Brevet FR2123456A1 — publié le 19720908

*- 2123456 La présente invention est relative aux " composites " formées de charpente métallique et de béton armé, qui servent à constituer l'ossature d'un bâtiment à plusieurs étages. L'invention a plus particulièrement pour objet un procédé de construction de 5 telles structures et une poutrelle composite, qui permet la mise en oeuvre de ce procédé. On connait différents procédés pour la construction d'un bâtiment composite à plusieurs étagês. Ces procédés comportent, en général, plusieurs stades principaux. Tout d'abord, on procède 10 aux fouilles, et les fondations sont exécutées. Puis on effectue le montage de l'ossature métallique principale, en ajoutant des éléments métalliques complémentaires suivant les besoins. Dans le but d'assurer la protection contre l'incendie, l'ossature est ensuite recouverte par coulée du béton autour des éléments princi-15 paux, ou par enclavage dans des caissons préformés, réalisés en matériaux ininflammables. Les planchers sont alors exécutés, en utilisant soit du béton préfabriqué préparé sur place, ou mis en oeuvre suivant une formule mixte, soit un plancher métallique composite, qui est coûteux à protéger contre l'incendie. Autour 20 de l'ossature de base, ainsi constituée, on coule, ou l'on fixe par tout autre moyen, un habillage destiné à former la paroi extérieure et la paroi intérieure principale du bâtiment final. Le dernier stade est celui des finitions, au cours duquel les opérations de mise en ;lace des équipements techniques, de menuiserie, 25 ou de quincaillerie, sont effectuées. Des procédés de ce type général sont utilisés depuis de nombreuses années dans l'industrie du bâtiment et on estime qu'ils donnent en général satisfaction. Il existe cependant un certain nombre d'inconvénients dans ces procédés d'exécution de structu-30 res composites à la fois du point de vue de la construction et du point de vue économique. A titre d'exemple, le procédé ci-dessus implique un gaspillage de main d'oeuvre, car les équipes de gros oeuvre en béton, de menuiserie et de pose de quincaillerie, doivent être envoyées ailleurs après la construction des fondations 35 pendant que l'ossature est dressée par les monteurs de charpente métallique. Pour un projet de taille moyenne, couvrant en plan une surface pouvant atteindre I.GCC m2, il se peut que la totalité de l'ossature métallique doit être terminée avant que les autres corps d'état puissent se mettre à l'oeuvre. Ces autres corps 40 d'état se trouvent, en général, confrontés à des problèmes d'ac 2. 72 02656 2123456 cès à leurs zones de travail, car l'ossature montée empêche, en général, de les desservir facilement par des grues. Ce manque de simultanéité des opérations, résultant des procédés connus, a conduit à des coûts plus importants, dus, pour une bonne part, à 5 un emploi peu rationnel de la main-d'oeuvre, comme on l'a décrit ci-dessus. Si l'on considère les procédés connus du point de vue de la construction, ils sont ici encore peu satisfaisants, car ils conduisent à un emploi anti économique de l'acier. La raison en est 10 que l'ossature métallique montée, avant qu'elle coopère avec le béton pour réaliser une structure composite, doit non seulement être capable de supporter le poids de tout plancher utilisé pendant la construction. Ainsi l'ossature métallique doit être plus résistante qu'il n'est nécessaire pour son rôle final dans la 15 structure composite, et un contreventement n'est normalement requis que pour conférer de la stabilité à l'ossature avant que le béton atteigne une résistance suffisante pour remplir son rôle. L'invention vise à améliorer la productivité, en ce qui concerne aussi bien les matériaux que la main-d'oeuvre, par rapport 20 aux procédés antérieurs de réalisation de structures composites. Selon un premier aspect, la présente invention propose une poutrelle composite, destinée à être utilisée dans la construction d'une structure composite, cette poutrelle comportant un profilé en acier de section en U, adaptée pour être fixée par des 25 boulons, des rivets, ou par soudure, à des éléments métalliques principaux d'une structure, profilé auquel sont suspendus à une certaine distance par des organes de liaison