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Analyse sismique selon l’Eurocode 8

ProtaStructure peut désormais calculer les charges sismiques conformément à l’EuroCode 8.  Les exigences propres à chaque pays définies dans les Annexes Nationales suivantes ont été implémentées :




  1. MS EN 1998-1 : 2015 (Annexe Nationale de Malaisie)

  2. SS EN 1998-1 : 2013 (Annexe Nationale de Singapour)


Accédez à la boîte de dialogue Analyse du bâtiment > onglet Pré-analyse : 

  1. Cliquez sur Centre de paramètres > la section Code s’affiche > Choisissez Code sismique   
  2. Cliquez sur Paramètre sismique pour accéder aux Paramètres et réglages sismiques
AN Malaisie 



AN Singapour 

Info
Cliquez sur l’icône
i  pour plus d’informations et de conseils sur le paramètre.


Veillez également à lire cet article Charge sismique – Guide de base. 

Paramètres



Voici l’explication des principales données de l’onglet « Paramètres » :




  1. Angle du spectre : Angle des forces sismiques appliquées par rapport à l’orientation de la structure en vue en plan, mesuré dans le sens antihoraire depuis l’horizontale globale.  Si un bâtiment rectangulaire est modélisé selon un angle de rotation, l’angle du spectre doit être modifié en conséquence.




  1. Zone sismique :  


    1. AN Singapour :  Non applicable et donc masqué

    2. AN Malaisie : L’utilisateur doit sélectionner Zone et Ville ou Commune >  Agr se met à jour automatiquement.




  1. Accélération de référence maximale au sol (Agr) :  Valeurs par défaut selon l’AN ou la ville sélectionnée.  Cette valeur peut être modifiée. 



  1. Niveau de ductilité :  DCL / DCM / DCH  > L’utilisateur doit choisir (pour une zone sismique faible, choisir DCL)



  1. Facteur d’importance :  L’utilisateur doit sélectionner
  2. Facteur de comportement (q) et facteur de sur-résistance (αu/α1) sont automatiquement récupérés dans les tableaux du code sismique.









  1. Coefficient du mode de rupture prédominant (kw) :  Facteur associé au mode de rupture prédominant dans un système structural avec voiles. Fixé automatiquement selon l’AN choisie.  



  1. Paramètres de sol : Les options disponibles dépendent de l’AN choisie. 


    1. Profondeur du dépôt de sol (applicable uniquement à l’Annexe nationale de Malaisie) : l’utilisateur doit choisir

    2. Type de sol : l’utilisateur doit sélectionner ; tous les autres champs, par exemple Tb, Tc, et Td seront automatiquement mis à jour.

Info
Niveau de ductilité 



L’EC8 fixe des limites supérieures pour les taux de compression axiale (effort normal réduit) des voiles et poteaux ductiles en DCM et DCH, sans restriction pour DCL.
Par exemple, pour le calcul ductile des voiles de contreventement en DCM et DCH, selon l’EN 1998-1:2004, Clause 5.4.3.4.1(2) pour DCM et Clause 5.5.3.4.1(2) pour DCH, l’effort normal réduit de calcul ne doit pas dépasser un pourcentage donné de la capacité axiale théorique du béton (hors armatures), comme indiqué ci-dessous :
Cela signifie que seuls 35% (DCH) et 40% (DCM) de la capacité axiale des voiles de contreventement peuvent être utilisés, sur la seule base de la section de béton, hors armatures.
Pour les poteaux, les limites du taux de charge axiale sont de 0,65 pour DCM et 0,55 pour DCH, comme le précise l’EN 1998-1:2004, Clause 5.4.3.2.1(3) pour DCM et 5.5.3.2.1(3) pour DCH.
Cela conduit directement à faire de 
DCL le choix de calcul le plus pratique et efficace pour les zones de faible sismicité  :


  1. L’EuroCode 8 ne fixe pas de limite supérieure de PGA (accélération maximale du sol) pour l’utilisation du DCM. Il fixe plutôt un seuil en dessous duquel les dispositions de calcul sismique peuvent être ignorées pour les zones de faible sismicité, c’est-à-dire là où DCL peut être adopté. 
  2. Les cas où l’accélération de calcul au sol ne dépasse pas 0,10g peuvent être considérés comme relevant d’une faible sismicité, permettant l’utilisation de la méthode de calcul simplifiée DCL. 
  3. Le calcul en DCL est plus économique pour les zones de faible sismicité, car la réduction de charge sismique de calcul admise pour DCM et DCH reste trop faible pour compenser la forte réduction des limites de capacité axiale des poteaux et des voiles. 

