les applications concrètes seront présentés et analysés. Enfin, les étudiants apprennent à analyser rigoureusement une composition de paroi (mur, plancher, toiture...) en structure bois ou un détail constructif (raccord) sur base d'une liste de critères de performances que doit respecter le bâtiment.

Partie 4 - Principes généraux de conception des structures et des assemblages bois

Tout d'abord, les principes généraux de conception et de stabilité des structures d'ouvrages en bois sont étudiés et illustrés par des exemples. Ensuite, ce chapitre décrit et analyse les différents assemblages pouvant être rencontrés dans les constructions en bois et leurs principales caractéristiques : depuis les assemblages traditionnels bois-bois jusqu'aux assemblages innovants à connecteurs métalliques. Différentes configurations courantes d'assemblages poteau-poutre et poutre-poutre sont présentées et étudiées. Pour terminer, l'analyse de cas concrets permettra de mettre en évidence l'importance de la bonne connaissance des propriétés physiques et mécaniques du bois pour une conception correcte des structures et des assemblages.

Learning outcomes of the learning unit :

Calculation of Timber Elements and Assemblies

Maîtriser le dimensionnement des structures simples à l'Eurocode 5, suivant les différents modes évoqués ci-dessus, et maîtriser le dimensionnement et/ou la vérification d'assemblages traditionnels et à tiges.

Technologie de la construction bois

Connaitre les propriétés physiques et mécaniques du matériau bois, comprendre ses spécificités pour être capable de l'utiliser efficacement dans la construction.
Connaitre les produits structuraux en bois et dérivés du bois, afin de faire le bon choix de produit lors de la conception d'un ouvrage.
Pouvoir établir un choix sur la nécessité de prescrire ou non un traitement de préservation ou de finition aux éléments en bois, en fonction de leurs conditions d'utilisation.
Connaitre les caractéristiques, avantages, inconvénients, et méthodes de réalisation des quatre principaux systèmes constructifs de bâtiments en bois : ossature bois, panneaux massifs, bois massif empilé, poteaux-poutres.
Analyser et porter un regard critique sur la conception et la construction d'un bâtiment en structure bois, réalisé dans un des quatre systèmes constructifs étudiés.
Appliquer les règles de bonne pratique lors de la conception de bâtiments en bois dans les quatre systèmes constructifs principaux.
Concevoir correctement la structure d'un ouvrage en bois en tenant compte des particularités (propriétés physiques et mécaniques) du matériau.
Connaitre les différents assemblages bois envisageables, afin de sélectionner l'assemblage le plus approprié en fonction de la configuration du détail et des efforts à transmettre.
Pouvoir calculer le risque de condensation interne dans les parois extérieures des bâtiments en bois, et suggérer le cas échéant des propositions d'amélioration.
Porter un regard critique sur la conception et l'exécution des bâtiments en bois au niveau du comportement hygrothermique, de la sécurité incendie et des performances acoustiques.

Prerequisite knowledge and skills :

Planned learning activities and teaching methods :

Calculation of Timber Elements and Assemblies

Cours magistral et exercices dirigés.

Réalisation, en classe, d'un fichier excel d'aide à l'encodage pour les assemblages traditionnels et les assemblages à tiges.

Ce fichier excel sera évalué et devra être utilisé lors de l'examen par l'étudiant.

En raison des spécificités des évaluations, nécessitant des temps de développement conséquents, l'activité d'apprentissage bénéficiera d'un examen individuel.

Technologie de la construction bois

Cours magistral avec projection sur écran.

Mode of delivery (face to face, distance learning, hybrid learning) :

Calculation of Timber Elements and Assemblies

Présentiel