Brevet FR2388957A1 — publié le 19781124

La présente invention concerne les bâtiments à charpente en acier L'objet principal de l'invention est de permettre la réalisation d'un bâtiment à charpente en acier dans la construction duquel un usage maximal est fait d'élements produits en seize pouvant être assemblés rapidement à l'usine, dans les dépôts et sur les chantiers de construction avec un minimum de main d'oeuvre qualifiée. Les élements doivent permettre une large gamme de types de constructions capables de supporter une grande variété de matériaux de revêtement. Selon l'invention, nous assurons un cadre rectangulaire convenant à une structure de plancher ou de toit comportant des poutres latérales et au moins une paire de poutres intermédiaires situées entre les poutres latérales et parallèles à celles-ci, lesdites poutres étant toutes réalisées en tôle d'acier d'une épaisseur de 1,5 à 5 mm et laminée à froid pour former un profilé ayant au moins trois membres dont au moins un est vertical, les membres verticaux des poutres intermédiaires étant parallèles entre eux et espacés de 50 à 150 mm, et fixes ensemble entre leurs extrémites, toutes les poutres étant fixées entre elles a leurs extrémités par des traverses. Les traverses sont également réalisées de préférence en tôle d'acier formée en profilé ayant au moins trois membres, et ayant une épaisseur de 1,5 à 5 millimetres (de préférence 1,5 à 3,5 mm). La tôle d'acier à profiler par laminage à froid peut être sous forme de rouleau ou de feuillard. Les poutres et les traverses peuvent être réalisées en tôle d'une épaisseur ne dépassant pas 3,5 mm et enduite d'un revetement métallique anti-rouille tel que du zinc qui recouvre la section de la tôle dans les trous de boulon et aux extrémités coupées des poutres et des traverses. La profondeur des poutres doit être d'au moins 40 fois l'épais- seur Par exemple, les poutres peuvent être stockées en profondeurs de 225 mm et de 425 mm avec une épaisseur de talle de 3 millimètres, L'entre-axe de chaque poutre latérale et de la plus proche des deux poutres de la paire centrale doit être de 900 a' 1800 mm. La largeur du cadre est de 2 à 4 metres, de préférence deux ou trois fois une longueur modulaire, et la longueur du cadre peut être un multiple de la m'eue longueur modulaire et au moins quatre fois ladite longueur. Les colonnes peuvent être des profilés en I ou rectangulaires, ou de toute autre section appropriée mais d'une largeur telle qu'ils puissent être disposés a' l'intérieur de la profondeur des poutres du cadre pour le transport. La tôle est profilée par laminage à froid. Ce procédé permet le profilage de trente mètres ou plus de feuillard par minute. A notre connaissance, il n'a pas été utilisé jusqutici de profilés laminés à froid pour la construction totale de planchers, mais seulement comme traverses pour le support de couvertures en tôle légère. Par conséquent, les planchers des bâtiments tels que les écoles, les maisons et les bureaux à charpente en acier ont été réalisés avec de lourdes poutres en acier laminé à chaud. Il n'est pas pratique de revêtir de zinc ce type de poutres, mais il faut les peindre, ce qui augmente le prix de revient. Il n'est pas non plus pratique de conserver des stocks de poutres de multiples d'une longueur modulaire, si bien que les lourdes poutres profilées en I ou en H doivent être commandées spécialement avec des longueurs spécifiées. Par l'utilisation de poutres en tôle laminée à froid, dont des longerons latéraux et des longerons intermédiaires faiblement espace's, nous avons été en mesure de prévoir des planchers fortement chargés en utilisant un poids global de métal égal ou un peu inférieur, pour une charge donnée, à celui utilisé dans les charpentes d'acier des constructions réalisées antérieurement, mais avec une profondeur réduite permettant une réduttion de la hauteur hors tout du bâtiment et par la une diminution du prix de revient. La même charpente peut aussi être utilisée pour des toits fortement chargés. Les poutres, traverses et cadres peuvent tous être conçus pour respecter les normes officielles, par exemple l'Annexe NO 1 (mars 1'973 à la Norme Britannique BS 449 Partie 2; 1969. Par commodité, les cadres rectangulaires sont réalisés avec des longueurs (portées) de 12,0 - 9,6 - d,4 - 7,2 - 6,0 et ss ö mètres, et les largeurs pourront être de 2 à 4 mètres, par exemple 2, 4 et 3, 6 mètres, c'est a' dire basées sur une longueur modulaire commune de 1, 2 mètre, de telle sorte que des stocks de ces longueurs puissent être conservés prêts à la livraison et puissent être boulonnes ensemble pour former toute une variété de dimensions et de formes de planchers. La plus grande partie des bâtiments seraient de préférence bases sur une longueur d'environ 7,2 metres et une largeur d'environ 2,4 mètres, c'est a dire que la longueur des cadres serait d'ertviron trois fois la largeur et d'au moins 7 metres. On sait depuis longtemps que les profilés formés a' froid soumis à des charges de flexion ne se comportent souvent pas conformément à la théorie des poutres simples. La rigidité a' la flexion de ces poutres peut être tres inférieure sous fortes charges à celle qu'elles offrent sous faibles charges, et les contraintes prévues par le calcul suivant la théorie de la poutre simple sont souvent tres inférieures a celles auxquelles sont effectivement soumises lesdites poutres. Nous avons réalisé et soumis à essai des poutres pour planchers et des charpentes de bâtiments suivant la présente invention et avons exécuté des essais prolongés sur des poutres, paires de poutres, surfaces de planchers et charpentes de deux étages. Nous avons prouvé qu'elles sont à meme de supporter toutes les charges requises pour conformité aux réglementations officielles concernant le bâtiment. La pressente invention offre les avantages suivants: (i) Production en se'rie de toutes les pièces constituant une char pente complète de butinent; (ii) facilité de -manutention grecs à la légèreté des poutres; (iii) rapidité d'assemblage en usine ou sur chantiers par main d'oeuvre non qualifiée; (iv) économie de stockage et de transport; (v) possibilité de commander un-ensemble de pièces de dimensions standard pour une large gamme de dimensions et de formes de planchers; (vi) le feuillord servant à la réalisation des poutres peut être fabriqué en trbs grandes longueurs et roule, tandis que les poutres en I et en H normales ne peuvent autre réalisées qu'en longueurs limités;; (vii) le feuillard peut être coupé a des longueurs standard prêtes a l'usage à pied d'oeuvre, c'est à dire qu'il n'est pas néces- saire de les couper ultérieurement à des longueurs différentes avant transport au chantier de construction; (viii) les colonnes peuvent être positionnées sur des blocs de béton espacés entre eux,- le plancher inférieur étant suspendu sur les colonnes au-dessus du sol de manière a laisser la surface du sol dégagée pour permettre l'installation des alimentotions en eau et autres services généraux après montage de la charpente du bâtiment. L'acceptabilité pratique de l'invention a été dewveloppée et démontrée par une période prolongée d'architecture, dtétudes et de calculs et par une production expérimentale et des essais à grandeur réelle dans les conditions d'utilisation. L'invention sera décrite ci-dessous à titre d'exemple en se reportant aux dessins schématiques annexés, dans lesquels: La FIGURE 1 est une vue en plan d'un cadre réalisé selon l1in- vention; La FIGURE 2 est similaire à la FIGURE 1 mais présente une modification; La FIGURE 3 est une vue détaillée du joint représenté en A aux FIGURES 1 et 2; La FIGURE 4 est une coupe du plan 4-4 à la FIGURE 3; La FIGURE 5 est une vue détaillée du joint représenté en B aux FIGURES 1 et 2; La FIGURE 6 est une vue en coupe du plan 6-6 à la FIGURE 5; La FIGURE 7 est une vue détaillée du -joint reprssenté en C aux FIGURES 1 et 2; La FIGURE 8 est une vue en coupe sur le plan 8-8 de la FIGURE 7; La FIGURE 9 est une vue en élévation latérale d'une poutre laterale;; La FIGURE 10 est une vue en plan de la même poutre; La FIGURE tl est une vue de l'extrémité de la maeme poutre; Les FIGURES 12 13 et 14 sont des vues similaires aux FIGURES 9, 10 et il mais présentant une modification; Les FIGURES 15, 16 et'17 sont des w vues similaires aux FIGURES 9, 10 et 11 mais repretsentant une poutre d'extrémité; Les FIGURES 18, 19; 20,-21; et 22, 23 sont des vues de trois formes de ferrures de fixation; La FIGURE 24 est une vue en perspective d'une unité de construction; et La FIGURE 