Une poutre en H en acier de construction est une section en acier laminée à chaud ou soudée avec un profil en forme de H, formée de deux larges ailes parallèles reliées à une âme verticale. Ses larges ailes répartissent les charges latéralement et résistent au flambage sur deux axes, c'est pourquoi il s'agit de la section par défaut pour les colonnes de bâtiments en acier, les charpentes primaires et les poutres industrielles lourdes. En préciser une signifie en pratique donner quatre dimensions en millimètres, une nuance d'acier, une norme et un poids théorique au mètre.
Qu'est-ce qu'une poutre en H en acier de construction ?
Une poutre en H en acier de construction est un élément à profil ouvert dont la section transversale ressemble à la lettre majuscule H. L'élément vertical est l'âme et les deux éléments horizontaux sont les ailes. Les poutres en H sont fabriquées soit laminées à chaud en une seule pièce, soit assemblées en soudant trois plaques d'acier ensemble. La géométrie déterminante est la largeur de la semelle, qui est presque égale à la hauteur de la section et confère à l'élément une rigidité élevée dans les axes forts et faibles.
Principales caractéristiques d’une poutre en H structurelle :
- Les surfaces de bride parallèles simplifient les connexions boulonnées et le soudage par rapport aux sections coniques en I.
- Les larges brides assurent la stabilité latérale et réduisent la longueur de flambement effective des colonnes.
- La section transversale symétrique fonctionne efficacement sous compression, flexion et charge combinée axiale et moment.
- Les poutres en H métriques standard ont une hauteur de section d'environ 100 mm à 1 000 mm.
Poutre en H ou poutre en I : principales différences et comment choisir
Le moyen le plus rapide de distinguer les deux sections est la bride : une poutre en H a de larges ailes parallèles, tandis qu'une poutre en I a des ailes plus étroites avec une surface intérieure effilée. Cette géométrie contrôle la façon dont chaque section supporte la charge.
| Propriété | Poutre en H | Je rayonne |
|---|---|---|
| Forme de la bride | Large et parallèle | Face intérieure plus étroite et effilée |
| Forme de la section | H | I |
| Hauteur de section par rapport à la largeur | Valeurs similaires | Hauteur beaucoup plus grande que la largeur |
| Direction de charge principale | Bidirectionnel | Unidirectionnel |
| Rôle typique d'un membre | Poteaux, poutres de transfert | Poutres de plancher, pannes |
| Fabrication | Roulé ou soudé | Laminé à chaud |
Utilisez une poutre en H lorsque l'élément doit résister à un moment ou à une compression dans deux directions, comme une colonne de bâtiment ou une poutre de transfert sous un mur épais. Utilisez une poutre en I pour une travée simple qui se plie principalement dans une direction, comme une poutre de plancher ou une traverse de pont, où un poids propre plus léger réduit les coûts. Pour les applications sur colonnes, une poutre en H nécessite généralement moins d'acier qu'une poutre en I de capacité égale, ce qui en fait le choix le plus économique.
Comment lire les désignations de taille des poutres en H
Une désignation métrique de poutre en H répertorie quatre dimensions : hauteur de section par largeur de semelle, épaisseur d'âme par épaisseur de semelle, le tout en millimètres. H 300 × 300 × 10 × 15 signifie une section de 300 mm de hauteur avec des ailes de 300 mm de large, une âme de 10 mm et une semelle de 15 mm. Lorsque vous comparez des sections, vérifiez d'abord l'épaisseur et la largeur de la bride, car elles déterminent la majeure partie de la capacité de flexion ; l'épaisseur de l'âme contrôle la capacité de cisaillement et la résistance au flambement local.
