Mise en oeuvre des charpentes en bois by INFOPRO DIGITAL

MÉMENTO

SOMMAIRE 1 Bois 2 Conception

Richement illustré par de nombreux plans et schémas, ce guide pratique fournit les prescriptions techniques relatives à la conception et la construction des charpentes en bois traditionnelles et industrielles. Il décrit les différents types de charpentes et leur mise en œuvre dans le respect des normes et des DTU. Il explique de façon didactique le choix des bois, le fonctionnement et le comportement des assemblages. Il détaille également les ancrages dans le gros œuvre et le contreventement.

3 Charpentes traditionnelles 4 Charpentes industrielles 5 Panneaux de toiture monoblocs

La structure de l’ouvrage, sous forme de fiches illustrées, favorise à la fois une compréhension immédiate des savoir-faire et règles de l’art nécessaires à la construction d’une charpente, et une maîtrise des principes de conception et des notions utiles pour élaborer et réaliser un projet pas à pas.

8437_Memento_illus_BOUTEVEILLE_couv_rabat.indd 1

Du même auteur

6 Sous-toitures 7 Isolation thermique et phonique 8 Aménagement des combles 9 Chantier

Des exemples de mise en œuvre fournissent des détails de réalisation des points singuliers, des supports de couverture et des assemblages de panneaux de toiture monoblocs. Ils permettent d’appréhender un projet de construction, mais également d’établir le diagnostic d’une charpente existante. Les modifications de charpente liées à l’augmentation du volume, l’éclairage naturel, l’isolation et l’aménagement des combles sont traités en détail. Un chapitre dédié à l’organisation du chantier apporte les solutions pour le stockage, le transport et le levage des charpentes, et précise les règles concernant les garde-corps et la protection des chutes de hauteur.

MÉMENTO

Journaliste graphiste, elle partage son activité professionnelle entre les groupes de presse et les maisons d’édition. Elle a écrit, traduit et illustré de nombreux articles et ouvrages techniques, en France comme à l’étranger.

ISSN 1263-9745 ISBN 978-2-281-11699-1

Mise en œuvre des charpentes en bois

Ursula Bouteveille

Dans la même collection

Ursula Bouteveille

Mise en œuvre des charpentes en bois

Dans la même collection

Charpentes traditionnelles, industrielles, panneaux de toiture, aménagement des combles…

13/10/14 15:00

Sommaire Introduction...................................................................................................................................................... 7 Liste des sigles.................................................................................................................................................. 8 Mode d’emploi.................................................................................................................................................. 9 1. Bois............................................................................................................................................................. 11 2. Conception.................................................................................................................................................. 33 3. Charpentes traditionnelles........................................................................................................................ 59 4. Charpentes industrielles............................................................................................................................ 111 5. Panneaux de toiture monoblocs............................................................................................................... 145 6. Sous-toitures............................................................................................................................................... 157 7. Isolation thermique et phonique.............................................................................................................. 165 8. Aménagement des combles..................................................................................................................... 181 9. Chantier...................................................................................................................................................... 207 Références – Bibliographie............................................................................................................................... 227 Index................................................................................................................................................................. 235 Table des matières........................................................................................................................................... 239

8187_.indb 5

14/10/14 09:22

Fiche

Charpentes traditionnelles

Dispositions constructives par type de ferme

3.07

La logique de conception d’une ferme est d’éviter au maximum que les pièces de bois soient soumises à un effort de flexion. Elle conduit, pour les fermes à deux pannes intermédiaires ou plus (b), à mettre en place des contrefiches, des jambettes et des faux entraits pour soulager les arbalétriers là où les pannes apportent Contrefiche soutenant le noeud entre l'arbalétrier et la panne supérieure leurs charges. La forme de la ferme dépend du nombre respectif de pannes Panne faîtière et de noeuds sur la longueur de l’arbalétrier. Arbalétrier Comme son nom l'indique, la ferme latine ou romaine a été inventée par les Romains. Elle est formée de triangles qui permettent d'éviter les moments de flexion. Le système le plus simple, constitué d'un poinçon et de contrefiches limite la portée à environ 8 m.

