Brevet FR2366412A1 — publié le 19780428

L'invention se rapporte d'une manière générale aux techniques pour la construction de bâtiments, et concerne particulièrement une structure de bati- ment du type modulaire extensible par adjonction, c' est à dire formée de cellules semblables et juxtaposables à volonté dans les trois direction de l'espace. Dans une structure de ce type, il importe en premier lieu que les dimensions globales et les cotes d'assemblage de chaque cellule soient exactement conformes aux normes spécifiées par l'architecte, afin de garantir l'ajustage précis des cellules juxtaposées et d'éviter tout écart qui - répercuté de proche an proche - pourrait compromettre l'érection de la structure. Pour cette-raison, et pour tirer profit de l'identité des éléments corrsspondants à travers toute la structure, il est avantageusement fait emploi pour sa construction d'éléments préfabriqués, dont les caractéristiques dimensionnelles et mécaniques sont bien déterminées, et dont la commodité d'approvisionnement et de manutention facilite la conduite du chantier. Dans une structure de ce type, il importe aussi bien que les cellules juxtaposées forment un ensemble parfaitement cohérent, et donc que la distribution gomètrique de ses éléments comme la solidité de leur assemblage assurent un contreventement mutuel efficace des cellules garantissent la stabilité de 1' ensemble de la structure vis à vis des charges prévisibles. Pour cette raison, il est avantageusement fait emploi de la cnmpbinaison d'une ossature tridimensionnelle faite d'éléments linéaires conformés et assemblés pour constituer des piliers verticaux reliés par des poutres horizontales parallèles å au moins deux directions différentes, avec des dalles de plancher/plafond portées par les pou- tres et des parois verticales de remplissage entre piliers et poutres, dont les premières au moins sont faites d'éléments plans préfabriqués et de béton coulé an place. De la sorte, les éléments linéaire; et plans se contreventent rdcipro- quement, d'autant que le béton coulé an place peut assurer leur scellement mutuel. En outre, la division de l'espace ainsi obtenue répond aux usages les plus frs- quents d'un bâtiment modulaire extensible, å savoir et par exemple l'habitation, I' enseignement, le commerce, le stockage de produits ou denrées, voire iSme le garage d'automobiles ou autres vébzcSules, En contrepartie, la nature ment de ces usages conduit dlhabitude et de manière routinière à réaliser les structures du te indiqué' sur la base de cellules à plan rectangulaire.Il s' ensuit que la structure dans son ensemble est hyperatatique et sujette 9 déformation par défaut d'équerrage a ses différents niveaux, par exemple par l'effet de la pression du vent sur ses pareils externes. En conséquence, d'une part les contraintes exercées sur chaque élément ne sont pas exactement calculables, et d'autre part les déformations géomôtriquement possibles affaiblissent la rigidité d'ensemble. I1 faut donc surdimensionner les éléments et renforcer leurs assemblages, et donc alourdir la structure du bâtiment au détriment des charges utiles qu'il peut supporter. Un inconvénient corollaire est l'augmentation du prix des éléments et du coût de leur mise en oeuvre. L'invention vise à éliminer ces inconvénients tout en préservant les avantages des structures de bâtiment du type indiqué, en leur apportant des modifications et perfectionnements qui permettent la construction au moindre coût d'une telle structure modulaire extensible présentant toutes les garanties de résistance à des efforts exactement calculables, sans surdimensionnement de ses éléments ni renforcement superflu de leurs assemblages. L'invention vise encore à permettre la construction de telles structures selon des plans et agencements très variés adaptables à des usages très divers, au moyen d'un petit nombre d'éléments normalisés de dimensions et configurations propres à en faciliter la préfabrication et le transport, comme la manutention et la mise en oeuvre. A cet effet, une structure de b timent conforme à l'invention est essentiellement caractérisée en ce que chaque noeud courant