Nouvelle publication - B20: Transmission thermique des murs et toits en tôle d'acier isolés

Notre nouvelle publication ICTAB B20-15: Transmission thermique des murs et toits en tôle d'acier isolés est maintenant disponible à télécharger.

La publication fournit des indications sur la transmission thermique des murs et toits en tôle d’acier isolés génériques. On y retrouve des tableaux qui présentent les facteurs U et les valeurs R effectifs pour les murs et toits d’usage courant. Des études paramétriques ont été menées pour démontrer l’incidence de la variation de l’espace entre les composants ou des caractéristiques de ces derniers. L’objectif est de fournir au concepteur de bâtiments les renseignements dont il a besoin pour assurer sa conformité aux nouveaux codes de l’énergie.

La plupart des provinces du Canada sont en train d’adopter des exigences en matière d’économie d’énergie applicables aux nouveaux bâtiments. Le Code national de l’énergie pour les bâtiments – Canada 2010 (CNÉB) est le code type qu’une province peut adopter ou modifier, si elle le juge nécessaire. À titre d’exemple, l’Ontario a adopté la norme supplémentaire SB-10, Energy Efficiency Supplement – Supplementary Standard SB-10 (en anglais seulement), qui comporte des exigences différentes de celles du CNÉB. La norme 90.1-2010, Energy Standard for Buildings Except Low-Rise Residential Buildings, de l’American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE) est une autre norme citée comme référence au Canada.

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New Publication - B20: Thermal Transmittance of Insulated Sheet Steel Wall and Roof Assemblies

Our new B20-15: Thermal Transmittance of Insulated Sheet Steel Wall and Roof Assemblies publication has just been uploaded to our website for free download.

This publication gives guidance on the thermal transmittance of generic insulated sheet steel wall and roof assemblies. Tables are provided with U-factors and effective R-factors for common assemblies. Parametric studies were also carried out to show the influence of varying the spacing or characteristics of the components. The objective is to provide the building designer with the information needed to comply with the new energy codes.

Most provinces in Canada are in the process of enacting energy conservation requirements for new buildings. The National Energy Code of Canada for Buildings, 2010 (NECB) is the model code that the province may adopt or alter as they deem necessary. For example, Ontario has enacted Supplementary Standard SB-10 Energy Efficiency Supplement that has different requirements than the NECB. Another standard also referenced in Canada is ASHRAE 90.1-2010, Energy Standard for Buildings Except Low-Rise Residential Buildings.

B20 will help you understand the National Energy Code of Canada for Buildings, 2010 and will help you determine the best insulated sheet steel wall and roof assembly for your project.

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La responsabilité de la conception pour les diaphragmes de tabliers en acier

Introduction 

Ce blog a pour but de clarifier la responsabilité du fabricant de tabliers en acier, de l’installateur de tabliers en acier et de l’ingénieur en bâtiment en ce qui a trait à la conception des structures d’un diaphragme de tablier en acier, faisant partie de la conception de la structure d’un bâtiment. Le fabricant de tabliers en acier est le plus souvent un fournisseur pour un sous-traitant engagé par l’entrepreneur principal pour installer le tablier en acier. Les plans de montage fournis par l’installeur du tablier doivent servir seulement à déterminer l’emplacement des différentes feuilles de tôle du tablier. L’ingénieur en bâtiment est responsable de la conception du diaphragme du tablier en acier et de communiquer l’information nécessaire à l’installateur du tablier. 

Exigences 

Au Canada, la conception des structures d’un diaphragme de tablier en acier exige que le diaphragme se comporte élastiquement sous une force sismique. Le diaphragme du tablier en acier est une partie intégrante de la conception du bâtiment et, par conséquent, les exigences doivent être clairement indiquées sur les documents de la conception des structures. Les exigences de la norme CSA-S16-09 Conception de structures en acier, clause 4.2.2(f) stipulent que les documents de la conception des structures doivent contenir les exigences pour les diaphragmes de toit et de plancher. Cette information doit être fournie par l’ingénieur responsable de la conception du bâtiment et doit comprendre la spécification du type de connecteur et d’écart; de plus, des spécifications de rendement peuvent être fournies pour le système de fixation et l’installateur choisira ensuite l’élément de fixation. L’information supplémentaire fournie par l’ingénieur en bâtiment doit comprendre les forces supportées par le diaphragme, les critères de déflexion horizontale, les détails spéciaux des contreventements et tous les autres facteurs reliés à la conception du diaphragme. Plus l’information sera complète dans les documents de conception des structures, plus précises seront les évaluations et moins il faudra obtenir de nouvelles autorisations. 