  4. Pour DCM et DCH, des exigences de calcul et de ferraillage supplémentaires, plus strictes et contraignantes, s’appliquent, par exemple un pourcentage d’acier minimal plus élevé. 
  5. En résumé, pour les zones de faible sismicité, le DCL est recommandé, car il est plus pratique et économique. 

Facteurs quasi-permanents 

Les coefficients de charge quasi-permanents mis en œuvre pour l’EuroCode sont les suivants :
  1. Coefficient quasi-permanent pour les charges d’exploitation (Ψ2, Q)
  2. Coefficient quasi-permanent pour les charges d’exploitation de toiture (Ψ2, Qr)
  3. Coefficient quasi-permanent pour les charges de neige (Ψ2, Qs)
Ces facteurs peuvent être modifiés dans le Centre des paramètres > Paramètre déterminé au niveau national (NDP) , comme indiqué ci-dessous 



Ces facteurs sont utilisés dans ProtaStructure aux fins suivantes :
  1. Calcul de la masse sismique utilisée pour l’analyse sismique.
  2. Création des combinaisons de charges pour les actions sismiques.

Calcul de la masse sismique

Dans l’analyse sismique, la masse associée aux charges permanentes doit être combinée à celle associée aux charges variables.
Où :
Gk,j        est la
valeur caractéristique de la je charge permanente
Qk,i        est la valeur
caractéristique de la ie charge variable
g             est l’accélération de la pesanteur
ΨE,i        est le
coefficient de combinaison de masse pour la masse correspondant à la ie
action variable pour la situation de
calcul sismique.

Pour les
bâtiments, ΨE,i  est déduit de la relation suivante :

Ψ2,i  est associé aux valeurs quasi-permanentes
des charges variables, indiquées dans l’EC0, selon les catégories de charges.
Ces valeurs sont prises en compte automatiquement par ProtaStructure, selon
l’Annexe Nationale Eurocode sélectionnée.

φ tient compte de la probabilité de présence simultanée des charges variables pendant l’événement sismique. Ces valeurs sont de nouveau prises en compte automatiquement par ProtaStructure, selon l’Annexe Nationale Eurocode sélectionnée.

Les facteurs de présence simultanée Φ peuvent être définis pour chaque étage dans ProtaStructure à l’aide de la commande Modifier l’étage (voir ci-dessous).

Combinaisons sismiques

ProtaStructure utilise les équations 6.10 et 9.10 pour les combinaisons ELU. Les combinaisons sismiques sont générées avec la formule suivante :

Où :
Gk,j                       est
la charge permanente
P                           est l’action de précontrainte,
le cas échéant
AEd                       est
la valeur de calcul de l’action sismique. AEd inclut le facteur d’importance γ1
Ψ2,i .Qk,i              est
la valeur caractéristique de la ième charge variable

Analyse





Voici l’explication des principales données d’entrée de l’onglet « Analyse » :




  1. Appliquer l’excentricité accidentelle (5 %) :  Cocher pour appliquer



  1. Taux d’amortissement : Saisie utilisateur selon le type de bâtiment. En général, 0,05 (5 %) pour une structure en béton et 0,02 (2 %) pour une structure en acier. 



  1. Nombre de  modes horizontaux  :  Saisie utilisateur (valeur recommandée = 15)
  2. Nombre de  modes verticaux  :  Saisie utilisateur (valeur recommandée = 15)



Notes

ProtaStructure vérifie automatiquement le nombre de modes et émet un avertissement pendant l’analyse si la participation massique cumulée n’est pas satisfaisante.





  1. Utiliser des périodes définies par l’utilisateur dans l’analyse statique équivalente (Tx et Ty) : À l’utilisateur de décider et de saisir 




  1. Usage ou type de structure : À sélectionner par l’utilisateur. 
  2. Limite de déplacement entre étages :  À sélectionner par l’utilisateur. 

