Ossature et systèmes structuraux

Introduction au chapitre

Ce chapitre couvre les principes fondamentaux de l'ossature légère en bois, les systèmes de contreventement, les charges structurales, et les exigences du Code national du bâtiment — Canada (CNB). Vous devez maîtriser ces concepts pour réussir l'examen Sceau rouge, car ils représentent une part importante des questions portant sur l'organisation du travail et les techniques d'installation. L'accent est mis sur la compréhension des chemins de charge, les calculs de portée, les connexions, et les exigences de résistance au feu et au vent.

Charges et chemins de charge

Types de charges

Toute structure doit résister à deux catégories principales de charges : les charges permanentes (mortes) et les charges d'utilisation (vives). Les charges permanentes incluent le poids propre des matériaux : bois, cloisons sèches, revêtements, toiture, etc. Les charges d'utilisation comprennent les occupants, le mobilier, la neige, le vent et les séismes.

Le CNB exige que les charges soient calculées selon les articles de la Partie 4 (calculs) ou de la Partie 9 (habitations et petits bâtiments). Pour les bâtiments de la Partie 9, les valeurs de charges d'utilisation minimales sont prescrites : 1,9 kPa pour les planchers d'habitation, 2,4 kPa pour les planchers d'escaliers, et 4,8 kPa pour les aires de rassemblement.

Chemin de charge

Le chemin de charge est le trajet que suit une charge depuis son point d'application jusqu'au sol. Pour un toit : bardeaux → revêtement de toit → chevrons ou fermes → mur extérieur ou poutre de faîte → poteaux → fondation → sol. Chaque élément doit transférer sa charge à l'élément inférieur sans défaillance. Une règle d'or : aucune charge ne doit être supportée par un élément non conçu pour la recevoir (ex. : un plancher supporté par des cloisons non porteuses).

Calcul de charge de neige

La charge de neige au sol (Sₛ) est donnée par les tableaux du CNB selon l'emplacement. La charge de neige sur le toit (Sᵣ) se calcule ainsi :

Sᵣ = Sₛ × Cb × Cw × Cs × Ca

Où :

Cb = facteur de charge de base (0,8 pour les toits ordinaires)

Cw = facteur d'exposition au vent (0,75 à 1,0)

Cs = facteur de pente (diminue avec l'augmentation de la pente)

Ca = facteur d'accumulation (pour les toits en escalier ou les accumulations locales)

Piège d'examen : pour un toit avec pente supérieure à 60°, la charge de neige peut être considérée comme nulle, mais la charge de vent devient prédominante.

Ossature à plateforme (plate-forme)

Principes généraux

L'ossature à plateforme est la méthode dominante en Amérique du Nord. Chaque étage est construit comme une plateforme sur laquelle on érige les murs de l'étage suivant. Les éléments clés sont :

Sablières basse et haute (doubles) : répartissent les charges et fournissent une surface de clouage

Montages : espacés à 300 mm, 400 mm ou 600 mm selon les charges et les portées

Linteaux : au-dessus des ouvertures, transmettent les charges aux montages d'appui

Cales et blocages : empêchent le flambage des montages et fournissent des surfaces de clouage

Espacement des montages

L'espacement maximal des montages dépend de la charge supportée et de la dimension du bois :

Espacement	38×89 mm (2×4)	38×140 mm (2×6)
300 mm	Portée max 3,0 m	Portée max 4,0 m
400 mm	Portée max 2,5 m	Portée max 3,5 m
600 mm	Portée max 2,0 m	Portée max 3,0 m

Ces valeurs sont indicatives; consultez toujours les tableaux du CNB (Partie 9) pour les portées exactes.

Montages d'appui et linteaux

Les montages d'appui (jack studs) supportent les linteaux. Le nombre requis dépend de la largeur de l'ouverture et des charges :

Largeur d'ouverture	Montages d'appui requis (2×4)
Jusqu'à 1,2 m	1
1,2 m à 2,4 m	2
2,4 m à 3,0 m	3

Les linteaux doivent être dimensionnés selon les tableaux de portées du CNB. Un linteau double de 38×184 mm (2×8) peut porter environ 2,5 m pour une charge de plancher standard, mais cela varie avec l'essence de bois et la charge.

