- Nous avons découvert plus haut la physionomie des fermes de charpentes, nous allons aborder le reste de l'ossature Générale d'une charpente !

     - Pour que celle ci soit complète, il faut relier les murs et/ou les fermes avec ce que l'on nomment des éléments “passants”, à savoir des pannes qui ont pour fonction de recevoir les éléments de couvertures finaux, donc le poids de ceux ci !

     - En charpente traditionnelle, en appuis sur la ferme ou/et les murs, généralement nous posons les pannes, puis les chevrons, ensuite il y aura parfois voligeage, sous toiture, lattage, puis tuiles; enfin le charpentier peut avoir à installer des solivages pour plancher, plafonds, ou les deux à la fois.

     - Ci dessous un visuel de rappel lambda de la position des pièces in situ.

     - Ce sont des pièces droites parfois en parties courbes (charpente circulaire) de sections assez importantes destinées à recevoir la surface entière d'une couverture !

     - Les pannes se placent en divisions sur ou contre un arbalétrier d'un pan de toiture avant de recevoir des chevrons (fig 1).

     - Elles sont nommées depuis l'arase du mur ou la base d'un pan comme Panne “sablière”, pannes intermédiaires ou “ventrières”, et panne “faîtière”.

     - Elles sont placées d'aplomb ou en devers maintenues par des pièces de bois fixées sur les arbalétriers appelées “chantignoles ou échantignolles ou encore échantignoles” (fig 2).

     - Elle peuvent être aussi en “lierne” ,c'est à dire contre l'arbalétrier.

     - Dans tous les cas les pannes sont souvent le point faible de la charpente traditionnelle et doivent être dimensionnées avec soin.

     - Traditionnellement, elles reçoivent toujours des chevrons perpendiculairement fixés sur leurs champs supérieurs en devers et/ou en délardement quand elles sont d'aplomb, notamment pour les sablières et faîtières et parfois intermédiaires.

     - Les pannes sont parfois posées seules sans chevrons, recevant elles même directement la couverture sur leurs champs (ex: bacs acier ou Panneaux sandwich isolants).

     - Ils sont chaque fois présents dans une charpente traditionnelle! Ils servent de support aux éléments de couverture et sont posés perpendiculairement aux pannes dans le sens de la pente.

     - Ils sont placés parallèlement les uns des autres avec un écartement réguliers entre 40 et 60 cm en fonction du type de couverture.

     - Ils se clouent ou se vissent sur les pannes depuis la sablière jusqu'au faîtage.

     - Placés en dehors des murs rampant Ils se nomment “chevrons de rives”, leurs dépassement du mur à l'arase se nomme le “forgets”.

     - Ce sont tous les chevrons avec coupes biaises à rechercher pour s’appuyer sur une noue ou un arêtier (fig 3).

     - Ce sont tout les éléments jointifs en bois ou dérivés qui surfacent la toiture après le chevronnage, par esthétique en sous œuvre, ou destiné à soutenir et fixer des élément couvrant (tuile canal, ardoise, tavaillons, taules, etc.) (fig 4).

     - Ce sont Les pièces droites et horizontales généralement sur deux appuis aux murs ou/et aux fermes. Elles ont pour fonctions de supporter un plancher, soutenir un plafond ou les deux à la fois (fig 5).

     - Pour éviter le déversement il faut les entretoiser avec des “étrésillons”(fig 6) .

     - Elles s’appuient sur de la maçonnerie de préférence pour les planchers, sur les fermes mais dans ce dernier cas plutôt pour supporter un plafond.

     - C'est ici, surtout sur les pannes et les chevrons, ainsi que sur le solivage que les questionnements aux dimensionnements se posent souvent sur les forums pour les autoentrepreneurs non professionnels de constructions en bois !

     - En effet ce sont généralement ces éléments qui avec le temps fléchissent est provoquent les déformations inesthétiques, voir dangereuses sur les toitures ou les planchers s'ils sont incorrectement calculés.

