La charge de vent détermine les forces latérales et de soulèvement que la structure d’un bâtiment doit supporter pendant une tempête. Pour la calculer correctement, il faut connaître la vitesse de calcul du vent, le terrain du site, les dimensions du bâtiment et la forme du toit. Ce guide présente la procédure simplifiée de l’ASCE 7 utilisée par ce calculateur, explique l’effet de chaque donnée et précise à quel moment une estimation préliminaire doit être reprise par un ingénieur agréé.
Comment la vitesse du vent se transforme en pression
La vitesse du vent, à elle seule, ne permet pas de connaître la force exercée sur un bâtiment. La pression de vitesse (qh) convertit l’énergie cinétique de l’air en mouvement en une force par pied carré, selon la formule qh = 0.00256 × Kh × Kzt × Kd × V² × Iw. Comme la vitesse V est élevée au carré, la pression augmente avec le carré de la vitesse : si celle-ci double, la pression est multipliée par quatre. Un ouragan de 140 mph produit environ quatre fois la pression d’un orage de 70 mph.
Les coefficients d’exposition Kh et Kzt modifient la pression de vitesse en fonction de la rugosité et de la topographie du terrain. À vitesse égale, un bâtiment en terrain côtier dégagé (exposition D) subit des pressions nettement supérieures à celles d’un bâtiment identique en zone périurbaine (exposition B). C’est pourquoi les codes de construction côtiers sont beaucoup plus exigeants que les normes à l’intérieur des terres : l’écart tient non seulement aux vitesses de calcul plus élevées, mais aussi aux coefficients du terrain qui amplifient ces vitesses et augmentent les pressions exercées sur les surfaces.
Zones de pression et leur importance
Le vent n’exerce pas une pression uniforme sur un bâtiment. Les murs au vent subissent une pression positive (vers l’intérieur) ; les murs sous le vent et latéraux subissent une pression négative (succion). Sur la plupart des toits, le vent crée une succion ; les forces de soulèvement les plus importantes apparaissent aux coins et le long des bords, où l’air accélère autour du périmètre du bâtiment. La pression dans ces zones de coin peut atteindre deux à trois fois celle qui agit sur la partie courante du toit.
La pression de calcul sur chaque surface est calculée selon p = qh × G × Cp ± qh × GCpi, où Cp est le coefficient de pression extérieure de cette surface et GCpi le coefficient de pression intérieure. La pression intérieure s’ajoute ou se retranche selon les ouvertures du bâtiment. Pour un bâtiment fermé doté de quelques fenêtres, GCpi = ±0.18 ; pour un bâtiment présentant une grande ouverture sur le mur au vent, GCpi peut atteindre ±0.55, ce qui augmente fortement les charges sur les surfaces intérieures et les assemblages.
Limites de la procédure simplifiée
Ce calculateur applique la procédure simplifiée de l’ASCE 7-16, chapitre 27. Elle ne convient qu’aux bâtiments bas dont la hauteur moyenne du toit ne dépasse pas 60 pieds et dont le rapport entre la hauteur et la plus petite dimension en plan ne dépasse pas 1.0. Les bâtiments qui ne respectent pas ces limites nécessitent la procédure directionnelle complète ou la procédure par enveloppe, qui prend en compte la variation des pressions avec la hauteur et des phénomènes aérodynamiques plus complexes. Les bâtiments hauts et élancés ainsi que ceux dont le plan est irrégulier nécessitent toujours la procédure complète.
Même dans les limites de cette procédure simplifiée, les résultats du calculateur sont des valeurs préliminaires destinées à l’apprentissage et à la planification. Une demande de permis doit comporter des calculs visés par un ingénieur en structure agréé. Celui-ci vérifiera aussi les combinaisons de charges selon l’ASCE 7-16, section 2.3 (LRFD) ou 2.4 (ASD), contrôlera les détails des assemblages et déterminera si le vent ou le séisme est dimensionnant dans les zones à forte sismicité. Servez-vous de ces résultats pour dimensionner les éléments à titre préliminaire et évaluer l’ordre de grandeur des charges, puis confiez la conception définitive à un ingénieur.