Pannes intermédiaires

Chevron

Pannes intermédiaires

Noeud entre l'arbalétrier et la panne supérieure Noeud entre l'arbalétrier et la panne inférieure Panne sablière

Panne faîtière

Poinçon

Faux entrait

Chevron Faux entrait soutenant le noeud Entrait entre l'arbalétrier et la panne inférieure

Ferme à deux pannes intermédiaires, faux entrait et contrefiches Jambette

Arbalétrier Panne sablière

Panne faîtière

Poinçon

Contrefiche Pannes intermédiaires

Poinçon

Entrait Arbalétrier Panne sablière

Aisselier éventuel

Chevron Entrait

Mur gouttereau

Ferme à deux pannes intermédiaires, faux entrait et jambettes

8187_.indb 76

Ferme à deux pannes intermédiaires, contrefiches et jambettes

b Fermes à deux pannes intermédiaires

14/10/14 09:22

Fiche

Charpentes traditionnelles

Dispositions constructives par type de ferme

3.07

Les fermes à entrait retroussé (c) permettent la création de combles habitables. L’entrait retroussé peut également former une poutre de plancher secondaire et grâce au « surcroît » créé (différence de hauteur entre la poutre de plancher principale et la panne sablière), permettre deux niveaux de combles habitables. Les blochets relient solidement les jambes de force aux pannes sablières et les aisseliers évitent la déformation des angles formés par les jambes de force et l’entrait. Chevron

Faux entrait

Aisselier

Niveau 1

Blochet

Entrait retroussé

Dalle de plancher

Panne faîtière

Blochet Entrait retroussé formant une poutre de plancher

Poinçon

Ferme à deux pannes intermédiaires, à blochets sur dalle

Jambe de force

Niveau 2

Panne sablière

Chevron

Jambette

Poinçon

Arbalétrier

Jambe de force

Panne sablière

Panne faîtière Pannes intermédiaires

Arbalétrier Panne intermédiaire

Jambe de force

Chevron Entrait

Blochet

Panne sablière

Poinçon

Entrait retroussé

Dalle de plancher

Semelle

Mur gouttereau

Ferme à trois pannes intermédiaires, à entrait retroussé

Ferme à une panne intermédiaire, à blochets et semelles sur dalle

c Fermes à entrait retroussé pour combles habitables

8187_.indb 77

14/10/14 09:22

Fiche

Charpentes traditionnelles

Assemblages

3.08

L’assemblage à tenon et mortaise est couramment utilisé pour les liens, contrefiches, jambes de force, têtes d’arbalétriers, solives, etc. Il est constitué d’une partie femelle creuse de l’une des deux pièces (la mortaise) qui reçoit la partie mâle saillante de l’autre pièce (le tenon), venant en butée sur la face d’appui. Une cheville en bois dur assure un bon contact entre les éléments. Blocage par cheville

Mortaise

Pièce embrevée

Poinçon Cheville

Tenon

Face d'appui Tenon

À tenon simple

À tenon vif

Oblique

Clé

Blocage par cheville

Embrèvement en gorge à pleine section

Embrèvement apparent (découvert)

Embrèvement non apparent (découvert)

Arbalétrier

Oulice ou tournisse

À tenon et clé en bois dur dit tenon mordâne

L'assemblage à tenon et mortaise, qui permet de positionner précisément deux pièces entres elles, est l'assemblage le plus utilisé dans la construction de charpente traditionnelle ; cependant, il présente de faibles performances mécaniques. En effet, si les efforts de compression sont transmis par le contact d'une partie de la section, les efforts de traction qui ne sont pas transmissibles par les chevilles nécessitent des renforcements tels que des goussets ou des boulons.

