Brevet FR2023944A1 — publié le 19700821

,- 1_ 2023944 L'invention se rapporte à une structure d'édifice comportant un pilier principal vertical et une charpente en encorbeillement ou en surplomb au-dessus d'un vide, mont aslatéralement sur ce dernier . Les grands complexes d'ensembles de bâtiments devant être con-5 centrés ou assurer des fonctions multiples nécessitent des structures ou ouvrages préfabriqués, doués de souplesse d'adaptation et pouvant être rapidement et simplement agrandis, transformés ou démontés en fonction des nécessités locales qui varient rapidement. L'invention a pour objet une structure d'édifice ayant une telle souplesse d'adaptation, permettant une forte den-10 site de construction, formée entièrement ou en grande partie d'éléments préfabriqués interchangeables à volonté et .donc capables d'être agrandie , transformée et/ou démontée verticalement et horizontalement dans les plans de plusieurs étages. L'invention vise en particulier une structure d'édifice en éléments préfabriqués, douée d'une telle souplesse d'adaptation et permettant 15 de réaliser des bâtiments ou des ouvrages de toute configuration, par exemple des maisons en tours, des immeubles en terrassement,en échelonnement, des constructions franchissant un vide, etc, au moyen d'éléments préfabriqués dont le nombre des différents types est extrêmement faible et dont le montage est très sinçle. Les éléments préfabriqués ont des dimensions et un poids 20 leur permettant d'être facilement transportés et montés côte à côte et les avant-corps de bâtiment qu'ils permettent de réaliser peuvent être érigés sans aucun cintre de charpente. Selon une particularité essentielle de la structure d'édifice selon l'invention à au moins un appui principal vertical (pilier, pylône) 25 et à au moins une charpente en encorbeillement ou en surplomb au-dessus d'un vide, montée sans appui latéralement sur le pilier principal, cette charpente forme un système de cellules parallélépipèdiques en treillis à trois dimensions, placées directement côté à côte et superposées, formées de cadres élémentaires rectangulaires profilés, préfabriqués à des dimensions de la hauteur 30 d'un étage, à angles rigides, les branchés des cadres voisins étant disposées . parallèlement en s'appliquant les unes contre les autres sur au moins deux dimensions et étant fixées les unes aux autres ou solidarisées de manière rigide, mais toutefois démontable et des éléments préfabriqués d'aménagement intérieur, tels que des éléments plans de cloisons, sols et plafonds, étant 35 montés dans les cellules de la charpente. Plusieurs branches parallèles, placées directement côté à côte, des cadres élémentaires voisins de cette structure d'édifice forment soit des appuis verticaux, soit des poutrelles ou barres porteuses horizontales qui, le cas échéant, se croisent. Ces appuis et poutrelles ou barres porteuses forment une charpente constituant un système de 40 treillis à trois dimensions pouvant être agrandi à volonté par annexion 40343 _ 2 - 2023944 d'autres cadres élémentaires ou réduit par démontage de certains cadres. La particularité essentielle de l'invention est que les cadres élémentaires peuvent être aboutés latéralement sans appui, c'est-à-dire que plusieurs cadres élémentaires voisins, auxquels certains autres peuvent être éventuellement superposés, franchissent des vides ou sont montés latéralement en encorbeillement sur un ou plusieurs piliers principaux. Les branches placées côte à cSte des cadres élémentaires voisins supportent avantageusement les forts couples de flexion ou d'encastrement devant être absorbés, car chacune de ces branches, faisant partie d'une poutrelle ou d'un appui formé de plusieurs d'entre elles appliquées les unes contre les autres, ne se trouvent pas dans la zone de traction nulle déterminée par les couples de flexion, mais bien à l'extérieur de cette zone et donc, elle peut absorber les efforts de traction et de compression et les transmettre par les angles rigides du cadre à la branche voisine de ce dernier. Les efforts devant être absorbés