Irrégularité structurelle



Voici la liste des vérifications d’irrégularités de l’onglet « Irrégularités structurelles » :


Irrégularités en plan



Les critères suivants de régularité en plan se réfèrent à la clause 4.2.3.2 de l’EN 1998-1 : 2004 : 



  1. Distribution non symétrique de la rigidité en plan : l’utilisateur doit évaluer et vérifier si cela existe



  1. Distribution non symétrique de la masse en plan : l’utilisateur doit évaluer et vérifier si cela existe



  1. Forme non compacte en plan : l’utilisateur doit évaluer et vérifier si cela existe



  1. Rapport des dimensions en plan supérieur à 4 : L’utilisateur doit évaluer et vérifier si cela existe



  1. Plan flexible en torsion : L’utilisateur doit évaluer et choisir l’une des options suivantes


    1. Détecter automatiquement à partir des déplacements latéraux (c’est-à-dire que si les déplacements latéraux dépassent la limite, le modèle est flexible en torsion)

    2. Détecter automatiquement à partir des résultats des valeurs propres (c’est-à-dire que si la torsion constitue le premier mode, le modèle est flexible en torsion)

    3. Défini par l’utilisateur 

Irrégularités en élévation



Les critères suivants de régularité en élévation se réfèrent à la clause 4.2.3.3 de l’EN 1998-1 : 2004 : 




  1. Éléments porteurs verticaux discontinus : l’utilisateur doit évaluer et vérifier si cela existe



  1. Distribution non uniforme de la rigidité entre étages (étage souple) : détecté automatiquement ou défini par l’utilisateur



  1. Distribution non uniforme de la masse entre étages : détecté automatiquement ou défini par l’utilisateur



  1. Distribution non uniforme de la résistance entre étages (étage faible) :  détecté automatiquement ou défini par l’utilisateur



  1. Bâtiment avec retraits : l’utilisateur doit évaluer et vérifier si cela existe

Info
Recommandations sur la régularité structurelle en référence à la clause 4.2.3 de l’EN1998-1-2004



La régularité structurelle affecte le modèle structurel, la méthode d’analyse et q (coefficient de comportement), comme indiqué dans le tableau ci-dessous :









Régularité en plan :
 les critères sont donnés à la section 4.2.3.2 de l’EC8.



  1. Lorsque le bâtiment est irrégulier en plan, un modèle spatial (3D) doit être utilisé.

  2. La régularité en plan peut améliorer la valeur de q via le facteur de surrésistance : voir 5.2.2.2.(5) pour les bâtiments en béton, 6.3.2(3) pour les bâtiments en acier, et 7.3.2(3) pour les bâtiments mixtes acier-béton.

  3. Le facteur de surrésistance s’applique uniquement aux classes DCM et DCH (pas DCL). Le logiciel propose des valeurs recommandées par la norme, que l’utilisateur peut choisir. 



Régularité en élévation
 : critères donnés à la section 4.2.3.3 de l’EC8



  1.  Lorsque le bâtiment est irrégulier en élévation, l’analyse modale par spectre de réponse doit être utilisée (et non la méthode statique équivalente / méthode des forces latérales).

  2.  Le logiciel avertit l’utilisateur si cette condition n’est pas respectée.



Si le modèle est
irrégulier en plan ou en élévation
, le coefficient de comportement est automatiquement multiplié par
0,8 (réduit de 20 %), c
onformément à la clause 4.2.3.1 (7). 



Après toute majoration ou réduction, une valeur minimale de q = 1.5 sera utilisée pour tous les types de bâtiment, conformément à l’art. 5.2.2.2, équation 5.1.

Paramètres



Voici l’explication des principales données saisies dans l’onglet «Paramètres» :






Vérifications après analyse



  1. Vérifier le déplacement relatif entre étages (art. 4.4.3.2) :  Cocher pour effectuer la vérification. Il s’agit de la vérification du déplacement sismique entre étages (indépendante de la vérification horizontale habituelle pour le vent / NHL)
  2. Utiliser une limite de taux de déplacement entre étages définie par l’utilisateur : L’utilisateur décide et saisit la valeur