8187_.indb 82

b Tenons et mortaises

En about décalé

En gorge

Entrait

En about (pied d'arbalétrier)

Double en about

En double gorge

c Embrèvements

14/10/14 09:22

Fiche

Charpentes traditionnelles

Assemblages L’embrèvement, qui reprend des efforts importants de compression, est un assemblage dans lequel l’appui de la pièce mâle est fait dans une entaille de la pièce femelle, taillée selon un profil inverse. Dans le cas de pièces de même épaisseur, l’embrèvement peut être apparent ou non. Les embrèvements simples ou doubles avec entaille arrière qui augmentent la capacité de transmission des efforts sont les plus utilisés en charpente traditionnelle. Ils permettent de ramener les efforts de compression des arbalétriers ou des contrefiches vers les pièces travaillant en traction (poinçons et entraits). Le verrouillage par tenon et cheville peut également être assuré par papillonnage. Les embrèvement multiples s’utilisent en cas de difficulté de reprise des efforts. La longueur du talon des embrèvements doit être suffisante pour éviter les ruptures par cisaillement.

3.08 Entaille pour papillonnage

Talon

Tenon Ligne de rupture par cisaillement

Embrèvement simple

Embrèvement double Embrèvement à entaille frontale verrouillé

Assemblage à embrèvement arrière

Assemblage à double embrèvement

Assemblages à embrèvements multiples c Embrèvements (suite)

8187_.indb 83

Lorsque les pièces embrevées sont horizontales, les cycles d'humidité dans les assemblages peuvent entraîner le glissement des pièces comprimées.

14/10/14 09:22

Fiche

3.14

Charpentes traditionnelles Règles CB 71 (DTU P 21-701) Eurocode 5 DTU 31.1

Intersections de toitures

Références

Une noue (a) est l’angle rentrant formé par l’arête d’intersection de deux versants de toiture. Elle est constituée de l’un des deux arbalétriers de la ferme d’angle et d’un chevron de noue. Celui-ci est situé sur l’arbalétrier de la ferme d’angle et sa face supérieure est généralement rencreusée pour recevoir les empannons (chevrons de longueurs variables reliant la noue à la panne faîtière). Noue

Arbalétrier de noue

Noue

Empannon Lattis

Chevron

Panne faîtière Lien de faîtage

Ferme d'angle

Arbalétrier

Poinçon

Panne intermédiaire

Arbalétrier

Contrefiche Échantignole

Chevron de noue Voligeage

Panne sablière

Entrait Ferme

100

8187_.indb 100

a Intersection côté noue

14/10/14 09:22

Fiche

Charpentes traditionnelles

Intersections de toitures

3.14

La ferme d’angle est disposée de façon oblique par rapport aux fermes courantes ; elle est placée sous les arêtes d’intersection des différents versants de toiture. Elle est parfois appelée demi-ferme de noue ou d’arêtier. Un arêtier (b) est l'angle saillant formé par l’arête d’intersection de deux versants de toiture. Il est constitué de l’un des deux arbalétriers de la ferme d’angle et d’un chevron d’arêtier. Celui-ci est situé sur l’arbalétrier de la ferme d’angle et sa face supérieure est généralement délardée (chanfreinée sur les deux faces). Des empannons relient l’arêtier à la panne sablière. Arêtier

Poinçon

Panne faîtière

Arêtier

Chevron Lattis

Lien de faîtage Arbalétrier

Arbalétrier d'arêtier Panne intermédiaire

Échantignole Contrefiche

Panne sablière

Voligeage

Entrait Empannon

Ferme d'angle

Chevron d'arêtier b Intersection côté arêtier

8187_.indb 101

101

14/10/14 09:22

Fiche

4.01

Charpentes industrielles Règles CB 71 (DTU P 21-701) Eurocode 5 NF DTU 31.3

Dispositions constructives

Références

Les fermes des charpentes industrielles, appelées « fermettes » ou « charpentes légères » (a), sont réalisées avec des sections de bois standardisées ; elles supportent directement la couverture, sans chevrons ni pannes. L’entraxe limité entre chaque fermette permet d’utiliser des sections réduites de bois, diminue le dimensionnement de leurs assemblages et simplifie le montage. Les bois employés sont de faible section Arbalétrier Pièce d’antiflambement Liteau (36 à 45 mm). Les assemblages ou de contreventement Noeud sont réalisés au moyen de Connecteur connecteurs métalliques à Contrefiche Lisse dents embouties, enfoncés par Fiche paires à la presse. Les liteaux de Entrait couverture ne pouvant assurer la stabilité de la charpente, un Entretoise dispositif de stabilisation transversale de contreventement et d'antiflamblement (diagonales, lisses d’antiflambage, lisses filantes et entretoises) doit être mis en place.