dans la zone de traction nulle, c'est-à-dire à la jonction de deux cadres élémentaires voisins d'un tel corps d'édifice en encorbeillement ou en surplomb sur un vide ne sont sensiblement que des forces de cisaillement ou de poussée latérale que des organes simples de fixation, tels que des boulons, des clavettes, etc, sont capables de transmettre facilement. Les cadres élémentaires assemblés conformément à l'invention forment donc une charpente à trois dimensions facilement modifiable, constituant l'ossature ou la structure porteuse de l'édifice dans lequel les éléments nécessaires d'aménagement intérieur (éléments de revêtement) peuvent être montés. La disposition en encorbeillement sans appui,ou en surplomb sur un vide, de la charpente permet une forte densité de construction réalisée en terrassements avec des étages de faible hauteur sans inconvénient d'éclairement. Les superstructures en encorbeillement permettent de réaliser des édifices à grands espaces internes sans aucun appui porteur. Les éléments préfabriqués permettant de réaliser ces superstructures sont transportables par des véhicules normaux et des grues de montage pour être amenés sur le chantier. XL est bien entendu que les cadres élémentaires sont non seulement montables côte à côte, mais également superposables et capables d'être fixés les uns aux autres pour former des cellules placées les unes au-dessus des autres, les charpentes ainsi réalisables pouvant être non seulement en encorbeillement ou en surplomb sur un vide, mais pouvant également être constituées en tours. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront dans la description donnée ci-dessous à titre non limitatif en regard des dessins annexés illustrant plusieurs modes de réalisation et sur lesquels : la figure 1 est une vue en perspective partielle d'un mode de réalisation d'urie structure d'édifice non terminée, conforme à l'invention ; 69 40343 - 3 - 2023944 la figure 2 est une vue partielle en perspective à échelle agrandie d'une liaison d'angle de deux cadres élémentaires conformes à l'invention, assemblés suivant deux dimensions différentes ; la figure 3 est une vue en perspective de deux cadres élémentai-5 res superposés de réalisation différente ; la figure 4 est une vue partielle en perspective d'une liaison d'angle de cadres élémentaires conforme à une autre variante de réalisation ; la figure 5 est une coupe verticale, selon la ligne V - V de la figure 6, d'une autre variante de réalisation d'une charpente d'édifice 10 conforme à l'invention à cadres élémentaires décalés en gradins et en surplomb sur un vide ; et la figure 6 est une coupe horizontale de la charpente selon la ligne VI - VI de la figure 5• La structure d'édifice selon l'invention, conforme à l'exem-15 pie de réalisation des figures 1 à 3» coup orte une charpente (structure porteuse) formée d'un système de treillis à trois dimensions conçosés de cadres élémentaires 1 appliqués les uns contre les autres suivant deux dimensions. La hauteur de l'ouverture des cadres élémentaires, dont la forme est rectangulaire, correspond à celle d'un étage. Quatre branches verticales parallèles 20 de cadres élémentaires accolés forment les piliers verticaux de la structure porteuse et deux branches horizontales superposées de cadres forment les poutrelles ou barres horizontales. Les cadres élémentaires confortent des angles rigides et sont reliés aux éléments voisins juxtaposés ou en sont solidarisés par des organes 25 mécaniques, mais de manière démontable. Des éléments d'aménagement intérieur formés de panneaux 2, 3 de sol ou de couverture, de panneaux 4, 5 de cloison érigés sur les précédents et les éléments 6 de plafond suspendus aux panneaux 2, 3 de couverture sont montés dans les cellules du système de treillis à trois dimensions des cadres élémentaires 1 ainsi reliés et appliqués les uns contre 30 les autres suivant deux dimensions. Les branches des éléments de cadre qui ne sont pas voisins d'une autre cellule comportent sur les côtés des éléments rapportés spéciaux de bordure formés de pièces