Brevet FR2555678A1 — publié le 19850531

La présente invention concerne un dispositif permettant la réalisation de noeuds d'assemblages multidirectionnels pour structures spatiales quelconques et la réalisation de ces structures. Les structures spatiales trouvent leurs applications dans plusieurs domaines, on peut citer, et sans que celà soit limitatif , la construction pour la réalisation de charpentes de grande portée ; l'éducation pour la réalisation de maquettes représentant des éléments dans l'espace : le montage d'expositions modulaires et démontables ; et toutes autres applications nécessitant la liaison dans l'espace entre différents points appelés noeuds. Les avantages principaux de ce type de structure sont techniques ; en permettant la réalisation de structures tridimensionnelles légères et de grandes portées, ceci résultant d'une répartition dans l'espace des contraintes au lieu de rester dans le plan ; économiques car il permet une économie de matière importante (de 30% à 40%) par rapport aux structures bidimensionnelles, et architecturaux en autorisant une grande liberté dans la conception. De telles structures nécessitent la réalisation de noeuds sur lesquels s'assemblent les barres assurant la liaison entre les noeuds, l'ensemble noeuds et barres définissant la structure spatiale. Chaque structure se différencie par le nombre de barres s'assemblant sur le noeud, par l'orientation des barres, par leur longueur, par les contraintes s'exerçant sur - les barres convergeant vers le noeud. Il en résulte qu'à chaque structure correspond un noeud, celles-ci étant très diverses, il en découle une multiplicité de noeuds diférents. Les dispositifs actuellement développés utilisent un noeud spécifique par type de structure, il est constitué généralement d'un assemblage par soudure de plaques métalliques percées de trous permettant la fixation de la barre sur le noeud. Des tentatives de rationnalisation de la fabrication des noeuds ont été réalisées, elles consistent à les composer en combinant des plaques standards préformées et prédécoupées pour obtenir des noeuds différents. I1 n'en résulte pas moins qu'un noeud déterminé ne permet qu'un assemblage d'un nombre donné de barres dans des directions imposées, cet inconvénient limite les possibilités d'industrialisation de leur fabrication, et en alourdit le prix de revient, or l'incidence du coût du noeud dans une structure spatiale est jusqu'à présent important et en tout état de cause supérieur à l'économie de matière réalisée sur les barres. Ceci est une raison du faible développement de ces structures pourtant séduisantes du point de vue performances techniques et plastique architecturale. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en créant des noeuds permettant d'assurer simultanément un nombre variable et important , pouvant dépasserquarante,de branchements, selon un même nombre d'orientations différentes. I1 en découle une réduction de l'éventail des noeuds, des possibilités de réalisation de grande série et bien entendu un abaissement du prix de revient devant permettre à ce type de. structure de trouver le développement qui lui revient dans des conditions économiques satisfaisantes. Selon l'invention l'élément de base est un tube circulaire dans lequel sont percés radialement dans la paroi et espacéslongitudinalement, des trous lisses ou taraudés, à droite, ou à gauche, et servant à la fixation de l'organe d'assemblage, selon une variante les trous peuvent être remplacés par des lumières permettant d'ajuster le positionnement de l'organe d'assemblage. Un ensemble de trous ou de lumière dans un plan radial constitue un noeud. Le tube sur lequel est réalisé l'ensemble des noeuds définissant des plans parallèles est appelé, par convention, dans la suite de la description, connecteur linéaire. Sur ces noeuds s'assemblent les barres au moyen d'organes d'assemblage différents et adaptés à la nature des barres, à leur mode de travail, compression ou en traction ainsi qu'à la destination et au caractère définitif ou provisoire de l'ouvrage. L'appui des barres sur le noeud s'effectue selon l'invention, préférentiellement