Ancrage

Écoinçon

Pièce de contreventement

Connecteur métallique à dents embouties

112

8187_.indb 112

Assemblage cloué a Éléments composant une charpente industrielle

14/10/14 09:22

Fiche

Charpentes industrielles

Dispositions constructives

4.01

La conception d’une charpente en fermettes tient compte de la structure porteuse, de la destination des combles, du poids des plafonds, etc. ; les différents modèles disponibles offrent ainsi de nombreuses variantes (b). Fermette en chien-assis Ferme de jouée [fiche 4.09]

Triangle d’allège

Chevêtre Fermette pour comble habitable

Fermette en W

Panneaux de façade

Croupe [fiche 4.07]

Pénétration [fiche 4.08]

Arbalétrier de croupe

8187_.indb 113

Ferme de pignon Échelle de pignon [fiche 4.06]

b Terminologie des fermettes

113

14/10/14 09:22

Fiche

Charpentes industrielles

Croupes

4.07

Les croupes pour combles habitables sur dalle (c) sont réalisées à l’aide d'une ferme porteuse, de deux arrêtiers, d’un empannon central et d’une série d’empannons intermédiaires. Les poussées horizontales en tête de croupe sont reprises par un contreventement approprié. Contreventement reprenant Pose d'une croupe pour combles habitables sur dalle 1 - Pose de la ferme porteuse (constituée de l'assemblage de 2 à 3 fermettes standard ou plus) et de l'empannon central, pose et pointage des étriers. 2 - Pose des 2 arêtiers. 3 - Pose de l'empannon central. 4 - Pose des empannons intermédiaires. 5 - Clouage définitif de l'ensemble de la croupe. 6 - Mise en place du contreventement.

les poussées horizontales en tête de croupe

Fixation des arêtiers et de l'empannon central sur la tête d'arbalétrier avec des pointes torsadées lardées

Lisse filante sous arbalétrier

2 Arêtier

Lisse filante sous arbalétrier

6 Contreventement

Blochet Sablière

Fermette standard

3 Empannon central Afin d'éviter une mise en contrainte et une déformation de la toiture lors de la pose, la dimension entre les blochets des fermes déformables doit être strictement respectée.

4 Empannon intermédiaire 2 Arêtier

Ferme porteuse

Dispositif anti-dévers 4 Empannon entre chaque fermette intermédiaire

c Croupe avec empannons sur dalle (combles habitables)

124

8187_.indb 124

14/10/14 09:22

Fiche

Charpentes industrielles NF DTU 31.3 Références

4.08

Intersections de toitures

Les intersections (ou pénétrations) de toitures pour combles habitables (a) sont réalisées à partir de deux fermes porteuses pour la toiture principale et d’une pour la toiture pénétrante, ainsi que de triangles de pénétration. L’ensemble est solidarisé par deux planches de noues et des bras de reprise. 1 Ferme porteuse Fermette standard

Pose d'une intersection de toitures pour combles habitables sur dalle 1 - Pose des 2 fermes porteuses (constituées de l'assemblage de 2 fermettes standard ou plus) et des fermettes standard de la toiture principale. 2 - Pose des bras de reprise et bloquage par des potelets. 3 - Coupe des pieds des fermettes situées face à la pénétration. 4 - Pose de la ferme porteuse de pénétration et de ses bras de reprise. 5 - Pose des planches de noues et des triangles de pénétration.

Bras de reprise 4 de la toiture pénétrante

de la toiture principale

3 Fermettes coupées (pieds situés face à la pénétration) 1 Ferme porteuse de la toiture principale

Bloquage

2 Potelet moisé Fermette standard

Blochet

2 Bras de reprise de la toiture principale Toiture principale Toiture pénétrante

Afin d'éviter une mise en contrainte et une déformation de la toiture lors de la pose, la dimension entre les blochets des fermes déformables doit être strictement respectée. Le dimensionnement des bras de reprise dépend de la portée et des charges à reprendre. Pour des raisons de lisibilité, les éléments de stabilité (contreventements, antiflambements, lisses sur entraits et anti-dévers) ne sont pas représentés.

