Brevet FR2256994A1 — publié le 19750801

L'invention concerne une construction démontable, du type à ossature métallique formée de barres ou tirants déterminant des séries de polygones ou de polyèdres réunis entre eux par leurs angles à l'aide de noeuds d'assemblage. On a déjà réalisé des constructions notamment des coupoles sur plan circulaire, à l'aide d'ossatures mtalliques de ce type, mais en utilisant un grand nombre de longueurs différentes de barres et des noeuds d'assemblage dont la conception même ne permet pas de réunir les différents polygones suivant ngimporte quel angle. Les noeuds ne sont pas réellement universels et n'autorisent pas n1 importe quel angle dièdre. I1 en résulte que les systèmes connus sont onéreux et ne permettent de réaliser qu'un petit nombre de volumes L'invention a pour but notamment de remédier à ces inconvénients et de réaliser, à partir d'un minimum de pièces différentes, le maximum de volumes différents. L'invention a pour objet une ossature métallique du type à polygones et polyèdres réunis entre eux par leurs angles à l'aide de noeuds d'assemblage, caractérisée en ce quelles barres ou tirants sont réunis à leurs extrémités, au moyen de noeuds articulés en forme générale de couronne, permettant de réaliser dans l'espace un assemblage plus ou moins complexe de polygones, L'ensemble constitue une enveloppe poluédrique. Cette enveloppe, ou charpente spatiale, détermine des volumes qui sont tous issus ou générés par des polyèdres triangulés réguliers ou non : tétraèdres, cubes, octaèdres, icosaèdres etc Ces polyèdres se composent eux-mêmes d'un nombre défini de polygones plans formant les faces des polyèdres, et ces derniers peuvent etre décrits par le nombre et la nature des polygones constituant l'en- veloppe. Chaque polygone étant défini par le nombre de ses barres formant cotés constitutifs, le rapport de longueur entre ces barres et les angles que font les barres entre elles. Chacune des extrémités de ces barres est fixée à un noeud articulé, chaque noeud étant conçu pour recevoir un nombre déterminé de barres, ce nombre pouvant être variable suivant les cas prévus et théoriquement sans limite. Selon l'invention le noeud est formé d'éléments rigides couds appelés coins, disposés en forme générale de couronne, chaque coin étant ar articulé sur les coins précedent et suivant. Pour obtenir cette articulation les coins sont agenc-s de telle façon cutine extrémité de chaque coin chevauche 17 extrémité du coin suivant, les parties se chevauchant étant perces dsun trou pour le passage d'un axe commun de rotation lequel peut être constitué par la tige filetée dVun boulon.On comprend aisément qu'il est possible, lors du montage, de modifier l'angle fait entre deux coins consécutifs, puis si on le désire de les bloquer dans la position voulue à l'aide d'un écrou se vissant sur la tige filetée du boulon. Chaque coin est coudé suivant un angle fonction du volume à construire0 Il y a donc autant de types de coins qu'il y a d'an- gles existants dans les surfaces ou volumes polyédriques envisagés. Par exemple, il faut sept types de coins pour réaliser les six polygones de base ci-après : triangle équilatéral (600), carré (900), triangle rectangle isocèle (450 en plus du 900), pentagone (1080), triangle isocèle extrait du pentagone (360 en plus du 1080), un autre triangle isocèle extrait du pentagone (540 et 720) c'est-àdire qutil faut des coins coudés à 360, 450, 540, 600, 720, 900, 1080. Le nombre de coins réunis dans un noeud pour former la couronne est égal au nombre de barres y aboutissant. L'angle que forme chaque coin est complémentaire de angle détermine par les axes des deux barres fixées sur ledit coin. Ainsi qu'exposé plus haut, chaque coin comporte au moins deux fixations qui lui permettent de s' articuler avec un coin précédent et suivant, et ceci autour de deux axes qui correspondent aux axes de deux barres -formant les côtés d'un polygone, et les aretes dgun polyèdre. Avantageusement les barres se vissent sur les boulons formant axe d'articulation. Une des originalités