Brevet FR2095209A1 — publié le 19720211

La présente invention est relative à un nouvel élément d'ossature métallique et aux ossatures construites au moyen de cet élément. I1 est bien connu que nombre de structures du Génie Civil peuvent être favorablement influencées par l'apparition et l'emploi d'éléments d'ossatures nouveaux, présentant des caractéristiques particulières. Ctest le cas du nouvel élément d'ossature métallique faisant l'objet de la présente invention. Celui-ci permet d'intervenir avantageusement dans de nombreuses structures du Génie Civil; notamment dans les structures dites "spatiales", convenant pour la construction de planchers, toitures, parois planes, courbes ou sphériques. Obtenu par découpage et pliage hors de tôle, ou produits plats, cet élément se caractérise notamment par sa forme sensiblement triangulaire permettant, avec une meilleure répartition des tensions, la réalisation d'assemblages efficaces et commodes. La description qui suit est spécialement axée sur l'emploi d'un tel élément dans une constructions du type "plancher" en structure spatiale, mais il s'agit là uniquement d'un exemple non limitatif. Lorsqu'on envisage la construction d'un plancher à constituer en structure métallique spatiale, de très nombreux facteurs sont à envisager pour déterminer de façon précise la nature, l'intensité, la direction, en un mot, la configuration de toutes les sollicitations constantes, fixes ou variables, auxquelles ladite structure sera soumise. On doit également tenir compte de multiples sujétions locales, telbs qu'encombrement réduit à certains endroits, espace à laisser libre en d'autres, esthétiques souhaitée. La plupart du temps, suivant les conceptions de la technique usuelle en la matière, de telles structures spatialeq se caractérisent par la concentration des efferts à reprendre, en un certain nombre de noeuds, de faible encombrement relatif, sollicités dans de multiples directions, ces neeuds étant reliés entre eux à la manière habituelle, par des barres, des poutres, profilés divers, auxquels ils sont soudés, boulonnés ou rivés suivant les circonstances. Principalement, lorsque les surfaces à couvrir sont quelque peu étendues, la multiplicité des noeuds et de leurs éléments de jonction, conduit généralement à des assemblages complexes lents à monter sur place et inesthétiqaes. Dautre part, l'existen- ce de multiples contraintes spatiales, rend la conception, la réalisation et la mise en place de tels noeuds d'assemblage particulièrement délicate ; les surtensions locales sont malaisées à éviter, et de faibles modifications dans les conditions de sollicitations peuvent parfois conduire rapidement à des taux de travail anormalement élevés, en certains endroits, nécessitant ainsi un renforcement de toute la structure avoisinante, la majorité de l'augmentation de poids que l'on doit ainsi consentir étant le plus souvent mal utilisée. La présente invention a pour objet un élément type, convenant pouz réaliser des structures spatiales, d'une part permettant de réduire sensiblement tous ces inconvénients, et d'autre part, comportant un certain nombre d'avantages propres parmi lesquels on peut citer - une très grande légèreté de construction ;; - une proportion infime de chutes dans les découpes à effectuer - une facilité remarquable de montage, grâce notamment au faible poids des constituants composant ces éléments - un très petit nombre de constituants différents entrant dans la construction des éléments - une très grande diversité dans les genres de constructions pos sibles - la possibilité de faire passer de nombreux gainages dans l'élé- ment lui-même - une plasticité relative du fait de la présence de nombreux cons tituants plans de faible épaisseur ; - une grande rigidité due à la grande dispersion du métal dans toutes les directions (moment d'inertie élevé) - une répartition très uniforme des efforts entre tous les élé ments constituant la construction