25 est une vue en coupe d'un plancher. La FIGURE 1 représente un cadre se composant de poutres latérales exte'rieures 30 et 31, et de poutres d'extrémitets 32 et 33 reliées par des joints d'angles A pour former un rectangle basé sur un module de 1200 mm, c'est à dire que la longueur- est de 8 fois le module et la largeur deux fois ledit module. Le cadre comporte deux poutres longitudinales intérieures 36 et 37 qui ont des membres verticaux espacés de 50 à 150 mm, par exemple 90 mm, disposées à mi-distance entre les poutres d'extrémité et reliées à celles-ci par les joints B. La distance entre les axes des poutres 30, 36 et 31, 37 peut être de 900 à 1800 m par exemple 1020 mm. Les poutres intérieures sont reliées entre elles par les pattes de rac- cordement C espacées sur leur longueur, et des pattes similaires sont prevues pour relier les poutres latérales 30 et 31 aux poutres latérales adjacentes 30A de cadres adjacents aussi espacés de 50 a 150 mm comme les poutres 36 et 27. Les colonnes verticales sont représentées sous le numéro de repère 42. Lorsque la poutre 30 est adjacente a' un mur extérieur, des croisillons de renfort peuvent relier la poutre 30 et la poutre 36 à intervalles sur leur longueur. Ces croisillons peuvent être boulonne's au bord rabattu (FIGURE 11) de la poutre 30 et au bord rabattu 54 de la poutre 36. La FIGURE 2 représente un cadre similaire mais avec deux paires de poutres intérieures 36, 27, 36A et 37A, dont l'entre-axe est la distance modulaire, de même que la distance qui sépare chacune de la poutre latérale correspondante, 30 et 31 respectivement. Les poutres sont des profilés en U et sont munies de trous de boulonnage, et elles seront décrites en détail en se reportant aux FIGURES 9 'a 17. Les FIGURES 3 et 4 montrent le raccord A qui se compose d'équarres 40 soudées à des plaques 41 qui sont elles-m'emes soudées à une colonne verticale en caisson 42. Pour le montage à pied d'oeuvre, les plaques sont boulonnées a la poutrelle latérale 30 par les trous de boulonnage 43 et les équerres 40 sont boulonnées 'a la poutrelle d'extrémité 32 en 44. Lorsqu'un plancher est en porte-a-faux au-dessus du mur inférieur, les extrémités des poutres qui font saillie peuvent être reliées aux poutres d'extreomité par des attaches. La poutre latérale 30A et la poutre d'extrémité 32A d'un cadre adjacent sont reliées de façon similaire à la même colonne par l'attache 40A et la plaque 41A. Les traits 42A indiquent les plus grandes dimensions possibles de la colonne 42. Le joint en B (FIGURES 1 et 2) est représente aux FIGURES 5 et 6 et se compose d'une attache en U46 boulonnée aux poutres 32- 36, 37 en 48. L'attache 46 dépasse de la profondeur des poutrelles et est positionnée entre les poutrelles intérieures 36 et 37. Le joint en C est représenté aux FIGURES 7 et 8 et comporte également une attache en U 49. Pour la fixation d'une structure de toit superposée 50A, une plaque de fixation 50 est boulohnée aux poutres et a un prolongement 51 situé au-dessus des poutres. L'attache 49 dépasse de la profondeur totale des -poutres. La plaque 50 et le prolongement 51 ne figurent pas sur là FIGURE 7. Les FIGURES 9, 10 et il représentent une poutre dont la section présente un membre principal 53 et deux brides 54 et 55 perpendiculaires à ce dernier et disposés sur ses bords, et deux bords 56 et 57 rabattus intérieurement perpendiculairement aux brides. La largeur en plan d'une poutre peut etre approximativement la même que la distance entre les poutres intermédiaires (50 à 150 mm), par exemple 90 mm. Le membre principal pourrait, si on le désire, être en partie vertical et en partie incliné de manière à s'étendre d'un côté de la poutre à l'autre. Le membre 53 comporte au moins deux ensembles de trous de boulonnage 58 et 5A, chacun ayant au moins quatre (paresemple six) trous près des extrémités de la poutre, des trous de boulon nage supplémentaires 59-à intervalles le long de la poutre, et' un ensemble de trous de boulonnage 60 et 60A a' chaque extrSmité, chaque ensemble étant constitué de trois trous d'un côté espacés plus étroitement que les trous 58A et de trois trous similaires du côté opposé de la poutre. Tous ces trous sont dans le membre principal 53.Les brides 54 et 55 ont des trous de boulonnage 62 