Comment concevoir un bâtiment en béton armé : modèle, calculs statiques et armatures théoriques

Un bâtiment typique en béton armé peut être traité dans un seul logiciel, de l’écran vide jusqu’à la note de calcul. Ce tutoriel présente tout le parcours dans le mode « Bâtiment » d’IgentForm sur un exemple simple : le modèle de l’étage, les charges et les combinaisons, les calculs statiques, les surfaces d’armature théoriques, la note de calcul et le passage à un bâtiment à plusieurs étages.

La vidéo ci-dessus montre le même processus. Les captures d’écran proviennent de la version polonaise du logiciel — IgentForm est également disponible en français et en anglais.

Étape 1. L’étage : dalle, voiles, poteaux et poutres

Vous commencez par la dalle du premier étage. Son contour peut avoir une forme quelconque. Les options d’accrochage et une grille, que vous pouvez modifier librement, facilitent la saisie des points.

IgentForm est un modeleur volumique : la dalle dessinée devient donc immédiatement un volume. En pratique, un volume correspond à un étage. Cela présente un avantage concret : vous sélectionnez d’un seul geste toutes les lignes du contour extérieur et vous y définissez les voiles extérieurs en une seule fois.

Ensuite :

• vous indiquez des points et ajoutez les voiles intérieurs,
• vous ajoutez les poteaux et les poutres — après cette étape, le schéma statique d’un bâtiment simple est prêt,
• vous insérez les ouvertures de portes et de fenêtres à partir de la base d’ouvertures, que vous pouvez compléter avec vos propres dimensions.

Si vous disposez d’un plan dans un fichier DXF, il n’est pas nécessaire de dessiner à partir de zéro : le logiciel charge les fonds de plan DXF et permet de modéliser la structure sur cette base.

L’étage terminé : une dalle de contour quelconque, des voiles et des ouvertures. À gauche, la base de sections et d’ouvertures.

Étape 2. Charges, schémas de charges et combinaisons

Division de la dalle en panneaux

Avant d’appliquer les charges, il est utile de diviser la dalle en panneaux. La division peut être réalisée manuellement ou automatiquement — le long des voiles intérieurs. Elle est pilotée par l’option qui prend en compte une ligne intérieure dans la division de la dalle et des charges. Lorsqu’elle est activée, le logiciel met à jour la division après chaque modification du modèle. Dans l’exemple, la dalle principale a ainsi été divisée en trois dalles.

Charges

Vous affectez la charge d’exploitation à toute la dalle ou à certains des panneaux qui la composent. La valeur de la charge peut être modifiée à tout moment.

Charge d’exploitation affectée à la dalle de l’étage.

Schémas de charges

Vous pouvez composer les schémas de charges manuellement, en choisissant les charges qui en font partie. Il est plus rapide d’utiliser les schémas automatiques : d’un seul clic, le logiciel génère toutes les dispositions de charges possibles, afin d’obtenir ensuite les efforts internes les plus défavorables.

Combinaisons réglementaires

Enfin, vous choisissez la norme pour les combinaisons et cliquez sur « Générer ». Toutes les combinaisons générées selon la norme apparaissent dans un tableau.

Étape 3. Calculs statiques — trois méthodes

Avant les calculs, vous choisissez la norme de dimensionnement. La norme française BAEL 91 mod. 99 et l’Eurocode (EC) sont disponibles.

Vous choisissez ensuite la méthode de calcul. Trois méthodes sont proposées :

Méthode	Calcul des dalles	À savoir
Descente de charges — méthode des enveloppes (méthode des surfaces d’influence)	La charge de la dalle est répartie sur les appuis selon des enveloppes	Résultats : enveloppes, répartition des charges sur l’étage, efforts verticaux dans les éléments, moments dans les poutres, réactions sur les fondations
Descente de charges avec dalles calculées par éléments finis	Les dalles sont calculées par le solveur d’éléments finis intégré	En plus : déplacements et moments fléchissants des dalles
Autodesk Robot	Calculs par éléments finis avec le moteur de calcul d’Autodesk Robot	Méthode disponible pour les utilisateurs d’Autodesk Robot

La méthode des enveloppes et la méthode des surfaces d’influence sont deux noms de la même méthode. Dans la liste « Méthode de calcul » du logiciel, les trois méthodes correspondent aux positions descente de charges, descente de charges avec dalles par éléments finis et Autodesk Robot.

Résultats de la méthode des enveloppes

Après les calculs, vous pouvez afficher les enveloppes et la répartition des charges sur l’étage.

Les enveloppes montrent quelle partie de la dalle transmet sa charge à un voile, une poutre ou un poteau donné. À gauche, le panneau « Calculs » avec le choix de la méthode.

Dans la vue de la structure, le logiciel affiche par défaut les efforts verticaux transmis aux éléments et les diagrammes des moments dans les poutres. À la fin, vous affichez les réactions sur les fondations — semelles filantes et semelles isolées.

Efforts verticaux dans les éléments et diagrammes des moments fléchissants dans les poutres.

Résultats pour les dalles calculées par éléments finis

Lorsque vous choisissez la méthode avec dalles calculées par éléments finis, le logiciel affiche par défaut les déplacements verticaux de la dalle. Vous pouvez également afficher les cartes des moments fléchissants nécessaires au dimensionnement.

Carte des résultats pour une dalle calculée avec le solveur d’éléments finis intégré.