Tableau de référence de taille et de poids des poutres en H
Le poids théorique est la surface de la section transversale en mètres carrés multipliée par la densité de l'acier de construction, 7 850 kg/m³. Les tolérances de fraisage entraînent de petites variations, considérez donc les valeurs ci-dessous comme une référence de conception préliminaire.
| Désignation (mm) | Hauteur de section (mm) | Largeur de bride (mm) | Épaisseur de l'âme (mm) | Épaisseur de bride (mm) | Poids (kg/m) |
|---|---|---|---|---|---|
| H 100 × 100 × 6 × 8 | 100 | 100 | 6 | 8 | 17.2 |
| H 150 × 150 × 7 × 10 | 150 | 150 | 7 | 10 | 31.1 |
| H 200 × 200 × 8 × 12 | 200 | 200 | 8 | 12 | 49.9 |
| H 300 × 300 × 10 × 15 | 300 | 300 | 10 | 15 | 94.0 |
| H 400 × 400 × 13 × 21 | 400 | 400 | 13 | 21 | 172.0 |
| H 500 × 200 × 10 × 16 | 500 | 200 | 10 | 16 | 89.6 |
| H 600 × 200 × 11 × 17 | 600 | 200 | 11 | 17 | 106.0 |
Normes communes et nuances d'acier pour les poutres en H
Les poutres en H sont produites selon différentes normes régionales, faites donc correspondre la norme au code de conception utilisé sur le site de montage.
| Région | Norme | Remarques communes | Notes |
|---|---|---|---|
| Europe | EN 10025 | S235JR, S275JR, S355JR | S355JR est la valeur par défaut pour les structures en acier soudées |
| États-Unis | ASTM A992 / A572 | Gr.50 | A992 couvre les formes à larges brides |
| Chine | GB/T11263 | Q235B, Q355B | HW convient aux colonnes ; HM convient aux poutres ; HN convient aux montures légères |
| Japon | JIS G3101 | SS400, SM490A | SS400 est la qualité structurelle générale |
Confirmez les exigences en matière d'énergie d'impact pour les régions froides et vérifiez si le certificat de l'usine est délivré selon la dernière édition standard. Un risque courant en matière d'approvisionnement est de supposer qu'une chimie identique provenant de différentes usines fonctionne de la même manière, il faut donc toujours exiger un certificat de test indiquant la limite d'élasticité, la résistance à la traction, l'allongement et les valeurs de choc.
Applications de poutres en H par gamme de tailles
La gamme pratique de tailles de poutres en H s'adapte directement à l'échelle du bâtiment.
H 100 à H 200
Dans cette gamme, les poutres en H apparaissent dans les mezzanines, les charpentes en acier de faible hauteur, les limons d'escalier, les supports de machines et les structures résidentielles préfabriquées. Leur légèreté permet de réduire les coûts de transport et de manutention par grue.
H 250 à H 400
Il s'agit de la gamme idéale pour les bâtiments industriels de plain-pied : colonnes et chevrons primaires, poutres de roulement de grue, poutres transversales de pont et plates-formes d'usine.
H 400 à H 600 et plus
Les sections lourdes de cette classe forment les colonnes des immeubles de grande hauteur, les charpentes principales des ateliers sidérurgiques, les salles des turbines et les grands portiques. Ils sont également spécifiés dans les équipements portuaires et les tours de transmission.
Poutres en H laminées ou reconstituées et considérations de soudage
Les poutres en H laminées à chaud sont économiques lorsque la taille requise s'inscrit dans le programme de production standard de l'usine. Lorsqu'un projet nécessite une profondeur non standard, une qualité d'acier supérieure telle que S460 ou Q460, ou un rapport âme/bride spécifique, les fabricants utilisent une poutre en H constituée : trois plaques soudées ensemble avec deux soudures d'angle longitudinales continues.
Étant donné que ces soudures s'étendent sur toute la longueur de la poutre, la vitesse et la cohérence du soudage déterminent à la fois le coût et la distorsion. Le soudage à l'arc submergé est la méthode privilégiée et les grands fabricants de structures métalliques se tournent de plus en plus vers le soudage automatisé pour ces longues coutures. Un manipulateur de soudage à colonne et flèche SAW maintient un arc et une vitesse de déplacement constants, ce qui réduit les reprises par rapport au soudage manuel.
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Comment sélectionner la bonne taille de poutre en H
Commencez la sélection avec l'enveloppe de charge, et non avec une estimation de la taille. Appliquez le code de conception dans votre région, puis suivez ces étapes :
- Répertoriez toutes les charges mortes, actives, éoliennes et sismiques agissant sur le membre.