de ces assemblages successifs réside dans le fait que l'angle dièdre est fonction de la position de deux coins successifs (portant trois barres), ctest-à-dire que l'angle formé par deux faces de polygones successives est indéfini, car deux coins successifs sont articulés l'un sur l'autre de façon à ce que, au cours du montage, on puisse les faire tourner autour de leur axe d'assemblage qui est aussi l'axe d'une barre. Ces assemblages ont plusieurs rôles - assujettissement des barres successives suivant des angles déter minés. - fixation rigide de ces barres sur les coins correspondants. - constitution du noeud lul-même (au fur et à mesure de la fixation des barres) - possibilité de former des angles dièdres à volonté (que l'angle soit concave ou convexe, de 00 a' 3600) - le blocage de l'ensemble du noeud et en particulier les angles dièdres dans les positions prévues. L'ensemble de cette conjonction, de cette synergie de plusieurs fonctions en un seul type dsassemblaces est une caractéristique essentielle de l'invention. Laxforme des coins permet de réaliser un noeud avec autant de coins que nécessaires, clest-à-dire permet d'assembler un noeud pouvant recevoir au minimum trois barres et au maximum un nombre indéterminé de barres (et avec des angles dièdres concaves ou convexes).L'arrangement et l'articulation des coins entre eux (c'est- à-dire -la constitution d'un noeud ou sommet de polyèdre) est un arrangement rotatoire-, dessusZdessous,devantXderrièreO La forme et les dimensions de chaque type de coin sont conçues de manière à ce que l'assemblage ou l'articulation avec n'importe quel autre type de coin définisse toujours une fixation pour une barre à une distance constante du point d'intersection théorique de ces barres, ctest-à-dire du sommet théorique du polyèdreo La forme et les dimensions de chaque type de coin sont conçues de manière à ce que l'ensemble d'une chaîne de coins (trois ou plus) articulés entre eux, définissent un noeud articulé (un des sommets d'un système polyédrique); noeud qui a les caractéristiques suivantes : A) l'axe de toutes les barres qui y aboutissent se rejoignent en un meme point d'intersection, B) toutes les extrémités de barres se trouvent à une distance constante de ce point, Cl tous les angles ou plutôt chaque angle entre deux barres adja centes est fixé par le coin qui les réunit, D) l'angle dièdre variable entre deux coins (ou entre les deux plans formés par trois barres adjacentes) sera fonction du nombre et du type de coins constituant le noeud0 Pour chaque volume le nombre et le type de coins à utiliser sera égal au nombre et aux types d'angles au sommet de tous les polygones à construire sur le solide Une autre caractéristique des coins réside dans le fait que pour faciliter les montages et démontages successifs des volumes construits, la fixation des coins entre eux et aux barres est telle que lorsque on démonte les barres on puisse garder la configura tion des coins entre eux, ctest-à-dire garder le noeud assemblé. Dans l'exemple choisi, il suffit de remplacer chaque barre démontée par un écrou à serrer sur le boulon en attente. Il est entendu que pour des simplifications de fabrication industrielle, plusieurs coins peuvent etre réunis en un seul solide et former ainsi des noeuds ou des parties de noeuds déjà préassemblés. Les barres qui se fixent sur ces noeuds définissent les côtés d'un polygone. Chaque barre définit un côté de polygone, et chaque barre comporte une fixation identique à ses deux extrémités pour permettre l'interchangeabilité desdites extrémités lors du montage, chaque fixation permettant à la barre de tourner sur elle-même, ce qui nécessite une fixation dans l'axe de ladite barre (fixation définie aussi par les caractéristiques des coins). Il y a autant de types de barres (donc de longueurs différentes) qu'il y a de types d'arêtes ou de côtés existants pour réaliser toute la série de polygones susceptibles d'intervenir dans les surfaces ou volumes polyédriques à construire. Exemple : quatre barres pour réaliser les six polygones de