latérales ou d'angle 17, 18 et destinés uniquement à leur conférer une section d'appui ou de support composée de plusieurs 35 pièces porteuses statiques. Tous les éléments décrits sont préfabriqués et interchangeables sur le chantier et sont destinés à être assemblés de manière à pouvoir être démontés ultérieurement les uns des autres. Les cadres élémentaires de très forte portance sont de préféren-40 ce de faible poids. En conséquence, ceux de l'exemple de réalisation des figures 1 à 3 sont en acier et le profil de leur section est en T. L'âme 7 de ce 69 40343 - k - 2023944 profilé est dans le plan du cadre et elle est orientée vers l'extérieur de ce dernier, tandis que les ailes 8 perpendiculaires au plan du cadre sont situées à l'intérieur de ce dernier. Des plaquettes de liaison 9> 10 fixées à des distances détermi-5 nées le long du bord extérieur de l'âme 7 du profilé, parallèlement aux ailes intérieures 8, permettent de fixer ou de solidariser les cadres élémentaires voisins 1. Ces plaquettes de liaison sont situées sensiblement dans la zone de contrainte nulle des barres ou poutrelles horizontales ou des piliers verticaux formés des branches voisines de deux cadres élémentaires placés côte à côte , 10 de sorte qu'il suffit de fixer les branches voisines à l'aide de boulons passant dans des trous 11 des plaquettes. Les âmes 7 des profilés comportent des évidements 12 entre les plaquettes 9 de liaison afin d'alléger la construction. Afin de faciliter davantage encore le transport des cadres élémentaires, chacun de ceux-ci est 15 formé d'un assemblage de quatre pièces d'angle 13 aboutées par des plaques 14, 15 d'extrémité et de liaison au milieu sous faible contrainte statique de la hauteur et de la largeur du cadre, ces pièces étant fixées les unes aux autres par des boulons traversant les plaques. La liaison des différents éléments du cadre en ces emplacements ne pose aucun problème, car les couples de flexion 20 sont les plus faibles au milieu de la distance de portée des piliers et des barres ou poutrelles. Pour cette raison, la section de la branche verticale des pièces d'angle 13 des cadre se rétrécit jusqu'au point de jonction situé à mi-hauteur des cadres, la hauteur de l'âme décroissant de manière continue, 25 tandis que la section des ailes est constante. Par contre, la hauteur de l'âme des branches horizontale est constante pour des raisons techniques. La section des ailes peut tout au plus subir une modification pour permettre une économie de matière. La figure 2 illustre clairement le mode de liaison des pièces 30 d'angle des cadres élémentaires. Les plaquettes de liaison 9 fixées sur les branches horizontales des pièces d'angle 13 dépassent de part et d'autre de l'âme 7 du profilé située dans le plan du cadre, ces plaquettes étant disposées par groupes de deux dont la distance qui les sépare est destinée au logement de coins 19 permettant un ajustage et une liaison latérale complémentaire des 35 cadres élémentaires voisins. Les plaquettes de liaison 10 des branches verticales des pièces d'angle des cadres ne sont situées que sur un côté de l'âme 7 du profilé. Ces plaquettes de liaison ainsi que les âmes 7 comportent des évidements 16 disposés les uns par rapport aux autres, lorsque les cadres élémentaires sont assemblés, de manière à former un logement traversant toutes 40 les pièces d'angle assemblées 13 et destiné à des coins d'expansion 19 disposés 69 40343 - 5 - 2023944 en croix et permettant l'ajustage réciproque et une liaison latérale complémentaire des pièces d'angle à relier. H a été mentionné précédemment que ces éléments de liaison sont situés sensiblement dans la ligne neutre des profilés assemblés, de sorte 5 qu'il ne subsiste,des forces ou tensions provoquées par les couples de flexion, que certaines forces de cisaillement qui sont à transmettre. L'effort principal que les cadres élémentaires 1 subissent est situé dans leurs angles rigides auxquels ils sont raidis par agrandissement de la section du profilé, cette forme permettant une économie de matière. Des ailes doubles 