Brevet FR2146168A1 — publié le 19730302

La présente invention est relative à la construction de bstimens et concerne plus particulièrement des perfectionnements apportés à la construction d'armatures, de charpentes et de poutres, conduisant à une réduction des couts et à une simplification de la construction. Le prix élevé des bâtiments classiques de forme rectangulaire ou circulaire est dû en grande partie au fait qu'il est nécessaire de prévoir des colonnes et des parois intérieures, indispensables au support et à l'entretoisement du bâtiment. De plus, les procédés de construction actuels sont très lents et très coûteux du fait de la conception classique utilisant de telles colonnes et entretoises intérieures. En conséquence il est souhaitable de trouver des modes et des procédés de construction améliorés qui éliminent ces inconvénients et permettent d'utiliser les techniques avantageuses de la préfabrication, en ce qui concerne les armatures , les charpentes et les poutres. I1 est également souhaitable de réaliser des bâtiments qui diminuent l'aliénation, l'isolement et les dangers qui sont associés à la vie en appartement. Un but principal de l'invention est de réaliser un bâtiment qui utilise I'hyperboloIde d'une manière telle que l'on réduise de façon importante la durée et le prix de la construction, et qu'il en résulte une structure plus résistante et plus stable présentant de nombreux avantages qui apparaltront dans la suite de la description. L'invention a pour objet un bâtiment comprenant des charpentes porteuses externe et interne, verticales, de forme à peu près annulaire et ayant des axes verticaux qui sont à peu près coaxiaux, la plus grande partie de la charpente externe étant espacée de la plus grande partie de la charpente interne,l'une des charpentes ayant la forme générale d'un hyperboloïde, des moyens étant prévus qui relient lesdites charpentes à des niveaux différents. Suivant un mode de réalisation, le bâtiment comprend des charpentes externe et interne de forme à peu près annulaire, ayant des axes verticaux qui sont à peu près en coîncidence, la plus grande partie de ces charpentes étant espacées l'une de l'autre, l'une au moins ayant la forme générale d'un hyperboloIde, des moyens ( par exemple modulaires) reliant les charpentes à des niveaux différents. Comme on le verra les deux charpentes ont de préférence la forme d'un hyperboloIde, comportant chacun des éléments porteurs rectilignes ( tels que des éléments en béton ) s'étendant vers le bas et latéralement suivant des génératrices de I'hyperbololde, et dans des direc tions opposées autour des axes de la charpente ; et des noeuds d'armature peuvent relier lesdits éléments en des points voisins de l'intersection des génératrices, les moyens de liaison de la charpente étant fixés en certain de ces noeuds et constituant à différents niveaux les planchers à peu près annulaires du bâtiment. I1 en résulte une structure très simple -et cependant très solide, toutes les charges ( dynamiques ou statiques) étant transmises suivant des lignes droites le long des éléments porteurs orientés suivant les génératrices, même si de telles lignes ne sont pas verticales. De même, cette structure s'entretoise d'elle-ême et rend inutile d'autres parois d'entretoisement, ainsi que des parois de cisaillement ou des liaisons de cisaillement dans des colonnes verticales ; aucune colonne porteuse n'est de plus nécessaire dans cette construction.Par ailleurs les planchers annulaires sont stables, la charge étant transmise à la périphérie à la charpente pour être absorbée par la masse de cette charpente et étant transmise vers le bas le long des éléments porteurs orientés suivant les génératrices, éliminant ainsi toute tendance au vrillage du bâtiment. On notera également qu'étant donné que la forme incurvée en hyperbo lotte peut être construite en n'utilisant que des éléments porteurs rectilignes, de grandes économies peuvent être effectuées grâce à une préfabrication de toutes les pièces constituant le bâtiment. Suivant d'autres caractéristiq-ues, il est prévu un creux central vertical à l'intérieur du bâtiment, ce creux étant par exemple ouvert à la verticale pour réaliser un courant d'air naturel vers le haut de façon à aspirer de l'air de refroidissement latéralement à travers les appartements dont les fenêtres internes et externes sont ouvertes ; on peut prévoir des espacements entre planchers qui varient suivant leur emplacement dans le bâtiment ; on peut également prévoir un chauffage par rayonnement grâce à un transfert de chaleur à partir de tuyauteries logées dans le plafond, cette tuyauterie étant chauffée par un liquide auquel de la chaleur a été fournie par chauffage solaire à la partie supérieure du bâtiment; des rampes peuvent être prévues qui relient les planchers annulaires,ainsiquedes ascenseurs disposés dans des