Règle de clouage

Le clouage est critique pour la résistance structurale. Les clous doivent être espacés selon les tableaux du CNB (article 9.23.3.). Exemples :

Montage à sablière : 2 clous de 82 mm (3¼ po) par connexion

Sablière haute double : clous de 76 mm (3 po) espacés de 600 mm en quinconce

Blocage entre montages : 2 clous de 76 mm à chaque extrémité

Règle pratique : la longueur du clou doit être au moins 2,5 fois l'épaisseur de la pièce la plus mince à fixer.

Contreventement et résistance au vent

Types de contreventement

Le contreventement empêche la déformation latérale de la structure sous l'effet du vent ou des séismes. Les méthodes acceptées selon le CNB (article 9.23.10.) :

44.Contreventement en diagonale : pièces de bois ou métal installées en diagonale dans les murs, encastrées dans les montages

45.Revêtement structural : panneaux de contreplaqué ou OSB (Oriented Strand Board) cloués sur l'extérieur des murs

46.Contreventement par refend : murs intérieurs conçus spécifiquement pour résister aux charges latérales

Exigences pour les panneaux de revêtement

Les panneaux structuraux doivent avoir une épaisseur minimale de 9,5 mm pour un espacement des montages de 400 mm ou moins, et 12,5 mm pour 600 mm. Le clouage des panneaux : clous de 64 mm (2½ po) espacés de 150 mm sur les bords et de 300 mm sur les appuis intermédiaires.

Murs de refend

Un mur de refend est un mur conçu pour résister aux charges latérales. Les exigences du CNB :

Longueur minimale : 10 % de la longueur du bâtiment dans chaque direction

Revêtement structural sur au moins un côté

Ancrage à la fondation avec des boulons d'ancrage de 12,7 mm (½ po) espacés de 2,4 m maximum

Planchers et poutres

Poutres et solives

Les solives de plancher sont dimensionnées selon les tableaux de portées du CNB (article 9.23.4.). Les facteurs qui influencent la portée :

Dimension de la solive (38×184, 38×235, etc.)

Espacement (300, 400, 600 mm)

Essence de bois (MSR, #1/#2, etc.)

Charge d'utilisation (habitation, commercial, etc.)

Dimension	Espacement	Portée max (bois #1/#2, charge 1,9 kPa)
38×184 (2×8)	400 mm	3,2 m
38×235 (2×10)	400 mm	4,2 m
38×286 (2×12)	400 mm	5,0 m

Encastrement et portée libre

La portée libre est la distance entre les appuis. Les solives doivent avoir un appui minimal de 38 mm sur les murs ou poutres. L'encastrement (portée au-delà de l'appui) ne doit pas dépasser 3 fois la dimension de la solive.

Blocage et entretoisement

Le blocage entre les solives empêche le basculement et répartit les charges. Il est requis :

Pour les portées supérieures à 2,1 m

À chaque appui

À des intervalles maximaux de 2,4 m pour les portées supérieures à 4,2 m

Le blocage peut être en bois (mêmes dimensions que les solives) ou métallique (entretoises en acier).

Toitures et fermes

Chevrons et fermes

Deux systèmes principaux pour les toits en pente :

73.Chevrons : posés individuellement, supportés par les murs extérieurs et le faîte

74.Fermes : assemblages triangulés préfabriqués, supportés uniquement par les murs extérieurs

Les fermes sont plus efficaces pour les portées supérieures à 6 m. Elles sont conçues par le fabricant selon les charges spécifiées. Le chantier doit suivre le plan d'installation du fabricant.

Pente et facteur de pente

La pente d'un toit s'exprime en rapport vertical/horizontal (ex. : 4/12 = 4 pouces de montée par 12 pouces de course). Le facteur de pente (FP) permet de calculer la longueur réelle d'un chevron :

Longueur réelle = Longueur horizontale × FP

Pour une pente de 4/12 : FP = √(4² + 12²) / 12 = √(16 + 144) / 12 = √160 / 12 = 12,65 / 12 = 1,054

Appuis et connexions des fermes

Les fermes doivent être supportées par des murs ou poutres, jamais par des cloisons intérieures non porteuses. La connexion au mur : ancrage avec des connecteurs métalliques ou clous de 82 mm, espacés selon les spécifications du fabricant. Le contreventement temporaire est obligatoire pendant l'installation pour empêcher le basculement latéral.

