Suspentes et supports de gaines de CVC : entraxes, charges, retenue sismique

Pourquoi la conception des suspentes compte

Une conception de suspentes insuffisante provoque l'affaissement des gaines, des contraintes sur les joints, un échec en classe de fuite et, lors d'un séisme, l'effondrement complet de la gaine. SMACNA, EN 12236 et AS 4254 fixent des tableaux d'entraxe maximal des suspentes qui ne doivent pas être dépassés. Les cahiers des charges ajoutent souvent d'autres exigences (retenue sismique en zone sismique, suspentes résistantes au feu pour les gaines coupe-feu, suspentes inox en salle blanche et agroalimentaire). L'intégrité structurelle du système de CVC dépend de suspentes correctement conçues, fabriquées et posées.

Entraxe des suspentes selon SMACNA

Gaine rectangulaire (tableau SMACNA 5-1)

• Jusqu'à 760 mm (30 in) de large, épaisseur ≤ 0,85 mm (calibre 22) : entraxe maximal de 1800 mm (6 ft)
• 760 à 1520 mm de large, épaisseur 0,85 à 1,0 mm : 1500 mm (5 ft) maximum
• 1520 à 2300 mm de large, épaisseur 1,0 à 1,2 mm : 1200 mm (4 ft) maximum
• Au-delà de 2300 mm ou d'une épaisseur de 1,2 mm : 1200 mm maximum plus examen structurel

Gaine ronde (tableau SMACNA 5-3)

• Jusqu'à Φ300 mm : entraxe maximal de 3600 mm (12 ft)
• Φ300 à 750 mm : 3600 mm
• Φ750 à 1200 mm : 2400 mm (8 ft)
• Au-delà de Φ1200 mm : 1800 mm (6 ft)

Exigences supplémentaires (toutes gaines)

• Suspente à moins de 600 mm de chaque coude, branchement, transition ou pièce de forme
• Suspente à moins de 300 mm de chaque raccordement de gaine flexible
• Suspente à chaque traversée de plancher
• Deux suspentes sur les tronçons de gaine plus courts que l'entraxe standard
• Suspentes indépendantes pour chaque gaine en configuration superposée ou côte à côte (pas de trapèze partagé)

Types de suspentes

Suspente trapèze (gaine rectangulaire)

Traverse horizontale (typiquement une cornière de 40×40×4 mm, plus grande pour les grosses gaines) portée par deux tiges de suspension verticales. La gaine repose sur la traverse ; retenue latérale par un clip vertical. Standard pour la gaine rectangulaire. Dimensionnement des tiges de suspension : M10 pour une gaine tertiaire typique, M12 pour les gaines plus grandes ou en zone sismique. La traverse doit dépasser la largeur de la gaine de 50 mm de chaque côté.

Suspente à feuillard

Bande d'acier galvanisé (typiquement 25×1,5 mm) enroulée sous la gaine, les deux extrémités fixées à la structure. Utilisée pour les petites gaines rectangulaires (moins de 600 mm de large) et les petites gaines rondes (moins de Φ400 mm). Plus rapide à poser que le trapèze sur les petites gaines.

Suspente à collier (gaine ronde)

Collier circulaire qui enserre entièrement la gaine ronde, avec une seule tige de suspension fixée à la structure. Standard pour la gaine ronde en faux plafond. Pose facile en rénovation. Fabricants : Caddy, B-Line, Erico.

Profilé oméga

Profilé en acier formé à froid préétudié (typiquement 50×50 mm ou 70×70 mm) qui supporte plusieurs gaines ou une grande gaine unique. Utilisé lorsque de nombreuses petites gaines courent côte à côte ou lorsque la gaine est trop grande pour un trapèze standard. Courant dans les locaux techniques et les gaines techniques verticales.

Profilé oméga avec contreventement sismique

Profilé oméga plus tiges de contreventement inclinées reliées à la structure pour résister à l'accélération sismique latérale. Utilisé en zone sismique (SDC C à F selon ASCE 7). Les kits préétudiés de Mason Industries, B-Line et ISAT comprennent le profilé oméga, les tiges de suspension, les tiges de contreventement, la visserie de fixation à la structure et des notes de calcul d'ingénierie tamponnées.

Calcul des charges

Charge permanente (toujours présente)

• Poids de l'acier d'une gaine galvanisée : masse volumique ~7,85 g/cm³ ; calibre 22 (0,85 mm) ≈ 6,7 kg/m² ; calibre 20 ≈ 7,9 kg/m² ; calibre 18 ≈ 9,4 kg/m² ; calibre 16 ≈ 11,8 kg/m²
• Gaine en acier inoxydable : ~7,95 g/cm³ ; similaire au galvanisé à calibre égal
• Isolation : manchon de laine de verre pour gaines 25 mm ≈ 1,5 kg/m² ; 50 mm ≈ 3 kg/m² ; laine minérale ≈ 2× la laine de verre ; mousse phénolique ≈ 0,5×
• Garnissage acoustique (intérieur) : 25 mm ≈ 0,5 à 1 kg/m² (moins que l'isolation extérieure car sans parement)
• Accessoires : clapets, diffuseurs, clapets coupe-feu, boîtes VAV, calculés pièce par pièce à partir des données du fabricant