Connecteurs 

La force et la rigidité d’un diaphragme de tablier en acier sont obtenues par l’épaisseur et le type de tablier en acier, mais aussi par les connecteurs aux supports (feuille de tôle/structure) et aux joints latéraux (feuille de tôle à feuille de tôle). La force et la rigidité requises de tout l’assemblage du diaphragme déterminent le choix des connecteurs appropriés. Une variété de connecteurs sont offerts, de nouveaux produits arrivant sur le marché chaque année. Les autres facteurs qui affectent le choix des meilleurs connecteurs dépendent des conditions sur le terrain et des préférences du monteur de charpentes. L’installateur du tablier peut aider à choisir les connecteurs adaptés à l’installation, mais le choix final; doit être approuvé par l’ingénieur responsable de la conception du bâtiment. 

Connaissance du bâtiment 

L’ingénieur responsable de la conception du bâtiment a les connaissances requises pour déterminer les exigences du diaphragme du tablier en acier dans la conception du système de résistance à la charge latérale. Par conséquent, l’ingénieur doit faire connaître les exigences et les spécifications du diaphragme à l’installateur du tablier si on lui demande les dimensions du diaphragme. De l’information de la part de l’ingénieur en bâtiment est absolument requise à propose des forces de cisaillement, sur la façon de traiter les grandes ouvertures, les points d’entrée et de sortie dans le diaphragme, et toutes les conditions uniques. Ces facteurs sont décidés durant la phase de conception du bâtiment et peuvent influencer de façon marquée le type et l’écart des connecteurs pour l’installation du tablier en acier. 

L’installateur du tablier pourrait aider l’ingénieur en bâtiment en ce qui a trait à la force du tablier en acier sous les forces de cisaillement du diaphragme en utilisant une variété de types de connecteurs, d’écarts et de grosseurs. Cependant, la conception elle-même doit être faite et approuvée par l’ingénieur en bâtiment qui décide du type de système qui résistera aux forces latérales, en conformité avec la conception des structures. 

Responsabilité 

Le tablier en acier doit être conçu par l’ingénieur en bâtiment pour supporter les charges de gravité et devrait être conçu pour supporter les forces de cisaillement du diaphragme comme toute autre partie de la structure. L’information relative au diaphragme (dimensions du tablier, type de connecteur et modèle de fixation) doit faire partie des documents de la conception des structures fournis à l’installateur du tablier et approuvés par l’ingénieur en bâtiment. L’installateur du tablier doit fournir les matériaux appropriés et peut aussi fournir les plans de montage dressés en conformité avec les documents de conception des structures. Ces plans de conception des structures doivent clairement indiquer l’emplacement des diverses longueurs des feuilles de tôle, les codes de pièces, les épaisseurs des feuilles de tôle, le calibre de l’acier ainsi que les sortes d’enduit. Le type et l’écart des connecteurs peuvent être indiqués sur les plans de conception des structures pour accommoder l’installateur, mais doivent suivre les spécifications de l’ingénieur en bâtiment. La responsabilité de la conception du plan du diaphragme est celle de l’ingénieur en bâtiment. Le fabricant du tablier a la responsabilité de fournir les produits selon les spécifications reçues de l’installateur. L’installation et l’inspection sont normalement exécutées par l’installateur sous la responsabilité de l’entrepreneur principal. 

Conclusion 

Les documents de conception des structures complets doivent être fournis à l’installateur du tablier en acier par l’ingénieur en bâtiment. Ces documents devraient comprendre les spécifications de rendement du diaphragme du tablier, ainsi que le type et le modèle de l’élément de fixation et les plans de structure complets, y compris la conception du tablier. Avec cette information, la conception du tablier en acier peut être exécutée selon un catalogue de fabricant publié, ou selon un manuel comme celui de l’ICTAB B13-06, Design of Steel Deck Diaphragms. Il n’est pas nécessaire que l’ingénieur appose son estampille ou son sceau sur les plans de montage, à moins que des altérations spéciales du tablier aient été faites par l’installateur. Toutefois, certains ingénieurs en bâtiment peuvent demander que les plans de montage portent leur sceau. Par contre, une lettre d’un ingénieur stipulant que les plans de montage ont été préparés sous sa supervision demeure acceptable.

