Brevet FR2572107A1 — publié le 19860425

La présente invention concerne un système de construction préfabriquée, en grands éléments,se prêtant à une grande diversité de réalisations architecturales. Les sytèmes actuels de construction préfabriquée font généralement appel - soit à des éléments de structure (plancher, mur, poteau) en béton,fabri- qué en usine ou en atelier forain. - soit à des cellules complètes,autoporteuses,comportant parois et murs de façade , réalisécde façon industrielle par des entreprises spécialisées. Dans le premier cas, les planchers sont constitués d'éléments de grande dimension, travaillant sur deux appuis et d'un poids en général inférieur à quatre tonnes, on allège de différentes manières ces éléments Par la réalisation d'une dalle pleine de 16 cm d'épaisseur environ, par l'incorporation d'éléments creux (hourdis) ou isolants (polystyrène), par leur fabrication sous forme tubulaire ou par leur conception en sous-face alvéolée. Mais,l'importance des travaux annexes,nécessités par ce système, grève assez lourdement le coût des constructions. Dans le second cas, il s'agit d'éléments structuraux à trois dimensions,destinés à des utilisations assez spécifiques, ne laissant guère de latitude aux architectes, entraînant des travaux de préfabrication assez complexes et coûteux, et nécessitant des moyens de transport et de mise en oeuvre très importants. Différentes solutions ont été envisagées et développées en vue d'obtenir un système constructif plus simple et plus universel, permettant la réalisation de structures porteuses horizontales et verticales de bâtiment à partir d'éléments préfabriqués offrant une grande diversité d'arrangements. Parmi ces systèmes, on peut citer, en particulier, celui décrit dans le brevet français nO 2.457.937 du 30 mai 1979, concernant un procédé de construction et les éléments de construction pour sa mise en oeuvre, qui consiste à réaliser, au moines partiellement, les structures porteuses d'un bâtiment sous forme de résille ou grille en béton armé, formée de nervures espacées selon un entraxe de 0,60 m. La structure du bâtiment étant formée de refends verticaux, de hauteur d'étage, constitués par de telles résilles assemblées à des planchers constitués de telles résilles complétées, sur une face, par un voile formant paroi, dalle ou table de compression, d'environ 5 cm d'épaisseur, coulé en même temps que la résille. Ces éléments ou résilles, qui ont une longueur et une largeur multiple de 0,60 m, pouvant atteindre respectivement 5,40 m et 2,50 m, sont réalisés par moulage de béton dans un moule dont le fond défini des nervures orthogonales de 0,60 m d'entraxe, ayant quatre nervures dans une direction et deux à dix dans l'autre, avec une partie au mpins des éléments de coffrage des bords déplaçables. Dans ce système, le voile que comporte les planchers est disposé en surface afin d'obtenir une sous-face alvéolée, dont les creux-sont ultérieurement masqués par l'intermédiaire d'un faux plafond réalisé généralement à partir de plaques de plâtre. Beaucoup de systèmes préfabriqués, tel que celui évoqué ci-dessus, ayant des éléments de poids inférieur au seuil de la loi de masse, nécessitent, pour l'isolation phonique aux bruits aériens,des éléments de correction réalisés par des plafonds suspendus en plaques de plâtre et isolants. Or, ces plafonds suspendus ne répondent pas aux règlements de construction antisismique en vigueur, qui proscrivent,en particulier Les plafonds composés de matériaux fragiles ou de ténacité médiocre, à moins que,dans ce dernier cas, ils soient pourvus d'une armature suppléant à ce défaut; ce qui n'est pas le cas pour les plafonds en plaques de plâtre à enduire ou à parement lisse, qu'il n'est pas d'usage d'armer. De plus, ces systèmes de plancher, portant sur deux appuis libres, sont limités en portée, en flèche et nécessitent un fort pourcentage d'acier. Le système de construction préfabriquée selon l'invention vise à remédier aux inconvénients présentés par les systèmes utilisés jusqu'à