  1. Vérifier la hauteur du bâtiment :  L’utilisateur décide  



  1. Vérifier l’interaction voile-portique : L’utilisateur décide 



  1. Vérifier l’effet du second ordre : L’utilisateur décide. 
    1. Si cette case est cochée, le logiciel vérifie et avertit si les effets du second ordre doivent être pris en compte, conformément à l’art. 4.4.2.2.  Cette vérification se base sur le déplacement entre étages (déplacement latéral) du bâtiment. 
    2. Si la limite est dépassée, le message d’avertissement suivant s’affiche : «Dir 1 / 2 : Stiffness of load bearing System must be increased». 
    3. Pour plus de détails, consulter le Rapport des vérifications après analyse : contrôle des exigences relatives aux effets du second ordre
    4. Cela signifie que le modèle doit être évalué avec une analyse du second ordre.  ProtaStructure n’effectue qu’une analyse du premier ordre et n’entreprend donc aucune étape supplémentaire.  L’utilisateur doit décider de la suite à donner. 
    5. Pour réussir cette vérification sans effectuer d’analyse du second ordre, la raideur du modèle dans la direction spécifiée doit être augmentée.  Cela peut être obtenu par : 
      1. Augmenter les dimensions des poteaux et des voiles
      2. Augmenter le nombre de poteaux et de voiles.  Les voiles en périphérie du bâtiment, avec leur axe principal aligné sur la direction la plus faible, sont les plus efficaces.  Ces éléments périphériques augmentent aussi la raideur torsionnelle et améliorent la vérification de l’irrégularité de flexibilité torsionnelle.
      3. Combinaison des solutions précédentes. 
Vérifications de calcul après analyse




  1. Vérifier poteau fort – poutre faible :  L’utilisateur décide  



  1. Effectuer la vérification du cisaillement au nœud :  L’utilisateur décide  



  1. Vérifier les dimensions minimales des éléments : L’utilisateur décide



  1. Vérifier le renversement du bâtiment : L’utilisateur décide
  2. Inclure les sous-sols dans la vérification du renversement :  L’utilisateur décide. Remarque : «Nombre de sous-sols rigides» est défini dans le menu Modifier l’étage. 



Analyse par spectre de réponse



  1. Vérifier la participation de masse effective cumulée :  L’utilisateur décide



  1. Comparer les résultats de l’ASR avec la charge statique équivalente : L’utilisateur décide 
  2. Utiliser un facteur d’échelle d’ASR défini par l’utilisateur : L’utilisateur décide 



  1. Méthode de signe des résultats pour l’ASR :  Utiliser «Signes du mode dominant» ou «Valeur absolue».  Consulter cet article : Méthode de signe des résultats pour l’analyse par spectre de réponse

Alert
Les vérifications ci-dessus incluent des exigences d’autres codes sismiques, par exemple l’UBC. Si la vérification n’est pas spécifiée dans l’EC8 ou n’y est pas applicable, elle ne sera pas effectuée, même si elle est cochée.  Nous recommandons de laisser toutes les options cochées. 

Remarques importantes / Portée / Limites :



  1. Consultez le « Rapport de vérifications post-analyse » dans l’onglet « Rapports » pour les résultats de l’analyse sismique & la conformité aux clauses.



  1. Dans l’onglet Rapports , cliquez sur « Vérifications de poteau fort » & « Vérifications de cisaillement des joints » pour effectuer la vérification et générer le rapport. 



  1. Les spectres élastique et de calcul sont calculés automatiquement.



  1. L’applicabilité de la méthode statique équivalente est vérifiée automatiquement.



  1. Les facteurs de surrésistance sont appliqués automatiquement aux efforts de calcul.



  1. Si le bâtiment comporte un sous-sol, une approche en deux étapes est utilisée pour l’analyser. Le sous-sol et la superstructure sont analysés séparément dans des cas de charge différents, puis les résultats sont combinés pour le calcul. Tout ceci est automatique ; aucune saisie de l’utilisateur n’est nécessaire.



  1. Les résultats des analyses en section fissurée et en section non fissurée peuvent être combinés dans une même combinaison de calcul, si souhaité.



  1. Si le modèle est irrégulier en plan ou en élévation, le facteur de comportement est automatiquement multiplié par 0,8 (réduction de 20 %), conformément à la clause 4.2.3.1 (7). 
  2. Le logiciel vérifie et avertit si les effets du second ordre doivent être pris en compte, conformément à la clause 4.4.2.2.  Il n’effectue toutefois aucune action supplémentaire. L’utilisateur doit décider de la suite à donner, par exemple lancer une analyse P-Delta. 
  3. La méthode CQC (Complete Quadratic Combination) est utilisée pour combiner les réponses modales. Cette méthode est supérieure et préférable à la méthode SRSS, car la méthode SRSS est un cas particulier de la méthode CQC.
  4. ProtaStructure calcule automatiquement le décalage de traction et applique l’enveloppe des moments fléchissants et des efforts tranchants des voiles de contreventement, selon la procédure décrite dans Eurocode 8 – 5.4.2.4.  Pour plus de détails, voir : Eurocode 8 (code sismique) – Enveloppe de calcul du moment & de l’effort tranchant pour voile de contreventement

InfoVeuillez lire cet article Charge sismique – Guide de base  pour savoir comment générer la combinaison de charges sismiques et vérifier les résultats.