Brevet FR2035121A1 — publié le 19701218

i 2035121 La présente invention concerne d'une façon générale une structure en acier pour constructions préfabriquées et, plus particulièrement, une structure en acier pour des constructions préfabriquées sous formes d*éléments unitaires (appelés ci-après 5 cellules), comportant des murs, des planchers et des plafonds, qui correspondent à des volumes d'un espace pour 1 habitation, les cellules étant introduites dans et extraites de la structure en acier selon une direction horizontale. Un objet de la présente invention est de réaliser une struc» 10 ture en acier comportant des logements délimités par des cadres susceptibles de recevoir des cellules constituant des appartements et similaires ou d'être utilisés comme espaces pour des jardins suspendus, des services publics, des voies de circulation et les équipements auxiliaires. 15 Un autre objet de la présente invention est de réaliser une structure en acier rigide et résistante au feu qui permette de normaliser les éléments de la structure en acier et facilite à la fois la production en usine et l'érection sur chantier, de manière à assurer des économies importantes de temps et d'argent. 20 Un autre objet encore de la présente invention consiste à prévoir une structure en charpente qui s'adapte parfaitement à 1' introduction et au retrait de cellules pour l'habitation ou similaire. D1'au très objets de la présente invention apparaîtront à la 25 lecture de la description faite ci-après avec référence aux dessins ci-annexés dans lesquels : Fig. 1 est une vue en plan schématique, en coupe horizontale, illustrant une structure en acier conforme à la présente invention qui est partiellement remplie avec des cellules; 30 Fig. 2 est une vue en élévation de la structure pour cons truction représentée dans la figure lj t Fig. 3 est une vue en coupe verticale de la structure par III-III de figure 1; Fig. 4 est une vue en perspective démontée illustrant les 35 éléments en acier constituant un compartiment de la structure en acier de l'invention; Fig. 5 est une vue en coupe transversale horizontale d'une colonne par V-V de figure 2; Fig. 6 est une vue en coupe transversale verticale d'une 40 poutrelle ou d'une poutre par VI-VI de figure 1; 70 10094 2 2035121 Fiç. 7 est une vue en coupe verticale illustrant le procédé de connexion des colonnes; Fig. 8 est une vue en coupe horizontale par VIII-VIII de figure 2 montrant comment sont réunies une colonne des poutrelles 5 et des poutres; - Fig. 9 est une vue en coupe verticale par IX-XX de figure 8; Fig. 10 est une vue en coupe verticale illustrant une partie de la structure en acier portant des cellules; Fig. 11 est une vue en élévation latérale schématique illus-lO trant un procédé pour amener une cellule dans la structure en acier représentée dans la figure 3 et Fig. 12 est une vue en coupe verticale illustrant un procédé donné à titre d'exemple pour fixer la cellule après son insertion. On se référera maintenant aux dessins ci«*annexés# Il est 15 toutefois évident que de nombreuses modifications peuvent être apportées au mode de réalisation préférentiel qui sera décrit en détail ci-après sans sortir du cadre de la présente invention. On expliquera tout d'abord les éléments essentiels constituant la structure en acier de la présente invention. Des colonnes 20 1 sont réalisées en recouvrant avec un enrobage 6 résistant au feu constitué par du béton un profilé en acier en H 5 sur sa totalité à l'exception des parties de jonction, ces parties de jonction comprenant les jonctions d'extrémité 2 pour la solidarisation avec d'autres colonnes 1, des surfaces de jonction 2* pour les 25 poutres 3, une zone de jonction pour une poutrelle 4 et une jonction pour une poutrelle 7 destinée à supporter une"plaque de coursive. Les éléments colonnes-poutrelles A sont constitués par une paire de colonnes 2 espacées dans le sens de la profondeur du bâtiment avec les âmes des profilés en H 5 se faisant face, une 30 poutrelle 4 solidarisée à ses deux extrémités avec la paire de colonnes et une paire de poutrelles 7 destinées à supporter des plaques de coursive fixées chacune, à une de leurs extrémités, sur une colonne de manière à se trouver en alignement avec la poutrelle 4. 