piliers construits dans le creux central précité ; plusieurs bâtiments suivant l'invention peuvent également être reliés par des tunnels ou des ponts. D'autres caractéristioues et avantages apparaîtront au cours de la description qui va suivre, faite en se référant au dessin annexé donné uniquement à titre d'exemple et sur lequel la Fig. 1 est une vue en élévation montrant la construction extérieure et intérieure d'un bâtiment suivant l'invention ; la Fig. 2 est une vue en élévation partielle à plus grande échelle d'une partie extérieure du bâtiment de la Fig. 1 ; la Fig. 3 est une vue en coupe suivant la ligne 3-3 de la Fig.2 ; la Fig. 4 est une vue en plan d'un exemple de construction du plancher dans le bâtiment de la Fig. 1 la Fig. 5 est une vue en plan analogue à celle de la Fig.4, montrant une variante du plancher ou étage la Fig. 6 est une vue en plan d'une poutre ;; et la Fig. 7 est une vue en plan d'un ensemble de bâtiments. Suivant l'invention, ce bâtiment comprend des charpentes porteuses externe et interne, verticales, de forme à peu près annulaire, et ayant des axes verticaux qui sont à peu près coaxiaux, la plus grande partie de la charpente externe étant espacée de la plus grande partie de la charpente interne, l'une de ces charpentes ayant la forme générale d'un hyperboloTde, des moyens étant prévus pour relier les deux charpentes à différents niveaux. Dans l'exemple représenté aux Fig. 1 à 4, les charpentes porteuses externe et interne du bâtiment 10 sont désignées dans leur ensemble par les références 11 et 12, ces deux charpentes ayant la forme générale d'un hyperboloIde et comportant un axe vertical commun 13.A cet égard il convient de noter: qu'il n'est pas nécessaire de prévoir des colonnes porteuses intérieures ; que, bien que les charpentes 11 et 12 solen chacune incurvées dans deux directions (verticalement et horizontalement) tous les éléments porteurs s'étendent en ligne droite depuis le sommet jusqu'à la partie inférieure des charpentes; et que toutes les parois peuvent être de construction modulaire, démontables et amovibles et n'ont pes à résister aux charges supportées par le bâtiment. On obtient ainsi une plus grande simplicité et une diminution des coûts de construction par rapport aux constructions classiques. Egalement, du fait des caractéristiques de résistance de la structure en hyperboloide, le bâtiment peut être construit de façon économique tout en ayant une résistance plusieurs fois supérieure à celle nécessaire pour résister aux secousses sismiques ou aux ouragans. Plus précisément, la charpente ou armature externe 11 comprend des éléments porteurs rectilignes dont certains ( 11) s'étendent vers le bas et latéralement suivant des génératrices de lthyperboloI- de , dans une direction autour de l'axe de la charpente, tandis que d'autres ( 15) s'étendent vers le bas et latéralement suivant des directrices s'étendant dans la direction opposée autour de l'axe de la charpente. De plus, des noeuds relient les éléments 14 et 15 en des points voisins des intersections des génératrices, ces noeuds étant désigné par exemple par la référence 16, et les éléments por teurs et les noeuds peuvent être réalisés en béton préfabriqué,en métal ou en tout autre matériau convenable. Les noeuds dont regroupés en séries à différents niveaux, les noeuds de chaque série a un niveau déterminé étant régulièrement espacé angulairement.On peut voir par exemple les noeuds des séries se trouvant aux niveaux 16a, 16b et 16c comme représenté sur le dessin. Les éléments 14 et 15 peuvent être reliés aux noeuds ou éléments de connexion par des profilés 17 ou autre moyen convenable ( tels que les prolongements 60 ancrés en 61 dans les noeuds 16). La charpente ou armature interne 12 comprend de même des éléments porteurs rectilignes dont certains s'étendent vers le bas et latéralement suivant des génératrices de lthyperboloide suivant une première direction autour de l'axe 13, et dont d'autres s'étendent vers le bas et latéralement suivant les directrices orientées dans l'autre direction autour de l'axe de la charpente. La Fig. 5 représente des éléments 14a et des noeuds 16a de la charpente interne, correspondant aux éléments 14 et aux noeuds 16 de la charpente externe. Les éléments de liaison entre la charpente interne et la charpente externe s'étendent horizontalement et supportent de façon générale les planchers annulaires aux différents niveaux. De tels moyens peuvent être constitués par des poutres modulaires 20a, 20b, 20c etc. sur la Fig. 1, les planchers étant désignés par les références 21a, 21b, 21c, etc. On notera à cet égard que les planchers qui se succédent verticalement sont séparés les uns des autres d'une distance qui est plus grande pour les planchers ayant un diamètre extérieur plus grand, que pour les planchers ayant un diamètre extérieur plus faible.C'est ainsi