Brevet FR2202993A1 — publié le 19740510

La présente invention concerne un système pour la fabrication de structures porteuses à base d'éléments en acier et en béton reliés les uns aux autres, la structure construite de cette façon étant capable de résister aux charges qui lui seront imposées. De même, suivant l'invention, on obtient une structure plane ou à poutres cachées qui présente toute une série d'avantages pour la construction de logements dans la mesure où elle ne présente aucun obstacle à sa partie inférieure, le plancher réalisé ainsi permettant donc une plus grande liberté dans la ré par tition des pièces et facilitant le montage des installations de chauffage, d'eau, de sanitaires et d'électricité.Ces structures permettent une grande rapidité de construction; on gagne ainsi 50% du temps exigé par la construction selon les méthodes traditionnelles, et l'on économise une partie importante de la main d'oeuvre nécessaire pour exécuter la structure. De même, comme tous les éléments constituant cette structure peuvent titre fabriqués en série, on obtient une baisse du coût d'exécution des structures réalisées suivant l'invention. Tous ces avantages techniques et économiques permettent de réaliser facilement la structure, supprimant ainsi la plus grande partie de la fabrication des éléments sur place, ce qui constituela cause de beaucoup de déficiences observées dans les constructions actuelles. Les structures suivant l'invention sont utilisables pour la construction de logements et de bâtiments industriels; on peut construire aussi bien les planchers que les ossatures métalliques qui supportent ensuite les éléments de maçonnerie. Dsns le cadre de l'invention, les fondations sont exécutées d'abord de façon classique. On construit ensuite les poteaux en bé- ton du premier niveau selon le procédé traditionnel, en laissant dépasser l'armature de ces poteaux d'une longueur suffisante pour pouvoir réaliser la liaison avec le niveau suivant par assemblage avec recouvrement des armatures correspondantes. Une fois tous les poteaux du niveau construits, on pro cède à la pose, sur ces poteaux, des éléments en acier constituant l'armature de traction des poutres porteuses principales suivant l'invention. Cette armature est constituée par une semelle en acier façonnée à froid et un profilé vertical en U, également en acier et façonné à froid, assemblé par soudure avec le profilé Lilfarieur, Ce profilé inférieur est plus large que le profilé vertical en U, ce qui permet d'assurer l'appui des pou trelles comme on le verra ci-après.Ces deux profilés constituent respectivement l'armature de traction et l'armature de cisaillement de la poutre principale; en outre, le deuxième profi lé donne une rigidité supplémentaire à cette armature, ce qui permet de supprimer l'étaiement de l'armature pendant le montage des éléinents sur place; cette armature est donc du type autoportant. Ces deux profilés sont assemblés par leur partie de contact plane et surajoute leur longueur au moyen de soudure par presses à résistance; la partie intérieure du profilé supérieur possède une ouverture suffisante pour permettre le passage de l'électrode de la presse à souder; de cette façon, on peut réaliser l'assemblage par sa partie de contact avec le profilé inférieur. Après avoir placé les poutres porteuses principales sur les têtes des poteaux, on pose sur ces poutres, perpendiculairement à celles-ci, d'autres éléments en acier qui constituent l'armature de traction de la poutrelle dans le système de construction de planchers suivant l'invention. Ces éléments prennent appui sur la partie saillante du profilé inférieur de la poutre, lequel, comme on l'a dit, est plus large que le profilé vertical en U. Cette armature est formée par un profilé en acier façonné à froid qui présente une partie inférieure plane et une partie supérieure verticale. La partie inférieure plane est plus large que la partie supérieure, afin de permettre l'appui et le logement des voûtains, comme on le décrira plus loin.La partie in férieure constitue l'armature de traction de la poutrelle et la partie verticale constitue l'âme ou