de 1' ossature comprend, entre deux tronçons de pilier & section triangulaire équilatérale verticalement espacés mais pourvus de moyens assurant leur alignement et solidarisation, trois poutres normales aux faces alignés desdits tronçons de pilier et dont les extrO- mités présentent des ailes latérales encastrées entre ces derniers et en butée mutuelle pour ainsi délimiter une cavité de scellement du noeud, qui est au moins partiellement comblée par le béton coulé an place sur trois pré-dalles de contour hexagonal respectivement portées par les poutres deux à deux adjacentes. Ces dispositions, reproduites de proche en proche, conduisent & une structure faite de niveaux superposés de cellules å plan hexagonal mutuellement imbriquées, dont les dalles de plancher/plafond comportent une ossature triongu- lée et sont mutuellement contreventées par les parois verticales, assimilables & BR Selon un autre aspect original de l'invention, chaque tronçon de pilier comporte trois armatures parallèles & ses arêtes qui dépassent en attente hors de son extrémité inférieure mais s'engagent en retrait de son extrémité supérieure dans des manchons respectifs les prolongeant à l'extérieur sur une longueur au moins égale à l'épaisseur d'une dalle, pour recevoir après coulée de cette dernière les armatures en attente du tronçon de pilier supérieur. De la sorte, le bon alignement des tronçons de pilier est garanti, et de surcroît chaque pilier peut être précontraint si ses armatures et manchons sont solidarisés par rétreint ou soudure, ou de préférence au moyen de cimentcolle ou adhésif similaire. Selon encore un autre aspect de l'invention, chaque poutre comporte des armatures parallèles à ses arêtes, qui dépassent en attente hors de ses extrémités pour être prises dans le béton de scellement des noeuds correspondants, et ainsi prendre en charge les efforts horizontaux de traction, qui sont d'ailleurs et par principe relativement faibles dans une telle structure triangulée. Chaque poutre comporte en outre des armatures transversales à ses are- tes, qui peuvent avantageusement former des étriers en saillie sur sa face supérieure pour faciliter le positionnement des pré-dalles adjacentes sur ses rebords et solidariser la poutre du béton coulé sur ces dernières. Enfin, pour le passage de conduits ou canalisations à travers la structure, les piliers et poutres comportent avec avantage et respectivement des ce- naux axiaux et des gouttières inversées communiquant librement à travers les noeuds de l'ossature, dont la cavité de scellement est équipée à cet effet, avant la coulée du béton, d'un coffrage perdu et/ou récupérable. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparattront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit de plusieurs exemples de mise en oeuvre nullement limitatifs illustrés par les dessins annexés, sur lesquels La Figure 1 est une vue an perspective d'un noeud courant d'une structure de bâtiment selon l'invention an cours de construction; La Figure 2 est une vue en coupe horizontale de ce m8me noeud, prise après son scellement par le béton coulé en place de la dalle qui l'entoure, au niveau des armatures basses des poutres concourantes; Les Figures 3 et 4 sont des coupes verticales effectuées selon les plans dont les traces sont respectivement indiquées par III et IV sur la Figure 2; ; La Figure 5 est une vue an coupe horizontale d'une fraction marginale d'une structure de bâtiment modulaire selon l'invention en cours de construction; La Figure 6 comprend des croquis en coupe et perspective illustrant un agencement particulier d'un noeud marginal d'une telle structure en attente de son éventuelle extension horizontale; et La Figure 7 est un croquis en perspective éclatée d'un noeud marginal rentrant encadré de dalles décalées, illustrant la possibilité de différentes hauteurs de planchers dans une structure de bâtiment selon l'invention. Le noeud représenté sur les Figures 1 à 4 est du type dit courant, c'est à dire dépourvu de tout agencement particulier et situé au sein d'une structure de bâtiment modulaire selon l'invention et non sur ses marges, à savoir et par exemple au