Fondations et ancrage

Types de fondations

Les fondations transmettent les charges au sol. Types courants :

Semelles filantes : sous les murs porteurs, largeur minimale de 300 mm pour les bâtiments de la Partie 9

Semelles isolées : sous les poteaux, dimensionnées selon la charge

Dalles sur sol : avec nervures périphériques

Boulons d'ancrage

Les murs doivent être ancrés à la fondation avec des boulons d'ancrage de 12,7 mm (½ po) de diamètre, noyés dans le béton sur au moins 100 mm. L'espacement maximal est de 2,4 m, avec un boulon à moins de 300 mm de chaque extrémité de mur. La rondelle doit avoir au moins 25 mm de diamètre.

Traitement du bois en contact avec le sol

Tout bois en contact avec le sol ou le béton doit être traité sous pression (CCA, ACQ, etc.) ou être une essence naturellement durable (cèdre, mélèze). Le bois non traité pourrit rapidement en présence d'humidité.

Calculs de portée et de charge

Méthode de calcul simplifiée

Pour vérifier une portée, utilisez la formule de flèche maximale :

Δ_max = L / 360

Où L est la portée en mm. Pour un plancher de 4 m : Δ_max = 4000 / 360 = 11,1 mm. La flèche totale (charge permanente + charge d'utilisation) ne doit pas dépasser cette valeur.

Charge linéaire sur une poutre

La charge linéaire (w) sur une poutre supportant un plancher :

w = (charge de plancher en kPa) × (largeur tributaire en m)

Exemple : plancher avec charge de 2,4 kPa, largeur tributaire de 3 m : w = 2,4 × 3 = 7,2 kN/m.

Le moment fléchissant maximal pour une poutre simplement appuyée :

M_max = w × L² / 8

Pour w = 7,2 kN/m et L = 4 m : M_max = 7,2 × 16 / 8 = 14,4 kN·m.

Vérification de la contrainte

La contrainte de flexion (σ) se calcule :

σ = M_max / S

Où S est le module de section (en mm³). Pour une poutre rectangulaire : S = b × h² / 6. Pour une poutre de 89×235 mm : S = 89 × 235² / 6 = 819 000 mm³.

σ = 14 400 000 N·mm / 819 000 mm³ = 17,6 MPa

Cette valeur doit être inférieure à la contrainte admissible du bois (ex. : 12,5 MPa pour le SPF #1/#2). Si elle est supérieure, il faut augmenter la section ou réduire l'espacement.

Connexions et quincaillerie

Types de connecteurs

Les connecteurs métalliques (étriers, sabots, équerres) sont utilisés pour les connexions critiques. Ils sont classés selon leur capacité de charge (ex. : étrier pour solive de 38×235 avec capacité de 10 kN). Le fabricant fournit les spécifications de clouage pour chaque connecteur.

Clous et vis

Les clous sont classés par leur diamètre (gage) et leur longueur. Les clous communs :

Type	Longueur	Diamètre	Usage
Clou commun 64 mm	64 mm (2½ po)	3,76 mm (9 g)	Revêtement, montages
Clou commun 82 mm	82 mm (3¼ po)	4,88 mm (8 g)	Connexions structurales
Clou à béton	32 mm	3,05 mm	Fixation au béton

Les vis structurales (ex. : vis à bois #10 ou #12) ont une capacité de retrait supérieure aux clous, mais une capacité de cisaillement inférieure pour le même diamètre.

Règles de clouage final

Minimum de 2 clous par connexion pour les éléments porteurs

Les clous doivent pénétrer d'au moins 38 mm dans la pièce de réception

Le clouage en quinconce est requis pour les sablières doubles

Aucun clou ne doit être installé dans le bout d'une pièce à moins de 25 mm du bord

Exigences de résistance au feu

Séparation coupe-feu

Les murs coupe-feu doivent avoir une classification de résistance au feu (CRF) minimale selon le CNB. Pour les bâtiments de la Partie 9, les murs séparant les logements doivent avoir une CRF de 45 minutes. Les assemblages courants :

Montages 38×89 mm espacés de 400 mm, avec 12,7 mm de gypse de chaque côté : CRF de 45 minutes

Ajout d'isolant en laine minérale : augmente la CRF

Calfeutrage coupe-feu

Les pénétrations à travers les murs coupe-feu (tuyaux, conduits, câbles) doivent être calfeutrées avec un produit intumescent. Les cales en bois ne doivent pas obstruer les espaces requis pour l'expansion du calfeutrage.