armature de cisaillement. La partie supérieure de cette âme verticale a une forme triangu la ire afin de donner à ce profilé une plus grande rigidité pendant la pose sur place et d'éviter ainsi tout étaiement; on obtient donc un élément auto-portant entre les poutres principales. L'extrémité de la paroi inférieure plane est repliée à 1800 afin d'obtenir une plus grande rectitude dans la fabrication des armatures des poutrelles. Entre ces profilés constituant l'armature inférieure de traction des poutrelles selon l'invention, on place des voûtains ou éléments creux, afin que la structure suivant l'invention ait un poids réduit. Les voûtains adjacents aux poutres porteuses principales ont une hauteur inférieure à celle des autres voûtains pour permettre un plus grand renforcement avec le béton de remplissage de la poutre principale. Sur la face de contact avec cette poutre principale, on place une pièce spéciale pour obturer les orifices des voûtains et éviter ainsi que le béton puisse s 'in- troduire dans ces orifices lors du bétonnage du plancher. Après avoir placé l'armature de traction des poutres et des poutrelles ainsi que les voûtains, on assemble entre elles, par leur partie supérieure, les armatures de traction des poutres et des poutrelles au moyen de pièces en acier à haute résistance. Pour assembler deux poutres contiguës, il faut plusieurs barres d'acier; afin d'obtenir un positionnement parfait sur place, ces barres sont soudées les unes aux autres, de manière à former une grille, au moyen de ronds en acier qui sont placés transversalement aux ronds principaux et ont un diamètre inférieur à celui de ces derniers; on obtient de la sorte une structure reliée horizontalement dans deux directions perpendiculaires entre elles, c'est-à-dire que chaque poutre est assemblée à sa voisine située dans son alignement au moyen de barres d'acier à haute résistance placées sur sa partie supérieure, et que chaque poutrelle est assemblée à aa voisine située dans son alignement par le meme procédé mais avec un nombre inférieur de barres. On coule ensuite le béton de remplissage jusqu'à obtenir une "couche de compression", d'une épaisseur variable déterminée par calcul et qui, avec l'armature en acier des poutres principales et des poutrelles, constitue la structure porteuse du plancher. Pour assurer une bonne finition des plafonds con sa truite selon l'invettion, on peint l'armature de traction des poutres porteuses principales et des poutrelles aved une peinture spéciale de grande épaisseur qui protège les éléments en acier contre ltoxydation sur place et donne des surfaces rugueu see permettant une bonne adhérence du revêtement des plafonds. L'invention concerne aussi une variante du profilé porteur de la poutrelle, qui améliore considérablement la sUcu- rité du personnel travaillant à sa pose, car en augnentant de 23.795% sa résistance à la torsion avant le bétonnage, comme on le verra ci-après, l'augmentation quantitative de cette résis- tance est telle qu'elle détermine pratiquement un changement qualitatif du produit. Ce point est très important en raison du fait que la poutrelle décrite précédemment, tout en remplissant toutes les conditions de résistance mécanique exigées lorsque le plancher est déjà bétonné, présente cependant une certaine instabilité pendant sa pose sur place entre les poutres principales avant le bétonnage du plancher. I1 en découle certains inconvénients pendant la pose des vodtains entre les poutrelles car, pour les poser, l'ouvrier doit marcher sur la poutrelle. La cause de l'instabilité relative de la poutrelle décrite en premier lieu réside dans le fait que les profilés verticaux sont reliés sur presque toute la hauteur de la poutrelle, sauf aux parties supérieure et inférieure. Le moment inertie par rapport à l'axe vertical de cette poutrelle est donc très faible puisque la valeur de ce moment se compose pratiquement des moments d'inertie des parties supérieure et inférieure de la poutrelle qui sont les plus élevés, le moment de la partie centrale étant pratiquement nul, puisque les profilés se touchent. Pour éviter ces inconvénients, on a modifié