niveau des fondations ou du couronnsment, sur une paroi latérale extérieure ou en tout autre point sigulier. Ce noeud est essentiellement constitué par la jonction avec un pilier vertical 10 de trois poutres horizontales 2Q situées dans un même plan et angulairement espacées de 1200, qui portent une dalle de plancher/plafond 30. Le pilier 10, qui présente une section horizontale triangulaire équilatérale à sommets tronqués, est formé de tronçons 11,12... superposés en alignement vertical, dont la longueur est égale à la hauteur entre sol et plafond ou à une fraction de cette hauteur. Chacun de cestronçonsest constitué par une pièce préfabriquée en béton armé, qui comporte trois armatures longitudinales 13 disposées au voisinage de ses arêtes; ces armatures dépassent en attente l'ex trémité inférieure plane de la pièce, et par ailleurs s'engagent et se terminent dans des manchons concentriques 14 -formant gaines de précontrainte, qui sont ancrés dans la partie supérieure de la pièce et font saillie hors de sa face d'ex trématé plane sur une hauteur au moins égale à l'épaisseur de la dalle 30, afin de recevoir et positionner après la coulée de cette dernière les portions en attente des armatures 13 du tronçon supérieur 12 (voir Figure 3 notamment).La continuité mécanique des armatures ainsi raboutées peut Outre assurée - pour permettre la précontrainte des piliers - par rétreint ou soudure des manchons 14 sur les tiges 13, ou de préférence et plus commodément en les solidarisant au moyen de ciment-colle ou autre adhésif approprié. Par ailleurs, leur parfait alignement - qui conditionne celui destronçons de pilier - est assuré par des cadres 15,16 enserrant les tiges 13 et les gaines 14 respectivement. Enfin, cheque tronçon de pilier 11,12 est percé d'un canal axial 17 débouchant au centre de ses extrémités planes. Chacune des poutres 20a,b,c est constituée par une pièce préfabriquée en béton armé, qui présente une section transversale de forme générale en U inversé et une longueur bien déterminée entre ses faces d'extrémité globalement planes, mais pourvues de deux ailes latérales 21,22 divergeant en saillie dans le prolongement de celle du corps de la poutre. Ce dernier est renforcé par des armatures longitudinales 23 formant des prolongements 24 en saillie hors des faces d'extrémité, au voisinage et à l'intérieur des ailes 21,22. Ces armatures sont solidarisées par des cadres 25 qui forment des étriers transversaux 26 en saillie sur la face supérieure plane de la poutre, opposée à sa gouttière 27 s'ouvrant vers le bas de bout en bout de sa face inférieure. La dalle 30 est essentiellement faite d'une chape de béton 31 coulé en place sur des pré-dalles 32 simplement posées sur les poutres 20 et éventuellement recouvertes d'une grille de ferraillage de la chape. Chacune de ces prédalles 32 est constituée par une plaque préfabriqué en béton armé, qui présente une épaisseur relative faible -mais suffisante pour supporter la charge du béton coulé jusqu'd sa prise- et un contour hexagonal régulier (voir Figure 5), dont le côté est égal à la longueur hors-tout des poutres 20 et donc de peu inférieur à l'entr'axe des piliers 10. Les rebords des pré-dalles 32 sont simplement posés sur ceux de la face supérieure des poutres 20 encadrantes, qui elles-memes prennent appui par leurs ailes d'extrémité 21,22 sur le sommet plan du tronçon de pilier inférieur 11. On remarquera que la butée mutuelle de ces ailes st le croisement des prolongements 24 des armatures 23 des poutres avec les manchons 14 prolongeant les armatures 13 du pilier facilitent le bon positionnement sur ce dernier des extrémités des poutres, tandis que les étriers 26 facilitent celui des pré-dalles sur ces dernières On remarquera encore que pour ces mêmes raisons et pour peu que la stabilité des piliers 10 soit assurée - par exemple par achèvement préalable des fondations ou du niveau sous-jacent - l'ensemble est auto-stable et auto-portant, et donc qu'il n'est nul besoin d'étayage provisoire, sinon pour précaution.On remarquera enfin que la continuité des faces supérieures des poutres et des pr*- dalles dispense de tout besoin de