Charge d'exploitation (occasionnelle)

• Charges de maintenance si l'on marche sur les gaines : charge ponctuelle typique de 75 kg aux points d'accès de maintenance
• Charge de neige ou de glace sur une gaine extérieure en climat froid

Charge sismique (en zone sismique)

• Selon le chapitre 13 de l'ASCE 7-22 : F_p = (0,4 × a_p × S_DS × W_p) / (R_p/I_p)
• a_p = coefficient d'amplification du composant (1,0 pour une gaine de CVC), S_DS = accélération spectrale de calcul, W_p = poids de la gaine, R_p = coefficient de modification de réponse du composant (typiquement 6 pour les gaines), I_p = coefficient d'importance (1,0 en général, 1,5 pour les hôpitaux)
• Résultat tertiaire typique : charge sismique latérale de 5 à 15 % de la charge permanente en zone de sismicité modérée ; 20 à 40 % en zone de forte sismicité
• Les suspentes doivent résister à cette force latérale sans plastifier ; contreventement en général tous les 12 m ou selon l'espacement du kit préétudié

Réglementation de la retenue sismique

• ASCE 7-22 (États-Unis) : le chapitre 13 couvre la conception sismique des composants non structuraux. Le SMACNA Seismic Restraint Manual donne des indications propres aux CVC.
• AS 1170.4 (Australie/Nouvelle-Zélande) : conception sismique des composants non structuraux. L'AS 4254.2 y fait référence pour les gaines de CVC.
• NZS 4219 : conception sismique des équipements techniques du bâtiment, spécifique à la Nouvelle-Zélande.
• Eurocode 8 : cadre européen de conception sismique.
• JIS / loi japonaise sur les normes de construction : exigences japonaises de retenue sismique (très strictes).
• IBC section 1613 : dispositions sismiques de l'International Building Code américain.

Kits sismiques préétudiés

Pour les projets de CVC tertiaires en zone sismique, les kits de retenue sismique préétudiés simplifient considérablement la conception et la pose :

• Mason Industries : séries HS et SHS pour la retenue sismique des gaines de CVC
• B-Line by Eaton : systèmes de contreventement par câbles préétudiés
• ISAT (International Seismic Application Technology) : catalogue complet de retenue sismique
• Hilti : systèmes d'ancrage avec tableaux de charges pour application sismique

Chaque kit est livré avec des notes de calcul d'ingénierie tamponnées conformes aux exigences ASCE 7 / AS 1170.4 / IBC, ce qui simplifie l'examen par l'ingénieur structure du projet et le travail du poseur sur site.

Détails de fixation à la structure

Dalle béton

• Ancrages drop-in (inserts à noyer dans le béton coulé en place pendant le coulage)
• Ancrages à coin (mécaniques posés après coulage, p. ex. Hilti HSL, Powers Power-Bolt)
• Ancrages chimiques (scellement chimique, p. ex. Hilti HIT-RE 500)
• Boulons traversants dans les constructions en double T préfabriquées

Structure acier

• Pinces de poutre (sans soudage sur site)
• Serre-joints en C pour les semelles supérieures de poutres en I
• Goujons filetés soudés (lorsque le soudage sur site est autorisé)
• Boulons traversants dans l'âme de la poutre pour les charges lourdes

Structure bois

• Tire-fond ou boulons traversants dans les éléments en bois
• Équerres de fixation latérale sur les solives
• Suspentes à feuillard entre solives pour les gaines passant entre travées

Poutrelle treillis (bar joist)

• Pince de poutre sur la membrure supérieure (la plus courante)
• Boulon traversant sur l'élément d'âme
• Fixation soudée selon l'examen structurel du projet

Défauts de pose courants

1. Entraxe de suspentes dépassé : le défaut le plus courant sur les projets à budget serré. L'entraxe des tableaux SMACNA est obligatoire ; le dépasser provoque l'affaissement de la gaine et la rupture des joints.
2. Pas de suspente près des pièces de forme : SMACNA exige une suspente à moins de 600 mm de chaque coude, branchement et pièce de forme importante. Souvent omise à la pose.
3. Trapèze partagé sur des gaines superposées : chaque gaine doit avoir ses propres suspentes. Un trapèze partagé concentre la charge et complique l'analyse sismique.
4. Mauvais diamètre de tige de suspension : M8 utilisé là où M10 est requis. Vérifiez l'examen structurel.
5. Pas de contreventement sismique en zone sismique : infraction à l'ASCE 7 en SDC C à F. Un kit préétudié règle ce point.
6. Mauvais type d'ancrage pour le support : p. ex. un ancrage pour béton posé dans du contreplaqué. Il faut l'ancrage adapté au matériau du support.
7. Isolation écrasée à la suspente : la tige de suspension comprime l'isolation et crée un pont thermique. Utilisez des selles d'isolation ou des supports d'isolation rigides.
8. Suspentes à feuillard sur une gaine trop grande : feuillard prévu uniquement pour les petites gaines. Utilisez un trapèze pour les gaines rectangulaires de plus de 600 mm de large ou rondes de plus de Φ400 mm.