espacés à distance égale le -long de la poutre et un ensemble de trois trous 63, o3A, à chaque extrémité, espacés de manière correspondante à ceux des ensembles 60 et 60A. La raison des ensembles de trous d'extrémités est de permettre l'utilisation de colonnes de sections différentes, par exemple 80 x 80 mm, 120 x 80 mm, et 160 x 80 mm. Avec la plus petite section, les trois trous sont utilisables, Avec les autres sections, une paire de trous sera couverte par la colonne ou trop près de la colonne pour être uti lisable. Ainsi, avec toutes les sections, au moins deux paires de trous de boulonnage sont disponibles pour la fixation des cadres en poutrelles à la colonne. Ce-type de poutre serait la poutre standard pour un bâtiment normal à plan rectanguAaire. To-utefois, si le bâtiment a une forme de plan irrégulière con -stituée de rectangles décalés les uns par rapport aux autres, les poutres spéciales peuvent autre prévues, dotées d'ensembles supplémentaires de quatre ou six trous espacés également sur la longueur de la poutre, de la proximité d'une extrémité à Icr proximité de l'autre extrémité, de la manière illustrée aux FIGURES 12, 13 et 14. Des ensembles de poutres standard et spéciales de longueurs modulaires différentes seront prévus. Ura poutre d'extrémité 32 est représentée aux FIGURES 15, 16 et 17, qui est constituée également d'une âme principale 66, de brideslatér- ales 67- et de bords rabattus 63, ainsi que de trois trous de boulonnage alignes transversalement et de trous de boulonnage similaires 70 à midistance entre les trous d'extrémité. Des trous 71 disposés aux mêmes espacements sont prévus dans les brides. Les FIGURS;.13 et 19 repre'sentent la partie 30 de la FIGURE 3. Les FIGURES 20, 21 et 22, 23 représentent des attaches comme 49 (FIGURE d) et 46 (FIGURE 6) mais de longueurs ditférentes. Toutes les pièces décrites ci-dessus sont réalisées en tôle d'acier de 1,5 à A,0 mm d'épaisseur revêtue d'une couche protectrice, par exemple du zinc, et profilée par laminage à froid. La FIGURE 24 représente un bâtiment en perspective, constitue d'un cadre de plancher 76, d'un cadre de plancher intermédiaire 77 et d'un cadre de toit 79, qui peuvent tous être fixés aux colonnes verticales 80, 81 qui sont situées entre lesdits cadres et 11 ensemble suivant de cadres identiques, de telle sorte que les colonnes sont situés entre les poutres latérales et les poutres similaires adjacentes suivantes espacées de la memè distance que les poutres. Les planchers sont couverts de planches 83. Les extrémités inférieures des colonnes peuvent être encastrées dans des blocs de béton ou dans des alvéoles prévues dans une fondation en beton, qui sont finalement remplies de béton.Les plaques d'assise 85 peuvent être soudées aux extremités des colonnes. Dans la construction, toutes les poutres et attaches peuvent être assemblées par boulonnage. Il est possible de construire tous les cadres 36, 37, 38 et 39 avec leurs panneaux supérieur et inférieur (sauf les éléments d'extrémité des panneaux) au niveau du sol, puis les élever en les faisant coulisser le long des colonnes jusqu'a la hauteur requise où ils sont boulonnés en position et les éléments d'extrémité des panneaux alors mis en place. La FIGURE 25 montre une méthode de couverture d'un plancher dang laquelle 87 et 88 sont deux poutres réalisées suivant la présente invention. L'espace entre les poutres est couvert. par une ou plusieurs sections d'un plateau peu profond 89 qui loge un matériau isolant thermique 90. Un matériau isolant similaire 91, 92 est prévu entre plateaux adjacents. Des tôles ondules 94 sont placebo sur les poutres entre paires adjacentes de poutres, les ondulations étant disposées transversalement par rapport à la longueur des poutres. La coupe d'une tôle ondulée dans le plan 94A-, 4A est représentée en 94B. Les tôles 94 sont couvertes de plancher ou peuvent être remplies de béton qui peut atteindre le niveau 95.Une feuilla isolante imperméable à la vapeur peut être prévue sous le plancher, par exemple surales poutres 8.7 et 8.S. MODELES DE PROFILS ET DE FIXATION DES POUTRES Des profiles standard en U a bords rabattus ont été adoptés pour les poutres auiniveau du plancher et du toit en fonction de la portée maximale et de la charge maximale. Pour