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

Pourquoi la conception des suspentes compte

Une conception insuffisante des suspentes provoque l'affaissement de la gaine, des contraintes aux joints, l'échec de la classe de fuite et, lors de séismes, l'effondrement complet de la gaine. La SMACNA, l'EN 12236 et l'AS/NZS 4254 spécifient des tableaux d'espacement maximal des suspentes qui ne doivent pas être dépassés. Les cahiers des charges de projet ajoutent souvent des exigences supplémentaires (retenue sismique en zone sismique, suspentes résistantes au feu pour les gaines résistantes au feu, suspentes en inox pour les salles blanches et l'agroalimentaire). L'intégrité structurelle du système HVAC dépend de suspentes correctement conçues, fabriquées et installées.

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 Φ750 mm : espacement maximal de 3 600 mm (12 pi)
• 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
• Ne jamais poser une gaine sur une autre ; des gaines ne peuvent partager un trapèze, un trapèze multiniveau ou un profilé que s'il est conçu pour la charge combinée (et contreventé en conséquence en zone sismique)

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 laminé à froid préconçu (typiquement 50×50 mm ou 70×70 mm) supportant plusieurs gaines ou une grande gaine unique, dimensionné pour la charge combinée de toutes les gaines qu'il porte. 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 colonnes montantes.

Profilé oméga avec contreventement sismique

Profilé en chapeau plus tiges de contreventement inclinées reliées à la structure pour résister à l'accélération sismique latérale. Utilisé en zones sismiques (SDC D-F selon ASCE 7). Les kits préconçus de Mason Industries, B-Line et ISAT comprennent le profilé en chapeau, les tiges, les tiges de contreventement, la quincaillerie de fixation structurelle et les notes de calcul d'ingénierie estampillées.

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 l'ASCE 7-16, section 13.3.1 : F_p = [(0.4 × a_p × S_DS × W_p) / (R_p/I_p)] × (1 + 2z/h), borné entre 0.3 et 1.6 × S_DS × I_p × W_p. L'ASCE 7-22 reformule la vérification avec de nouveaux facteurs (H_f, R_μ, C_AR, R_po) ; utilisez donc l'édition adoptée par votre juridiction.
• a_p = facteur d'amplification du composant (2,5 pour les gaines, ASCE 7-16 tableau 13.6-1), S_DS = accélération spectrale de calcul, W_p = poids de la gaine, R_p = modification de réponse du composant (6 pour les gaines à joints autres que soudés ou brasés), I_p = facteur d'importance (1,0 en général, 1,5 pour les hôpitaux), z = hauteur de la fixation de la gaine au-dessus de la base, h = hauteur du toit
• Avec a_p = 2,5, R_p = 6 et I_p = 1,0, le résultat va d'environ 0,3 × S_DS × W_p en bas du bâtiment à 0,5 × S_DS × W_p au niveau du toit : environ 15-25 % du poids de la gaine pour S_DS = 0,5 et 30-50 % pour S_DS = 1,0, et 1,5 fois cela pour les hôpitaux
• 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) : la section 8 couvre les actions sismiques sur les parties et composants ; l'AS/NZS 4254.2 (gaine rigide) couvre la gaine elle-même.
• NZS 1170.5 et NZS 4219 (Nouvelle-Zélande) : la NZS 1170.5 fixe les actions sismiques, y compris celles sur les parties et composants ; la NZS 4219 traite de la retenue sismique des équipements du bâtiment, comme les gaines.
• 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 estampillées répondant aux exigences ASCE 7 / IBC, AS 1170.4 ou NZS 1170.5 / NZS 4219, ce qui simplifie la revue de l'ingénieur structure du projet et le travail de l'installateur sur chantier.

Détails de fixation à la structure

Dalle béton

• Chevilles à expansion (ancrages à expansion post-installés dans un trou percé)
• Inserts filetés coulés (fixés au coffrage avant 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. Gaines empilées l'une sur l'autre : ne jamais laisser une gaine porter une autre. Un trapèze ou un profilé partagé n'est acceptable que s'il est conçu pour la charge combinée (et contreventé en conséquence en zone sismique) ; un support partagé sous-dimensionné 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 : violation de l'ASCE 7 en SDC D-F. Le kit préconçu 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.

Obtenir un devis de fabrication de gaines Taokron →

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 / AS 1170.4 / NZS 1170.5 en zones sismiques).

Quand la retenue sismique est-elle requise ?

Selon le chapitre 13 de l'ASCE 7-22 en SDC D-F (majeure partie de l'ouest des États-Unis, Alaska, Caraïbes). En Australie, selon la section 8 de l'AS 1170.4 ; en Nouvelle-Zélande, selon la NZS 1170.5 avec la NZS 4219 pour la retenue des équipements du bâtiment. Les bâtiments hospitaliers et 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 (rond) des SMACNA HVAC Duct Construction Standards, l'espacement maximal standard des suspentes dépend de la taille et du poids de la gaine. Pour une gaine galvanisée commerciale type : rectangulaire jusqu'à 760 mm de large, tous les 1 800 mm (6 pi) ; de 760 à 1 520 mm de large, tous les 1 500 mm (5 pi) ; au-delà de 1 520 mm ou au-delà d'une épaisseur de 1,2 mm, tous les 1 200 mm (4 pi), avec revue structurelle au-delà de 2 300 mm. Gaine ronde jusqu'à Φ750 mm, tous les 3 600 mm (12 pi) ; Φ750-1 200 mm, tous les 2 400 mm (8 pi) ; au-delà de Φ1 200 mm, tous les 1 800 mm (6 pi). L'EN 12236 et l'AS/NZS 4254 spécifient des valeurs similaires en métrique. Des suspentes doivent aussi être placées 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 en trapèze, traverse horizontale en cornière avec deux tiges verticales ; standard pour la gaine rectangulaire ; (2) suspente à collier plat, bande d'acier galvanisé enroulée autour de la gaine ; pour les petites gaines rectangulaires et rondes ; (3) suspente à collier en deux parties, collier circonférentiel autour de la gaine ronde avec une seule tige ; pour la gaine ronde en faux plafond ; (4) profilé en chapeau, pour les très grandes gaines ou plusieurs gaines côte à côte sur un support conçu pour leur charge combinée ; (5) profilé en chapeau avec contreventement sismique, pour les zones exigeant une retenue latérale. Matériau des suspentes : acier galvanisé pour le HVAC général ; inox pour les salles blanches et l'agroalimentaire ; kits sismiques préconçus (Mason, B-Line) pour les zones sismiques.

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

Le haut de la tige de suspente se fixe à la structure du bâtiment par une fixation approuvée : (1) dalle béton, ancrage post-installé à expansion, à coin ou chimique, ou insert fileté coulé dans la dalle ; (2) structure acier, pince à 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 à treillis, pince à poutre sur la membrure supérieure. Choix de l'ancrage selon le cahier des charges structurel du projet et les tableaux de charge du fabricant. L'annexe des SMACNA HVAC Duct Construction Standards et l'ASCE 7-22 spécifient les charges admissibles. L'ingénieur structure du projet examine et approuve généralement 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.