Cliquez pour télécharger Quelques mots sur la tôle d'acier #28: Exposé de principe sur la responsabilité de la conception pour les diaphragmes de tabliers en acier

Design Responsibility for Steel Deck Diaphragms

Introduction

This post is intended to clarify the responsibility of the steel deck manufacturer, steel deck installer and structural engineer with regards to the structural design of a steel deck diaphragm, forming part of the design of the building structure. The steel deck manufacturer is most often just a supplier to a subcontractor hired by the general contractor to install the steel deck. Erection drawings provided by the deck installer are only intended to identify the location of the various deck sheets. The structural engineer is responsible for the design of the steel deck diaphragm and communicating the necessary information to the deck installer. 

Requirements 

In Canada, the structural design of a steel deck diaphragm requires that the diaphragm behave elastically under seismic forces. The steel deck diaphragm is an integral part of the building design and so the requirements must be clearly indicated on the structural design documents. The requirements of CSA-S16-09 Design of Steel Structures, clause 4.2.2(f) states that the structural design documents shall include the requirements for roof and floor diaphragms. This information must be supplied by the structural engineer responsible for the design of the building and needs to include the specification of connector type and spacing; alternatively the performance specifications for the fastening system can be supplied and the installer will then select the fastener. Additional information supplied by the structural engineer would include the shear forces to be carried by the diaphragm, horizontal deflection criteria, special detailing along bracing lines and any other considerations relevant to the diaphragm design. The more complete the information in the structural documents, the more accurate will be the estimates and less re-approval process that may be necessary afterward. 

Connectors 

The strength and stiffness of a steel deck diaphragm is achieved by the thickness and type of steel deck, but equally by the connectors at the supports (sheet-to-structure) and at the side-laps (sheet-to-sheet). The required strength and stiffness of the entire diaphragm assembly determines the choice of the appropriate connectors. There are a variety of connectors currently available with new products being introduced every year. Other factors affecting the selection of the best connector would be field conditions and erector’s preferences. The deck installer may assist in picking connectors suited to the installation, but the final selection needs the approval of the structural engineer responsible for the design of the building. 

Knowledge of the Building 

The structural engineer responsible for the design of the building has the knowledge to determine the steel deck diaphragm requirements based on the design of the lateral load resisting system. Therefore, the engineer needs to communicate the diaphragm requirements and specifications to the deck installer if they are being asked to size the diaphragm. Some information is absolutely required from the structural engineer like the path of the shear forces, how to handle large openings, entry and exit points for the forces in the diaphragm and any unique conditions. These factors are decided during the design phase of the building and can significantly influence the type and the spacing of connectors for the installation of the steel deck. The deck installer could assist the structural engineer regarding the strength of the steel deck under diaphragm shear forces using a variety of connector types, spacing and sizes. However, the design itself must be made and approved by the structural engineer who decides what kind of system will resist the lateral forces in accordance with the structural design. 

Responsibility 

The steel deck must be designed by the structural engineer to carry the gravity loads and should also be designed for the diaphragm shear forces like any other structural member. The information about the diaphragm (deck size, connector type and fastening pattern) must be part of the structural design documents provided to the deck installer and approved by the structural engineer of the building. The deck installer has to supply the appropriate material and may also provide the erection drawings made according to the structural documents. These erection drawings should clearly show the location of various sheet lengths, sheet quantities, piece marks, sheet thicknesses, grade of steel and coating designations. The type and spacing of the connectors may be shown on the erection diagrams to accommodate the installer, but must follow the structural engineer’s specifications. The responsibility for the diaphragm design rests with the structural engineer. The deck manufacturer is responsible for supplying the products according to the specifications received from the installer. The installation and the inspection are normally carried out by the installer under the responsibility of the general contractor. 

Conclusion 

Complete structural documents must be provided by the building structural engineer to the steel deck installer. These documents should include the steel deck diaphragm performance specifications, with fastener type and pattern, and complete structural drawings including the deck design. With this information the steel deck design can be done according to a published manufacturer’s catalogue, or a manual like CSSBI B13-06, Design of Steel Deck Diaphragms. Erection drawings do not need to be stamped or sealed by a professional engineer unless some special deck alterations were made by the installer. However, some structural engineers may ask that the erection drawings be sealed. Alternatively, a letter by a professional engineer saying the erection drawings have been prepared under that engineer’s supervision remains acceptable.

