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Caractérisation de l'effet des composants non structuraux sur les propriétés dynamiques des bâtiments

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Bonne, Alexis (2018). Caractérisation de l'effet des composants non structuraux sur les propriétés dynamiques des bâtiments. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les codes de construction actuels ne considèrent pas l’effet des composants non structuraux (CNS) sur les propriétés dynamiques de la structure. Ce projet de recherche vise à évaluer l’effet de ces composants sur les propriétés dynamiques des bâtiments dans le domaine linéaire élastique à l’aide des mesures de vibration ambiante (MVA) et des modèles d’éléments finis.

Deux bâtiments situés à Montréal sont étudiés. Le premier est un bâtiment irrégulier de six étages situé sur le campus de l’École de technologie supérieure (ÉTS). Son système de résistance aux forces latérales (SRFL) est constitué de murs de cisaillement en béton armé, de noyaux rigides en BA et de contreventements en acier en forme de croix et de V. Le second est un bâtiment rectangulaire de huit étages situé à côté du campus de l’ÉTS. Son SRFL est constitué de murs de cisaillement et de noyaux rigides en BA au rez-de-chaussée et en bois lamellé-croisé (CLT) aux étages supérieurs. Les MVA sont enregistrées à plusieurs niveaux de plancher et des stades de constructions différents : pendant la mise en place des éléments structuraux (cadre nu), une mesure avant l’ajout du mobilier uniquement dans le premier bâtiment (cadre complet sans l’agencement) et une fois que leur construction est achevée (cadre complet). Ensuite, les données des MVA subissent un prétraitement (MATLAB®) suivi d’une analyse modale (ARTeMIS Extractor®). Les techniques utilisées sont la decomposition dans le domaine fréquentiel (Frequency Domain Decomposition ou FDD) et la decomposition améliorée dans le domaine fréquentiel (Enhanced Frequency Domain Decomposition ou EFDD), qui vont permettre d’obtenir les périodes fondamentales et les modes de deformation de ces bâtiments. À ce stade, la comparaison des périodes entre ces mesures permet uniquement de mettre en évidence l’importance des CNS (cloisons, façades, murs de maçonnerie, murs rideaux et poutres secondaires) au niveau des paramètres modaux sans pour autant caractériser leur apport sur la rigidité et la masse.

Chaque bâtiment est modélisé à l’aide du logiciel d’analyse structurale ETABS 2015®. Ces modèles sont calibrés manuellement grâce aux périodes fondamentales et les modes de déformation obtenues avec les MVA. Par la suite, il est simple de caractériser l’apport de rigidité et de la masse de chaque CNS sur les propriétés dynamiques des bâtiments. La contribution de ce projet de recherche est d’aboutir à une estimation de l’effet des CNS afin de montrer leur importance sur les structures étudiées. Mais aussi, d’envisager la possibilité de prendre en compte les CNS lors du calcul de la période fondamentale d’un bâtiment qui est régi par le Code national du bâtiment du Canada (CNB). Ce projet a permis de constater que la période de ces bâtiments est surestimée lorsque l’on utilise les équations du CNB, mais également que les CNS contribuent à augmenter la rigidité de la structure (20.7 % d’apport de rigidité pour les murs de maçonnerie, 10.2 % pour les murs rideaux, 34.1 % pour les cloisons et 10.2 % pour les façades).

Titre traduit

Characterization of the effect of non-structural components on the dynamic properties of buildings

Résumé traduit

Building construction codes need to consider the effect of non-structural components (NSC) on the dynamic properties of the structure. This project aims to assess the effect of these components on the dynamic properties of buildings in the elastic linear range using ambient vibration measurements (AVM) and finite element models.

Two buildings located in Montreal were studied. One is an irregular six-storey building on the campus of the École de technologie supérieure (ÉTS) Its lateral load resisting system (LLRS) consists of reinforced concrete (RC) shear walls, rigid RC cores and steel braces. The other one is a rectangular eight-storey building located next to the ÉTS campus. Its LLRS consists of RC shear walls and rigid cores at the ground level and cross-laminated timber (CLT) shear walls and rigid cores at the upper floors. AVM were recorded at multiple floor levels and at different stages of construction: when buildings were composed of structural components only (bare-frame), before adding real estate in the first building (full-frame without interior layout) and once they were completed (full-frame). Then, a pre-processing (MATLAB®) and a modal analysis (ARTeMIS Extractor®) were carried out in order to extract modal parameters (fundamental periods and mode shapes). In the modal analysis, two techniques were used to obtain these parameters: Enhanced Frequency Domain Decomposition (EFDD) and Frequency Domain Decomposition (FDD). By comparing all these periods, it occurs that NSC (partitions, facades, masonry walls, curtain walls and secondary beams) play an important role on modal parameters. However, it is not enough to estimate their contributions in terms of stiffness and mass.

Each building was modelled using ETABS 2015® structural analysis software. These models were calibrated manually from the fundamental periods and mode shapes obtained by AVM. Then, it becomes possible to estimate the effect of NSC (infill walls, curtain walls, facades, partitions, etc.) in terms of stiffness and mass, on the dynamic properties of the buildings. The contribution of this project is to estimate the impact of NSC and to illustrate their importance for the evaluation of the dynamic properties of the structures studied. Moreover, we would have to consider the possibility of taking into account the NSC when calculating the fundamental period of a building in the National Building Code of Canada (NBCC). This project reveals that the period of these buildings is overestimated by the equations recommended by the NBCC; furthermore, it also shows that the NSC increases the stiffness of the studied buildings (20.7% extra stiffness for masonry walls, 10.2% for curtain walls, 34.1% for partitions and 10.2% for facades).

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise avec mémoire en génie de la construction". Bibliographie : pages 215-225.
Mots-clés libres: Constructions Dynamique. Vibration Mesure. Méthode des éléments finis. Analyse modale (Ingénierie) Constructions Dynamique Modèles mathématiques. Constructions Québec (Province) Montréal. Construction Droit Codes. composant, non, structural, mesure de vibration ambiante, modèle d’éléments finis, calibration, rigidité, masse
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Assi, Rola
Codirecteur:
Codirecteur
Nollet, Marie-José
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie de la construction
Date de dépôt: 18 mai 2018 18:21
Dernière modification: 18 mai 2018 18:21
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2046

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