base choisis plus haut (triangle équilatéral, carré, triangle rectangle isocèle, pentagone et deux autres triangles isocèles).Théoriquement le nombre et le type de barres à utiliser (pour un volume à construire) sera égal à la moitié du nombre des coins, étant entendu que chaque coin comporte deux fixations, mais que chaque barre utilise quatre fixations de coins. Mais pour chaque noeud le nombre de barres sera égal au nombre de coins0 Si il est précisé l'théoriquement" c'est que certaines barres inutiles d'un point de vue statique, pourront être remplacées par une autre fixation entre les coins (par exemple l'écrou remplaçant la barre et se serrant sur la vis autour de laquelle s'articulent deux coins). Pour des facilités de fabrication industrielle, il est possible de prévoir des coins plus complexes qui fixent plus de deux barres (trois ou quatre barres ou angles). Pour mieux faire comprendre l'invention il est donné ciaprès des exemples en référence aux dessins annexés, dans lesquels: - Figures 1 à 6 représentent six polygones - Figure 7 représente un exemple de configuration polyé- drique - Figure 8 montre un coin vu en perspective - Figure 9 montre deux coins assemblés - Figure 10 est une vue de dessus dunnoeud après montage, - Figures 11- à 15 représentent les noeuds vus dans la meme perspective que celle de la figure 7. - Figure 16 montre un coin complexe vu en perspective. La modulation de base du système réside dans le choix des polygones différents, constitutifs des enveloppes polyédriques. La nature de ces polygones détermine un certain rapport de longueur entre les barres (côtés des polygones) et les angles fixes qui déterminent ces barres entre elles (angles au sommet des poly gones) e Sur les figures 1 à 6 on a représenté 4 - un triangle équilatéral - un carré - un triangle rectangle isocèle - un pentagone - un triangle isocèle (dans un pentagone) - un autre triangle isocèle (dans un pentagone) et les côtés ont été repérés par des lettres a, b, c, d, faisant ressortir les longueurs communes aux différents côtés. Il en résulte clairement que pour réaliser les six polygones il suffira de quatre longueurs de barres. Les angles ont été également mentionnés et on remarque l'existence de sept anales différents 360, 45p, 540, 600, 720, 900, 1080. Il suffira donc de sept types de coins pour réaliser les angles de ces six polygones. Dans l'exemple de configuration représenté figure 7 on remarque cinq types de noeuds dont un noeud central l reliant neuf barres, sur la périphérie on trouve un noeud 2 à cinq barres un noeud 3 à six barres7 un noeud 4 à sept barres et un noeud 5 à quatre barres. Sur cette figure 7 on a représenté en perspective une configuration ayant pour base un hexagone formé par les barres ou tés 41 à 46 et pour plafond un triangle équilatéral de côtés 4749 , tandis que la périphérie est constituée par trois triangles isocèles et par trois carrés, déterminés par les barres 22, 23 24, 26, 27, 28. Chaque carré est rehforcé par une diagonale 29, 30, 31. Les six angles du périmètre de base sont réliés à un noeud central(référencé N i) par les barres 32 à 37 formant au sol six triangles isocèles. Sur la figure 7 on a représenté ce noeud central N 1 comme étant également relié aux sommets du triangle plafond par les barres 38, 39, 40.La configuration représentéeen figure 7 comprend donc au total vingt sept barres de quatre types c'est-à-dire de quatre longueurs différentes. I1 est remarquable que toutes les barres de la périphérie sont de la mème longueur, sauf les diagonales 29, 30, 31 des carrés. La configuration représentéeen figure 7 comprend dix noeuds, dont un central, six sur le périmètre de base et trois sur le périmètre du plafond. Ces noeuds sont de cinq types différents. Le noeud central NI sert à l'assujettissement des barres 32, 33, 34, 35, 36, 37 38 392 39, 40, soit neuf barres, et est re- présenté en détail à la figure 15, les barres étant schématisées par des traits mixtes . A la périphérie du plafond le noeud 2 (référence N 2) assujettit cinq barres 22, 23, 47, 49 et 