le profilé de la poutrelle en vue d'améliorer son moment d'inertie par rapport à l'axe vertical; à cet effet, le moment d'inertie de la partie centrale a été multiplié par deux cent trente huit environ. Ce nouveau profilé amélioré permet d'obtenir une plus grande notabilité de la poutrelle au cours des opérations précé- dant son bétonnage sur place, c'est-à-dire: fabrication en usine, stockage, transport iusqu'au chantier, soulèvement jusqu'au point d'installation, pose entre les poutres principales, étaiement et bétonnage ultérieur. La disposition des différents éléments constituant la structure selon l'invention sera mieux comprise à la lecture de la description ci-après, faite avec référence aux dessins annex ès, qui montrent une forme de réalisation et une variante, données à titre d'exemples non limitatifs. La figure 1 est un plan montrant la disposition des poutres porteuses principales et des poutrelles sur les poteaux. La figure 2 est une coupe de la poutre porteuse principale. La figure 3 est une vue de face de l'armature de la poutre porteuse. La figure 4 est une vue de face de l'armature de la poutrelle. La figure 5 est une coupe des poutrelles et des vod- tains. La figura 6 est une coupe analogue à la figure 5 mais utilisant un profilé de section différente. Comme le montrent les dessins, une fois construits les poteaux 1 du niveau inférieur, on pose l'armature de traction 2a des poutres 2 sur la partie supérieure de cux-ci, les deux ex trématés de l'armature s'appuyant donc sur les deux poteaux; ces armatures franchissent ainsi l'espace libre entre les poteaux constituant la structure. Après avoir placé ces armatures des poutres principales, on monte entre chaque deux armatures, perpendiculairement à leur axe longitudinal, l'armature de traction 3 ou les poutrelles qui constituent l'ossature des planchers, et selon pose ensuite les voûtains 4 sur ces éléments. On relie ensuite entre elles les armatures des poutres porteuses principales contiguës et alignées au moyen de ronds en acier à haute résistance 5 placés à leur partie supérieure, ainsi que les armatures de traction ou les poutrelles contiguës et alignées au moyen de ronds en acier à haute résistance placés sur leur partie supérieure. Pour obtenir un positionnement optimal des ronds en acier à haute résistance, on soude, perpendiculairement à ces ronds et avant leur pose, d'autres ronds transversaux de diamètre inférieur qui, reliés aux suivants, forment une sorte de grille. Pour terminer la dalle de plancher, on procède au remplissage par du béton des cavités des poutres principales et des poutrelles, et l'on forme la couche de compression en béton 7 de finissage du plancher. Pour assurer une bonne protection contre l'oxydation et une parfaite adhérence du revêtement des plafonds, on recouvre la partie inférieure de l'armature des poutres porteuses principales et des poutrelles avec une peinture spéciale de grand de épaisseur 8. Avec le système de construction décrit ci-dessus, on obtient une continuité de la structure dans tous les sens, aussi bien pour les poutres de chaque plancher que pour les poteaux des différents planchers. Sur la figure 6, on voit que chaque profilé en acier formant l'armature d'une poutrelle comprend une première partie horizontale 9 repliée sur elle-neme en 10 à son extrémité. Du c8té opposé, la partie horizontale 9 est coudée vers le haut et se raccorde à une première partie verticale 11. Celle-ci est suivie successivement d'une première partie inclinée 12, d'une seconde partie verticale 13, d'une partie 14 inclinée en sens contraire de la partie 12, d'une troisième partie verticale 15 et enfin d'une partie 16 inclinée dans le même sens que la partie inclinde 12 et qui se termine par une partie courbe 17 concave vers le second profilé. Les deux profilés assemblés face à face laissent un espace vide 18 entre les parties 12 à 14 et un autre espace vide 19 entre les parties 16 et 17. De cette manière, on augmente le moment d'inertie transversal, comme on le voit dans le tableau ci-après (calcul comparatif de la stabilité transversale), et l'on obtient une plus grande résistance