par l'intermédiaire d'une plaque cintrée dont le rayon de courbure de la paroi interne est le même que le rayon externe du tube, ceci assurant une répartition et une convergence précise des contraintes sur l'axe du noeud. Les barres se fixent, selon l'invention par vissage direct dans le trou taraudé, dans ce cas les barres comportent en leur extrémité une tige filetée, dont les pas sont inversés, permettant ainsi par le même mouvement de rotation la liaison entre deux noeuds. I1 est également possible, selon l'invention, de réaliser un organe d'assemblage en soudant au centre des plaques d'appui et normalement à la courbe, un profilé sur lequel se fixe la barre dont la forme et les dimensions sont adaptées à la nature de la barre et aux contraintes transmises. La plaque d'appui étant percée de part et d'autre du profilé de deux trous ; la fixation au noeud s'effectuant alors soit par vissage d'un boulon dans le trou taraudé ou par boulon rondelle et écrou au travers du trou lisse ou de la lumière existant dans le noeud, ou par tous autres procédés tels que, et sans que celà soit limitatif, le rivetage, la soudure, ou l'utilisation de cheville à aile escamotable. Les noeuds réalisés à partir du seul élément de base permettent la réalisation de structures spatiales bidimensionnelles selon des plans parallèles. Selon l'invention chaque noeud peut être isolé dans une couronne, sur laquelle peuvent être assemblés dans un seul plan au moyen des organes d'assemblage venant d'être définis, différents éléments de structure ; ce noeud sera appelé, par convention, dans la suite de la description noeud couronne. Afin de pouvoir prendre appui, ou se fixer sur des surfaces planes ou courbes et/ou dans des angles, ces noeuds couronnes peuvent être, selon l'invention, fractionnés, -et pourvus d'une base d'appui dont la forme et la dimension sontadaptées à la nature du support. L'assemblage de ces noeuds couronnes dans des plans différents va permettre, selon l'invention, la réalisation de noeuds multidirectionnels permettant la composition d'une multitude de structures spatiales tridimensionnelles à nappe simple ou superposée dont la maille de base sera un polygone régulier, ce noeud pour structure tridimensionnelle est appelé par convention dans la suite de la description:noyau. Ces noyaux sont réalisés, selon l'invention, préférentiellement en utilisant des portions de couronnes de même diamètre, leur assemblage se faisant alors par soudure. I1 est également possible, selon l'invention, de réaliser ces noyaux à partir de couronnes, de diamètre complémentaire, emboitées successivement les unes dans les autres, assemblées par des liaisons mobiles ou fixes,cette forme de réalisation a l'avantage de la simplicité mais nécessite des corrections de longueur de barre, mais elle permet selon l'invention de réaliser des noyaux permettant des branchements multiples dans des directions quelconques constituant ainsi un noyau universel. Afin de pouvoir prendre appui ou se fixer sur des surfaces planes ou courbes, et/ou dans des angles, ces noyaux, selon l'invention, peuvent être fractionnes et pourvus d'une base d'appui dont la forme et la dimension sont adaptées à la nature du support. L'invention sera mieux comprise en se reportant à la description qui suit en référence aux dessins annéxés donnant, à titre d'exemple et non limitativement, des formes de réalisations de noeuds conformes à ladite invention. - La figure 1 montre en élévation un connecteur linéaire pour structures bidimensionnelles - La figure 2 est la coupe radiale sur un noeud couronne à 16 branchements au moyen de trous. - La figure 3 est une coupe transversale sur un noeud couronne à 16 branchements au moyen de trous. - La figure 4 représente en coupe radiale un noeud couronne à 8 branchements au moyen de lumière. - La figure 5 est une coupe transversale d'un noeud couronne à 8 branchements au moyen de lumière. - La figure 6 est un noeud constitué d'une demi-couronne - La figure 7 est un noeud constitué d'un quart de couronne - La figure 8 est un noeud constitué d'un croissant de couronne - La figure 9 montre une liaison entre noeuds