Protection des éléments structuraux

Les poteaux et poutres en bois doivent être protégés par du gypse ou un revêtement ignifuge si la CRF l'exige. Le gypse de 15,9 mm (5/8 po) offre une protection supérieure au gypse de 12,7 mm.

Contrôle de la qualité et inspection

Points d'inspection critiques

Avant de fermer les murs, vérifiez :

134.Alignement : les murs doivent être d'aplomb (tolérance de 6 mm sur 3 m)

135.Niveau : les sablières doivent être de niveau (tolérance de 6 mm sur 3 m)

136.Clouage : respect des espacements et des longueurs

137.Blocage : présence aux endroits requis

138.Ancrage : boulons d'ancrage installés et serrés

Tolérances dimensionnelles

Élément	Tolérance
Aplomb d'un mur	6 mm sur 3 m
Niveau d'une sablière	6 mm sur 3 m
Équerrage d'un bâtiment	10 mm sur la diagonale
Espacement des montages	± 6 mm

Pièges à éviter

142.Confondre portée libre et portée entre axes : la portée libre est la distance entre les faces intérieures des appuis, pas entre les centres.

143.Oublier le facteur de pente : pour un toit en pente, la longueur du chevron est toujours supérieure à la projection horizontale.

144.Négliger les charges de vent sur les toits à faible pente : les toits avec pente inférieure à 10° peuvent subir des soulèvements importants.

145.Utiliser des clous trop courts : la pénétration minimale de 38 mm dans la pièce de réception est souvent oubliée.

146.Ignorer les exigences de blocage : le blocage est requis pour les portées supérieures à 2,1 m, même si le plancher semble stable.

147.Supporter une ferme par une cloison intérieure : les fermes ne doivent être supportées que par les murs extérieurs ou les poutres conçues à cet effet.

148.Oublier le traitement du bois en contact avec le béton : le bois non traité en contact avec le béton ou le sol est une défaillance courante.

149.Confondre les essences de bois : le SPF (épinette-pin-sapin) a des contraintes admissibles inférieures au Douglas ou au MSR (bois lamellé).

150.Ne pas vérifier les tableaux de portées : les portées maximales varient avec l'essence, la charge et l'espacement; ne mémorisez pas une seule valeur.

151.Oublier le contreventement temporaire : l'installation de fermes sans contreventement temporaire est une cause majeure d'accidents.

Résumé

Le chemin de charge doit être continu et sans interruption : chaque élément transfère sa charge à l'élément inférieur.

Les charges se divisent en permanentes (mortes) et d'utilisation (vives); la neige et le vent sont des charges d'utilisation selon le CNB.

L'ossature à plateforme utilise des montages espacés de 300, 400 ou 600 mm, avec des linteaux dimensionnés selon les ouvertures.

Le contreventement est obligatoire pour résister aux charges latérales; les panneaux structuraux et les murs de refend sont les méthodes principales.

Les portées des solives, chevrons et poutres sont déterminées par les tableaux du CNB (Partie 9) ou par calcul (Partie 4).

Les connexions doivent respecter les règles de clouage : pénétration minimale de 38 mm, espacement maximal de 150 mm sur les bords des panneaux.

Les fondations doivent être ancrées avec des boulons de 12,7 mm espacés de 2,4 m maximum.

La résistance au feu exige des séparations avec CRF minimale de 45 minutes pour les murs entre logements.

Les tolérances d'installation sont de 6 mm sur 3 m pour l'aplomb et le niveau.

Les calculs de flèche utilisent Δ_max = L / 360 pour les planchers.

Maîtrisez ces concepts, et vous serez prêt pour les questions d'ossature et de systèmes structuraux à l'examen Sceau rouge. Entraînez-vous avec les tableaux de portées du CNB et les calculs de charges pour développer votre rapidité et votre précision.

Ossature et systèmes structuraux