aux torsions et aux déformations pendant la pose et l'étaiement de la poutrelle sur place, avant d'effectuer le bétonnage. La base et la tête des profilés des figures 4 et 6 étant identiques comme le montrent ces figures, ces profilés ont été divisés en plusieurs parties: parties A, B et C pour la poutrelle à âme droite, et parties A, B, D, E et F pour la poutrelle à âme brisée. De même, ces parties ont été divisées en rectangles de 2 mm x 0,8 mm (épaisseur de la talle), en situant les centres de gravité de chacune de ces parties pour déterminer les inerties partielles. Les inerties de chaque partie sont les suivantes: PARTIE A 1- 1,6 x 0,78 x 29,52 = 1.087,96 2- 1,6 x 2 x 282 = 2.503,80 3- 1,6 x 2 x 262 = 2.163,60 4- 0,8 x 2 x 242 = 921,60 5- 0,8 x 2 x 222 = 774,40 6- 0,8 x 2 x 202 = 640,00 7- 0,8 x 2 x 182 - 518,40 8- 0,8 x 2 x 162 = 409,60 9- 0,8 x 2 x 142 = 313,60 10- 0,8 x 2 x 122 230,40 11- 0,8 x ? x 102 = 160,00 12- 0,8 x 2 x 82 = 102,40 13- 0,8.x 1,2 x 6,42 = 39,30 14- 0,8 x 0,8 x 5,52 = 19,36 15- 0,8 x 2 x 42 = 25,60 16- 0,8 x 2 x 2,62 = 10,82 17- 0,8 x 2 x 1,42 = 3,14 18- 0,8 x 2 x o,52 = TOTAL A 90929,38 mm PARTIE B 1- 0,8 x 1,5 x 6,82 = 55,49 2- 0,8 x 1,5 x 8,22 = 80,69 3- 0,8 x 2 x 9,62 2 147,46 4- 0,8 x 2 x 10,6 = 179,78 5- 0,8 x 2 x 11,5 = 211,60 6- 0,8 x 2 x 11,52 = 211,60 7- 0,8 x 2 x 10,62 179,78 8- 0,8 x 1,6 x 9,32 = 110,67 9- 0,8 x 2 x 82 = 102,40 10- 0,8 x 2 x 6,72 = 71,82 11- 0,8 x 2 x 5,4 = 46,66 12- 0,8 x 2 x 4,12 = 26,90 13- 0,8 x 2 x 2,82 = 12,54 14- 0,8 x 0,4 x 22 = 1,28 15- 0,8 x 2x 1,42 = 3,14 16- 0,8 x 2 x 0,5 = 0,4 TOTAL B 1.442,21 mm2 PARTIE C 0,8 x 82,3 x o,42 = 10,54 mm PARTIE D 2 x 0,8 x 10 x o,42 = 2,56 mm PARTIE E 0,8 x 42 x 7,92 " 2.096,98 mm PARTIE F 1- 0,8 x 0,6 x 7,85 = 29,59 2- 0,8 x 2 x 7,52 = 90,00 3- 0,8 x 2 x 5,62 X 50,18 4- 0,8 x 2 x 42 = 25,60 5- 0,8 x 1,4 x 2,42 6,46 6- 0,8 x 2 x o,82 = 1,02 7- 0,8 x 0,6 x 0,452 = 0,01 TOTAL F 202,95 mm2 La stabilité de la poutrelle en place, avant le béton nage, doit être examinée en ce qui concerne le flambage et la torsion. Pour le flambage, il faut tenir compte de l'inertie correspondant à tout le profilé, soit: 13.879.59 = 1,22 11.382,13 c'est- à-dire 22 d'augmentation par rapport à la poutrelle de la figure 5. Pour la torsion, compte tenu du fait qu'elle n'affecte pas les parties extrSmes A et B, il faut considérer seulement les inerties des parties centrales, c'est-à-dire de la partie C sur la poutrelle de la figure 5 et des parties D, E et F sur la poutrelle de la figure 6, soit: PARTIE C = 10,54 min2 PARTIES D, E et F = 2x 2,56 + 2.096,98 + 2 x 202,95 = 2.508 et par conséquent 2.508 = 237,95 10,54 soit 23.795%, ce qui confirme les avantages du profilé amélioré de la figure 6 par rapport au profilé de la figure 5. REVENDICATIONS 1 Perfectionnements à la fabrication de structures porteuses1 caractérisés en ce que: a) les armatures dépassent les poteaux de béton d'une longueur suffisante pour pouvoir être re liéee avec recouvrement aux armatures des poteaux de l'étage suivant; b) les armatures de traction, en acier, des poutres porteuses principales prennent appui sur la tette des poteaux et franchiesent ainsi l'espace libre entre deux poteaux successifs; c) cette armature se compose de deux profilée en tale d'acier fa çonnés à froid et assemblés par soudure, le profilé inférieur, qui constitue l'armature de traction de la poutre porteuse, étant plus large que le profilé supérieur afin de permettre l'appui et le logement des armatures des poutrelles du plancher; d) la par tie inférieure de l'armature des poutres porteuses principales et des poutrelles est protégée contre l'oxydation par une peinture spéciale de grande épaisseur qui facilite en outre l'adhérence des revttements de plafond. 2. Perfectionnements suivant la revendication 1, caractérisés en ce que le profilé supérieur en U, qui constitue l'armature de cisaillement de la poutre, est soudé au moyen de presses à résistance, ce profilé supérieur possédant un espace intérieur suffisant pour la pénétration des électrodes de la presse à souder. 