L'étude paramétrique a été réalisée pour le cas de poteaux éloignés d'une façade, cas représentatif de poteaux de coursives ou de passerelles.
Un élément type représentatif de ce cas a été retenu : celui d'un poteau de section HEB 200. Il est placé devant une façade composée d'une unique fenêtre avec la largeur et la hauteur comme paramètres. Les dimensions du compartiment et la charge calorifique qu'il contient sont également retenues comme paramètres.
1. - Détermination de la position de poteau conduisant à sa stabilité au feu
Dans l'hypothèse où une température critique forfaitaire (500 °C selon l'EC3 partie 1.2) a été retenue, il est possible de fixer un certain nombre de paramètres critiques, chacun étant dépendant de l'autre. Ainsi, les paramètres critiques seront attribués à la position de l'élément (x : distance du poteau par rapport au montant de la fenêtre; y : distance du poteau par rapport à la façade) là où sa température est égale à la température critique (ici 500°C) en considérant le cas de référence suivant :
Fig 5 - Schéma de principe (vue de dessus)
Fig 6 - Schéma de principe (vue de face)
Nous étudions dans notre exemple deux tailles de fenêtres différentes pour montrer leur impact, les calculs étant effectués pour les charges calorifiques de 300 MJ/m² (représentative de chambre d'hôtel, école), 500 MJ/m² (représentative d'un magasin de meubles) et 1000 MJ/m² (représentative d'une libraire).
Deux cas de référence ont été étudiés pour montrer leur impact.
Cas 1 :
Largeur de la fenêtre : 1,50m à partir de l'arête du compartiment
Hauteur de la fenêtre : 2m
Hauteur de l'allège : 1m
Cas 2 :
Largeur de la fenêtre : 1m à partir de l'arête du compartiment
Hauteur de la fenêtre : 2m
Hauteur de l'allège : 1m
En considérant les cas de références, les positions des poteaux conduisant à une température de 500 °C en section du poteau ont été calculées en fonction de la charge calorifique du compartiment pour une fenêtre de 1,5 m de largeur et de 2 m de hauteur et présentées sur la figure 7. Cette figure permet de déterminer la position du poteau où la température est inférieure à 500 °C. Ces positions conduisent, dans le cas où la température forfaitaire de 500 °C est retenue, à la stabilité au feu du poteau.
La figure 8 montre ces positions en fonction de la charge calorifique du compartiment pour une fenêtre de 1 m de largeur et de 2 m de hauteur.
Fig. 7 - Position d'un poteau à 500 °C dans la situation du cas 1
Fig. 8 - Position d'un poteau à 500 °C dans la situation du cas 2
2 - Étude paramétrique de la température de poteaux à 1 m de la façade
Nous considérons ici le cas de référence avec une fenêtre de 2 m de hauteur et de 1,5 m de largeur. L'allège est de 1 m (cas d'un C+D exigé par exemple) et la charge calorifique de référence est de 400 MJ/m2.
Nous donnons ci-après les variations de températures d'un poteau (HEB 200) situé à 1 m de la façade en fonction de la charge calorifique présente dans le compartiment, puis en fonction de la largeur de fenêtre considérée et enfin en fonction de la variation de hauteur de la fenêtre.
Les calculs de températures sont effectués pour les deux positions de poteau P1 (bord de la fenêtre) et P2 (milieu de la fenêtre) comme le montre le schéma ci-dessous :
Fig. 9 - Schéma de principe de la position des poteaux
Les résultats des calculs de températures effectués pour les deux positions de poteau P1 (extrémité de la fenêtre) et P2 (milieu de la fenêtre) sont donnés par les figures 10 à 12 pour les paramètres charge calorifique, largeur de fenêtre et hauteur de fenêtre respectivement.
Fig. 10 - Température des poteaux en fonction de la charge calorifique
Fig. 11 - Température des poteaux en fonction de la largeur de la fenêtre
Fig. 12 - Température des poteaux en fonction de la hauteur de la fenêtre
Dans cette étude paramétrique, il apparaît que la position du poteau parallèlement à la fenêtre a une faible influence lorsque celui-ci est situé dans le champ formé par les trois formes de flammes correspondant aux déviations par le vent (déviation à + 45°, à - 45° et sans vent).
Néanmoins, dans certains cas particuliers, la position peut être critique en notant que la température du poteau P1 peut être supérieure à 500 °C et celle du poteau P2 inférieure à 500 °C, et inversement dans d'autres cas.
Une faible charge calorifique fait chutée rapidement les températures. Néanmoins, une charge calorifique inférieure à 250 MJ/m2 est peu représentative d'activité possible dans les bâtiments.
La largeur de la fenêtre a peu d'impact lorsque l'élément se trouve toujours dans les flammes ou toujours hors des flammes.
La hauteur de la fenêtre est un paramètre très important puisque la projection horizontale de la flamme est égale aux deux tiers de la hauteur de la fenêtre. Ainsi, si le poteau est à 1 m de la fenêtre (cas étudié ci-dessus), lorsque la hauteur de la fenêtre est inférieure de 1,5 m, le poteau est hors des flammes, alors que dans le cas d'une hauteur supérieure à 1,5 m, le poteau est dans les flammes. On peut ainsi remarquer l'augmentation brusque de température entre 1 m et 1,5 m de hauteur de fenêtre. De plus, la surface d'ouverture conduit à une augmentation de la température de référence à la fenêtre et augmente la température des flammes. De ce fait, la température augmente lorsque l'ouverture devient très faible (hauteur de 0,5 m) et décroît lorsque l'ouverture devient importante (hauteur de 2 m).