coffrage provisoire pour la coulée de la chape de béton 31, sauf au droit des piliers pour les raisons indiquées ci-après. Avant de procéder à cette coulée du béton, il convient d'une part de mettre pn place des grilles de ferraillage 33'de la chape, s'il y a lieu, et des tiges de liaison 33 disposées transversalement aux poutres entre leurs étriers 26. Il faut d'autre part mettre an place, dans la cavité délimitée pab le sommet plan du tronçon de pilier Il et les extrémités des poutres 20 a,b,c qu'il supporte, des éléments de coffrage destinés à éviter la fuite du béton par le canal 17 du pilier et les gouttières 27 des poutres en ménageant leur libre cammunicationw tout en permettant au béton d'enrober (an. 34)les manchons 14 et les prolongements d'armatures 24 pour bloquer le noeud. Ces éléments de coffrage comprennent avantageusement trois dièdres verticaux 35 et une. pièce d'obturation horizontale. 36 respectivement plaqués-contre les ailes 21,22 des poutres et posée sur la partie centrale des faces supérieures de ces dernières, et dont les conformations respectives ressortent clairement du contour de la portion restant visibls sur la Figure 2 du sommet du tronçon de pilier 11. Ces éléments de coffrage faits de fibrociment w contreplaqué peuvent titre laissés en place ou, du moins pour les dièdres ou des blocs en forme s'y substituant, entre récupérés par retrait à travers- les gouttières 27 des poutres. La chape 31 étant coulée puis soigneusement dressée, il suffit d'araser au niveau de sa surface, après la prise du béton et s'il y a lieu, les manchons de précontrainte 14 et un tube 37 éventuellement rapporté dans l'axe du canal 15 sur la pièce d'obturation 35, pour pouvoir passer au stade suivant de la construction du-bStiment. Si la dalle 30 en constitue le couronnement, les armatures 13 sont mises sous tension et ancrées sur des cônes de coincement obturant le débouché des manchons 14, avant la mise en place des étanchéités de couverture. Si un autre niveau doit être construit sur la dalle 30, la première opération consiste à poser sur cette dernière les tronçons de pilier supérieurs 12, en embrochant leurs armatures 13 en attente dans les manchons 14 restés ouverts et éventuellement emplis de ciment-colle, qui peut autre également utilisé comme enduction de la chape sous les tronçons de pilier pour en solidariser ces derc niers, sans qu'il soit besoin de piquage a la broche ou autre opération de reprise de la chape. La Figure 5 montre en plan une fraction marginale d'un niveau de batiment en cours de construction, et illustre par ailleurs le parti architectural de division de l'espace que permet la structure conforme à l'invention La cellule située. en haut à gauche sur le dessin est encore réduite à son ossature, formée de piliers 10 reliés par des poutres 20 suivant une maille hexagonale régulière, dont le c3td peut atteindre 3 à 4 mètres, et donc la sur 2 face 20 à 40 n utiles. Les deux cellules adjacentes sont pourvues de leurs pré-dalles 32 dont on remarquera les ferraillages d'orientations différentes, et de tiges de liaison 33. La chape 31 est partiellement coulée dans la cellule située an bas à droite, tandis que la dalle de plancher 30 est terminée dans la cellule située au-dessus. Cette dernière est supposée constituer une loggia délimitée par des murez 40, dont un percé- d'une baie 41, et bordée par un parapet 42 et une jardi- nitre 43. La Figure 6 montre que les noeuds marginaux, tels ceux encadrant la vignette "Fig. 5", comportent avantageusement - en lieu et place de la poutre absente - des fers 28 laissés en attente on vue d'une éventuelle extension latO- rale de la structure. Enfin, la Figure 7 montre qu'un noeud peut pitre agencai, avec adjonction d'un tronçon de pilier intercalaire 11', pour porter des planchers situés à des niveaux différents. Cette Figure montre encore qu'une plaque de fermeture 29 peut remplacer une poutre absente. Ces détails d'agencement, choisis parmi beaucoup d'autres, n'ont qu'une valeur illustrative de la variété des aménagements possibles de la structure. En effet et bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux exemples