Analyse du comportement sismique des bâtiments de faible hauteur en acier avec diaphragmes flexibles au toit

Les bâtiments d'un étage avec diaphragme flexible au toit sont un type de bâtiment que l'on retrouve fréquemment au Canada. On utilise ce type de bâtiment comme édifice industriel, commercial ou récréatif. Le toit est fait de feuilles de tablier métallique supportées par des poutrelles ajourées et/ou des poutres en acier et qui forment un diaphragme. Ces diaphragmes sont relativement flexibles et subissent des déformations de cisaillement et de flexion dans leur plan. Au Canada, la conception sismique de ces bâtiments est généralement réalisée à l'aide de la méthode des forces statiques équivalentes (MFSÉ). Le Code National du Bâtiment 2010 (CNBC 2010) propose des équations empiriques, basées sur la hauteur du bâtiment, pour le calcul de la période fondamentale. Or, lorsqu'on tient compte de la flexibilité des diaphragmes de toit, la période fondamentale allonge. De plus, lorsqu'on réalise une analyse dynamique, la distribution des efforts de cisaillement dans le diaphragme dévie de la variation linéaire supposée dans le dimensionnement. La méthode actuelle de conception n'est donc pas adaptée à la réalité des bâtiments d'un étage avec un diaphragme flexible au toit. Les changements apportés à la conception sismique dans le CNBC et la norme CAN/CSA-S16 (2009) ont augmenté considérablement les efforts à utiliser au moment de la conception. Il est donc nécessaire d'améliorer notre connaissance du comportement dynamique des bâtiments en acier d'un étage avec diaphragme de toit flexible.

Abstract

Low-rise buildings with flexible steel roof deck diaphragm are commonly found in Canada. This type of buildings is used as an industrial, commercial or recreational building. The roof is made of steel deck sheets supported by open web trusses and/or steel beams and forms a diaphragm to resist lateral loads. These diaphragms are relatively flexible and are subjected to shear deformation and bending in their plane. In Canada, the seismic design of these buildings is usually performed using the equivalent static force method. The National Building Code of Canada 2010 (NBCC 2010) provides empirical equations, based on building height, for the calculation of the fundamental period. However, when taking into account the flexibility of the roof diaphragm, the fundamental period lengthens. Furthermore, when performing a dynamic analysis, the distribution of shear stresses in the diaphragm deflects from the assumed linear variation in dimensioning. The current design method is not adapted to the reality of low-rise buildings with flexible steel roof deck diaphragm. Changes in seismic design in the NBCC and CAN/CSA-S16 (2009) substantially increased the design effort. It is therefore necessary to improve our understanding of the dynamic behaviour of low-rise buildings with flexible steel roof deck diaphragm.