envisagée.Les efforts ne sont plus repris quasi exclusivement par un chassis ou une charpente souvent lourds, ils sont répartis et repris par toute la struc ture spatiale, dans laquelle chaque partie de chaque élément apporte sa contribution. Avant de définir les caractéristiques essentielles de l'élément faisant l'objet de la présente inventions on en décrit ci-après quelques exemples non limitatifs, afin de permettre de mieux se rendre compte comment on peut les concevoir. Une construction, ou assemblage, réalisé à partir d'é léments conformes à celui de l'invention, comporte un ou plusiaurs éléments constitués d'une part, d'une tôle découpée, ou incisée, et pliée de façon appropriée, et éventuellement, d'autre part, un profilé simple ou composite présentant de préférence un plan de symétrie. (il n'est pas tenu compte des rivets, boulons, pivots,... de solidarisation). Suivant un premier exemple, un tel élément comprend deux tôles et un profilé ; il rappelle la forme drune tôle pliée en forme de V ; ses flancs (c'est-à-dire ceux du V), sont ajourés de façon à y permettre le passage d'éléments similaires ainsi que leur fixation les uns aux autres. Les deux flancs d'un tel élément sont obtenus à partir d'une tôle, de préférence rectangulaire (Fig.1) que l'on a découpée suivant un tracé trapézoïdal sensiblement isocèle 2 de façon à obtenir deux tôles découpées 3 et 4 de forme quasi identique. Ces deux tôles sont ensuite pliées, par exemple suivant les tracés 5 et 6 pour les tôles 3, suivant les tracés 7 et 8 pour la tôle 4, de façon à obtenir en section transversale, la forme reprise en traits interrompus en 9 (Fig.2), l'angle 10 et celui de pliage 10' étant égaux sensiblement à 300, l'angle 11 étant d'enviro, 900. Le repère 9' représente la tôle avant pliage. Chacune de ces deux tôles 3 et 4 constitue un des flancs du V dont l'arê- te inférieure est matérialisée par un profilé laminé 12 (Fig.3), dont l'encombrement transversal 13 est légèrement inférieure à a longueur 14 de la petite base de la découpe trapézoïdale.L'inclinaison des côtés obliques des trapèzes de la découpe 2, est avantageusement telle qu'après un pliage rendant une tale telle que- 4, conforme au tracé 9, la projection desdits cotés obliques sur un plan parallèle à l'extrèmité des trapèzes, pliée suivant 7 ou 8, fasse avec la trace des pliages 7 ou 8, un angle sensiblement égal à 600. Les tôles sont percées ou fores aux endroits de solidarisation, c' est-à-dire au voisinage immdiat des petites bases des trapèzes, les profilés étant percés ou forés suivant un gabarit correspondant. Grâce à la façon judicieuse dont les découpes ont êé faites dans les tôles, il est possible suivant l'inve,tion d'associer de multiples façons les éléments décrits ci-dessus. On peut par exemple concevoir des planchers auto-portant constitués- d'une série d'éléments V osés parallèlement côte à cote, -et entretoises par des-mêmes éléments, retournes sens dessus dessous (donc en A ), les découpes existant dans les éléments d'une série étant appropriées pour laisser passer les élémentsentretoises et vice-versa, l'ensemble affectant ainsi l'allure générale d'un quadrillage dont chaque ligne est constituée d'un élément type, disposé, soit à l'endroit, soit à l'envers. Un tel mode d'association des éléments présente l'as-ù pect repris au schéma de la figure 4, laquelle représente un quadrillage élémentaire formé au moyen desdits éléments. On peut y remarquer : - l'élément 1 constitué des tôles ajourées 2,3 et du profilé 4 - l'élément 5 constitué des tôles ajourées 6, 7 et du profilé 8 - l'élément 9 constitué des tôles ajoutées 10, 11 et du profilé 12 - l'élément 13 constitué des tôles ajourées 14,15 et du profilé 16. Chacun des éléments 1 et 5 présente dans ses tôles 2,3,6,7 des découpes en forme de g dans lesquelles peuvent pénétrer les éléments 9 et 13, identiques à 1 et 5 mais retournés le dessus dessous, ce qui leur permet de présenter à la fois la forme