     - Ce chapitre, essayera de clarifier les diverses situations !

     - Avant de détailler chaque composants contraints, il faut apprendre à calculer le poids de couverture au mètre carré !

     - En effet la masse d'une toiture est composée d'éléments physiques permanents (Bois passants, chevrons, lattage et/ou voligeage et revêtement étanche (tuiles, ardoises, taules, etc.) parfois de plafonds et isolations en combles (ex laine de verre et placoplâtre), ainsi que d'éléments ponctuels à prendre en comptes :

     - Effets climatiques (vents, neige) et passage de services (poids d'un homme).

     - Nous reviendrons plus en détails sur des calculs précis quand nous aborderons un chapitre de l'étude de charpente projet!

     - Il est important de faire ici cette parenthèses pour la compréhension de la suite de ce pas à pas !

     - Pour calculer le poids total d une couverture, nous prenons d'habitude toute la surface couverte + le poids des fermes, pour savoir par exemple le poids total de charge arrivant sur des poteaux !

     - Ici nous ne calculerons que la “surface portée libre” (à l intérieur des murs) puisque nous voulons pouvoir dimensionner les pannes et chevrons, sachant que les débords seraient neutres.

     - Nota : Les pressions je le rappelle ici se calculent normalement en DAN/m2 (déca Newton), mais nous avons la chance que le DAN/m2 soit pratiquement égal au kg/m2 se qui nous facilite la tache !

     - Exemple : Soit une habitation de 15 x 9 mètres charpente sapin en deux pans (88,8 % pente) de couverture tuilées avec combles aménagés sur deux fermes (isolation + plafond suspendu placoplâtre) en zone moyenne de neige et vents (fig 1).

     - Les pannes et les chevrons sont les premiers éléments en charges permanentes à considérer en terme de poids de couvertures, en effet s ils soutiennent des éléments posés sur eux, mais ils doivent se supporter eux même, car intégrés à la toiture !

     - Pour évaluer le poids au m2 des bois passants et chevrons, nous allons calculer le cubage total de ces bois sur la surface couverte portée hors appuis et débords !

     - Après traçage de plan de pignon, nous trouvons 7 longueurs de pannes portées sur deux pans portés hors murs et 5,8198 m de chevrons portés hors murs sur un pan (fig 2).

     - Après plan de pannes, nous trouvons 7 longueurs de pannes portées sur 14,4 m hors murs et après calcul théorique d'axe en axe de 50 cm, 29 longueurs de chevrons (fig 3) !

     - Surface totale de toiture portée hors murs 14,4 m x (2 x 5.8198 m) = 167,2 m2

     - Sachant que ici les pannes seraient logiquement en 12/24 cm et les chevrons en 6/8 cm de sections.

     - Nous pouvons déjà calculer le cubage total du bois portés hors murs pour cette toiture.

     - Soit : (7 pannes x 14.4 m = 100,8 m ) x (0,22 x 0.12 cm de section) = 2,9 m3

     - (29 chevrons x (2 x 5,8198 m rampants portés hors murs) x (0.08 x 0.06) = 1,62 m3

     - Masse volumique des résineux environ 500 kg/m³

     - 2.9 + 1.62 = 4.52 m3 x 500kg/m3 = 2260 kg

     - Poids des bois portés au m² hors murs :

     - 2260 kg : surface de toiture portée hors murs 167,6 m2 = 13,48 kg/m2

     - Nota : en général, en charpente lambda on considère une moyenne de 15 kg/m2 (résineux) et 30kg/m2 (chêne) de bois porteurs (pannes chevrons 15 % humidité), après le calcul d'exemple ci dessus, on en est proche avec même une réserve !

     - Pour le calcul de portée de chevrons, on divise par deux on prend +/- 8 kg/m2 ce qui équivaut à peu près à enlever le poids des pannes.