3. Perfectionnements suivant la revendication 2, caractérisés en ce qu'une fois les poutres installées, on place entre Ces poutres, perpendiculairement à leur axe longitudinal, l'arma- ture des poutrelles s'appuyant sur la partie saillante du profilé inférieur, en acier, des poutres, cette armature étant formée par un profilé en acier façonné à froid présentant une partie plane inférieure qui constitue l'armature de traction de la poutrelle et une partie verticale supérieure qui constitue l'armature de cisaillement et donne une rigidité supplémentaire à la poutrelle, de façon à obtenir une auto-portance qui permet de supprimer l'étaiement sur place, la partie inférieure de la poutrelle étant plus large que la partie supérieure afin de permettre 11 appui et le logement des voûtains entre les poutrelles. 4. Perfectionnements suivant la revendication 3, carac térisés en ce que 11 extrémité de la poutrelle, sur sa partie in férieure, se termine par un pli de la tôle d'acier, ce qui permet d'assureur une grande rectitude dans l'exécution de cette armatu re; et que, après la pose des armatures des poutrelles appuyées sur l'armature de la poutre porteuse, on place les voûtains entre ces armatures, les éléments creux adjacents aux armatures des poutres porteuses ayant une hauteur inférieure à celle des autres pour qu'on puisse renforcer le béton de remplissage de la poutre principale, la partie des voûtains face à cette poutre étant obturée par une pièce qui empêche le béton de pénétrer dans les orifices de ces éléments. 5. Perfectionnements suivant la revendication 4, caractérisés en ce que, pour assembler entre elles les armatures des poutres principales et les armatures des poutrelles, on pose des ronds en acier à haute résistance sur la partie supérieure des armatures des poutres et des poutrelles, ces ronds étant placés de façon à former une sorte de grille en soudant sur les barres principales des barres transversales d'un diamètre inférieur, en nombre variable, opération après laquelle on procède au coulage du béton qui complète les poutres porteuses principales. 6. Perfectionnements suivant la revendication 1, caractérisés en ce que, pour permettre l'appui et le logement de l'srmature des poutrelles, la partie inférieure de l'armature de traction des poutres porteuses principales est plus large que la partie supérieure. 7. Perfectionnements suivant la revendication 1, carao térisés en ce que, pour permettre l'appui des voûtains, la partie inférieure de l'armature de traction des poutrelles est plus large que la partie supérieure. 8. Perfectionnements suivant la revendication 1,carac térisés en ce que la partie supérieure des armatures des poutres porteuses et des poutrelles constitue une armature pour effort de cisaillement possédant la rigidité nécessaire pour obtenir une auto-portance, ce qui supprime la nécessité de l'étaiement sur place. 9. Perfectionnements suivant la revendication 1,caractérisés en ce que les ronds en acier à haute résistance utilisés pour l'assemblage de l'armature des poutres et des poutrelles constituent, à leur tour, l'armature qui absorbe les moments né gatifs du plancher du fait de leur montage sur la partie supérieure des poutres et des poutrelles. 10. Perfectionnements suivant la revendication 1,carac térisés en ce que le profilé en acier constituant la poutrelle du plancher comprend: une base horizontale dont les extrémités sont repliées sur elles-mêmes, un prolongement courbe dirigé vers le haut, deux parties verticales parallèles qui s'écartent ensuite obliquement et se prolongent verticalement en formant deux bras parallèles, avec un espace vide entre ces deux brus. 11. Perfectionnements suivant la revendication 1,caractérisés en ce que les parties supérieures des bras parallèles se rapprochent ensuite, d'abord obliquement puis verticalement, l'en semble se terminant par un prolongement des deux bras d'abord puis incliné vers l'extérieur semi-circulaire et ouvert à sa partie supérieure. 12. Perfectionnements suivant l'une des revendications 10 et il, caractérisés en ce qu'on obtient une augmentation de la résistance à la torsion et aux déformations au coure de la pose et de l'étaiement sur place avant le bétonnage.