A nécessaire pour entrer dans lesdites découpes, et les dimensions pour pouvoir s'y fixer. Le montage d'un élément tel, peut se faire comme suit a . mise en place des tôles 2-3-6-7 supportées par leurs extrémi tés b . mise en place par le dessous, des profilés 12 et 16 et attache de ceux-ci aux tales reprises sous a (attaches repérées par exemple 17-18) c . mise en place des profilés 4-8 et leur attache aux tôles 2-3/6-7 (par exemple en 19-20) d . mise en place des tôles 10-11-14-15 et leur attache aux pro filés 12-16 (par exemple 21-22), et aux profilés 4-8 (par exemple en 23-24). La disposition de la figure 4 montre qu'il est possible, même après avoir monté une construction de ce type, d'ajouter à volonté des éléments type, soit dans un sens, soit dans l'autre, grâce aux découpes dont eont munies les tôles 2,3,6,7,10,11,14,15. Il est à remarquer que le faible moment d'inertie que présentent les tôles 2,3v6,7,10,11,14,15, dans le sens perpendiculaire à l'épaisseur de leur bord, en des endroits tels que 25-26-27, permet de donner à I'ensemble de la disposition, une certaine courbure dans un ou deux sens. On peut ainsi obtenir des structures spatiales à simple ou à double courbure. La construction reprise à la figure 4 est susceptible d'être modifiée de façon à n'-utiliser qu'un seul type de constituant, à savoir les constituants-tôles précédemment décrits. Suivant cette construction modifiée (Fig.5) on dispose côte à côte une série de paires de tales formant J, , 3,4 les rebords 5,6 côté grande base d'une des séries de tôles étant fixés par exemple par boulons aux rebords 7,8 caté petite base de l'autre série et vice-versa 9,10. Chaque noeud comporte quatre ou daux boulons (ou analogues) suivant que les rebords côté grande base sont placés l'un à côté de l'autre (comme 5 et 6) ou l'un sur l'autre (comme 7 et 8). Si la même condition est remplie du côté des petites~bases, on peut n'utiliser qu'un seul boulon par noeud. Une telle construction n'est pas destinée à être utilisée telle quelle, mais en combinaison avec au moins deux parois (telle que des tôles), planes ou incurvées dans un ou plusieurs sens, disposées l'une contre. une des grandes faces de ladite construction, l'autre contre l'autre grande face, et solidarisées auxdites faces par exemple par les mêmes boulons (ou analogues) que ceux qui unissent entre eux les différents éléments constituant la construction. Il est à remarquer que selon une variante de cette construction, on peut évidemment disposer côte à côte les tôles pliées, de façon à former un V aussi bien pour les tôles d'une série que pour la série-entretoise, mais il est également possible d'associer une série en forme de V avec une série en forme de , les éléments s'assemblant alors avec les grandes bases des deux séries, situées d'un même côté de la construction et les petites bases également situées d'un même côté. Tout type de construction intermédiaire outre ces deux extrêmes est également possible. La figure 6 représente en perspective et en coupe schématique, d'autres types d'éléments conformes à l'invention. Ceuxci comportent également une tôle découpée, et pliée sur ses bords longitudinaux, ainsi qu'un profilé laminé ou forme, pouvant être par exemple un U, un T, un I, ou un profilé composite. Un autre type d'élément particuSièrement avantageux peut encore être conçu suivant l'invention, lequel comporte deux constituants tôles essentiellement solidaires, et un constituant profilé. Cet élément double représente figure 7, est constitué d'une tôle rectangulaire dans laquelle on a pratique dans le sens de la longueur, une incision de préférence non prolongée jusqu'au bord de la tôle, ladite incision affectant par exemple la forme d'une sinusoïde ou de toute autre courbe à caractère alternatif. L'incision terminée, on plie suivant le sens longitudinal les alternances obtenues, chacune vers son bord d'attache. On réalise ainsi une section prismatique triangulaire