espacés, un ou plusieurs panneaux non métalliques, susceptibles de recevoir des moyens de fixation pour supporter un plafond, et formant à la mi-30 se en oeuvre un fond de coffrage pour le béton destiné à être coulé autour du profil en U, pour constituer une dalle de plancher en béton armé. Le profilé en U peut être éventuellement un élément d'acier traditionnel, laminé à chaud, mais pour obtenir une réduction de 35 poids, on préfère utiliser soit un laminé à froid, soit un profilé réalisé par pliage à la presse, par profilage au galet, ou par tout autre procédé, à partir d'un feuillard d'acier. Afin de réduire la tendance au flanchement du profilé en U ses bords peuvent présenter des lèvres orientées vers l'extérieur 40 ou vers l'intérieur, pour former des rebords longitudinaux sur 72 02656 ' • 2123456 toute la longueur du profilé, ou peuvent comporter un autre renforcement à l'égard du flanchement. On comprendra ainsi, que lorsque du béton est coulé autour du profilé en U, le panneau ou les panneaux non métalliques for-5 ment un fond de moule inférieur de coffrage, pour porter totalement ou partiellement le béton frais pendant la coulée du plancher dans les cas où le profilé en U constitue tout en partie d'une armure d'acier. Ainsi, on obtiendra une dalle de béton armé, dont la surface supérieure sera du béton, et dont la surface 10 inférieure comportera une couche de matériau non métallique, convenant à la réception de moyens de fixation, comme on l'a déjà mentionné. De tels moyens de fixation peuvent, par exemple, prendre la forme de vis ou de clous, auquel cas le panneau non métallique peut être constitué de bois, de contre-plaqué, ou d'agglo-15 méré. Les extrémités du profilé en U peuvent comporter des trous permettant de les fixer aux éléments d'une ossature d'acier, pendant la construction du bâtiment, ou elles peuvent rester unies ou être autrement adaptées à l'emploi dans d'autres modes de construction sans ossature d'acier boulonnée. 20 La dalle du plancher peut être éventuellement à profil conti nu, mais ici encore, dans l'intérêt d'une réduction de poids, elle est de préférence nervurée, les éléments ou profilés en U étant parallèles aux nervures. On comprendra que, dans ce cas, les panneaux non métalliques forcent une couche s'appuyant sur les 25 arêtes ou sur les sommets des nervures elles-mêmes. Cn peut éventuellement, dans le moule d'un plancher à nervures, prévoir des formes constituées par des blocs de matière plastique» mousse, fixés par un liant approprié à une plaque de base en bois reconstitué imperméable, en matière plastique, matière 3C plastique armée, contre-plaqué, ou en un autre matériau imperméable De telles formes peuvent être employées à la place du béton, entre les nervures du dessous d'un plancher en béton armé à nervures, là où le béton n'est pas nécessaire pour contribuer à la résistance du plancher. Ces formes peuvent être utilisées pour 35 supporter le béton frais, pendant la construction du plancher, et elles peuvent ensuite être laissées en place définitivement. La plaque de base peut déborder au delà des côtés du bloc de matière plastique mousse, de manière à pouvoir être supportée par les panneaux non métalliques, et la section transversale des blocs de 40 matière plastique peut être réalisés sous divers profils, pour 72 02656 2123456 20 donner la forme désirée à la cavité formée dans la dalle de béton. Des blocs plus larges peuvent être rendus plus résistants par l'addition d'une seconde plaque, liée à la surface supérieure de la matière plastique mousse. Des blocs de ce type peuvent 5 de façon générale être également utilisés pour former des vides dans les fonds de moule des planchers de béton, mais des coffrages temporaires peuvent alors être nécessaires pour supporter les blocs et leurs bords doivent être adaptés au type particulier de coffrage utilisé. Les poutrelles composites, telles que décrites ci-dessus, peuvent être utilisées, conformément à l'invention, pour stabiliser l'ossature principale pendant la construction d'un bâtiment, de sorte que les matériaux et la main-d'oeuvre normalement utilisés pour assurer un étalement ou un contreventement provisoire, 15 peuvent être supprimés dans une large mesure. Ainsi, ces