Eléments communs à tous les types de toiture

La toiture a pour but de recouvrir une surface afin de la mettre à l’abri. La couverture subit une charge due au poids propre de la toiture, et à des charges ponctuelles telles que la neige. Il faut donc concevoir une charpente apte à supporter cette charge et à la transmettre aux murs. La charpente est composée de pièces en bois que l’on retrouve quasi-systématique quel que soit le type de toiture.

Vue 3d

Chevrons et pannes

Les chevrons

Les chevrons sont les éléments principaux d’une charpente. Ils permettent de répartir la charge et reçoivent les panneaux de toiture ou des liteaux pour les tuiles. Ils sont posés sur les lisses des murs et/ou sur des pannes. Les chevrons sont alignés les uns à côté des autres selon un espacement régulier (entraxe) de l’ordre de 50cm. Plus il y a de chevrons, plus la charge est répartie, et moins la section des chevrons devra être importante. Inversement, des grosses sections de chevrons permettent d’augmenter leur entraxe. La section des chevrons doit être calculée en tenant compte de nombreux paramètres. Notamment, on tient compte de la charge au m² sur la toiture.

Les pannes

Les pannes supportent les chevrons. Elles répartissent et transmettent la charge vers les murs. Ils existent plusieurs types de pannes :

• la panne faîtière est celle qui se trouve au sommet (au faît) de la charpente. Elle reçoit la partie supérieure des chevrons.
• la panne sablière est celle qui se situe en bas de la charpente. Elle supporte la partie inférieure des chevrons. Elle est souvent équivalente à la lisse haute du mur.
• les pannes intermédiaires se situent entre la panne faîtière et la panne sablière. Elles permettent de soulage les chevrons entre divisant leur portée.

Les closoirs

[closoirs-

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La première chose à faire est de calculer la charge par m² que va supporter la toiture. Ensuite, la méthode de calcul est fondée sur un principe de vérification. En effet, on ne va pas calculer la section brute de l’élément mais on va plutôt vérifier qu’une section donnée répond aux critères d’utilisation. On va donc procéder par étapes et il faut tenir compte notamment des sections réellement disponibles chez notre fournisseur.

Les outils que nous allons utiliser sont basés sur l’EUROCODE 5.

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Le calcul des charges sur la toiture peut se faire grâce à l’outil que vous trouverez sur cette page.

Le calcul va dépendre essentiellement de la localisation géographique du site ainsi que de la nature de la couverture.
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Les closoirs permettent de boucher le volume situé entre les chevrons. Les différentes techniques sont décrites ci-dessous :

Vue 3d

Les trois techniques pour réaliser les closoirs

• En rouge : c’est la méthode la plus efficace du point de vue de l’étanchéité à l’air. Le closoir est façonné dans une chute de panne ou de chevron. La face supérieure du closoir est découpée selon l’angle de la pente du toit. Cela se fait facilement avec une scie circulaire sur table. Les closoirs sont fixés par des vis sur le dessus. Cette méthode doit être mise en œuvre avant la pose du voligeage car ensuite il devient difficile de fixer correctement.
• En bleu : des tasseaux (2) sont fixés contre les chevrons. Puis une planche est fixée contre les tasseaux. Cette méthode peut être mise en œuvre plus tard dans la construction mais elle n’offre pas une très bonne étanchéité et la fixation des tasseaux n’est pas évidente à réaliser correctement.
• en vert : la fermeture sur la face extérieure est assuré par la bardage ou le voile de contreventement (4). La face intérieure peut aussi être close avec des planches ou des panneaux (5). Le volume entre les deux panneaux peut être rempli d’isolant.

Calcul des divers éléments de la toiture

Comme exemple, nous allons prendre une gloriette à base carrée de 4x4 m avec une couverture en tuiles plates. Après un pré-dimensionnement, nous avons les données suivantes qui vont nous servir à compléter les champs :

• Chevron : 50x60 mm,
• Entraxe des chevrons : 60 cm,
• Portée des chevrons : 100 cm,
• Panne : 50x75 mm,
• Entraxe des pannes : 100 cm,
• Portée des pannes : 280 cm,
• Traverse : 50x100 mm,
• Entraxe : 2 m,
• Portée : 2 m,
• Inclinaison de la toiture : 35°,
• Localisation du site : Grenoble, département de l’Isère,
• Altitude : 600 m,
• Couverture : tuiles plates grand moule.

Comme la construction est une gloriette en extérieur, il n’y aura ni plafond ni isolant. Ces éléments ne seront donc pas à prendre en compte.

Résultat du calcul des charges

Calcul des charges

Nous passons ensuite à la vérification des chevrons qui se fera grâce à l’outil Vérifier un chevron.

Le calcul de la section des chevrons est dépendant du précédent calcul et les données insérées ainsi que les résultats obtenus précédemment sont reportées automatiquement sur cet outil de calcul.

Exemple de calcul des charges
Nous garderons donc l’exemple ci-dessus. Il n’est plus nécessaire d’insérer la charge sur les chevrons et l’altitude. Par contre, les caractéristiques des chevrons sont à définir, à savoir :

• La classe de résistance,
• La section de base,
• La portée du chevron.

La détermination des éléments de la mise en œuvre est la dernière étape, mais pas la moindre, pour la vérification des chevrons. La méthode de fixation dépendra de la fixation du chevron par rapport aux différentes pannes. Cependant, l’idéal serait de vérifier avec les trois méthodes de fixation proposées. De ce fait, on sera sûr du résultat. Pour la classe de service, vue que le toit est couvert mais qu’il n’y a ni plafond ni isolant, on prendra la classe de service 2 « en extérieur, sous abris ».

Résultat pour une méthode de fixation par le haut

Résultat pour une méthode de fixation par le bas

Résultat pour une méthode de fixation en haut ET en bas

Dans les 3 cas, la section est vérifiée. Cependant, il peut arriver que la section soit insuffisante.

Section de chevron insuffisante

Dans le cas où la section du chevron n’est pas vérifiée, il faudra la revoir à la hausse. Si ce n’est toujours pas suffisant, on peut aussi réduire l’entraxe ou la portée des chevrons.

Vérification des chevrons

Pour le calcul des pannes, nous avons l’outil de calcul vérifier une poutre. Cet outil est aussi dépendant de l’outil "Calcul de la charge sur la toiture". Ce dernier nous donne deux résultats bien distincts dont la charge de structure et la surcharge climatique, que nous utiliserons pour compléter les cases "charge permanente sur la poutre daN/m" et la "charge d’exploitation totale sur la poutre (daN/m)". N’oublier pas que les unités sont en "daN/m" alors, il faut multiplier les résultats obtenus par l’outil de calcul de la charge sur la toiture par les largeurs d’applications.

Exemple de vérification des chevrons

Détermination de la section des pannes

Dans le cas où la section de la panne est insuffisante, il faudra la revoir à la hausse (hauteur x largeur).

Section de panne suffisante

Pour le calcul de cet élément, il n’y a pas encore d’outil défini. Cependant, on prendra comme hypothèse que la traverse est équivalente à une panne sablière, ce qui fait que le calcul de la section d’une traverse sera alors semblable à celle d’une panne. On reprendra ainsi l’outil que nous avons utilisé dans la partie précédente.[...]