obtenir la construction la plus économique, des réductions ont été apportées dans l'epaisseur du métal utilise pour les poutres des portées les moins longues de la man iere suivante:: (A) Portée du toit 9,o m Epaisseur 3,0 mm 8,4 m 2,0 mm 7,2 m 1,7 mm 6,0 m ) 1,5 mm 4,8m-) (B) Portée du plancher 9,6 m Epaisseur 3,2 mm 8,4 m 2,8 mm 7,2 m 2,4mm 6,0 m ) 4,B m ) (C) La disposition universelle des trous adoptée pour les poutres permet le positionnement des colonnes avec entre axes de 600 mi le long des portées. Il est donc possible de réaliser toute une variété de formes de plans de coati ments et de prevoir des variations de niveaux de toit ou de plancher dans Un membre bâtiment en utilisant les éléments constitutifs de base avec poutres. (D) Pour les formes de plans de bâtiments plus régulières, par exemple un immeuble rectangulaire d'un ou deux étages, on -peut utiliser des poutres munies d'un nombre de trous réduit. La charpente du bâtiment peut être revêtue de tout motériau pour murs, par exemple des briques ou des panneaux qui peuvent être reliés a la charpente par des attaches, fixations pour briques ou autres moyens. REVENDICATIONS 1. Cadre rectangulaire convenant à la construction d'un plancher ou d'un toit, se composant de poutres latérales et d'au moins une paire de poutres intermédiaires situes entre les poutres latérales et paral lèles à celles-ci, lesdites poutres étant toutes réalisées en tôle d'acier d'une épaisseur de 1,5 à 5 mm et laminée à froid pour donner un profilé ayant au-moins trois membres dont au moins un vertical, les ~membres verticaux des poutres intermédiaires étant parallèles entre eux et espacés de 50 à 150 mm, et fixés ensemble entre leurs extrémités, toutes les poutres étant fixées entre elles à leurs extrémités par des traverses. 2. Cadre selon la revendication 1 dans lequel la poutre a deux membres horizontaux dirigés dans la même direction a partir du haut et du bas du membre vertical, et deux membres étroits dirigés l'un vers l'autre à partir des bords des membres horizontaux. 3. Cadre selon la revendication 1 ou 2 dans lequel les traverses sont des poutres de mêmes épaisseur et section transversale que les poutres latérales. 4. Cadre selon la revendication 1, 2 ou 3 dans lequel la profondeur du membre vertical est d'au moins quarante fois l'épaisseur de la tôle. 5. Cadre selon l'une quelconque des revendications 1 a 4 dans lequel les poutres sont réalisées en feuillard galvanisé et munies de trous de boulonncge dont plusieurs sont verticalement espacés de plusieurs distances égales et un ensemble de trous moins espacés aux extremités de la poutre, ces derniers permettant la fixation à des colonnes de sections différentes. Cadre selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 dans lequel la largeur du cadre est de 2 à 4 mètres et correspond à deux ou trois fois une longueur modulaire, et la longueur du cadre est un multiple de la même longueur modulaire et au moins quatre fois cette lon gueur. 7. Cadre- selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 dans lequel la distance entre l'axe d'une poutre latérale et l'axe de la poutre intermédiaire adjacente est de 900 à 1300 mm. Bâtiment ayant un plancher ou un toit constitué d'une pluralité de cadres selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dont les poutres latérales adjacentes de cadres adjacents ont leurs membres verticaux espacés de 50 à 150 mm et fixés ensembles leurs extrémités et entre celles-ci 9. bâtiment selon la revendication w ayant des colonnes d'acier entre poutrelles latérales adjacentes. 10. Bâtiment selon la revendication 3 dans lequel les colonnes sont fixées sur des blocs de béton espacés les uns des autres, un plancher monté sur les colonnes étant suspendu au-dessus du sol et un matériau d'isolation thermique étanche à la vapeur étant disposé sur la surface du plancher. 11. Bâtiment selon la revendication , 9 ou 10 dans lequel les poutres latérales adjacentes sont couvertes de plaquas profilées peu profondes qui supportant des plateformes en tôle ondulée qui supportent elles-mêmes une couche servant de plancher. 12. Bâtiment selon l'une quelconque des revendications o a 11 comportant des poutres de longueurs diverses qui sont toutes un multiple d'une longueur modulaire commune.