     - Sur les bois passants, on place ensuite les revêtements Permanents “étanches” (tuiles, ardoises, taules, tavaillons, etc) ainsi que leur élément propre pour leur pose (volige, sous toiture, lattage, etc.).

     - Ici il est en général plus aisé de trouver déjà calculé le poids au mètre carré dans les fiches techniques de chaque matériaux (fig 4)!

     - Dans l'exemple, nous prendrons des tuiles mécaniques standards + lattage + contre lattage + écran goudronné soit +/- 50 kg/m2

     - Quand un comble est isolé ,ou/et habité, il y à pose d'isolation et de revêtement (ex. laine de roche, plaques de plâtre, lambris, etc …)

     - Idem aux matériaux étanches ils serons considérés éléments permanents, on trouvera facilement le poids au mètre carré dans des fiches techniques (fig 4)!

     - Dans l'exemple, nous prenons 20 cm de laine de verre + supports métalliques + plaque de plâtre de BA13 soit +/- 14 kg/m2

     - Suivant la localisation régionale d'une habitation, elle peut être soumise à des précipitations neigeuse d'amplitudes variées !

     - De plus en montagne par exemple, cette accumulation de neige deviens presque persistante pendant plusieurs mois, Et l'on considère alors généralement cette charge non ponctuelle mais permanente dans les calculs de constructions (fig 5)!

     - Soit une habitation en zone B à 300 mètres d'altitude = +/- 55 kg/m2

     - La toiture d'un bâtiment sera soumise toute son existence aux vents ainsi que quelques épisodes tempétueux suivant les zones climatiques (fig 5)!

     - La pression de la force du vent sur les toitures, constituent un effet voile non négligeable qui ajoute un poids ponctuel sur la couverture.

     - En fonction de tableaux basés sur une moyenne vents réguliers dominants les plus fort, on ajoute cette charge calculé au m² sur notre toiture !

     - Soit notre habitation en zone 1 au vent dominants = +/- 65 kg/m2

     - Charges permanentes/m2 + charges ponctuelles/m2 = poids au mètre carré à prendre en compte pour le calcul sécur des pannes et des chevrons de notre charpente !      - bois 13,48 kg/m2 + éléments étanches 50 kg/m2 + plafond isolé en comble 14 kg/m2 + neige ponctuelle 55 kg/m2 + vents dominants 65 kg/m2 = 197,48 kg/m2 de toiture finie

     - Quelques fois ponctuellement, du passage humain de service doit accéder au toit (ramoneur, couvreurs, pompier, antennistes, et même un cambrioleur parfois !! ), c'est pour cela que par sécurité, on considère le poids d'un homme au mètre carré, il ne s'agit pas que quelqu'un est un accident par faiblesse des porteurs !

     - Soit le poids d'un homme au m2 = +/- 80 kg/m2, on ne cumule pas cette donnée dans le poids total des charges ponctuelles, on prend juste en considération le service en sachant qu'il ne sollicitera qu'une toute petite surface !

     - Ici un lien assez complet qui résume les principales charges de toitures !

     - https://www.arba.fr/ressources...

     - Nous reviendrons plus tard sur les calculs de charges ponctuelles climatiques pour faire une base de données !

     - Dans ce chapitre, nous nous intéresserons aux contraintes des pannes et surtout au dimensionnements de celles ci !

     - Comme il a été dit plus haut, les pannes sont le principal point faible d'une charpente, à savoir qu'elles reprennent le poids la surface couverte de toiture et de résistance aux éléments climatiques.

     - Si leurs dimensionnements sont mal calculés, celles ci vont fléchir voir rompre si elles sont vraiment sous dimensionnées.

     - Pour cela il faut en premier lieu connaître le poids supporté par une panne !

     - Une bande de chargement représente la part de charge d'un élément particulier !

     - En charpente elle nous intéresse pour estimer les charges admissibles de fermes, de pannes, de chevrons, de voligeage, de solivage, de poteaux, etc, avant de les placer dans un projet ! (voir schéma ci dessous).