présent et énumérés au paragraphe ci-dessus et à offrir certains avantages facilitant la fabrication, la mise en oeuvre, le montage et l'incorporation architecturale des éléments de construction résultant de son utilisation. Ce système de construction préfabriquée, à éléments nervurés ou alvéolés, se caractérise principalement en ce que les éléments de plancher constituent une trame de base obtenue par l'intermédiaire de trois caissons alvéolés dont deux, disposés latéralement et reposant sur trois appuis, soutiennent, par leur rive,un caisson central. La nervure de rive des caissons latéraux de la trame a un profil particulier permettant la mise en appui du caisson central,dont les nervures de rive ont un profil complémentaire. Le profil de la jonction des panneaux latéraux et centraux permet un bon traitement du joint en plafond. La face alvéolée des caissons,constituant la trame du plancher, est disposée vers le haut la sous-face plane de 4 cm d'épaiseur réalise le plafond de l'étage inférieur. Selon leurs positions,les alvéoles des planchers seront remplies de différentes façons - aux planchers haut du sous-sol,ou sur vide sanitaire, les alvéoles seront remplies d'isolant tel que l'argile expansée. L'isolation thermique sera complétée par un isolant rigide disposé sous la chape du carrelage. - aux planchers intermédiaires, les alvéoles seront remplies de sable pour réaliser l'isolation phonique aux bruits aériens. Un isolant phonique aux bruits d'impact en mousse de polyethylène, est interposé entre les caissons et le sol. - au plancher terrasse les alvéoles seront remplies de béton pour réaliser une toiture à pente nulle, avec les composants habituels d'isolation et d'étanchéité. /d'isolant - au plancher sous comble, les alvéoles seront remplies tel que l'argile expansée. L'isolation êtant complétée par des matériaux isolants déroulés sur la surface du planoher. Les trois appuis utilisés pour supporter les caissons sont constitués des murs périphériques ou des poutres. Lorsque la trame est carrée, celle-ci mesure 6,10 m entre.nu des murs et est constituée de deux naissons latéraux de 6,16 m de longueur sur 2,40 m de largeur et d'un caisson central de 6,16 m de longueur et de 1,43 m de largeur En modifiant la forme des caissons latéraux et cehtraux il est possible d'obtenir différents types de trame. La trame rectangulaire se-déduit de la trame carrée par réduction de la longueur des éléments de Nx 60 cm, en supprimant une ou plusieurs alvéoles. Une trame rectangulaire particulière : La trame hôtelière, de 5,50 m sur 6,70 m, est obtenue par la combinaison de deux caissons latéraux de 5,50 m de portée et d'un caisson central comportant 9 alvéoles en longueur et 3 alvéoles en largeur. En modifiant le caisson central,il est possible d'obtenir une trame trapezoidale et de réaliser des immeubles de formes arrondies. L'angle du caisson central peut varier, ce qui permet d'obtenir différentes courbures. La trame octogonale est composée d'un caisson latéral dont les côtés sont tronqués à #50'eut d'un caisson central ayant une trame de 60 cm de plus dans chaque sens que le caisson central normal. Ces différentes compositions de trames permettent d'obtenir une très grande variété de conceptions architecturales. La conception de caissons reposants sur 3 appuis permet d'obtenir des flèches réduites et de réaliser des économies importantes d'acier. Dans toutes les nervures des caissons, à mi-épaisseur et dans les axes des alvéoles, peuvent être réalisés, à la demande, des réser- vations de 3 cm de diamètre permettant aux canalisations électriques de passer ainsi dans le "ravoirage" réalisé par le remplissage des alvéoles des caissons. Des-balcons,de portée libre variable et de longueur maximum 2,40 m dans le sens de la façade, peuvent être préfabriqués. Les aciers hauts, espacés de 15 cm, sont ancrés dans les deux premières rangées d'alvéoles du caisson inlérieurr La hauteur des deux premières nervures du caisson est ramenée à 10 cm de hauteur. Les aciers hauts venant