8 du profilé 10 permettent d'augmenter le raidissement. La figure 3 montre que les cadres élémentaires peuvent non seulement être formés de quatre pièces d'angle 13, mais qu'ils peuvent aussi être en une pièce ou en deux demi-éléments. H est aussi possible de combiner un demi-élément et deux pièces d'angle de la manière représentée à la partie 15 supérieure de la figure 3• La liaison s'effectue dans ce cas sans coin. La figure 4 illustre une autre variante de réalisation de jonction d'angle de cadres élémentaires. Les cadres élémentaires 20 de cet exemple sont également en une ou plusieurs pièces. Us n'ont cependant pas une section en T, mais en U. Le profil de la section est disposé de manière 20 que le côté ouvert soit à l'extérieur du cadre. Les cadres élémentaires sont assemblés par ce côté ouvert en étant placés à une distance légèrement supérieure à leur épaisseur,de manière à permettre de les retourner à l'intérieur de la cellule du système en treillis. Des pièces de jonction 21 formées de six bras 22 en acier, à section en caisson, disposés en croix, sont montées aux 25 points d'assemblage des cadres élémentaires placés côte à côte. Les cadres élémentaires 20 placés à une certaine distance côte à côte sont reliés en partie à l'aide des pièces de jonction 21 et pour l'autre partie à l'aide d'entretoises 23 formées de tronçons courts de profilés en caisson. Des plaquettes de liaison 24 sont par exençle soudées dans le pro-30 filé en U, du côté ouvert des cadres élémentaires. Ces plaquettes comportent des trous 25 de logement de vis de liaison qui passent également dans des trous 26 des bras 22 des pièces de jonction 21 et dans des trous des entretoises 23- Les branches profilées des cadres élémentaires 20 comportent des évidements 27 dans la zone des plaquettes de liaison 24 afin de faciliter le montage et 35 l'assemblage des éléments. Les bras des pièces de jonction comportent un profilage 28 et les surfaces extérieures des branches des cadres tournées vers ces pièces comportent un profilage complémentaire correspondant pénétrant dans celui des pièces de jonction 21 afin d'accroître la résistance au glissement entre les 40 éléments correspondants. 40343 - 6 - 2023944 Les branches verticales des cadres élémentaires de ce mode de réalisation ont également, contrairement aux branches horizontales, une largeur diminuant continuellement jusqu'à mi-hauteur dans le sens parallèle au plan du cadre, tandis que l'épaisseur de ces branches est constante. Il 5 peut également être avantageux que les branches horizontales du cadre comportent une variation continue de la section du profilé, c'est-à-dire que ce dernier se rétrécisse des angles vers le milieu des branches. Contrairement à la charpente des figures 1 et 2, celle de la figure 4 comporte également des cadres élémentaires horizontaux 29. 10 Dans le mode de réalisation de la figure 4, les espaces 30 situés entre les branches parallèles des cadres voisins placés à distance peuvent servir de logement pour des installations de tous genres, mais peuvent également former des conduits d'eau pour éteindre les incendies. Mais ces espaces intermédiaires peuvent également servir de logement pour des organes 15 de traction ou de compression, par exençle des câbles ou des barres de traction, des barres de compression, etc, par exemple pour permettre d'absorber des forces transversales ou de cisaillement supérieures. Plusieurs cadres élémentaires ou pièces d'angle peuvent être et fixés juxtaposés /perpendiculairement au plan des cadres dans les zones d'effort 20 statique particulièrement intense d'un système en treillis à trois dimensions réalisé à l'aide d'éléments tels qu'illustrés sur la figure 4 ou d'éléments à profil en caisson ou rectangulaire. La figure 4 illustre à gauche et en bas deux cadres élémentaires 20 accolés de cette manière. Cette possibilité de jumelage des cadres élémentaires ou de leurs pièces d'angle offre l'avan-25 tage de permettre la mise en oeuvre de pièces de même grandeur et de mêmes dimensions pour des éléments de bâtiment dont les