poutrelles peuvent être individuellement fixées entre les éléments métal-nri.ncipaux , liques/ le béton étant ensuite coulé autour des profilés en U, in situ. Un tel procédé sera, en général, utilisable pour les portées faibles, soit jusqu'à 6 à 8,5 m. Il sera également nécessaire, d'une manière générale, de soutenir les poutrelles pendant la coulée . Toutefois, de telles poutrelles composites peuvent être utilisées de la manière la plus avantageuse, pour réaliser un treillis plancher/plafond prévu pour être incorporé dans un bâtiment. Un tel treillis peut être fait d'un certain nombre de poutrelles telles que définies ci-dessus, disposées parallèlement les unes aux autres, un élément de structure, de préférence traditionnel, en acier, reliant les extrémités des profilés en U, sur les deux bords libres de la configuration rectangulaire de l'ensemble ainsi obtenu, les extrémités libres des éléments, ou profilés en U, étant ensuite reliées auxdits éléments d'acier, par des moyens appropriés, tels que des boulons, des rivets ou des soudures. Un tel treillis est ensuite prêt à être relié aux éléments de structures principaux d'un bâtiment en construction, en n'utilisant, 35 éventuellement, qu'une grue relativement légère. Cn peut ainsi obtenir un treillis, qui doit simplement être descendu dans la position qui lui est assignée, et être relié aux éléments de construction principaux verticaux, du bâtiment en construction. Ainsi qu'on l'a déjà signalé, cet ensemble sert ensuite à stabiliser ou à renforcer l'ossature principale, et 25 30 40 72 02656 5' 2123456 permet de prévoir les planchers de béton dans la construction, d'une manière quasi-simultanée avec le montage de l'ossature d'acier. Cette disposition offre donc un minimum de gêne à tous les corps de métier, tandis qu'elle permet à chaque corps de mé-5 tier d'être employé de manière continue pendant tout le temps de la construction du projet. De plus, la fixation de cet ensemble, comme décrit, permet de prévoir l'ossature avec des sections plus faibles, du fait qu'elle n'a plus à supporter des charges de construction lourdes avant de pouvoir jouer son rôle comme structure 10 composât- Ainsi, selon un autre aspect, la présente invention propose un procédé de construction d'un bâtiment en béton armé, suivant lequel on place des treillis comportant un certain nombre de poutrelles composites, telles que définies ci-dessus, en des posi-15 tions pré-déterminées dans une structure, on relie ces treillis aux éléments principaux de cette structure, et on met en plan du béton .autour desdites poutrelles, pour réaliser des planchers et/ ou plafonds. Un avantage important de l'invention réside dans le fait que 20 lorsque les planchers et/ou plafonds ont été mis en place, les autres corps de métier travaillant sur les chantiers, ne sont pas exposés aux intempéries ; la totalité des habillages, des finitions des planchers, des parois, des plafonds et de la toiture, peuvent être exécutés hors d'eau, ce qui, dans la plupart des cas 25 rend possible une préfabrication. Pour faire plus clairement comprendre la présente invention, certaines dispositions particulières de cette invention, seront maintenant décrites, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : 30 La Figure I représente, en coupe transversale, une poutrelle composite selon l'invention ; La tfigure 2 est une vue en élévation d'une extrémité de la poutrelle composite de la figure I, montrant la liaison de cette extrémité avec un élément d'ossature principal de la structure ; 35 La Figure 3 est une vue en coupe selon la ligne III-III de la figure 4, d'une dalle de plancher nervurée, comportant une poutrelle composite telle que représentée sur la figure I ; La Figure 4 est une coupe selon la ligne IV-IV de la figure 3 ; 40 La figure 5 est une vue en plan de treillis selon l'inven tion ; 72 02656 ' 2123456 La Figure 6 est une vue schématique, en perspective, d'un bâtiment à plusieurs étages construit par le procédé selon l'invention ; La Figure 7 et 8 représentent, en coupe horizontale, des po-5 teaux et des murs associés, dans un tel bâtiment à plusieurs éta ges . Si l'on se réfère, tout d'abord, aux figures I et 2, elles montrent une poutrelle composite, comportant