35 Les poutres 3 et les poutrelles 4 et 7' sont réalisées en recouvrant un profilé d'acier de section en H 8 avec un enrobage 10 résistant au feu réalisé en béton de manière que la surface de l'aile supérieure 9 de l'élément en acier 8 soit apparente tandis que les deux faces latérales et la surface de l'aile infé-40 rieure sont recouvertes. Le profilé en H 8 de la poutre 3 a ses 70 10094 3 2035121 deux parties d'extrémité 11 à nu afin de permettre leur jonction avec les colonnes 1, Les enrobages en béton résistant au feu des colonnes 1, des poutres 2 et des poutrelles 4 et 7 sont appliqués au préalable en usine sur les profilés en H. Ces éléments enrobés 5 sont ensuite transportés sur le chantier de construction. L'érection de la structure en acier commence en juxtaposant transversalement sur une fondation une pluralité d'éléments colonnes-poutrelles A» Des poutres 3 sont alors connectées à chacune de leurs extrémités sur une colonne 1 d'une pâdLre de colonnes 10 adjacentes transversalement appartenant à deux éléments A àu moyen de boulons à haute résistance 12, par soudure ou autrement, avec la surface supérieure de la poutre positionnée au-dessus des surfaces supérieures des poutrelles 4 et 7. On monte ensuite sur les colonnes 1 un autre groupe d'éléments colonnes-poutrelles A et 15 les extrémités supérieures des colonnes inférieures 1 sont solidarisées avec les extrémités inférieures des colonnes supérieures ou superposées, par tous moyens tels que par des boulons à haute résistance ou des soudures. Les colonnes supérieures 1 sont également munies de poutres 3 de la même manière que les colonnes 20 inférieures. Un tel travail est répété jusqu'à ce que la structure voulue ayant le nombre de travées et d'étages requis soit constituée. La structure peut, de plus, être équipée de poutres intermédiaires 3' disposées transversalement entre les poutrelles adjacentes 4 et fixées à leur deux extrémités sur les poutrelles. 25 D*autre part, la structuré peut être renforcée au moyen de contre-fiches 14 qui relient verticalement les poutrelles adjacentes 4 comme représenté dans la figure 3. Il est alternativement possible de renforcer la structure en fixant des contrefiches,sur les colonnes 1 et les poutrelles 4 de manière que quatre contrefiches 30 forment un losange dans l'ouverture rectangulaire définie par une paire de colonnes 1 et une paire de poutrelles 4, les quatre du côté du losange étant en diagonale par rapport aux quatre coins de l'ouverture rectangulaire. Naturellement, les poutres intermédiaires 3' sont réalisées de la même manière que les pou-35 très transversales 3 fixées sur les colonnes 1. Ceci veut dire que chaque poutre intermédiaire 3* est réalisée en recouvrant un profilé en H avec un enrobage 10 en béton résistant au feu, avec la surface de l'aile supérieure 9* et les deux parties d'extrémité 11* à nu. Les contrefiches 14 sont réalisées en revêtant un pro-40 filé en H avec un enrobage en béton résistant au feu 16 et en 70 10094 4 2035121 laissant les partiês d'extrémité 15 non enrobées pour la jonction. L'espace entouré par un cadre délimité par une paire de poutres 3 adjacentes verticalement et une paire de colonnes 1 est utilisé pour l'insertion d'une cellule et, de ce fait, ne peut être occupé 5 par des contrefiches. De ce fait les colonnes 1 et les poutres 3 sont assemblées rigidement sans l'aide de contrefiches.. Après que la structure ait été ainsi construite, les parties dejonction non recouvertes 2, 11, 11' et 15 des profilés en H sont munies respectivement d'enrobages en béton résistant au feu 10 17, 18, 19 et 20 qui sont produits au préalable en usine. Gomme on le verra dans la figure 2, les différents volumes entourés par des cadres délimités dans la construction par les colonnes 1, les poutres 3 et les poutrelles 4 peuvent être utilisés pour des cellules, des jardins publics, des jardins, et autres utilisations 15 publiques et privées. La cellule résidentielle 22 qui doit être installée dans une section d'espace délimitée par des cadres est levée depuis le sol et introduite dans cette section d'espace selon une direction horizontale perpendiculaire aux poutres 3 et la cellule ainsi insérée est solidarisée avec les poutres avant 20 et arrière 3. La cellule habitable 22 comporte différentes dispositions intérieures et a des parois extérieures résistant au feu et munies des fenêtres, portes et autres ouvertures nécessaires. Comme représenté dans la figure ÎO, la partie inférieure 23 de la cellule est constituée par exemple par une tôle ondulée 24 prise 25 en sandwich entre des enrobages résistant au feu 25 et la surface inférieure est en contact avec la surface de l'aile supérieure 9 des poutres 3, ce qui assure la protection contre le feu des dites surfaces 9. Lorsque la partie de l'espace délimitée par des Cadres 21 30 est utilisée comme un espace public ou occupée par au moins une cellule 22 qui laisse subsister un espace constituant une aire privée, un nombre convenable de plaques de plancher 26 préparées en enrobant des tôles ondulées avec du béton expansé ou des plaques de plancher réalisées en béton armé, sont fixées sur les 35 poutres 3 en s'étendant depuis la poutre frontale 3 jusqu'à celle arrière, ce qui assure la protection contre le feu des