charges statiques sont différentes, sans qu'il soit nécessaire d'augmenter le nombre de pièces élémentaires. L'exemple de réalisation, illustré sur les figures 5 et 6, 30 d'une structure d'édifice selon l'invention montre de quelles, manières différentes les cadres élémentaires de sa charpente peuvent être assemblés côte à côte et superposés en formant des encorbeillements sans appui latéral ou en franchissant des espaces vides. La section de la structure illustrée sur le dessin comporte deux pylônes dont l'un est formé d'un pilier porteur 35 spécial et l'autre, d'une cellule en treillis 32 conçosée de cadres élémentaires selon l'invention. Les branches des cadres élémentaires 1 situées au bord de la charpente sont combinées avec des éléments de bordure particuliers 17, 18 mentionnés plus haut, parallèles aux branches latérales des cadres élémentaires et fixés à celles-ci de manière à leur conférer la 40 section d'assemblage nécessaire. Ces éléments de bordure peuvent être reliés 40343 - 7 - 2023944 aux cadres élémentaires de la même manière que les pièces d'angle 13• La superposition en gradins des cadres élémentaires, c'est-à-dire des cellules en treillis 33 formées chacune de quatre cadres élémentaires assemblés suivant deux dimensions, permet de constituer une charpente d'un édifice comportant 5 diverses terrasses. Par ailleurs, de grands espaces internes sans appui subsistent sous cette charpente et sont formés des cellules en treillis suspendues les unes aux autres, disposées en encorbeillement ou franchissant des espaces vides. La charpente illustrée comporte quelques éléments complémentaires de raidissement formés de panneaux verticaux ou horizontaux 3^> 35 et de cadres 36 10 Quelques croisillons 37 montés dans les cellules en treillis et traversant l'espace interne des cadres élémentaires contribuent à raidir la charpente. Les figures 5 et 6 montrent la diversité avec laauelle des édifices en terrassement ou en échelonnement peuvent être réalisés à l'aide 15 du système d'éléments préfabriqués selon l'invention. XL est ainsi possible de réaliser des constructions planes, des tours, des bâtiments franchissant des vides, des maisons terrassées en espaliers, etc. La structure d'édifice selon l'invention est particulièrement avantageuse dans les cas où des parties vétustés de villes doivent être re-20 construites progressivement. IL est ainsi possible de commencer par la construc tion de très petits éléments de bâtiments ou d'unités placés dans des terrains vides, des cours, etc, par juxtaposition ou superposition et suspension latérale de cellules en treillis formées de cadres élémentaires selon l'invention. Ces petites parties ou unités d'édifice peuvent ensuite être élargies ou agrandies 25 progressivement par juxtaposition ou superposition de cadres élémentaires formant des cellules en treillis coirçplémentaires en surplomb sur les anciens édifices qui peuvent être ensuite démolis. L'invention offre par ailleurs l'avantage notable de permettre une préfabrication et dans une certaine mesure un montage préalable d'élé-30 ments de charpente et d'aménagement intérieur en usine , l'assemblage sur le chantier de ces éléments préalablement montés étant simple, rapide et nécessitant peu de dispositifs techniques accessoires. Le montage final peut s'effectuer en avant-corps de bâtiment sans aucun cintre de charpente. La structure d'édifice réalisée selon l'invention peut être 35 très diversement modifiée, agrandie ou démontée, car les cadres élémentaires formant la structure porteuse et reliés de manière facilement démontable peuvent toujours être séparés, interchangés, enlevés ou remontés en un autre endroit. H en est de même pour les éléments d'aménagement intérieur montés dans cette charpente et formés d'éléments plans de cloisons, de sols et/ou de *K> plafonds pouvant également être facilement interchangés ou démontés. 