Les pannes lamellées-collées consistent principalement en des poutres droites lamelléescollées à section constante. Elles peuvent être en appui simple (sur deux appuis), pour être ensuite suspendues entre les poutres primaires, ou bien prendre la forme de poutres continues reposant sur plusieurs appuis, généralement placées en haut de la structure primaire. Les pannes continues peuvent, quant à elles, consister en des pannes non jointées sur deux travées ou plus, en des pannes à assemblages rigides (souvent sous la forme de pannes croisées sur appuis) ou à assemblages articulés (tel un « système cantilever »).
Les pannes continues ou les pannes cantilever sont avantageuses, dans la mesure où leur section transversale est plus petite que celle de pannes en appui simple. Cependant, sur le plan de la solidité et du risque d'effondrement en cascade, il est préférable d'utiliser des pannes en appui simple. Les pannes assurent deux fonctions : elles transfèrent les charges verticales vers les poutres principales, et elles contreventent les poutres principales (charges de vent et instabilité). Néanmoins, en cas de rupture d'un élément principal, les pannes continues joueront le rôle d'entrait et redistribueront la charge de l'élément en rupture vers les éléments voisins (Figure 12.1). Étant donné que la plupart des ruptures ne sont pas dues à des défauts locaux (matériau de mauvaise qualité, dégradation), mais plutôt à des erreurs (répétées) globales commises par les concepteurs et les constructeurs, les éléments principaux voisins ne sont généralement pas en mesure de supporter la charge supplémentaire, d'où une rupture progressive. Par conséquent, pour des raisons de solidité et afin d'éviter tout risque d'effondrement en cascade, il est recommandé d'utiliser des pannes en appui simple, ne jouant pas le rôle d'entrait. Dans un souci de robustesse, les pannes ne devront pas jouer un double rôle ; elles devront transférer soit les charges verticales, soit les charges horizontales. Les assemblages entre les pannes et les poutres principales doivent également être spécialement conçus pour supporter soit les charges verticales, soit les charges horizontales. Les points d'assemblages doivent permettre le détachement des pannes en cas de rupture (cf. Figure 12.2).
Figure 12.1 : Exemple de pannes agissant comme un entrait en cas de rupture de l'élément principal (à éviter). Figure extraite de [Dietsch 2011].
Figure 12.2 : (a) Assemblage apte à transférer des charges horizontales et verticales, pouvant permettre le détachement des pannes en cas de rupture ; (b) séparation de la structure porteuse pour supporter les charges horizontales et verticales, permettant le détachement des pannes en cas de rupture. de [Dietsch 2011].
12.1. PANNES CROISEES
Les pannes croisées présentent l'avantage d'afficher une capacité résistante doublée sur les appuis, à savoir les zones où les moments de flexion sont les plus importants (Figure 12.3a). Comme pour les reins, la flèche de la panne est également réduite. La longueur de chevauchement devra être suffisante pour réduire de moitié le moment de flexion (cf. Figure 12.3c) ; le moment de flexion en travée devient alors critique. Les moments de flexion, les réactions d'appui et la flèche maximale (w) peuvent être calculés pour une poutre continue à moment d'inertie constant à l'aide des valeurs figurant au tableau cidessous. Bien que la variation de la rigidité influe favorablement sur la répartition des moments de flexion, cet effet est contré par des déformations inévitables dans les assemblages. Dans le cas d'au moins deux travées similaires, avec des chevauchements tels qu'illustrés à la Figure 12.3b, les résultats détaillés au Tableau 12.1 s'appliquent aux moments de flexion de calcul Md, aux forces de calcul dans les assemblages Fd, aux chevauchements nécessaires x et aux flèches maximales w. Il est courant d'installer des doubles pannes aux travées d’extrémité, afin d'appliquer les mêmes dimensions à toutes les travées, et ce, malgré des moments de flexion plus élevés aux travées d’extrémité.
Tableau 12.1 : Moments de flexion de calcul, forces de calcul dans les assemblages, chevauchements nécessaires et flèches maximales pour des pannes croisées (cf. Figure 12.3). qd désigne la charge de calcul uniforme et l la longueur de la travée. Comparer également avec la Figure 12.3c pour 2 travées.
* Au niveau de la face intérieure du premier appui intermédiaire (par ex. à la seconde travée), un chevauchement de 0,17 l est utilisé.
Figure 12.3 : a) Pannes croisées : chevauchement de 2 pannes (à gauche) ou aboutement de 2 pannes, avec des éclisses (à droite) ; b) système de pannes continues avec chevauchements ; c) la longueur de chevauchement devra être suffisante pour réduire de moitié la valeur maximale du moment de flexion (exemple pour une poutre à deux travées).