composée d'une table formée d'une simple bordure rectangulaire 1, eçedeux flancs 2 et 3 composés chacun de toutes les alternances rempliées d'un même côté, le liage étant effectué au voisinage 4 de la zone où chaque alternance se raccorde à la bordure. Le second constituant de cet élément est constitué d'un profilé, attaché successivement à chaque extrémité 5 d'alternance, repliée de façon appropriée à cet effet. Ce profilé est choisi de préférence de telle façon qu'il soit capable de reprendre des efforts importants dans toutes les directions ;on utilise de préférence un profilé du genre tube creux, dè section circulaire ou carrée. Un élément conçu selon ce type présente des avantages importants, parmi lequels on peut citer - économie complète de la matière utilisez - facilité de montage - facilité de stockage ; - et principalement le fait qu'il se prête à être affecté d'une préflèche initiale (contreflèche). En effet, si le profilé cons tituant l'arête est pourvu suivant sa longueur, d'une série de trous ou de broches de solidarisation, dont les interdistances successives sont différentes de celles des trous correspondants pratiqués dans les extrémités des tôles de flancs (côté 5 s'at tache audit profilé), il est possible de constituer un élément présentant une courbure initiale (simple ou complexe) bien dé terminée, destinée par exemple à compenser celle introduite dans ledit élément par sa mise en charge. L' & ment d'ossature, objet de la présente invention, est donc essentiellement caractérisé a) par une disposition en forme de prisme triangulaire ouvert (c'est-à-dire comportant seulement deux faces, par ailleurs sensiblement les mêmes), dans laquelle les deux faces sont constituées en tôle métallique, l'arête reliant les deux faces pouvant être constituée d'un profilé simple ou composite. b) par la forme spéciale de chaque tôle de face, à savoir, une suite de trapèzes (ou formes analogues) très sensiblement iden tiques, chaque trapèze étant solidaire par sa grande base, d'une bande rectiligne, commune à tous les trapèzes et dont la largeur est nettement inférieure à la hauteur des trapèzes, la distance séparant deux grandes bases consécutives quelcon ques étant égale à la petite base des trapèzes, lesdites tô les étant par ailleurs pliées suivant une charnière longitudi nable, d'une part près de ou à la jonction bande-grande base, d'autre part du côté de la petite base, à une distance du bord de cette petite base, du même ordre de grandeur que la lar geur de la bande, les angles de pliage étant de préférence et, selon les circonstances, compris entre 30 z et 60 , soit dans un sens, soit dans l'autre. Suivant une variante avantageuse de l'élément ci-dessus, celui-ci est encore caractérisé par a) le mode de liaison entre les tôles et le profilé, lesdites tôles étant solidarisables dans le sens de leur longueur (par exemple par boulons) à une ou deux faces planes dudit profilé, par l'extrémité judicieusement repliée à cet effet des petites bases des trapèzes de leur découpe b) la forme et la disposition relatives des tôles, du profilé et des bords repliés, à savoir - que les tôles sont inclinées de façon symétrique sur le pro filé, de façon à former en section transversale de l'élément, soit un triangle isocèle, soit un trapèze isocèle avec le profilé - que l'angle formé par les deux tôles est de préférence voi sin de 600 - que les bords longitudinaux des tôles (côté grande base des trapèzes) sont pliés de façon à les mettre dans un même plan. - que chaque trapèze (ou forme assimilée) d'une des tôles soit de préférence en face d'un trapèze i ou d'une forme corres pondante de l'autre tôle, lesdits trapèzes (ou forme) étant par ailleurs isocèles (ou symétriques). Egalement suivant une autre variante de l'élément cidessus : - les trapèzes (ou découpes analogues) constituant les flancs des deux tôles formant les faces du prisme triangulaire sont disposés l'un en regard de l'autre, avec un décalage