de mise en oeuvre qui ont été décrits et illustrés, mais au contraire comprend tous les moyens - considérés séparément ou en combinaison - qui en constitueraient des équivalents techniques ou de simples variantes et rentreraient dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Structure de b timent du type modulaire sxtensible par adjonction, comprenant essentiellement d'une part une ossature tridimensionnelle faite d' éléments linéaires préfabriqués en béton armé, conformés et assemblés pour constituer des piliers verticaux reliés par des poutres horizontales parallèles à au moins deux directions différentes, et d'autre part des dalles de plancher/ plafond portées par les poutres et des parois verticales de remplissage entre piliers et poutres, dont les premières au moins sont faites d'éléments plans préfabriqués et de béton coule en place, caractérisée en ce que chaque noeud courant de l'ossature comprend, entre deux tronçons de pilier à section sensiblement triangulaire équilatérale verticalement espacés mais pourvus de moyens assurant leur alignement et solidarisation, trois poutres normales aux faces alignées desdits tronçons de pilier et dont les extrémités présentent des ailes latérales encastrées entre ces derniers et en butée mutuelle pour ainsi délimiter une cavité de scellement du noeud, qui est au moins partiellement comblée par le béton coulé en place sur trois pre-dalles de contour hexagonal portées par les poutres. 2. Structure de b timent selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque tronçon de pilier comporte trois armatures parallèles à ses arêtes, qui dépassent en attente son extrémité inférieure mais s' engagent en retrait de son extrémité supérieure dans des manchons respectifs les prolongeant à 1' extérieur sur une longueur au moins égale à ltépaisseur d'une dalle, pour recevoir après coulée de cette dernière les armatures du tronçon de pilier supérieur. 3. Structure de bâtiment selon la revendication 2, caractérisée en ce que les armatures et manchons sont assemblés de manière à permettre la précontrainte des piliers, par rétreint, soudure ou collage. 4. Structure de batiment selon l'une quelconque des revendications I à 3, caractérisée en ce que les tronçons de pilier comportent des canaux axiaux pour le passage de conduits ou canalisations, eventuellement raccordés à travers les noeuds de l'ossature par coffrage partiel de la cavité de scellement. 5. Structure de batiment selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que chaque poutre comporte des armatures parallèles à ses arêtes, qui dépassent an attente ses extrémités pour entre prises dans le béton de scellement des noeuds correspondants de l'ossature. 6. Structure de bâtiment selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes, caractérisée en ce que chaque poutre comporte des armatures tranversales à ses arêtes, qui forment des étriers en saillie sur sa face superieure pour faciliter le positionnement des pre-dalles adjacentes et solidariser la poutre du béton coulé sur cas dernières. 7. Structure de bâtiment selon la revendication 6, caractérisée en ce que des tiges d'armature reposant sur les pré-dalles sont en outre intercalées entre les étriers de la poutre. 8. Structure de bâtiment selon l'une quelconque des revendications pré- cédantes, caractérisée en ce que la face inférieure de chaque poutre présente une gouttière inversée pour le passage de conduits ou canalisations et/ou l' encastrement des parois verticales de remplissage. 9. Structure de bâtiment selon la revendication 4 et la revendication 8, caractérisée en ce que la cavité de scellement de chaque noeud de l'ossature est équipée, avant la coulée du béton de la dalle qui l'entoure, d'un coffrage perdu et/ou récupérable assurant la libre communication des canaux et gouttières. 10. Structure de bâtiment selon l'une quelconque des revendications pré- cédantes, caractérisée an ce qu' elle comporte des noeuds marginaux à deux branches pourvus de fers laissés en attente pour son extension latérale, at/ou des noeuds spéciaux à quatre branchas agencés pour porter des dalles de hauteurs différentas à un mñie niveau.