par exemple que l'intervalle en hauteur entre les planchers 20n et 20o est plus grand qu'entre les planchers 20b et 20c. Ceci résulte du fait que les poutres horizontales sont reliées à et portées par les noeuds 16 , comme on le voit mieux sur les Fig. 2 et 5 Par exemple, des tubes ou cylindres métalliques 22 peuvent être portés par les poutres 20 en béton préfabriqué, ces saillies s'étendant à partir des plaques d'extrémité 25 et 24 de la poutre pour être fixées aux noeuds 16 et aux éléments la. Si on le désire, l'intervalle entre les planchers peut être maintenu constant.Les poutres ont une forme trapézoIdale comme on le voit sur la Fig.6, et les saillies ou tétons 22 de chaque poutre, s'étendant à partir des plaques 23 sont fixés aux noeuds successifs 16. A cet effet, les noeuds 16a de la charpente interne peuvent ne pas être exactement au même niveau que les noeuds 16 de la charpente externe, comme on peut le voir sur la Fig. 3. Les poutres peuvent également comporter des plaques latérales 25 faisant saillie vers le bas pour supporter le plafond 26 situé à une certaine distance sous le plancher horizontal 21, de façon à pouvoir recevoir des gaines d'aération et de chauffage, des fils ou câhles métalliques, etc. On peut voit par exemple un conduit de chauffage 62 auquel de l'eau chaude péut être fournie par un dispositif de chauffage 63 disposé à la partie supérieure du bâtiment et alimenté par l'énergie solaire. Les plaques 23 et 24 peuvent être planes ou légèrement incurvées. En se référant à la Fig. 4,on peut voir que les planchers 21 ont une forme à peu près annulaire, dans la mesure où la charpente interne délimite un creux central 28 qui peut être ouvert verticalement comme représenté sur la Fig. 1. De plus, la charpente 11 et 12 peut délimiter un passage latéral 29 ( commandé par des persiennes en ?9a ) assurant la communication entre l'extérieur 30 du bâtiment et l'intérieur du creux central 28 pour permettre à l'air se trouvant dans ce creux de s'élever par effet de tirage naturel. Ce tirage peut être augmenté de façon à éviter des chutes de neige ou de pluie dans le creux central et le patio 46. De même, les fenêtres internes et externes peuvent être ouvertes dans les appartements à différents niveaux, pour provoquer un courant d'air dans les appartements sous l'effet du tirage central qui aspire de l'air latéralement dans le creux 28. De l'eau peut être pulvérisée en 45 dans le passage 29 pour refroidir le courant d'air se dirigeant vers le haut. La Fig. 4 montre un agencement possible d'appartements sur le plancher annulaire 21, à l'extérieur d'un couloir annulaire 32 disposé au voisinage de la charpente interne 12. On notera qu'il est prévu des rampes 33 et 34 qui conduisent à un palier 35 situé entre deux étages successifs 21. La rampe 34 conduit du pelier 35 à l'étage 21 immédiatement inférieur. Ce palier 35 en forme de coin constitue une entrée dans laquelle peuvent se trouver des tables, des plantes, ou autres ornements, et participe à éliminer l'effet d'isolement qui résulte de la vie en appartement. Une cage d'escalier est prévue en 36, ainsi qu'un ascenseur en 37. La Fig. 5 représente un agencement d'étage quelque peu dif férent -dans lequel le couloir annulaire 38 est disposé entre une rangée interne de pièces 39 et une rangée externe de pièces 40. Un pilier vertical 41 contient la cage d'escalier 42 et l'ascenseur 43. En revenant à la Fig. 1, on peut voir que le bâtiment représenté comprend également une embase 50 supportant les charpentes 11 et 12 et dans laquelle sont ménagée une série d'étages inférieurs 51 ,54 communiquant avec le pilier 37 recevant l'ascenseur et l'escalier. Ces étages peuvent par exemple être utilisés à des fins utilitaires, servir de garage, ou recevoir des magasins ou autres, à volonté. La partie supérieure 55 de cette embase transmet la charge exercée par les charpentes 11 et 12 à la paroi latérale 56 et auxpiliers 57. Bien qu'une teile embase soit pratique et présente des avantages, elle n'est pas essentielle pour supporter le reste du bâtiment, comme cela a été décrit ci-dessus. Le terme de forme générale annulaire " appliqué aux charpentes 11 et 12 et au plancher 21 désigne une forme elliptique aussi bien qu'une forme circulaire. Enfin plusieurs bâtiments 64 analogues à celui décrit dans la Fig.l peuvent être reliés par des tunnels 65, comme représenté, Eur la Fig. 8,de sorte qu'un seul accès routier à l'un des bâtiments d'un ensemble est nécessaire, tendant à isoler l'ensemble du trafic routier. Un garage ou autre surface 70 peut être constitué par un plancher 71 suspendu entre les bâtiments par un câble 72 qui s'étend autour de chaque t.ntiment à un niveau d'étage choisi, et comportant des naubans 72a-72f supportant ce plancher. Des ponts 73 relient la zone 70 aux bâtiments. REVENDICATIONS 1 - Bâtiment, caractérisé en ce qu'il comprend des charpentes porteuses externe (11) et interne (12) , verticales, de forme générale annulaire, et ayant des axes verticaux qui sont à peu près confondus, la plus grande partie de la charpente externe (11) étant espacée de la plus grande partie de la charpente interne (12), l'une de ces charpentes ayant la forme générale d'un hyperboloide, des moyens (20a,20b, 20c) étant prévus pour relier lesdites charpentes à différents niveaux. 