un profilé I en U, en acier formé à froid, et de section générale rectangulaire, qui IC est pourvue sur ses bords libres de rebords 2, tourné» vers l'intérieur. Des organes de liaison 3, à vis ou boulons, sont fixés à la base du profilé en U, et servent à suspendre un panneau non métallique 4, écarté du profilé en U, ce panneau étant normalement cons-15 titué d'un matériau ignifugé. Un organe d'espacement ou entretoise 5, est prévu autour des organes de liaison à vis ou boulons 3 pour assurer la séparation entre le panneau 4 et le profilé. Cet organe d'espacement peut être réalisé en bois ignifugé, en ciment, amiante, ou autre maté-20 riau semblable. L'élément de construction est fixé à son extrémité par un moyen de liaison 6, boulonné ou soudé, à un élément de structure principal 7, en acier laminé à chaud, qui fait partie de l'ossature principale du bâtiment en construction. 25 La figure 3, montre un élément de construction, tel que dé crit en référence aux figures I et 2, mais incorporé, dans une dalle de plancher nervuré 8 en béton. A l'intérieur du profilé en U est disposée une armature 9, qui est liée à des barres d'armatures transversales 10, noyées dans la dalle. Une telle armature 30 d'acier ( contre les efforts de cisaillement horizontaux ) peut être, soit fixée par soudage ou autre, au profilé en U, soit être posée librement selon les besoins du projet. Dans ce cas, l'armature 10 est fixée à des organes de liaison résistant au cisaillement 27. D'autres armatures horizontales de traction ou de com-35 pression peuvent aisément être ajoutées, dans la proportion requise dans le projet. Dans les intervalles II formés entre les nervures de la dalle 8, sont disposés des blocs 12 en matière plastique expansée, comportant une plaque de fond 13 formant support en fibres agglo-40 mérées, bois reconstitué, etc, ou une plaque analogue, ce bloc 72 02656 2123456 assurant l'isolation phonique. La figure 4 montre la liaison par des boulons 14 de deux profilés en U, opposés, conformes à la disposition de la figure 3, avec une partie métallique 15 d'un élément principal d'ossatu-5 re composite. Dans ce cas, on voit que le béton s'étend par dessus la partie métallique 15 pour former une dalle de plancher continue. Pour supporter le béton frais dans la zone de la partie métallique 15, des plaques 28 sont disposées entre les blocs respectifs 12 et la partie métallique 15. Ils reposent sur les panneaux corres-10 pondants 4. Au panneau de base 4, est relié, par des moyens de fixation courants, tels que des vis ou des clous, le plafond de l'étage inférieur, qui peut être, par exemple, constitué de plaques à base déplâtré. En variante, des éléments d'équipement, tels que des fils 15 électriques et des canalisations d'eau, peuvent être fixés aux panneaux 4 par des moyens de fixation similaires, le plafond étant suspendu à un niveau inférieur aux panneaux 4. Naturellement, dans la disposition à nervures décrite, il peut être préférable de disposer les éléments d'équipement dans les intervalles définis par 20 les nervures. La figure 5, montre en plan un certain nombre d'unités plancher/plafond préfabriquées, qui sont chacune constituées d'un certain nombre de poutrelles composites telles que décrites ci-des-sus en référence aux figures précédentes, et qui sont reliées à 25 leurs extrémités libres à des éléments 17, tels que des profilés en T ou en U, pour former un treillis 16. La figure 5 représente trois de ces treillis 16. Les éléments 17 sont reliés par boulons à des éléments perpendiculaires 18, qui sont reliés eux-mêmes aux poteaux principaux 19, en acier, de l'ossature du bâtiment. Ainsi 30 les treillis 16 d'un seul tenant peuvent être descendus en place par une grue, puis boulonnés dans la position qui leur est assignée dans l'ossature de bâtiment. Du béton peut ensuite être coulé autour des poutrelles composites, de manière à constituer la dalle plancher/plafond terminée en béton armé, ou en variante, le 35 béton peut être coulé au préalable, hors du chantier, auquel cas, il suffit de mettre en place la dalle de béton, et les poteaux verticaux IT peuvent alors être noyés ou enclavés dans les murs ou cloisons du bâtiment. L'avantage de cette disposition apparaît sur la