38, et est représenté en détail à la figure 12. Toujours à la périphérie du plafond le second noeud (référencé N 3) assujettit six barres 30, 24, 26 48, 39, 47, tandis que le troisième noeud (référencé N 4) assujettit sept barres 29, 49, 40, 48, 31, 27, 28, Le cinquième type de noeuf (référencé N 5) est illustré à la figure 11 et relie quatre barres 46, 28, 45, 32. Chaque noeud est formé d'un certain nombre de coins de un ou plusieurs types réunis par boulons. Sur la figure 8, on a représenté un coin à 600 vu -en perspective, constitué par une pièce 6 coudée à 60 , avec à chaque extrémité 7 et 8 un renflement percé d'un trou 9 et lOo L'assemblag- d'un tel coin à 600 (ref.11) avec le coin suivant 12 s'effectue a l'aide de vis 13 et écrou ainsi que représenté en figure 9. Les deux coins Il et 12 peuvent pivoter autour de l'axe de cette vis ou boulon 13 . Les coins sont ainsi successivement assemblés, les uns aux autres, chaque coin chevauchant le suivant pour former la couronne représentée en figure 109 à plat.Cette couronne est composée de six coins a 600 (identiques à îi) disposés à plat, mais ces coins peuvent sensiblement pivoter les uns par rapport aux autres autour des axes des boulons pour former un noeud. Sur les figures Il à 15 sont représentés en détail et en perspective les noeuds référencés 5, 2, 3, 4 1, sur la figure 7. Le noeud 5 à quatre barres est représenté en figure 11, et il ei constitué par quatre coins 14, 15, 16, 17, un à .900 et trois à 60e, réunis par les boulons î8, 19, 20, 21. Le noeud 2 à cinq barres est représenté en figure 12 il est constitué par cinq coins, deux coins à 900 et trois coins à 6û0, positionnés ainsi que représentésen figure 12. Le noeud 3 à six barres est représenté en figure 13, il est constitué de ciiqcoins, trois coins à 600 et deux coins à 900. Ces derniers sont complexes réunissant en un seul coin u deux coins à 45 (ce qui est le cas pour tous les coins à 900 décrits dans les exemples représentés). Le noeud quatre à sept barres est representéden figure 14 avec deux coins à 90' et trois coins à 60'. Le noeud/centre à neuf barres est représenté en figure 15 ou l'on voit la disposition des coins les uns par rapport aux autres, ces coins formant des angles a 60'. La figure 16 montre un coin complexe à 90Ç utilisé pour la constitution de certains noeuds ci-dessus. On remarque clairement sur cette figure qutil forme deux angles à 450, avec une plage centrale percée d'un trou pour le passage éventuel du boulon de fixation dtune barre. REVEND ICAT IONS .1. Construction démontable à ossature métallique du type à polygones et polyèdres réunis entre eux par leurs angles à l'aide de noeuds d'assemblage-, caractérisée en ce que les barres ou tirants sont réunis à leurs extrémités au moyen de noeuds articulés en forme générale de couronne, permettant de réaliser dans ltespace un assemblage plus ou moins complexe de polygones. 2. COnstruction selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque noeud est formé d'éléments rigices coudés, appelés coins, disposés en forme générale de couronne, chaque coin étant articulé sur les coins précédent et suivant. 3. Construction selon les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les coins sont agencés de telle façon qu'une extrémité de chaque coin chevauche l'extrémité du coin suivant, et ainsi de suite, les parties se chevauchant étant percées dgun trou pour le passage d'un axe commun de rotation. 4. Construction selon 11 ensemble des revendications pré.- cédentes, caractérisée en ce que les axes de rotation des coins entre eux sont filetés et permettent la fixation de l'extrémité des barres formant arête de polyèdre. 5. Construction selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le noeud articulé permet d'obtenir n'importe quel angle dièdre. 6. Construction selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les coins sont coudés à 360, ou 45 , ou 540, ou 600, ou 720, ou 900, ou 1080. 7. Construction selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les barres sont de quatre sortes de longueurs.