- Déterminez la longueur non supportée et les conditions de contreventement pour chaque axe.
- Calculez le module de section et le moment d'inertie requis pour les éléments de flexion, ou la surface brute et le rayon de giration requis pour les éléments de compression.
- Entrez dans le tableau des tailles standard et choisissez la plus petite section qui satisfait aux limites de résistance, de flèche et de flambement local.
- Vérifiez la section sélectionnée par rapport aux contrôles combinés axiaux et de flexion.
- Vérifiez l'épaisseur de l'âme et de la bride pour connaître les détails de connexion, en particulier pour les connexions par plaque d'extrémité ou par moment.
- Confirmez la disponibilité des plaques et les exigences de soudage si vous envisagez de remplacer une section laminée par une section reconstituée.
Une erreur courante en matière d'approvisionnement consiste à commander une section plus lourde que nécessaire, car plus grande semble plus sûre. Une poutre plus lourde augmente la charge morte, le coût des fondations et le budget d'acier, et peut même augmenter la flèche en raison de son propre poids. Basez l'achat sur le résultat du calcul, et non sur l'intuition visuelle.
Foire aux questions
Voici les réponses aux questions que les ingénieurs et les acheteurs d’acier posent le plus souvent sur les poutres en H structurelles.
Quelle est la principale différence entre une poutre en H et une poutre en I ?
La principale différence réside dans la géométrie des brides. Une poutre en H possède de larges ailes parallèles, ce qui lui confère une plus grande rigidité autour de l'axe faible, tandis qu'une poutre en I possède des ailes coniques plus étroites et est principalement conçue pour la flexion unidirectionnelle. Choisissez une poutre en H pour les poteaux et les assemblages de moments bidirectionnels ; choisissez une poutre en I pour les travées de plancher et de toit simples.
Quel poids une poutre en H en acier de construction peut-elle supporter ?
La capacité de charge dépend des dimensions de la section, de la longueur de la travée ou du poteau, de la qualité de l'acier, des conditions de support et du contreventement latéral. Une seule colonne H 300 × 300 × 10 × 15 peut transporter des centaines de kilonewtons dans des conditions normales de construction, mais le chiffre exact doit être dérivé d'un contrôle de flambage. Calculez toujours avec la norme pertinente au lieu de vous fier à une règle empirique.
Les poutres en H en acier de construction peuvent-elles être soudées ?
Oui. Les poutres en H laminées à chaud sont régulièrement soudées à l'aide de soudage à l'arc métallique blindé, MIG, fourré et à l'arc submergé. Utilisez un métal d'apport adapté à la qualité de base, respectez les exigences de préchauffage pour les brides épaisses et protégez le joint par temps froid.
Une poutre en H reconstituée est-elle aussi résistante qu'une poutre laminée à chaud ?
Une poutre en H constituée atteint une résistance équivalente lorsque les qualités des plaques sont correctes, que les soudures d'angle longitudinales sont dimensionnées pour un transfert de charge complète et que la qualité des soudures est vérifiée par inspection. Le principal avantage d'une section composée est la liberté de spécifier des hauteurs non standard et des épaisseurs de tôle optimisées qu'un laminoir n'offre pas.
Quelle nuance d’acier dois-je commander pour une structure extérieure ?
Pour les structures exposées dans les climats froids, choisissez une nuance avec une résistance aux chocs garantie telle que S355J2 ou Q355D. Pour les structures internes chauffées, les qualités structurelles standards comme S235JR ou Q235B sont généralement suffisantes. Les codes de conception locaux fixent les exigences minimales applicables.
Recommandations finales
Spécifiez chaque poutre en H par sa désignation complète, sa norme, sa nuance d'acier et sa longueur, et demandez au fournisseur de confirmer le poids théorique par mètre et les tolérances de la norme concernée. Pour les sections soudées non standard, utilisez une ligne de fabrication équipée d'un équipement de soudage automatisé pour contrôler l'apport de chaleur, la rectitude et la productivité. La règle de sélection est simple : faites correspondre la section au chemin de charge, vérifiez avec un calcul et achetez par rapport à une norme reconnue.