d'une de mi alternance, c'est-à-dire qu'en face de chaque trapèze (ou analogue) d'une tôle se trouve un espace vide de l'autre tale et vice-versa, - les tôles sont inclinées de façon symétrique sur le profilé de façon à former en section transversale de l'élément, soit un triangle isocèle, soit un trapèze isocèle avec le profilé, - que les bords longitudinaux des tôles (côté grande base) soient pliés de façon à les mettre dans un même plan. La présente invention couvre également toute construction faisant intervenir un ou plusieurs des éléments ci-dessus décrits, qu'ils soient plans ou incurvés de quelle que façon que ce soit, et notamment ceux constitués par une série d'éléments V posés parallèlement côte à côte et entretoisés par des mêmes éléments, retournés sens dessus dessous (donc enÂ), les découpes existant dans les éléments d'une série, était suffisantes pour laisser passer les éléments entretoises et vice-versa, lesdits éléments pouvant ne pas comporter de profilé. R E V E N D I C A T I O N S 10 Elément d'ossature métallique, c a r a c t é r i s é par a) une disposition en forme de prisme triangulaire ouvert (c'est à-dire comportant seulement deux faces, par ailleurs sensible ment les mêmes), dans laquelle les deux faces sont constituées en tale métallique, l'arête reliant les deux faces pouvant être constituée d'un profilé simple ou composite. b) la forme spéciale de chaque tôle de face, à savoir, une suite de trapèzes (ou formes analogues) très sensiblement identiques, chaque trapèze étant solidaire par sa grande base, d'une bande rectiligne, comme à tous les trapèzes et dont la largeur est nettement inférieure à la hauteur des trapèzes, la distance séparant deux grandes bases oonsécutives quelconque étant éga le à la petite base des trapèzes, lesdites tôles étant par ailleurs pliées suivant une charnière longitudinale, d'une part près de ou à la jonction bande-grande base, d'autre part, du côté de la petite base, à une distance du bord de cette petite base, du même ordre de grandeur que la largeur de la bande, les angles de pliage étant de préférence et, selon les circonstances, compris entre 30 t et 60 i, soit dans un sens, soit dans l'autre. 20 EMEent, suivant la revendication I, c a r a c t é r i s é en outre par a) le mode de liaison entre les tôles et le profilé, lesdites te- les étant solidarisables dans le sens de la longueur (par exemple par boulons) à une ou deux faces planes dudit profilé, par l'extrémité judicieusement repliée à cet effet des petites bases des trapèzes de leur découpe b) la forme et la disposition relatives des tôles, du profilé et des bords repliés, à savoir - que les tôles sont inclinées de façon symétrique sur le profilé, de façon à former en section transversale de l'élé- menti soit un triangle isocèle soit un trapèze isocèle avec le profilé - que l'angle formé par les deux tales est de préférence voi sin de 600 - que les bords longitudinaux des tales (coté grande base des trapèzes) sont pliés de façon à les mettre dans un même plan - que chaque trapèze (ou òrme assimilée) d'une des tôles soit de préférence en face d'un trapèze ou d'une forme correspon dante de l'autre tôle, lesdits trapèzes (ou forme) étant par ailleurs isocèles (ou symétriques). 30 Elément suivant la revendication 1, c a r a c t é r i s é en outre par le fait que - les trapèzes (ou découpes analogues) constituant les flancs des deux tôles formant les faces du prisme triangulaire sont dispo sés l'un en regard de l'autre, avec un décalage d'une demi al ternance, c'est-à-dire qu'en face de chaque trapèze (ou analo gue) d'une tale, se trouve un espace vide de l'autre tôle et vice versa, - les tôles sont inclinées de façon symétriques sur le profilé de façon à former en section transversale de l'élément, soit un triangle isocèle, soit un trapèze isocèle avec le profilé, - que les bords longitudinaux des tôles (côté grande-base) soient pliés de façon à les mettre dans un même plan.