69 40343 - 8 - 2023944 REVENDICATIONS 1. Structure d'édifice à au moins un pilier vertical principal (pylône) et à charpente montée latéralement sur ce dernier en encorbeillement ou en surplomb sur un videy sans appui, ladite structure étant carac-5 térisée en ce que ladite charpente en encorbeillement ou en surplomb sur un vide forme un système de cellules parallélépipédiques en treillis à trois dimensions, placées directement côte à côte et superposées, formées de cadres élémentaires rectangulaires profilés, préfabriqués à des dimensions de la hauteur d'un étage, à angles rigides, les branches des cadres voisins étant 10 disposées parallèlement en s'appliquant les unes contre les autres sur au moins deux dimensions et étant fixées les unes aux autres ou solidarisées de manière rigide, mais toutefois démontable et des éléments préfabriqués 'd'aménagement intérieur, tels que des éléments plans de cloisons, sols et plafonds» étant montés dans les cellules de la charpente. 15 2. Structure d'édifice selon la revendication 1, caractérisée en ce que les branches des cadres élémentaires sont renforcées ou ont une section croissant continuellement du milieu vers les angles du cadre. 3. Structure d'édifice selon la revendication 1, caractérisée en ce que les angles rigides des cadres élémentaires sont arrondis ou incurvés , 20 4. Structure d'édifice selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'aucun croisillon ne traverse l'espace intérieur des cadres élémentaires . 5. Structure d'édifice selon la revendication 1, caractérisée en ce que les cadres élémentaires sont formés d'au moins deux pièces monobloc 25 aboutées au milieu des branches par des plaques de liaison. 6. Structure d'édifice selon la revendication 1, caractérisée en ce que les cadres élémentaires sont reliés solidairement par des pièces de jonction interposées à leurs angles. 7. Structure d'édifice selon l'une des revendications 1 à 6, 30 caractérisée en ce que les cadres élémentaires sont reliés directement,ou par l'intermédiaire desdites pièces de jonction,uniquement au moyen de boulons et éventuellement de clavettes. 8. Structure d'édifice selon la revendication 1, caractérisée en ce que les surfaces extérieures des cadres élémentaires appliquées contre 35 les éléments de cellules voisines en treillis sont profilées, par exemple crantées. 9. Structure d'édifice selon la revendication 8, caractérisée en ce que les pièces de jonction appliquées contre les surfaces extérieures profilées des cadres élémentaires comportent un profilage complémentaire cor- ^0 respondant. - 9 - 2023944 10. Structure d'édifice selon la revendication 1, caractérisée en ce que les cadres élémentaires ont une section en profil de T, U ou de double T et comportent à leurs extrémités de jonction des plaques frontales permettant leur liaison à des éléments voisins de cadres. 11. Structure d'édifice selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que les cadres élémentaires comportent au moins une aile continue disposée du côté intérieur et une âme parallèle au plan du cadre, orientée vers l'extérieur de ce dernier et par laquelle ils sont appliqués contre l'âme du cadre élémentaire de la cellule voisine en treillis, des plaquettes de liaison parallèle aux ailes étant disposées sur cette âme. 12. Structure d'édifice selon la revendication 11, caractérisée en ce que les plaquettes de liaison sont placées à faible distance ou comportent un évidement formant le logement de clavettes d'expansion. 13. Structure d'édifice selon la revendication 11, caractérisée en ce que l'âme du profilé de la branche horizontale a une hauteur constante dans le plan du cadre, jusqu'à l'angle de ce dernier et l'aile ou les ailes de cette branche a /une ""section augmentant continuellement jusqu'à l'angle du cadre. 14. Structure d'édifice selon la revendication 11, caractérisée en ce que les branches verticales des cadres ont une âme dont la hauteur croît de manière continue jusqu'à l'angle de ce cadre et une aile de section constante. 15. Structure d'édifice selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisée en ce que plusieurs cadres élémentaires sont montés directement côte à côte et sont fixés les uns aux autres perpendiculairement à leurs plans.