surfaces des ailes supérieures 9 des poutres 3, de la même manière que lorsqu'une cellule repose sur elles. Avec ces plaques de plancher, 1' espace peut être utilisé comme un espace ouvert au public ou un 40 espace privé pour le jardinage. Dans le cas où les joints des pla 70 10094 5 2035121 ques de plancher sont positionnés sur les surfaces supérieures des poutres 3, de petits jeux existent en ces points. Ces jeux peuvent toutefois être remplis avec du mortier ou du béton. D'autre part, des planches de coursive 2-7 préfabriquées en fer et béton sont S fixées sur les poutrelles 7, les ailes supérieures 9 de "celles-ci étant ainsi munies d'un recouvrement de protection contré le feu. Dans le mode de réalisation illustré, les poutrelles qui sont placées plus bas que les poutres ne peuvent venir en contact avec les surfaces inférieures des plaques de plancher ou des cel-lO Iules. En conséquence, des plaques de recouvrement résistant- au feu, formées au préalable, sont fixées sur les surfaces supérieures de la poutrelle. Le profilé en H de la colonne peut être remplacé par des tubes d'acier, des tubes en acier moulé ou autres profilés tandis que les profilés en H des poutrelles et des pou-15 très peuvent être remplacés par un profilé réalisé en combinant une paire de profilés de sectiop en U disposés parallèlement. Il est également possible de remplacer le béton par un autre matériau d'enrobage résistant au feu. Lorsque la cellule 22 est suffisamment résistante au feu, la résistance au feu de la structure en 20 acier n*a pas à être prise sérieusement en considération. D'autre part, il est possible de concevoir une structure en acier qui présente une résistance au feu satisfaisant aux normes de construction. En choisissant, pour la largeur de la cellule 22, un multi-25 pie entier de la largeur des plaques de plancher 26, le nombre des cellules à installer dans un espace 21 donné et la dimension du plancher peuvent être fixés à volonté. Lorsqu'aucune cellule ou plaque de plancher n'est installée dans un espace 21, il existe une ouverture à travers laquelle l'espace communique avec l'espace 30 21 inférieur de sorte que l'ouverture peut être utilisée pour installer un escalier, un ascenseur ou similaire. Se référant maintenant à la figure 9, la ligne en pointillé représente des rainures 28 et 29 formées respectivement sur une surface latérale du revêtement résistant au feu 6 de la colonne et dans la base du 35 revêtement résistant au feu de la poutrelle 4. Quand Un espace 21 n'est muni d'aucune cellule mais équipé avec des plaques de plancher pour être utilisé comme un espace commun, il est possible d» utiliser les rainures 28 et 29 pour réaliser plus facilement une paroi séparatrice extérieure. 40 On exposera ci-après un procédé pour installer une cellule 70 10094 6 2035121 22 dans la structure en acier décrite précédemment. La cellule 22 est levée jusqu'à l'étage voulu par un moyen adéquat tel qu'une grue mobile installée sur le toit de la structure en acier ou un moyen d'élévation auto-porteur. La figure 11 illustre à titre d' 5 exemple l'utilisation d'une grue mobile avec la cellule montée sur une palette 31 munie de galets supports 30. Après que la cellule 22 ait été ainsi levée, la partie frontale de la palette 31 est fixée sur la plaque de coursive 27 et la cellule 22 est déplacée sur les galets supports 30 de manière à passer au-dessus ÎO des poutres transversales 3 et 3*, puis elle est ripée sur les poutres transversales 3 et 3' jusqu'à ce qu'elle atteigne la position représentée en traits mixtes sur la même figure. Au lieu d'être ripée sur les poutres transversales 3 et 3*, la cellule 22 peut être déplacée en utilisant des galets 32 fixés au préalable 15 sur les plaques de coursives 27, des rouleaux supports 33 fixés sur les poutres transversales 3 et 3' ou dispositifs similaires. Ensuite, si nécessaire, un vérin est placé entre la cellule 22 et la plaque de coursive 27 et la cellule 22 est légèrement soulevée au moyen du vérin et réglée en position et ensuite fixée 20 sur les poutres 3 et 3r. Lorsque la position de niveau est d'importance vitale, des cales d'épaisseur convenable sont placées entre la plaque inférieure de la cellule 22 et la surface supérieure des poutres 3 et 3*, selon nécessité. Se référant à la figure 12 qui illustre à titre d'exemple 25 un procédé de fixation de la cellule 22 sur la. poutre 3, un support 34 fixé sur la poutre 3 et une console en L 35 fixée sous la cellule 22 sont solidarisés au moyen d'un boulon 36 et d'un écrou 37 de manière que la cellule 22 soit fixée sur la poutre 3. La structure en acier de la présente invention étant cons-30 truite comme ci-dessus décrit, il est possible de définir des espaces ouverts dans différents buts et il est