Implications pour la fabrication de gaines de CVC

Les ateliers de fabrication de gaines de CVC ne sont en général pas responsables de la conception des suspentes (c'est la responsabilité de l'entreprise de pose et de l'ingénieur structure du projet). Les fabricants devraient cependant :

• Fournir une gaine d'une rigidité suffisante pour franchir la portée entre suspentes sans s'affaisser (épaisseur correcte selon SMACNA)
• Prévoir un renfort aux points de fixation des suspentes (typiquement un renfort en cornière ou en profilé oméga tous les 1800 mm)
• Concevoir l'entraxe des brides TDF pour que les suspentes soient situées aux brides (pose plus propre)
• Fournir des pattes ou supports de suspension lorsque l'entreprise de pose les demande
• Documenter le poids des tronçons de gaine fabriqués pour aider l'équipe de pose à planifier les charges

La ligne automatique de gaines Taokron SBAL-V et la spiraleuse SBTF peuvent être configurées pour produire la gaine à l'épaisseur et au renfort que votre norme de projet exige ; confirmez les détails auprès de Taokron pour votre mix de gaines. La visserie de pose (suspentes, tiges de suspension, ancrages) est en général achetée séparément par le poseur auprès de fournisseurs spécialisés.

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FAQ

Quelles charges les suspentes doivent-elles supporter ?

Charge permanente (gaine + isolation + accessoires), charge d'exploitation (accès de maintenance), charge sismique (accélération latérale selon ASCE 7-22 / AS 1170.4 en zone sismique).

Quand la retenue sismique est-elle requise ?

Selon le chapitre 13 de l'ASCE 7-22 en SDC C à F (l'essentiel de l'ouest des États-Unis, l'Alaska, les Caraïbes). Selon l'AS 1170.4 en Nouvelle-Zélande et dans le nord de l'Australie. Les hôpitaux et bâtiments d'urgence ont des exigences plus strictes quelle que soit la catégorie.

Quel est l'entraxe standard des suspentes de gaines de CVC ?

Selon les tableaux 5-1 (rectangulaire) et 5-3 (ronde) des SMACNA HVAC Duct Construction Standards, l'entraxe maximal standard des suspentes dépend de la taille et du poids de la gaine. Pour une gaine galvanisée tertiaire typique : rectangulaire jusqu'à 760 mm de large, tous les 1800 mm (6 ft) ; de 760 à 1520 mm de large, tous les 1500 mm (5 ft) ; au-delà de 1520 mm ou au-delà d'une épaisseur de 1,2 mm, tous les 1200 mm (4 ft). Gaine ronde jusqu'à Φ750 mm, tous les 3600 mm (12 ft) ; au-delà, tous les 1800 à 2400 mm. EN 12236 et AS 4254 donnent des valeurs similaires en unités métriques. Une suspente doit aussi se trouver à moins de 600 mm de chaque coude, branchement et pièce de forme importante, quelle que soit la longueur du tronçon.

Quels types de suspentes utilise-t-on pour les gaines de CVC ?

Types courants : (1) suspente trapèze, traverse horizontale en cornière avec deux tiges de suspension verticales ; standard pour la gaine rectangulaire ; (2) suspente à feuillard, bande d'acier galvanisé enroulée autour de la gaine ; pour les petites gaines rectangulaires et rondes ; (3) suspente à collier, collier circulaire autour de la gaine ronde avec une seule tige de suspension ; pour la gaine ronde en faux plafond ; (4) profilé oméga, pour les très grandes gaines ou lorsque plusieurs gaines sont superposées ; (5) profilé oméga avec contreventement sismique, pour les zones exigeant une retenue latérale. Matériau des suspentes : acier galvanisé pour les CVC en général ; acier inoxydable pour la salle blanche et l'agroalimentaire ; kits sismiques préétudiés (Mason, B-Line) pour les zones sismiques.

Comment les suspentes sont-elles fixées à la structure du bâtiment ?

Le haut de la tige de suspension se fixe à la structure du bâtiment par une fixation approuvée : (1) dalle béton, ancrage à expansion à cône (drop-in), ancrage à coin ou insert fileté coulé dans la dalle ; (2) structure acier, pince de poutre, serre-joint en C ou fixation soudée selon l'AISC ; (3) structure bois, tire-fond ou boulon traversant dans les éléments en bois ; (4) poutrelle treillis (bar joist), pince de poutre sur la membrure supérieure. Choix de l'ancrage selon le cahier des charges structurel du projet et les tableaux de charges du fabricant. L'annexe des SMACNA HVAC Duct Construction Standards et l'ASCE 7-22 donnent les charges admissibles. L'ingénieur structure du projet examine et approuve en général les détails de fixation des suspentes, surtout en zone sismique.

Machines pour cette application

Les flux de fabrication de gaines décrits ci-dessus reposent sur les équipements Taokron standard : spiraleuses pour la gaine ronde, lignes automatiques de production de gaines pour la gaine rectangulaire, et machines à brides TDF et lockformers pour l'assemblage, ou parcourez le catalogue complet des machines.