Click to download Fact Sheet #28: Position Paper on the Design Responsibility for SteelDeck Diaphragms

Conception de diaphragme à l’aide de parement d’acier léger

Introduction
Le vent soufflant le long d’un toit à pignon typique exerce des pressions directement sur le parement et la structure, de même que des forces de renversement pour le bâtiment en entier. Des contreventements discrets ou une ossature de tiges rigides permettent de résister à ces pressions. Une approche différente consiste à utiliser la force de flexion du parement de toit en acier afin qu’il agisse comme un diaphragme de cisaillement pour transférer ces forces sur les fondations. Les forces de base agissant sur le bâtiment sont illustrées dans la Figure 1 ci-dessous.

Méthode de conception de diaphragme 

Une aide pour la conception est offerte pour aider à faire le choix et le détaillage du parement en tôle d’acier et des attaches requis pour créer un diaphragme de parement d’acier léger. Ainsi, la publication de la MCA (Metal Construction Association) intitulée “A Primer on Diaphragm Design”, First Edition 2004 est offerte sur le site Web www.metalconstruction.org. Ce manuel fournit une collection de tableaux de calcul comme celui reproduit ci-dessous (voir la Figure 2) de même que des exemples et des commentaires. Malheureusement, les profils utilisés pour les valeurs de calcul disposées en tableau ne sont pas typiques des produits canadiens. Cependant, une expression générale de conception est incluse dans le manuel et peut être utilisée pour calculer les valeurs de la force de cisaillement et de rigidité pour d’autres profils de parement. 

Étendue 

Le manuel fournit des tableaux pour une variété de systèmes de mur et de toit qui comprennent les composants suivants: 

Profils de parement: 

• Panneau d’une largeur de 36 po, d’une profondeur de 1,5 po avec un espace de 7,2 po entre les nervures avec des forces d’élasticité de 33 et 50 ksi 
• Panneau d’une largeur de 36 po, d’une profondeur de 1,25 po avec un espace de 12 po entre les nervures avec des forces d’élasticité de 80 ksi 

Isolant: 

• Fibre de verre R19 
• Polyisocyanurate ou blocs thermiques de 3-1/4 po Modèle de fixation: 
• Configurations de 3, 4 et 5 vis sur la largeur de la feuille de tôle Attaches: 
• Vis no 12 ou 14

Utiliser avec calcul aux états limites au Canada 

Les tableaux fournis par le manuel de la MCA donnent des valeurs pour les forces de cisaillement qui sont des charges permises aux États-Unis avec la méthode Allowable Strength Design. Au Canada, nous utilisons le Calcul aux états limites, donc les valeurs de cisaillement doivent être converties. Les charges permises disposées en tableau sont multipliées par le facteur de sécurité approprié (FAC = 2,35 dans le modèle de tableau ci-dessous) pour déterminer la résistance nominale. La résistance nominale est ensuite multipliée par le facteur de résistance approprié pour obtenir la résistance pondérée pour une utilisation dans une conception calcul aux états limites. Les facteurs de résistance pour les diaphragmes en acier plié à froid sont indiqués dans le Tableau D5 CSA-S136-07 de Spécification nord-américaine pour le calcul des éléments de charpente en acier formés à froid. Ces valeurs sont reproduites ci-dessous.

Cliquez pour télécharger Quelques mots sur la tôle d'acier #25: Conception de diaphragme à l’aide de parement d’acier léger

Diaphragm Design using Lightweight Steel Cladding

Introduction 

Wind blowing across a typical gable-roof building produces forces that act directly on the cladding and structural members, as well as overturning forces for the building as a whole. Discrete wind bracing or rigid pole-framing are methods for resisting these forces. Another approach is to utilize the in-plane strength of the steel roof cladding to act as a shear diaphragm to transfer these loads to the foundation. The basic forces acting on the building are illustrated in Figure 1 below.

Diaphragm Design Method 

A design aid is available to assist in the selection and detailing of the sheet steel cladding and fasteners, needed to create a lightweight steel cladding diaphragm. This aid is a publication of the Metal Construction Association titled “A Primer on Diaphragm Design”, First Edition 2004, and is available through their website at www.metalconstruction.org. This manual provides a collection of design charts like the one re-produced below (see Figure 2) as well as worked out examples and a commentary. Unfortunately the profiles used for the tabulated design values are not typical of Canadian products. However, a general design expression is included in the manual that can be used to develop design shear strength and stiffness values for other cladding profiles. 