2 - Bâtiment suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la deuxième charpente a également la forme générale d'un hyper bolide. 3 - Bâtiment suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2 , caractérisé en ce que la charpente en forme dthyperboloide comporte des éléments porteurs rectilignes (14,15) dont certains s'étendent vers le bas et latéralement suivant des génératrices orientées dans une direction autour de l'axe de la charpente, et dont les autres s'étendent vers le bas et latéralement suivant des génératrices orientées dans la direction opposée autour de l'axe de la charpente, des noeuds ou éléments de liaison (16) reliant les deux séries d'éléments porteurs. 4 - Bâtiment suivant la revendication 2, caractérisé en ce que chaque charpente comporte des éléments porteurs rectilignes (14) s'étendant vers le bas et latéralement suivant des génératrices d'hyperboloIde orientées dans des directions opposées autour de l'axe de la charpente, des noeuds ou éléments de liaison (16) reliant lesdits éléments porteurs en des points voisins des intersections des génératrices, lesdits moyens de liaison (20a,20b,20c) entre les charpentes étant reliés à certains de ces noeuds. 5 - Bâtiment suivant la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de liaison (20 a,20b,20c ) s'étendent horizontalement et supportent des planchers ou étages (21a, 21b, 21c) de forme générale annulaire, situés à des niveaux différents. 6 - Batiment suivant la revendication 5, caractérisé en ce que l'intervalle entre des étages adjacents est plus grand pour les étages annulaires (20n, 200) de plus grand diamètre extérieur que pour les étages annulaires (20b,20c) de diamètre extérieur plus faible. 7 - Bâtiment suivant la revendication 4, caractérisé en ce que les noeuds sont groupés en séries à différents niveaux, les noeuds d'une série, situés à un niveau donné étant régulièrement espacés angulairement. 8 - Estiment suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte des cloisons verticales s'étendant entre deux plan chers ou étages successifs pour constituer des pièces. 9 - Bâtiment suivant la revendication 8, caractérisé en ce que la charpente interne (12) délimite un creux central vertical (28), une cage d'ascenseur (37) s'étendant verticalement dans le creux central pour permettre la communication avec les étages. 10 - Bâtiment suivant l'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisé en ce qu'il est prévu des rampes (33,34) s'étendant entre des étages adjacents. 11 - Bâtiment suivant l'une quelconque des revenSications précédentes, caractérisé en ce que la charpente interne (12) délimite un creux central (28) qui est ouvert verticalement, les charpentes(ll et 12) délimitant un passage latéral (29) faisant communiquer ltextérieur du bâtiment et la partie inférieure du creux central pour permettre à l'air de s'écouler vers l'intérieur dans ce creux de façon à s'y élever par tirage naturel. 12 - Bâtiment suivant l'une quelconque des revendications 4 à 10, caractérisé en ce que lesdits éléments porteurs sont réalisés en béton. 13 - Bâtiment caractérisé en ce qu'il comprend une charpente verticale (11,1?) en forme dthyperboloIde, comportant un axe central vertical(13),cette charpente comportant des éléments porteurs rec tilignes(14,15)qui s'étendent vers le bas et latéralement suivant des génératrices de lthyperboloide et dans des directions opposées autour dudit axe, des noeuds ou éléments de liaison (16) reliant lesdits éléments en des points voisins des intersections des génératrices. 14 - Bâtiment suivant la revendication 13, caractérisé en ce que lesdits éléments sont réalisés en béton. 15 - Bâtiment suivant la revendication 13, caractérisé en ce que les noeuds sont regroupés en séries différents niveaux, les noeuds d'une série,situés à un niveau donné étant régulièrement espacés angulairement. 16 - Bâtiment suivant la revendication 14, caractérisé en ce que l'intervalle entre deux noeuds adjacents est inférieur à 36O mètres environ, dans la plupart desdites séries. 17 - Ensemble de baAtiments tels que définis dans l'une quelconque des revendication précédentes, caractérisé en ce que ces bâtiments (64) sont séparés horizontalement les uns des autres et sont reliés par des tunnels (65). 18 - Ensemble de bâtiments suivant la revendication 17, caractérisé en ce qu'il est prévu un plancher (71) suspendu entre les bâtiments par des câbles.