Brevet FR2188010A1 — publié le 19740118

La présente invention concerne une structure de toiture pour b timents divers et plus spécialement une structure ayant la forme d'une surface réglée notamment en parabolotde hyperbolique dénommée P.H. ou d'une surface approchante. Une structure connue de ce type dite en voile mince comporte une poutre de rive conformée en anneau et cambrée en V pour présenter deux arceaux dans les deux faces d'un dièdre ; sur cette poutre sont accrochés un réseau inférieur de cibles porteurs et un réseau supérieur de câbles tenseurs, ces deux réseaux étant croisés suivant des lignes courbes et non les génératrices droites de la surface ; les câbles tenseurs sont destinés à résister au soulèvement vertical dO aux dépressions. Les cibles tenseurs appliquent une charge supplémentaire aux câbles porteurs et dans certaines conditions de dépression les efforts sont inversés. D'autres structures connues dites rigides comportent une poutre de rive fermée supportant soit des membrures s'étendant suivant les génératrices du P.H. et sur lesquelles sont fixés des éléments de couverture, soit un voile mince en bois lamellé-collé ou en béton armé. Toutes ces structures connues ont évidemment une esthétique qui attire et l'avantage d'etre réalisables d'une façon simple et économique puisqu'elles sont réglées. Cependant, elles présentent des inconvénients évoqués en détail dans ce qui suit et auxquels l'invention se propose de remédier. Conformément à l'invention, la poutre de rive comporte deux arcs-plans formant entre eux un dièdre et supportés au voisinage de l'arête de ce dernier par deux culées, les câbles des deux réseaux croisés qu'elle supporte s'détendant suivant les génératrices d'une surface sensiblement réglée et étant à la fois porteurs et tenseurs, ainsi que solidarisés entre eux à leurs points de croisement, de sorte que les arcs travaillent essentiellement en compression. Suivant d'autres caractéristiques importantes de l'invention les cibles de chaque réseau s'étendent en biais par rap port à l'arête du dièdre formé par les arcs de façon à constituer les génératrices d'une surface sensiblement réglée telle que celle s'approchant d'un parabolotde hyperbolique. Les arcs qu'ils soient solidaires entre eux ou articulés sur les culées, sont reliés par des tirants sensiblement verticaux à un élément périphérique d'ancrage au sol. Les murs du bâtiment sont suspendus aux arcs. Dans la structure de l'invention, les câbles travaillent, contrairement à ceux de la structure connue dite en voile mince, d'une façon identique et presque constante tant à la charge qu'à la décharge. Ainsi, ils ne sont pas surdimensionnés et il en résulte un gain de poids et une économie. Par ailleurs, les forces appliquées en un point des deux réseaux font travailler ceux-ci dans leur ensemble par transmission des efforts de câble en câble à travers les pièces qui les relient ces pièces de liaison permettent également d'éviter l'usure due au glissement des câbles l'un sur l'autre. Dans la structure connue dite en voile mince, la poutre de rive est sollicitée par des forces toujours rectangulaires différentes, suivant qu'il s'agit d'un câble ou d'un autre et que les réseaux sont en charge ou en décharge. Elle doit donc supporter des efforts de compression, traction, flexion, torsion. La section de cette poutre est donc, dans la majorité des cas, surdimensionnée. Par contre, dans la structure de l'invention, les réactions des câbles étant identiques et presque constantes, les arcs de rive ne sont sollicités que par des efforts de compression permanente ; ils travaillent dans un état d'équilibre et par conséquent dans les meilleures conditions possibles ; il en résulte alors un allègement des arcs et une économie. Dans la structure connue dite en voile mince, la poutre de rive réagit sur les montants de la façade, tantôt en compression, tantôt en traction ; par suite, ces montants doivent être réalisés pour éviter le flambage lorsqu'ils sont sollicités par la compression maximale et pour résister aux efforts de flexion dùs à l'action du vent sur la façade ; la section des montants est donc surdimensionnée et les fondations sont calculées pour résister à ces charges. Par contre, dans la structure de l'invention, les arcs de rive étant en compression permanente et en état d'équilibre, ils sont simplement retenus par des tirants d'ancrage de stabilcC' remplaçant les montants précités et évitant le soulèvement des arcs sous l'effet de charges exceptionnellement appliquées sur la toiture ; en outre, ces tirants étant toujours sollicités en traction, l'influence des efforts de flexion dus à l'action du vent se trouve atténuée ; enfin, les fondations en dehors des culées peuvent être réduites à une simple longrine-poids, équilibrant la traction maximale résultante exercée sur les tirants Dans la structure