Scope 

The manual provides tables for a variety of different roof and wall systems that include the following components: 

Cladding profiles: 

• 1.5”deep x 7.2”rib spacing x 36”panel width in 33 and 50 ksi yield strengths
• 1.25”deep x 12”rib spacing x 36”panel width in 80 ksi yield strength 

Insulation: 

• R19 fiberglass 
• 3-1/4”polyisocyanurate or thermal spacer blocks Fastener pattern: 
• 3, 4 and 5 screws configurations across the sheet width Fasteners: 
• #12 or #14 screws 

Use with Limit States Design in Canada 

The tables provided in the MCA manual give design shear values that are allowable loads for use in the US with the Allowable Strength Design methodology. In Canada we use Limit States Design, and so the design shear values need to be converted. The tabulated allowable loads are multiplied by the appropriate safety factor (FAC=2.35 in the sample table below) to determine the nominal resistance. The nominal resistance is then multiplied by the appropriate resistance factor to get the factored resistance for use in an LSD design. The resistance factors for cold-formed steel diaphragms are given in Table D5 of CSA-S136-07 North American Specification for the Design of Cold-Formed Steel Structural Members. These values are reproduced below. 

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Standard Thicknesses for Canadian Lightweight Steel Framing Applications

The Canadian manufacturers have adopted a common set of standard base steel thicknesses for lightweight steel framing components (e.g. studs and joists). The North American cold formed steel industry has been pursuing the benefits of standardization by harmonizing both framing products as well as engineering design practices. The North American Specification for the Design of Cold-Formed Steel Structural members (the CSA-S136-07 standard in Canada) is the current design document for cold formed steel structural members, and is the first North American structural design standard. This one document applies in Canada, United States and Mexico. With the further adoption of common thicknesses, the manufacturers of lightweight steel framing products in North America can work towards standardizing product geometries that will also benefit the construction industry. The current standard thicknesses are provided in Table 1 shown below.

The gauge numbers listed in Table 1 are only provided as a convenience and are not to be used when ordering or specifying steel. They are shown for reference purposes only. It is also important to note that these thickness gauge equivalents are different than the more commonly used Manufacturers Standard Gauge (MSG) system used for other structural sheet steel products (e.g. cladding and deck). With these unique LSF thicknesses it is even more important than before not to use gauge numbers: doing so will cause mistakes. Using the decimal thickness is the only way of ensuring that the product specified is the product delivered to the site. 

The colours listed in Table 1 are used by the manufacturer to identify the product thicknesses. Typically this colour is spray-painted on the end of a bundle of members (e.g. stud, joist or track) for easy identification. These colour-thickness combinations are consistent with the requirements in the ASTM C955 Standard Specification for Load-Bearing (Transverse and Axial) Steel Studs, Runners (Track), and Bracing or Bridging for Screw Application of Gypsum Panel Products and Metal Plaster Bases and the AISI S201 North American Standard for Cold-Formed Steel Framing - Product Data.

Sheet steel products for LSF members must be coated with a metallic coating of either zinc or 55% aluminum-zinc alloy. Zinc coated sheet steel shall conform to ASTM Standard A653/A653M Standard Specification for Steel Sheet, Zinc-Coated (Galvanized) or Zinc-Iron Alloy-Coated (Galvannealed) by the Hot-Dip Process. The 55% aluminum-zinc alloy coated sheet steel shall conform to ASTM Standard A792/ A792M Standard Specification fro Steel Sheet, 55% Aluminum-Zinc Alloy-Coated by the Hot Dip Process. For structural framing members the minimum metallic coating is Z180 (G60) or AZM150 (AZ50). For non-structural steel studs the minimum metallic coating is Z120 (G40) or AZM100 (AZ35). 

The minimum thicknesses of typical hot-dipped metallic coatings are given in Table 2. These metallic coating thicknesses must be added to the base sheet thickness when determining the delivered sheet thickness. Metallic coatings are also subject to manufacturing tolerances the same as the base steel. Therefore, the actual thickness of the metallic coating will be greater than the minimum thicknesses listed in Table 2. This factor needs to be considered when attempting to verify the base steel thickness of a coated product. There are other coating types and weights in addition to those listed in Table 2 that may be used with other cold formed steel products.

Click to download Lightweight Steel Framing Technical Bulletin Volume 7, Number 2: Standard Thicknesses for Canadian Lightweight Steel Framing Applications