par vissage des barres. - La figure 10 montre un organe d'assemblage constitué d'une plaque d'appui cintrée à laquelle est soudée une plaque plane. - La figure 11 montre en perspective un assemblage en croix de trois noeuds couronne de diamètre identique pour constituer un noyau à 42 branchements. - La figure 12 montre en vue de dessus un assemblage en croix de noeuds couronne. - La figure 13 montre en plan, un assemblage en étoile de noeuds - La figure 14 montre en perspective un demi-noyau pouvant être fixé à une surface plane. - La figure 15 montre en perspective un fuseau pouvant être fixé dans un angle. - La figure 16 montre en perspective un demi-fuseau limité par un trièdre. - La figure 17 montre en perspective un noyau réalisé à partir de couronnes s'emboitant les unes dans les autres et reliées par des liaisons mobiles. - La figure 18 montre un noyau inscrit dans un noeud couronne. La figure (1) présente l'invention dans sa forme de base, il s'agit d'un tube (1) percé radialement de trous circulaires (2) ou de lumière (3) réalisant un connecteur linéaire, sur lequel s'assemblent les éléments de structure au moyen des organes d'assemblage dont des exemples de réalisation sont donnés par les figures (9) et (10) ; ces organes ont en commun la plaque d'appui, indépendante (9) -ou solidaire (10) de l'organe d'assemblage, assurant simultanément la répartition des contraintes sur la surface du noeud, et leur convergence sur le centre géométrique du noeud. La liaison des barres avec le noeud peut se faire par vissage, figure (9), dans un trou taraudé, de tiges filetées solidaires de la barre, dans ce cas on utilise préférentiellement des pas de vis inversés,permettant par un seul mouvement de rotation la liaison entre deux noeuds, un contre écrou (11) assurera le blocage de la liaison. Cette forme d'assemblage est avantageusement utilisée dans la réalisation de structures démontables. I1 est également possible de réaliser un organe d'assemblage tel qu'il est représenté par la figure (10) en soudant normalement à la plaque d'appui (10) un profilé (12) sur laquelle s'assemble la barre, la liaison entre l'organe d'assemblage et le noeud se faisant par vissage d'un boulon (13) dans le trou taraudé ou par boulonnage (14) avec boulon écrou et rondelle au travers d'un trou lisse ou d'une lumière. Cette forme d'assemblage est préférentiellement utilisée pour la liaison entre des noeuds supportant de fortes contraintes. - Ce connecteur linéaire permet la réalisation de structures planes à partir de barres multidirectionnelles dans des plans parallèles. A titre d'exemple et sans que celà soit limitatif on peut citer quelques applications. Utilisé en sablière, dans le domaine de la construction, ce connecteur linéaire, permet un assemblage direct de la structure de toiture et des murs assemblé en triangle ou en carré, il permet la réalisation de poteaux ou de poutres réticulés pouvant servir d'appui au départ d'une structure tridimensionnelle , ce connecteur peut également assurer dans une charpente la fonction de poinçon sur lequel s'assemblent les différents éléments. Ce connecteur linéaire, divisé en tranches, permet l'obtention de couronnes (4) et (5), représentées par les figures (2) (3) (4) et (5) et formant des noeuds couronne multidirectionnels permettant un nombre de branchements importants, les figures (2) et (3)- représentent un noeud couronne (4) à 16 branchements au moyen de trous lisses ou taraudés, les figures (4) et (5) représentent un noeud couronne (5) à 8 branchements au moyen de lumière (3). Ces noeuds couronne peuvent être fractionnés en réalisant par exemple des demi-couronnes (6)(fig.6) des quarts de couronne (7) (fig. 7) ou des croissants de couronne (8)(fig; 8) permettant l'adaptation de la base d'appui du noeud à la forme géométrique de son support. Ces noeuds couronne sont utilisés pour assurer la liaison d'éléments de structure dans un même plan. L'assemblage de noeuds couronne de même diamètre suivant des plans différents va constituer des noyaux sur lesquels il sera possible de brancher des barres selon une multitude de directions pour réaliser des structures