connue dite en voile mince, pour ne pas surcharger les montants, les bardages de façade doivent être posés sur le sol et simplement stabilisés par ces montants, d'où la nécessité de surdimensionner les fondations périphériques. Par contre, dans la structure de l'invention, les panneaux de façade peuvent être suspendus aux arcs de rive, ce qui contribue à l'allegement des fondations. Dans la structure connue dite en voile mince, les fondations périphériques sont porteuses directement de la façade et, par l'intermédiaire des poteaux, de la poutre de rive chargée ces fondations sont donc importantes, d'autant plus d'ailleurs que le sol est mauvais. Par contre, dans la structure de l'invention, les fondations périphériques n'étant sollicitées que par des efforts de soulèvement peu importants par rapport aux charges définies ci-dessus, ces fondations peuvent être réduites 9 une simple longrine-poids pouvant également servir, grâce à un ferraillage approprié, de tirants s'opposant aux réactions de glissement des deux culées. De plus, l'ensemble du bâtiment étant de par sa conception, un peu plus léger que le bâtiment faisant application de la structure connue dite en voile mince, les culées sont donc sollicitées par des efforts moindres qu'elles ne le seraient si elles équipaient une telle structure ; en outre, la résultante des forces étant symétrique par rapport à l'axe des culées, celles-ci n'ont à supporter que des efforts verticaux et obliques or, ces dérniers peuvent etre repris par leslongrlnes-poids des fondations de façade formant tirants, ce qui a pour avantage de constituer une véritable coque autonome équilibrée. La présente invention remédie également aux inconvénien: des structures dotes rigides, évoquées dans ce qui précède Ces structures sont des membranes rigides sujettes aux variations dimensionnelles et déformations dues à la géométrie du bâtiment, au site, au mode de construction etc ainsi qu'aux dilatations et contractions dues aux conditions atmosphériques par exemple. On constate alors que la couverture desdites structures connues est rarement étanche et quille ne le reste jamais bien longtemps. Par contre, dans la structure de l'invention, les câbles étant disposés suivant les génératrices de la surface réglée, en P.H. par exemple, la totalité des réactions verticales vers le bas aux points d'attache de ces câbles sur les arcs se trouve supprimée. Tous les cables travaillent d'une façon constante en traction et les arcs, qu'ils soient en bois lamellé-collé, en béton, en métal ou autres, uniquement en compression, la résultante des efforts de compression dans ces arcs étant ramenée en deux points constituant le lieu des charges de l'ensemble du bâtiment. On obtient alors un système flexible permettant, sans dégradations, des mouvements, des déformations, des dilatations etc... I1 est donc possible de poser sur les deux réseaux croisés de câbles, des éléments de couverture traditionnels tels que des bacs en acier ou des panneaux avec des moyens souples d'étanchéité. On peut même utiliser d'autres moyens tels que des pyramides en toile décrites ci-après ou un complexe souple enrobant les câbles. Dans aucun cas, l'étanchéité de la toiture ainsi réalisée ne peut être compromise ni dans l'immédiat, ni sur une très longue durée d'utilisation. Divers autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Une forme de réalisation de l'objet de l'invention est représentée, à titre d'exemple non limitatif, sur le dessin annexé. Sur ce dessin - la figure 1 est une perspective montrant cette première forme de réalisation de la structure de l'invention. - la figure 2 est une élévation prise suivant la flèche F de la figure 1. - la figure 3 est une vue en plan correspondant à la figure 2. - la figure 4 est une perspective partielle illustrant schématiquement deux éléments de couverture. Comme le montre clairement le dessin, la structure comporte deux arcs 1 et 2 constitués par des poutres en bois la mellé-collé, en béton, en métal etc;., conformées en demi-cercle, en arc de cercle,d'hyperbole,de parabole, en anse de panier ou en arc d'ellipse ou autres ; dans ces deux derniers cas, la symétrie de chaque arc peut être choisie par rapport au grand axe ou au petit axe de la courbe. Ces arcs s'étendent dans les faces d'un dièdre et forment, vus de profil (figure 2), un V ; ils sont munis, à leurs extrémités, de rotules 3 butant dans des logements 4 opposés deux à deux et délimités par des culées 5 et 6 ; ainsi, les arcs peuvent se soulever ou s'abaisser par pivotement. Ces arcs supportent deux réseaux croisés de câbles 7 et 8. Les câbles 7 du premier réseau s'étendent en biais par rapport à l'axe géométrique 9 d'articulation desdits arcs et sont positionnés pour matérialiser la première famille de génératrices d'une surface réglée en forme de P.H. D'une manière analogue, les câbles 8 