Pour chaque dalle et chaque cas de charge, vous pouvez afficher les valeurs extrêmes : flèche maximale, moments fléchissants maximaux, ainsi que les surfaces d’armature inférieure et supérieure dans toutes les directions.

Options qui influencent les résultats

Les calculs statiques et les calculs d’armatures peuvent être lancés automatiquement après la modification d’un paramètre quelconque. Vous voyez ainsi immédiatement l’effet de chaque décision :

• Taille du maillage d’éléments finis — après la modification, les calculs sont relancés.
• Type d’appui de la dalle — un voile ou une poutre peut être défini comme appui articulé ou encastré. La modification influence immédiatement les flèches et la déformée ; il est donc facile de vérifier si le modèle se comporte correctement.
• Poutres comme appuis rigides — par défaut, les poutres sont considérées comme des appuis rigides de la dalle. L’option peut être désactivée, ce qui se voit immédiatement sur les flèches.
• Coefficient de rigidité des poutres — sa réduction permet de tenir compte de manière approchée de la fissuration de la poutre, et les résultats deviennent plus fiables.

Étape 4. Surfaces d’armature théoriques

Dalles : croix d’armatures

Pour les dalles, le logiciel affiche des « croix d’armatures », c’est-à-dire les surfaces d’armature nécessaires aux points caractéristiques de la dalle. On voit immédiatement où il faut plus d’acier que l’armature minimale.

Croix d’armatures : surfaces d’armature théoriques aux points caractéristiques de la dalle.

Ces valeurs servent à l’étape suivante : vous ouvrez le modèle enregistré dans IgentDraw et, sur cette base, vous choisissez les armatures réelles de la dalle.

Poutres : deux options à connaître

Les surfaces d’armature théoriques des poutres sont affichées sur le modèle et dans un tableau. Deux options influencent le résultat :

• Réduction des moments au nu de l’appui. Par défaut, les efforts internes et les armatures sont calculés dans les axes des appuis. Lorsque cette option est activée, le logiciel détecte lui-même les largeurs des appuis et réduit les moments à leurs nus. Les moments de calcul sont plus faibles, ce qui permet de réduire la surface d’armature des poutres.
• Collaboration avec la dalle. L’option est activée par défaut. La poutre est alors dimensionnée non pas comme une section rectangulaire, mais comme une section en T, et le logiciel reconnaît automatiquement une telle section.

Diagrammes des moments dans les poutres. Dans le panneau « Calculs », on voit notamment les options de réduction des moments au nu de l’appui et les coefficients de rigidité.

Étape 5. Note de calcul

La note de calcul est générée au format XLS. Pour les poutres, des points caractéristiques sont retenus : les sections sur appuis et les valeurs extrêmes en travée.

La note contient :

• le récapitulatif des matériaux et des sections utilisés,
• les paramètres de tous les éléments,
• les résultats de la descente de charges pour les poteaux, les poutres, les voiles et les fondations,
• les surfaces d’armature théoriques.

Les options de calcul utilisées sont indiquées pour chaque élément. Pour les poteaux, la note contient des valeurs qui aident à vérifier l’exactitude des calculs. Pour les poutres, toutes les sections utilisées sont répertoriées — rectangulaires et en T — ce qui permet de vérifier les largeurs de table retenues.

La feuille « armatures » de la note : options de calcul, sections rectangulaires et en T, efforts de calcul.

Étape 6. D’un étage au bâtiment entier

Un étage devient très vite un bâtiment à plusieurs étages. Il est conseillé de désactiver les calculs automatiques pendant la modification du modèle.

1. Augmentez le nombre d’étages ; vous pouvez modifier librement leurs hauteurs.
2. Copiez l’étage choisi sur les autres en indiquant le nombre de copies. L’option de copie du polygone permet ensuite de donner à chaque étage un schéma statique différent.
3. Sélectionnez un niveau et modifiez sa disposition — par exemple, supprimez les poutres et disposez les poteaux autrement.
4. Lors de la définition des éléments, affichez l’étage inférieur ou supérieur comme référence.

Après le lancement des calculs, les cartes de résultats des étages modifiés diffèrent des autres. On le voit aussi dans la méthode des enveloppes : les enveloppes de l’étage modifié ont une forme différente.

Bâtiment à plusieurs étages avec les cartes de résultats sur les planchers des étages successifs.

Résumé

Tout le parcours de conception d’un bâtiment typique en béton armé tient dans un seul modèle :

1. un étage avec dalle, voiles, poteaux, poutres et ouvertures,
2. les charges, les schémas automatiques et les combinaisons réglementaires,
3. les calculs statiques par l’une des trois méthodes,
4. les surfaces d’armature théoriques des dalles et des poutres,
5. la note de calcul au format XLS,
6. la duplication de l’étage en bâtiment à plusieurs étages.

Comme les calculs peuvent être lancés après chaque modification d’un paramètre, le modèle convient bien à la vérification rapide de variantes — un autre type d’appui, une autre rigidité des poutres ou une autre disposition des poteaux.

Et ensuite

Vous ouvrez le modèle enregistré dans IgentDraw, où les armatures réelles et les plans sont créés à partir des surfaces calculées. Ce sujet est décrit dans le tutoriel Plans d’armature d’un bâtiment en béton armé : dalles, poutres, poteaux et voiles.

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