5 Planche de noue 5 Triangle de pénétration

Fermette standard

4 Ferme porteuse de la toiture pénétrante

Sablière

a Intersection de toiture sur dalle (combles habitables)

125

8187_.indb 125

14/10/14 09:22

Table des matières Sommaire.............................................................................................................................. Introduction........................................................................................................................... Liste des sigles...................................................................................................................... Mode d’emploi.......................................................................................................................

5 7 8 9

1. Bois.................................................................................................................... 11 1.01 1.02 1.03 1.04 1.05 1.06 1.07 1.08 1.09 1.10 1.11

Composition et caractéristiques............................................................................... Essences des bois de charpente............................................................................... Abattage et séchage................................................................................................. Classes d’emploi........................................................................................................ Débit de bois massif et panneaux à base de bois.................................................. Sections standardisées des bois de charpente et couverture................................ Défauts et singularités du bois................................................................................. Dégradations du bois................................................................................................ Insectes à larves xylophages.................................................................................... Termites...................................................................................................................... Champignons lignivores............................................................................................

12 14 16 18 19 20 22 23 24 26 30

2. Conception......................................................................................................... 33 2.01 2.02 2.03 2.04 2.05 2.06 2.07

Terminologie des toitures......................................................................................... Formes des combles.................................................................................................. Combles de bâtiments en deux ou trois volumes................................................... Lucarnes et fenêtres de toit...................................................................................... Choix du type de charpente à mettre en œuvre..................................................... Choix de la pente d’une toiture................................................................................ Calcul de la pente d’une toiture...............................................................................

34 35 36 37 38 44 46 239

8187_.indb 239

14/10/14 09:23

Table des matières 2.08 2.09 2.10

Tracés géométriques................................................................................................. 47 Charges exercées sur la toiture................................................................................ 49 Comportement des éléments de charpente............................................................ 52

3. Charpentes traditionnelles................................................................................ 59 3.01 3.02 3.03 3.04 3.05 3.06 3.07 3.08 3.09 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 3.18 3.19

Typologie des charpentes traditionnelles................................................................ 60 Charpente non assemblée à pannes et chevrons................................................... 62 Poutres en I avec âme en bois................................................................................. 64 Charpente assemblée à fermes................................................................................ 66 Planchers.................................................................................................................... 68 Épures et traits de charpente................................................................................... 70 Dispositions constructives par type de ferme......................................................... 75 Assemblages.............................................................................................................. 80 Débords de toiture..................................................................................................... 90 Ancrages et fixations au gros œuvre....................................................................... 92 Pannes........................................................................................................................ 94 Chevrons..................................................................................................................... 96 Supports de couverture............................................................................................. 98 Intersections de toitures........................................................................................... 100 Croupes....................................................................................................................... 102 Contreventement et antiflambement...................................................................... 103 Points singuliers......................................................................................................... 104 Marquises et auvents................................................................................................ 107 Contrôle et pose......................................................................................................... 109

240

8187_.indb 240

14/10/14 09:23

Table des matières 4. Charpentes industrielles.................................................................................... 111 4.01 4.02 4.03 4.04 4.05 4.06 4.07 4.08 4.09 4.10 4.11 4.12 4.13 4.14 4.15

Dispositions constructives......................................................................................... 112 Conception et fabrication.......................................................................................... 114 Dispositions constructives par type de fermette.................................................... 116 Nœuds et assemblages des fermettes.................................................................... 118 Débords de toit en façade........................................................................................ 120 Débords de toit en pignon........................................................................................ 121 Croupes....................................................................................................................... 122 Intersections de toitures........................................................................................... 125 Jouée.......................................................................................................................... 127 Ancrages et fixations au gros œuvre....................................................................... 128 Dispositifs de stabilité............................................................................................... 129 Contreventement et antiflambement...................................................................... 130 Supports de couverture............................................................................................. 137 Points singuliers......................................................................................................... 138 Contrôle et pose......................................................................................................... 142