du deuxième réseau s'détendent en biais par rapport à l'axe 9 et symétriquement aux précédents par rapport à un axe perpendiculaire 10 ; ils sont positionnés pour matérialiser la deuxième famille de génératrices de la surface en P.H. Bien entendu, la surface ainsi engendrée peut affecter une autre forme gauche à condition qu'il y ait en regard des deux axes 9 et 10, symétrie verticale dans la courbe des câbles. Ces câbles 7 et 8 sont à la fois porteurs et tenseurs. Ils sont reliés aux arcs par l'intermédiaire d'organes de fixatiOn réglables tels que des tendeurs, non représentés sur le dessein Par ailleurs, les câbles 7 et 8 se touchent aux points de croisement 11 et sont reliés entre eux par des pièces de liaison tels que des raccords en croix, non représentés sur le dessin. A l'aplomb des arcs 1 et 2, est coulée sur le sol, une longrine-poids 12 à laquelle ces arcs sont reliés au moyen de tirants 13 convenablement répartis. Par ailleurs, cette longrine est ferraillée et fait corps avec les culées 5 et 6 pour s'opposer au glissement de ces dernières. Lorsque tous les câbles 7 et 8 sont tendus et reliés deux à deux, qu'en outre les tirants 13 sont eux-mêmes réglés, les arcs 1 et 2 ne travaillent pratiquement qu'en compression et conservent leur position optimale. On obtientalors une nappe 14 de câbles ressemblant à une résille conformée en P,H. De plus, étant donnée la tendance des arcs à se soulever, il y a avantage à les charger en posant sur les réseaux de câbles 7, 8 une couverture et en suspendant à ces arcs les éléments de façade. Dans l'exemple représenté où le bâtiment est une salle de sports, les éléments de façade suspendus sont constitués par des glaces 15 disposées entre les tirants et par des frontons pleins d'extrémité 16, ces glaces et frontons aboutissant sur un muret 17 monté sur la longrine 12 et dans lequel les ouver tures d'accès 18 sont ménagées. I1 est bien évident que les arcs 1 et 2 au lieu d'être articulés, peuvent être solidarisés entre eux à la jonction de leurs extrémités, dans ce cas, ils peuvent faire corps avec les culées ou bien reposer sur ces dernières par l'intermédiaire d'éléments limitant leurs déplacements horizontaux. La couverture des réseaux de câbles 7, 8 peut être réalisée avec des bacs métalliques ou des panneaux, munis de moyens d'étanchéité ; elle peut aussi être réalisée à l'aide d'un complexe souple enrobant lesdits câbles. Cependant, il peut être avantageux de mettre en oeuvre les éléments de couverture 14 illustrés par la figure 4. Chaque élément de couverture 19 est un dôme pyramidal exécuté par exemple en toile imperméabilisée ; les dames ont une base quadrilatérale couvrant la surface de quatre mailles définies par trois cibles 7 contigus et trois câbles 8 contigus. Le sommet de ce dome est dirigé vers le haut et supporté par un amortisseur 20 reposant sur la pièce de liaison 21 des câbles médians7 et 8. Les bords 22 adjacents de deux dômes sont réunis de façon étanche par une barrette 23 munie de moyens 24 d'appui et de fixation sur le câble 7 ou 8 correspondant. Les flancs inclinés des dômes constituent deux à deux les parois de noues d'écoulement pour les eaux de ruissellement reçues par la toiture. En raison de la forme en P.H. symétrique des réseaux de câbles, les noues présentent une pente descendante å la fois vers la périphérie de l'axe 9. Les eaux recueillies par ces noues se dirigent donc naturellement vers les culées 5 et 6 qui sont pourvues, pour leur évacuation, de goulottes 25. La structure > objet de l'invention, est applicable à la construction d'édifices divers tels que des pavillons d'habitation, des b timents collectifs susceptibles d'abriter des terrains de sports, des locaux d'éducation, des salles de distraction, etc... REVENDICATIONS 1 Structure de toiture pour bâtiments divers comprenant, d'une part, deux poutres arquées de rive définissant les deux plans d'un dièdre et dont les extrémités sont supportées, au voisinage de l'arête de ce dernier, par l'intermédiaire d'articulations ou d'encastrements, par deux culées et, d'autre part, deux réseaux croisés de câbles tendus entre les poutres, caractérisée en ce que les câbles de chaque réseau s'éten- dent en biais par rapport à l'arête du dièdre de façon à constituer les génératrices d'une surface sensiblement réglée et sont ainsi à la fois porteurs et tenseurs et en ce que ces câbles sont, d'une façon connue en soi, solidarisés deux à deux à leurs points de croisement pour que les poutres arquées travaillent essentiellement en compression. 2. Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que les poutres arquées de rive sont reliées par des tirants sensiblement verticaux à un élément périphérique d'ancrage au sol. 3. Structure selon la revendication 1 ou la revendication 2; caractérisée en ce que les murs du bâtiment sont suspendus aux poutres arquées de rive.