figure 6, 40 qui représente un bâtiment en construction conformément au procé 72 02656 V 2123456 dé selon l'invention. Comme le montre cette figure, l'exécution des poteaux verticaux 19 est en cours, et les treillis 16 sont descendus en place par une grue, qui peut n'être qu'une grue légère, car ces treillis ne sont pas lourds. Après que ces unités 5 ont été assemblées, et que le béton a été terminé pour former le plancher/plafond, le plancher de cet étage particulier est alors accessible aux ouvriers, et il assure également une protection pour les ouvriers, qui travaillent en dessous. Pour améliorer le rendement, le béton est distribué par pompe, pour libérer la grue pour la construction métallique, pendant la majeure partie du temps de construction. Une fois les treillis 13 reliés aux poteaux verticaux 19, l'ossature du bâtiment est stabilisée et d'autres équipes d'ouvriers, tels que les charpentiers, les électriciens et les équipes de finition, peuvent ainsi commencer à travailler 15 sur les étages inférieurs, tandis que les équipes de bétonnage et de montage des éléments métalliques continuent à travailler à la construction des étages supérieurs. Sur la figure, l'habillage 26 est en cours. Ceci permet une exploitation économique de la main d'oeuvre ce qui, on peut l'espérer, doit réduire le coût de 20 la construction. Un autre avantage apporté par cette disposition est décrit . en référence aux figures 7 et 8. Comme on l'a déjà indiqué, la construction d'un bâtiment par ce procédé, permet d'utiliser des poteaux plus légers, du fait que l'acier n'a pas à supporter le 25 poids mort du béton, avant son durcissement pour constituer la structure composite. Dans une conception plus élaborée, il est possible d'utiliser, comme poteaux verticaux, des poutres en cornière 21, telles que représentées sur les figures 7 et 8. On peut soit adapter une simple disposition " dos à dos " comme illustré 30 par la figure 7, soit utiliser des plaques de liaison 22, comme illustré par la figure 8. Ces plaques de liaison peuvent soit être continues, sur toute la longueur des poteaux, soit être prévues seulement de place en place. Cette utilisation de cornières dont les ailes suivent, dans l'ensemble, la direction des murs, ■ 35 permet d'adopter une solution particulièrement avantageuse, à la fois pour assurer une protection contre l'incendie, et pour constituer les parois internes du bâtiment. Ainsi que le montrent les figures 7 et 8, du plâtre en plaque 23 peut recouvrir la structure pour emprisonner les poteaux 40 les cavités 24 étant remplies d'un matériau isolant thermique, ou 72 02656 2123456 isolant phonique. Dans la conception de la figure 7, un habillage externe 25 est également prévu ; il peut s'agir, par exemple, d'une paroi comportant une fenêtre. L'habillage interne peut comporter des portes ou d'autres équipements analogues. L'avantage 5 de cette disposition réside dans le fait que lorsqufcn utilise des poteaux traditionnels, par exemple des laminés en acier, il devient nécessaire d'envelopper les montants, dans un but de protection contre l'incendie et de résistance à la corrosion. Lorsque les parois internes sont ensuite exécutées, il se trouve, générait) lement, que les angles de l'entourage, enveloppant les poteaux, dé passent dans les pièces du bâtiment, ce qui n'est pas esthétique et prend de la place. Dans la conception décrite en référence aux figures 7 et 8, cet inconvénient est supprimé du fait que les ailes des poteaux 15 suivent la ligne des parois, et ne débordent pas dans les pièces du bâtiment. Une certaine épaisseur de protection est nécessaire autour des poteaux, pour respecter les règlements de protection contre l'incendie, et la disposition décrite permet de prévoir une telle protection, sans prendre une place excessive dans les 20 pièces. Il apparaît ainsi, que l'on a proposé un nouveau procédé de construction, qui devrait se révéler plus rapide et plus économique que les procédés classiques : le procédé est basé sur l'emploi d'une nouvelle poutrelle composite, telle que décrite, et par 25 suite, elle rend possible l'emploi de poteaux légers, qui permettent de respecter les règlements de protection contre l'incendie et suppriment les saillies habituelles