extrêmement facile d'adapter une cellule dans l'une des parties d'espace définies dans la structure et.de retirer la cellule de cet espace et la structure présente à la fois une résistance de charpente et une 35 résistance au feu élevée. De plus, la structure est d'une construction très simple, utilisant des éléments préfabriqués et, de ce fait, la durée nécessaire pour 1'érection est excessivement courte et la construction peu onéreuse. La disposition des âmes se faisant face mutuellement de 40 chaque paire de colonnes constituées par des profilés en H, espa 70 10094 7 2035121 cées dans le sens de la profondeur de la construction, est efficace pour accroître la rigidité dans la direction transversale alors que les éléments colonnes-poutrelles voisins verticalement sont renforcés par des contrefiches. Avec cette construction rigide 5 dans le sens transversal et renforcée dans le sens de la profondeur du bâtiment, les propriétés directionnelles du profilé en H sont utilisées au mieux pour que la structure en H soit suffisamment résistante en évitant la nécessité dë cbntreventer la structure d'une manière telle qu'elle empêcherait l'insertion de la XO cellule. De ce fait, il n'est pas nécessaire d'élargir les sections de l'espace délimitées par les cadres dans la structure afin de pouvoir disposer des contrefiches et la résistance de la structure en acier dans la direction de la profondeur du bâtiment est rendue satisfaisante par les contrefiches occupant l'espace 15 entre les éléments colonnes-poutrelles réunis verticalement, ce qui n'empêche jamais l'insertion horizontale des cellules. De plus, étant donné que les colonnes, les poutrelles et les poutres en acier sont recouvertes par des enrobages résistant au feu, il n'est pas nécessaire d'installer des coffrages et des supports sur 20 le chantier de construction pour couler du béton ou autre matériau résistant au feu. De ce fait, l'utilisation de. matériaux en acier enrobés pour être résistants au feu, rend possible une construction simple et rapide d'une structure enrobée pour résister au feu. De plus, les surfaces supérieures non recouvertes des pou-25 trelles et poutres en acier sont faciles à mettre de niveau avec une haute précision et permettent aux autres éléments d'être fixés directement sur les poutrelles et poutres en acier, de sorte que ces éléments peuvent être solidarisés fermement avec une extrême facilité. De plus, il doit être noté que la cellule peut être 30 insérée dans et retirée de la structure en acier avec une extrême facilité étant donné que la partie frontale de la palette portant la cellule peut être adaptée sur l'une des plaques de coursive apposées qui font saillie par rapport à la structure lorsque la dite partie frontale de la palette comporte une partie d'appui fronta-35 le placée sur la surface supérieure des plaques de coursive et une partie dé butée frontale adaptée sur la surface latérale de la plaque de coursive. 70 10094 8 2035121 REVENDICATIONS le- Une structure en acier pour constructions préfabriquées caractérisée en ce qu'elle comprend des éléments constitués chacun par une paire de colonnes en acier espacées en profondeur 1' 5 une par rapport à l'autre, une poutrelle en acier reliant les colonnes dTune paire et une paire de poutrelles destinées à supporter des plaques de coursive fixées chacune à une de leurs extrémités sur les colonnes et s'étendant dans la même direction que la poutrelle, les dits éléments colonnes-poutrelles étant dispo-ÎO sés sur une fondation en étant juxtaposés transversalement et reliés verticalement avec des poutres en acier connectant chacune une paire de colonnes adjacentes transversalement des dits éléments colonnes-poutrelles, les dites poutres ensemble avec les dites colonnes et les dites poutrelles en acier définissant une 15 multiplicité de sections d'espace délimitées par des cadres et des plaques de coursive montées sur les dites poutrelles supports de plaques de coursive. 2.- Une structure selon la revendication 1 caractérisée en ce que les colonnes en acier sont constituées par des profilés en 20 H et en ce que les âmes des colonnes en H disposées selon la direction de la profondeur du bâtiment et reliées par la poutrelle en acier, sont disposées pour se faire face. 3„- Une structure selon la revendication 1 caractérisée en ' ce que les colonnes et les poutres en acier sont renforcées par 25 des contrefiches. 4.- Une structure selon la revendication 1 caractérisée en ce que des poutres transversales intermédiaires en acier sont fixées transversalement sur les dites poutrelles en acier. 5.- Une structure selon la revendication 1 caractérisée en 30 ce que les poutrelles supports de plaques de coursive sont positionnées plus bas que les dites poutres en acier.