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Vent sur les toitures aérodynamiquement isolées

Que sont les toitures aérodynamiquement isolées ?

Une toiture isolée est définie comme la toiture d'une construction ne comportant pas de murs permanents, telles que stations-service, hangars agricoles ouverts, etc.
Le vent sur une toiture isolée est calculé différemment de l'action climatique sur un bâtiment fermé ou partiellement fermé.
Pour un bâtiment avec des murs, lorsque sur au moins deux faces du bâtiment, l'aire totale des ouvertures existant sur chacune des faces représente 30% de l'aire de cette face, les actions sur le toit doivent être calculées comme pour une toiture isolée.
Ombrière photovoltaïque - Toiture aérodynamiquement isolée à un seul versant toiture isolée 1 versant
Ombrière photovoltaïque - Toiture aérodynamiquement isolée à deux versants toiture isolée 2 versants
Abris photovoltaïques - Toiture aérodynamiquement isolée à versants multiples toiture isolée versants multiples

Comment calculer la pression du vent sur la structure principale d'une toiture isolée ?

Extrait de la norme EN 1991-1-4 §7.3 Toitures isolées

(2) Le degré d'obstruction sous une toiture isolée est représenté à la Figure 7.15. Il dépend de l'obstruction φ, qui est le rapport de l'aire des obstructions éventuelles (mais vraisemblables) sous la toiture, divisée par l'aire de la section transversale sous la voûte, les deux aires étant mesurées perpendiculairement à la direction du vent.
NOTE : φ=0 représente une toiture isolée sans rien en dessous, et φ=1 représente la toiture isolée entièrement obstruée par des objets disposés sur toute la hauteur de la seule rive sous le vent (il ne s'agit pas d'un bâtiment fermé).
(3) Les coefficients de force globale, cf, indiqués dans les tableaux 7.6 à 7.8 pour φ=0 et φ=1 tiennent compte de l'effet combiné du vent agissant à la fois sur les surfaces supérieure et inférieure des toitures isolées quelles que soient les directions du vent. Les valeurs intermédiaires peuvent être déterminées par interpolation linéaire.
(4) Il convient d'utiliser les valeurs pour φ=0 pour les éléments situés, dans la direction du vent, au-delà de la position de l'obstruction maximale.
(5) Le coefficient de force globale représente la force résultante. Le coefficient de pression nette représente la pression locale maximale pour toutes directions du vent. Il est recommandé d'utiliser ce dernier pour le calcul des éléments de toiture et des fixations.
(6) Chaque toiture isolée doit pouvoir supporter les cas de charge définis ci-dessous :
  • pour une toiture isolée à un seul versant (Tableau 7.6) il convient de définir à quelle distance du du bord au vent se trouve le centre de pression.
    NOTE : Cette distance peut être donnée dans l'Annexe Nationale. La distance recommandée est donnée à la Figure 7.16.
    NOTE 2 : Le document 'BNCM/CNC2M N0380 / REC EC1-CM : Juillet 2017 §5.3' propose une traduction des coefficients de force cf sous la forme d’une distribution de coefficients de pression le long du versant de la toiture, dont la résultante est conforme, en grandeur et position, à celle définie par la norme NF EN 1991‐1‐4 et l'Annexe Nationale Française.
  • pour une toiture isolée à deux versants (Tableau 7.7), il convient de placer le centre de pression au centre de chaque versant (Figure 7.17). Il est par ailleurs recommandé qu'une toiture isolée à deux versants puisse résister à un chargement maximal ou minimal sur un de ses versants, l'autre versant ne recevant pas de charge.
  • dans le cas d'une toiture isolée multiple, comportant plusieurs travées, le chargement de chaque travée peut être calculé en appliquant les coefficients de réduction ψmc indiqués dans le Tableau 7.8, aux valeurs cp,net données dans le Tableau 7.7.
(8) La hauteur de référence qu'il convient d'utiliser est égale :
  • au faîtage d'une toiture isolée à un versant
  • au bord inférieur d'une toiture isolée à deux versants
Représentation de l'écoulement de l'air autour des toitures isolées provenant de la norme
Figure 7.15 - Ecoulement de l'air autour des toitures isolées

Exemple de résultat donné par le logiciel

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Disponible en anglais/français, sinon «Google Translate»!

B - Données

B1 - Toit

α Bs
Type Angle α Longueur versant Bs
à un versant 8.0° 12.492m

B2 - Vent - Pression dynamique de pointe

Vent provenant de la gauche qp1 Vent provenant de la droite qp2 Vent provenant du pignon qp3
55.76daN/m² 55.76daN/m² 55.76daN/m²
Drapeau français

B3 - Degré d'obstruction sous la toiture

Position A gauche A droite De profil
Taux d'obstruction φ 0.33 0.23 0.25

C - Calcul des chargements - EN 1991-1-4 §7.3

distribution de cf tirée de BNCM/CNC2M N0380 / REC EC1-CM: Juillet 2017 Figure 22
Vent gauche - affaissement 82.52daN/m2(sur 1.249m) 45.39daN/m2 -7.47daN/m2
Coefficient de force cf 0.46 Tableau 7.6
Emplacement de cf 3.123m Figure 7.16
Vent gauche - soulèvement -110.4daN/m2(sur 1.249m) -99.36daN/m2 21.97daN/m2
Taux d'obstruction φ 0 pas d'augmentation de l'obstruction du coté de la rive droite sous le vent - §7.3(4)
Coefficient de force cf -0.82 Tableau 7.6
Emplacement de cf 3.123m Figure 7.16
Vent droite - affaissement -7.47daN/m2 45.39daN/m2 82.52daN/m2(sur 1.249m)
Coefficient de force cf 0.46 Tableau 7.6
Emplacement de cf 9.369m Figure 7.16
Vent droite - soulèvement 28.15daN/m2 -124.35daN/m2 -131.93daN/m2(sur 1.249m)
Taux d'obstruction φ 0.33 augmentation de l'obstruction du coté de la rive gauche sous le vent - §7.3(2)
Coefficient de force cf -1.011 Tableau 7.6
Emplacement de cf 9.369m Figure 7.16
Vent pignon - affaissement 25.65daN/m2 25.65daN/m2
Coefficient de force cf 0.46 pour une pente de toit α = 0° - BNCM/CNC2M N0380 / REC EC1-CM: Juillet 2017 Tableau 3
Emplacement de cf 6.246m cf est uniforme sur tout le toit - BNCM/CNC2M N0380 / REC EC1-CM: Juillet 2017 §5.3
Vent pignon - soulèvement -39.03daN/m2 -39.03daN/m2
Taux d'obstruction φ 0.25 augmentation de l'obstruction sous la construction - §7.3(2)
Coefficient de force cf -0.7 pour une pente de toit α = 0° - BNCM/CNC2M N0380 / REC EC1-CM: Juillet 2017 Tableau 3
Emplacement de cf 6.246m cf est uniforme sur tout le toit - BNCM/CNC2M N0380 / REC EC1-CM: Juillet 2017 §5.3