dans les pièces du bâtiment fini. On comprend que, grâce à cette invention, la quantité de charpente métallique utilisée dans une ossature peut être ré-30 duite à un point tel que les éléments de cette ossature peuvent être aisément incorporés dans les murs et cloisons d'un bâtiment normal, sans que leur présence soit visible. L'invention diminue, en outre, la nécessité d'éléments supplémentaires, pour étayer l'ossature d'acier, pendant la construc-35 tion, et facilite également une réalisation d'opérations simultanées par les différents corps de métier, qui n'est pas normalement possible actuellement. En particulier, la construction des planchers, en bas du bâtiment, peut se poursuivre d'une manière plus avantageuse, tandis que la partie supérieure de l'ossature métal-40 lique est encore en cours de montage. 10. 72 02656 2123456 REVENDICATIONS 1- Poutrelle composite, destinée à être utilisée dans la construction d'une structure composite, caractérisée en ce qu'elle comporte un profilé en acier de section en U, susceptible d'être fixé, par des boulons, des rivets, ou des soudures aux élé- 5 ments principaux en acier d'une structure, ce profilé portant, suspendus à lui à une certaine distance au moyen d'organes de liaison espacés, un ou plusieurs panneaux non métalliques, susceptibles de recevoir des moyens de fixation, pour supporter un plafond, et formant à la mise en oeuvre un fond de moule inférieur 10 pour le béton destiné à être coulé autour du profilé pour constituer une dalle de plancher en béton armé. 2- Poutrelle selon la re vendication I, caractérisée en ce que les bords de la poutre sont renforcés à l'égard du flanchement. 3- Poutrelle selon la revendication I, caractérisée en ce que 15 les bords du profilé comportent des lèvres, tournées vers l'intérieur ou vers l'extérieur, pour former des rebords longitudinaux, sur toute la longueur du profilé. 4- Poutrelle selon l'une quelconque des revendications I à 3, caractérisée en ce que le profilé est de contour sensiblement rec- 20 tangulaire. 5- Poutrelle selon l'une quelconque des revendications I à 4, caractérisée en ce que les organes de liaison espacés comportent des vis ou des boulons. S- Poutrelle, selon l'une quelconque des revendications I à 5 25 caractérisée en ce que le profilé est en acier laminé à froid. 7- Poutrelle, selon l'une quelconque des revendications I à 6 caractérisée en ce que ledit panneau, ou lesdits panneaux métalliques sont en une matière telle que bois, contre-plaqué, bois aggloméré, etc. 3C 8- Procédé d'exécution d'une dalle en béton armé, avec utili sation d'un certain nombre de poutrelles composites, selon l'une quelconque des revendications I à 7, disposées à peu près parallèlement les unes aux autres, caractérisé en ce qu'on met en place des blocs destinés à former de vides, sur et entre les panneaux 35 non métalliques, des poutrelles adjacentes, et en ce qu'on coule du béton autour de ces blocs, pour former une dalle à nervures. 9- Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits blocs sont en matière plastique mousse. 10- Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que 40 lesdits blocs de matière plastique-mousse sont fixés à un côté 72 02656 ii. 10 au moins d'une plaque de base, formée de bois réctJifsritiiê, de con-tre-plaqué, de matière plastique, ou d'une autre feuille de matériau analogue. 11- Treillis destiné à être incorporé dans une dalle de béton. caractérisé ep. ce qu'il comprend un certain nombre de poutrelles selon l'une quelconque des revendications I à 7, disposées parallèlement les unes aux autres, les extrémités libres des profilés en U étant réunies, respectivement, par l'un et par l'autre de deux éléments de structure en acier. 12- Treillis selon la revendication II, caractérisé en ce que les poutrelles sont disposées suivant une configuration générale rectangulaire. 13- Procédé de construction d'un bâtiment en béton armé, caractérisé en ce que l'on place des treillis selon l'une quelcon- 15 que des revendications II à 13, en des positions pré-déterminées, dans une structure, on assemble les treillis aux éléments principaux de la structure, et on met en place du béton autour des poutrelles pour former des dalles de plancher et/ou de plafond.