Des pannes non jointées sur au moins deux travées sont dimensionnées en tenant compte du fait que les poutres de toiture forment un appui déformable. Le moment de flexion aux appuis donné au Tableau 12.1 peut donc être réduit de 10 %. Les réactions d'appui aux appuis intermédiaires peuvent également être réduites pour la même raison. Les pannes reposant sur trois appuis et jointées sur le même plan sont donc en appui sur des poutres de toiture, lesquelles peuvent être dimensionnées pour une valeur 1,1qdl (au lieu de 1,25 qdl).
12.2. PANNES ET SYSTEME CANTILEVER
Un système cantilever typique est dimensionné de sorte que les moments de flexion dans la travée et au-dessus des appuis soient plus ou moins égaux. Afin de réduire le risque d'effondrement en cascade, si une travée devait s'effondrer, le système devrait être conçu de telle manière que chaque seconde travée soit exempte d'articulations.
En ce qui concerne les pannes impliquant plus de trois travées, si les assemblages sont placés selon les solutions 1 ou 2 illustrées à la Figure 12.4, les moments de flexion, les forces de cisaillement, les forces dans les assemblages, l'emplacement des articulations et l'ampleur des flèches peuvent être calculés comme indiqué au Tableau 12.2. Il est souvent pratique de choisir une hauteur identique pour les pannes des travées d’extrémité et intermédiaires, le cas échéant, plutôt que d’opter pour des pannes plus grandes pour les travées d’extrémité afin d'accroître leur capacité.
Tableau 12.2 : Moments de flexion de calcul, forces de cisaillement de calcul, forces dans les assemblages, emplacement des articulations et flèches des pannes associées à un système cantilever (cf. également Figure 12.4). qd désigne la charge de calcul uniforme et l la longueur de la travée.
Figure 12.4 : Différents types de systèmes cantilever. Solution 1 : assemblage à la travée d’extrémité, a) nombre pair de travées, b) nombre impair de travées ; solution 2 : travées d’extrémité sans assemblage, a) nombre pair de travées, b) nombre impair de travées.
12.3. PANNES INCLINEES
Lorsque la pente du toit dépasse 1:10, l'inclinaison des pannes doit être prise en compte. Les charges verticales (à savoir charge de neige et poids propre) sont divisées en une composante perpendiculaire au toit (q·cos α) et en une composante parallèle au toit (q·sin α), comme illustré à la Figure 12.5.
En général, la couverture est suffisamment rigide pour supporter la composante dans le plan du toit (q·sin α) par effet de diaphragme. Ce point ne fait en principe l'objet d'aucune vérification. Dans les toits inclinés, si les deux voligeages situés de part et d'autre du faîtage sont parfaitement assemblés au faîtage, ils peuvent supporter la composante de la force parallèle au toit (effet de diaphragme), tandis que les pannes travaillent en flexion uniquement sur l’axe fort (Figure 12.6). Si la pente du toit dépasse 1:10, ou si l'effet de diaphragme ne peut être pris en compte, il convient toutefois de vérifier la flexion simultanée des pannes sur les axes fort et faible (cf. Chapitre 4.1, Éq. 4.4 ; à noter des résistances à la flexion différentes sur les axes faible et fort de lamellés-collés panachés). En cas de doute, il peut être intéressant de réduire la portée sur l’axe faible en suspendant les pannes depuis le faîtage (Figure 12.7). Les poutres treillis devront alors faire l'objet d'une vérification de la charge supplémentaire à laquelle elles sont soumises via les tiges de suspension. Les assemblages entre les pannes et les poutres de toiture peuvent notamment être réalisés avec des vis ou des cornières en acier de différents types. Ces assemblages doivent être dimensionnés de manière à supporter la composante parallèle au toit (q·sin α), afin d'empêcher la panne de glisser sur les poutres de toiture. En ce qui concerne les pannes situées entre les poutres de toiture (assemblages avec étrier), l'assemblage doit pouvoir supporter la force totale (c’est-à-dire les deux composantes).
Si les pannes servent à rigidifier les poutres primaires ou à transférer les forces de compression ou de traction vers le contreventement, la capacité résistante doit être vérifiée en compression et en flexion simultanée, comme expliqué au Chapitre 4.2. Il convient de procéder à la même vérification pour les assemblages aux poutres de toiture (cf. Chapitre 14).
Figure 12.5 : Charge verticale sur une panne inclinée divisée en composantes.
Figure 12.6 : Toit incliné avec pannes et voligeage : 1) panne faîtière ; 2) voligeage ; 3) plaque perforée. Si les deux voligeages situés de part et d'autre du faîtage sont parfaitement assemblés au faîtage, ils peuvent supporter la composante de force parallèle au toit (effet de diaphragme), tandis que les pannes travaillent en flexion uniquement sur l’axe fort. La panne faîtière doit pouvoir supporter la composante verticale.
Figure 12.7 : Dans les toitures à forte pente, les pannes ventrières peuvent être suspendues depuis la panne faîtière : (1) panne faîtière ; (2) pannes ventrières ; (3) poutre de toiture ; (4) tige de suspension.