spatiales tridimensionnelles. Ces noyaux peuvent être fractionnés en réalisant par exemple des demi-sphères, des calottes, des fuseaux ou des demi-fuseaux. Les figures (11) à (16) montrent des exemples non limitatifs de combinaisons possibles de noeuds couronne permettant la réalisation de noyaux creux à branchements multiples ayant en commun la possibilité d'accès à l'intérieur pour y fixer les organes d'assemblage ou pour y placer d'autres éléments tels que des systèmes d'éclairage. L'assemblage réalisé selon les figures (17) et (18) à partir de noeuds couronne de diamètres différents et reliés par des articulations libres, permet l'obtention d'un noyau autorisant une multitude de branchements dans des directions variables de l'espace ; il est bien entendu possible de bloquer les articulations, à la demande, en fonction de l'orientation des différents plans composés par les barres de la structure. Ce type de noyau de réalisation simple, permet de concevoir tous les cas de figures de structure, son universalité est réelle. Ainsi qu'il ressort de cette description, ces noeuds d'assemblage permettent à partir d'une panoplie limitée, la conception d'une multitude de typesde structures spatiales bidimensionnelles ou tridimensionnelles. La fabrication de ces noeuds est d'une grande simplicité, ne nécessite aucun pliage ou emboutissage mais simplement du tronçonnage, du perçage et de la soudure, différents noeuds étant réalisés à partir du meme élément de base, la couronne, l'industrialisation de la fabrication peut être envisagée avantageusement. Les matériaux utilisables pour la fabrication sont très variés et dépendent de la destination et des contraintes appliquées au noeud, couramment, il pourra être utilisé l'acier, l'aluminium, le plastique ou autres matières. Ces noeuds sont utilisables pour toutes réalisations de structures spatiales bidimensionnelles ou tridimensionnelles, définitives ou modulaires, fixes ou articulées. REVENDICATIONS 1) Dispositif pour la réalisation de noeuds d'assemblages multidirectionnels destinés à l'édification de structures spatiales et caractérisés par leur forme, de section circulaire, constituée d'un tube (1) dans lequel est perçée radialement dans un même plan, une succession de trous (2) lisses ou bien taraudés à droite ou à gauche, ou une succession de lumières (3) réparties longitudinalement et servant à la fixation des organes d'assemblage des barres au noeud. 2) Dispositif selon la revendication (1) caractérisé en ce que la liaison entre les barres de la structure et les noeuds se fait par l'intermédiaire d'une plaque d'appui (9) ou (10) assurant la répartition et la convergence des contraintes. 3) Dispositif selon la revendication (1) et (2) caractérisé en ce quelles noeuds et les organes d'assemblage peuvent être réalisés en toute matière se prêtant à leur façonnage. 4) Dispositif selon les revendications (1) et (3) caractérisé en ce qu'un plan radial de trous puisse être isolé dans une couronne (4) ou (5) et constituer un noeud couronne pour branchements multidirectionnels. 5) Dispositif selon les revendications (1) (3) et (4) caractérisé en ce que le noeud couronne puisse être fractionné. 6) Dispositif selon les revendications (1) (3) (4) et (5) caractérisé en ce que les noeuds couronne de même rayon puissent être assemblés dans des plans différents réalisant ainsi des noyaux permettant des branchements multidirectionnels dans des plans différents. 7) Dispositif selon les revendications (1) (3) et (4) caractérisé en ce que les noeuds couronne de différents diamètres puissent s'emboiter dans différents plans et être reliés par des liaisons fixes ou mobiles. 8) Dispositif selon les revendications (1) (3) (4) t5) et (6) caractérisé en ce que les noyaux obtenus par combinaison de noeuds de même diamètre puissent être fractionnés. 9) Dispositif selon les revendications (1) (3) (41 et (7) caractérisé en ce que les noyaux obtenus par combinaison de noeuds couronne de diamètres différents puissent être fractionnés. 10) Toutes structures fixes ou articulées réalisées avec le dispositif, suivant l'une quelconque des revendications précédentes.