     - Une panne intermédiaire ne reprend qu'une portion du poids de couverture, c'est ce que l'on appelle une bande de chargement d'une panne que nous allons devoir calculer en fonction des résultats de poids de surface totale précédents.

     - a/ Sur le plan, nous traçons les fermes, puis nous mesurons la longueur portée de panne hors appuis = 4,673 m de portée.

     - b/ Sur le plan ou sur l'élévation des pentes, nous traçons les axes du vide de part et d'autre d'une panne intermédiaire, ce qui nous donne la mesure de = 1.442 m.

     - c/ Avec ces deux mesures, nous traçons et calculons la surface d'un rectangle de 4.673 m x 1.442 m = 6.72 m2, qui sera la surface de la bande de chargement de notre panne.

     - d/ Le poids de la bande de chargement sur notre panne sera de 6.72 m2 x 197,48 kg/m2 = 1328,1 kg.

     - Ma pannes estimée en 24 cm x 12 cm, a une équivalence en section avec une panne de 28 cm x 10 cm d'une charge admissible de 1792 kg pour 4,5 mètres de portée libre ou de 1469 kg pour 5 mètres de portée libre, dans le tableau (lien ci dessous).

     - http://www.valleeducousin.fr/I...

     - Donc le dimensionnement de mes pannes estimées est conforme, avec une petite sécurité en plus, la charpente ne subira pas de déformation ni désordre.

     - Si nous avions posé des pannes en 22 cm x 10 cm = 943 kg admissibles pour 4.5 m de portée ou 770 kg admissibles pour 5 m de portée, il est évident que la toiture se déformerait.

     - Enfin, les charpentiers préfèrent de nos jours installer des pannes composites (lamellé collé, etc.) au dessus de 5 mètres de portée et ne pas dépasser 6 mètres de portée en ajoutant une ferme.

     - Nota : Les pannes sablières (portées sur poteaux) ainsi que les pannes faîtières de subissent qu'une demi charge de cette bande de chargement, mais on les débite aux mêmes sections que les pannes intermédiaires.

     - Ici un exemple en situation réelle intéressante (lire les commentaires) https://www.lairdubois.fr/pas-...

     - Maintenant que nous savons calculer le dimensionnement de pannes , il faut les poser sur les porteurs (Poteaux, pignons, murs et/ou fermes), et ce de façon réfléchie pour atteindre le maximum utile et le minimum de contraintes de chacune .

     - Les pannes sablières à l'origine se posent sur les arasement des murs sur un lit de sable pour accueillir le bas des chevrons dans leur ensemble, et pouvoir par jeu de glissement ne pas pousser sur les murs (fig 2)!

     - Une sablière contemporaine, est plus simple à mettre en place du fait de la qualité des matériaux, en effet l'arase de mur est souvent calibrée droite, et les bois sont assez rectilignes (fig 1) !

     - On débite les sablières traditionnelles d’arasés dans du chevrons de sections 8/12 cm généralement.

Les règles à respecter sont :

     - Une panne sablière se trouve sur un poteau ou sur les pieds de fermes dans le cas d'ouvrages battis sans murs (fig 4) (auvents, fermes de hangars agricoles, préau, etc.).

     - Une sablière, même contemporaine traditionnelle (panne/chevrons ne doit jamais être scellée ou fixée sur les murs, elle est seulement maintenue par le clouage des chevrons, et le poids de toiture.

     - Elle peut être par contre clouée sur les entraits, moises ou blochets des fermes.

     - Pour des chevrons de coyau, il y aura doubles sablières avec les mêmes règles à suivre pour chacune (fig 3) !

     - Des petits coins (ou une latte) peuvent être cloués derrière les chevrons pour éviter le déversement de la sablière (fig 1).

     - Par contre on scelles ou fixes les sablières de fermettes, ces dernières étant normalement triangulées (fig 5) !