5. Panneaux de toiture monoblocs....................................................................... 145 5.01 5.02 5.03 5.04 5.05 5.06 5.07 5.08

Principes et modes de pose..................................................................................... 146 Assemblage, fixation et ventilation......................................................................... 148 Supports de couverture............................................................................................. 149 Détails de mise en œuvre......................................................................................... 150 Égouts......................................................................................................................... 152 Faîtages...................................................................................................................... 153 Rives, noues et cheminées....................................................................................... 154 Fenêtres de toit.......................................................................................................... 155 241

8187_.indb 241

14/10/14 09:23

5. Panneaux de toiture monoblocs....................................................................... 145 5.01 5.02 5.03 5.04 5.05 5.06 5.07 5.08

8187_.indb 241

14/10/14 09:23

Table des matières 6. Sous-toitures...................................................................................................... 157 6.01 6.02 6.03 6.04 6.05

Modes de pose.......................................................................................................... 158 Pose sur support discontinu...................................................................................... 160 Mise en œuvre avec ou sans contrelatte................................................................. 161 Mise en œuvre des faîtages..................................................................................... 162 Points singuliers......................................................................................................... 163

7. Isolation thermique et phonique...................................................................... 165 7.01 7.02 7.03 7.04

Isolation thermique des combles perdus................................................................. 166 Isolation thermique des combles aménagés.......................................................... 170 Isolation thermique par surtoiture (Sarking)........................................................... 174 Isolation phonique..................................................................................................... 178

8. Aménagement des combles............................................................................. 181 8.01 8.02 8.03 8.04 8.05 8.06 8.07 8.08 8.09 8.10

Principes et aménagements..................................................................................... 182 Surface de plancher................................................................................................... 184 Surface de plancher taxable..................................................................................... 186 Modification de la charpente.................................................................................... 187 Éclairage naturel des combles.................................................................................. 190 Détails de mise en œuvre......................................................................................... 192 Escaliers...................................................................................................................... 194 Cloisons...................................................................................................................... 198 Plafonds...................................................................................................................... 200 Parquets..................................................................................................................... 202

242

8187_.indb 242

14/10/14 09:23

Table des matières 6. Sous-toitures...................................................................................................... 157 6.01 6.02 6.03 6.04 6.05

7. Isolation thermique et phonique...................................................................... 165 7.01 7.02 7.03 7.04

8. Aménagement des combles............................................................................. 181 8.01 8.02 8.03 8.04 8.05 8.06 8.07 8.08 8.09 8.10

242

8187_.indb 242

14/10/14 09:23

Table des matières 9. Chantier............................................................................................................. 207 9.01 9.02 9.03 9.04 9.05 9.06

Organisation d’un chantier de charpente................................................................ 208 Stockage, transport et levage................................................................................... 209 Échafaudages, plateformes et échelles................................................................... 212 Garde-corps pour travaux temporaires en hauteur................................................. 217 Protection contre les chutes de hauteur.................................................................. 220 Protection de la personne (EPI)................................................................................ 223

Références – Bibliographie................................................................................................... 227 Index...................................................................................................................................... 235

243

8187_.indb 243

14/10/14 09:23

MÉMENTO

SOMMAIRE 1 Bois 2 Conception

3 Charpentes traditionnelles 4 Charpentes industrielles 5 Panneaux de toiture monoblocs

8437_Memento_illus_BOUTEVEILLE_couv_rabat.indd 1

Du même auteur

6 Sous-toitures 7 Isolation thermique et phonique 8 Aménagement des combles 9 Chantier

MÉMENTO

ISSN 1263-9745 ISBN 978-2-281-11699-1

Mise en œuvre des charpentes en bois

Ursula Bouteveille

Dans la même collection

Ursula Bouteveille

Mise en œuvre des charpentes en bois

Dans la même collection

Charpentes traditionnelles, industrielles, panneaux de toiture, aménagement des combles…

13/10/14 15:00