     - Le “délardement” est important car il permet de donner une surface d'appuis aux clouage de chevrons, tout en permettant de dresser l'alignement des chevrons, en effet nous traçons le délardement par lignette ou cordex, ce qui permet d'avoir une rectitude du sciage de la pente délardée même si les bois sont tordus ou cintrés !

     - On procédera de la même manière pour les pannes faîtières et intermédiaires posées d'aplomb.

     - On peu se passer de délardement en entaillant légèrement les chevrons ce que l'on nomme “un pas de chevrons”, à condition que les bois soient droits au départ, mais cela prend beaucoup de temps !!

     - On ne clouent jamais les chevrons directement sur une arête de sablière, il y aurait écrasement et l’alignement deviendrait un cauchemar !!!

     - La sablière se cale de niveau sur l'arase de mur (murs parallèles), puis dès que les chevrons sont cloués et la finition faite (frisette, bandeaux, planche à chenaux, etc.), on peut sur-caler en dégradant depuis le milieu de la longueur jusqu au rives pour donner de la pente aux futurs chenaux.

     - Quand les murs du bâtit ne sont pas parallèles, l'arase de mur sera montante ainsi que la sablière .

     - Les sablières s'assemblent entre elles par entures en mi-bois clouées (fig 4).

     - Jadis les pannes intermédiaires étaient appelées ventrières, placées sur le ventre de la charpente, en cela nous avons gardé le fait que nous les posons en fonction du cintre naturel pour qu un toit neuf soit “bombé” ou “ventru” , ce qui permet de contrebalancer la flèche de déformation naturelle dans le temps !      - En résumé, une panne intermédiaire doit être parfaitement calculée et taillée et posée avec soins pour que la toiture reste plane .      - Les règles à respecter impérativement sont :      - Ne jamais sous dimensionner les pannes, ainsi que leurs espacements divisés qui ne doivent jamais être supérieur à 1,80 mètres d’axe en axe , sinon on ajoute une panne !      - Une panne intermédiaire se pose en fonction du fil du bois et de ses cintrages naturels, toujours le bombé coté lattis.      - Sa face creuse se place vers l'extérieur quand la panne est posée en devers!      - Sa face bombée en extérieur quand celle ci est posée d’aplomb !      - Quand une panne intermédiaire est posée d aplomb, on lui taille un délardement d angle à la pente du versant, (on ne clouent jamais les chevrons sur une arête) !      - La rencontre de deux pannes intermédiaires doit toujours être enturée (en sifflet neuf) et ce sur l axe du pignon ou de la ferme ou croisée l'une sur l' autre (rénovation) , on ne pose jamais deux pannes “bout à bout” , en cas de déformations de la ferme ou d un pignon, la panne peut en effet se retrouver dans le vide et s écrouler !      - En cas de bois de réemplois, on ne retourne jamais un bois flué surtout pour une panne intermédiaire , on cales ou on entailles les chevrons pour le dressage .      - Les pannes intermédiaires se trouvant en noue et arêtier, doivent être tracées sur épure pour en rechercher les coupes (en lierne ou sur les bois) ainsi que leurs échantignoles respectives si c est le cas (fig 4)!      - Les échantignoles doivent être en bois sains, avec le fil non parallèle à la pente de toiture, mais descendant dans une logique de jambe de force ! (même si elle se fend, elle restera en place et efficace) (voir schémas).      - Dans des charpentes de service ou design , on peut utiliser les agents de liaisons métalliques (en lierne) et pannes métalliques (très résistantes) (fig 3-5) .      - Nous pouvons adjoindre des “écharpes” pour soulager les pannes intermédiaires de leurs devers, ou d une ferme de croupe posée sur elles par exemple .      - Si un “accident de toiture” (fenêtre de toit, cheminée, lucarne, etc.) gène le passage de panne intermédiaire , on décale la pannes sur deux autres échantignoles!      - On ajoute une panne si ce décalage fait dépasser la portée de 1.80 m maximum entre deux .