s'incorporer facilement dans la sinusoide du ferraillage des poutrelles du caisson. Cette sinusoïde réalise la jonction entre le béton préfabriqué et le béton de remplissage des deux premières rangées d'alvéoles. Ce béton de remplissage assure un certain contre-poids et permet de transmettre le moment négatif du balcon aux nervures qui lui sont perpendiculaires. Les balcons préfabriqués, reposant sur des consoles, peuvent être réalisés Les consoles sont alors préfabriquées avec les poteaux de jonction. Les murs préfabriqués,du système constructif, sont des murs nervurés respectant la normalisation en vigueur. Leur épaisseur brute est de 20 cm pour une hauteur de 258 cm. Leur longueur2varie suivant le nombre d'alvéoles, de 1?8 cm à 488 cm. Les murs de façade sans ouverture sont semblables aux murs intérieur avec, en plus, les dispositifs d'étanchéité verticale et horizontale. Ces murs nervurés sont assemblés à des poteaux de jonction par des dispositifs boulonnés. Certains murs peuvent travailler en poutre cloison. Le fer I s raillage du voile est, bien entendu, renforcé ainsi que la solidarisation boulonnée mur-poteau de jonction. Les panneaux de façade, avec ouvertures,sont conçus pour permettre de réaliser facilement,aux niveaux inférieurs, la création de parkings. Dans cette optique la nervure horizontale supérieure, de 30 cm de hauteur, permet de réaliser avec les 20 cm du plancher une poutre de bonne inertie. De même, un bord vertical du panneau est raidi par une partie pleine formant poteau. Les "zones poteau" sont à l'aplomb des poteaux des niveaux inférieurs : ce qui permet de descendre facilement les charges. Il est possible d'incorporer des volets roulants,en réduisant localement à 16 cm d'épaisseur la retombée du linteau. Les murs se positionnent par des dispositifs de réglage amovibles qui seront décrits plus loin. L'ensemble plancher-mur permet de réaliser un système cons tructif bien contre-venté dans les deux sens et résistant valablement aux diverses sollicitations dues aux vents et aux mouvements sismiques. La fabrication des planchers et des murs nécessite un seul et même appareillage de fabrication. I1 faut - une table de coffrage basculante de 3 m sur 7 m, constituée d'un bâti rigide équipé de vibrateurs à vibration unidirectionnelle à haute fréquence, et d'une surface coffrante du type banche isothermique - un bâti périphérique de coffrage constitué de profilés rigides réalisant la forme périphérique du composant - des coffrages des baies, pour la réalisation de murs de façade avec ouvertures, fixés sur la table de coffrage, ainsi que les matrices éventuelles de forme. - un moule constitué d'un bati en-profilés métalliques sur lequel sont fixés les négatifs des alvéoles à réaliser. Il faut noter que, pour l'ensemble du procédé, il n'existe que 5 types de négatif : 8 cm pour les caissons de plancher, un pour les murs intérieurs et extérieurs, un pour les murs de façade avec ouverture et un dernier, variable1 pour la réalisation des allèges. Le moule vient se positionner au pont roulant ou à la grue sur la table de coffrage, de suite après le coulage de la peau du panneau (4 ou 7 cm d'épaisseur suivant qu'il s'agit de caisson ou de mur), Après coulage et vibration du composant, des plaques isolantes sont posées sur toute la surface des panneaux,sur les négatifs. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va suivre d'un système de construction préfabriquée selon l'invention donné à titre d'exemples non limitatifs au regard des dessins annexés représentant respectivement - Figure 1, une vue de dessus d'une trame carrée. - Figure 2, une vue en coupe d'une trame carrée. - Figure 3, une vue de dessus d'une trame trapezoidale. - Figure 4, une vue de dessus d'une trame octogonale.combinée avec des éléments rectangulaires. - Figure 5, une vue de face d'un mur préfabriqué intérieur. - Figure 6, une vue de côté,en coupe verticale, d'un mur préfabriqué intérieur. - Figure 7, une vue de face d'un mur de façade sans ouverture. - Figure 8, une vue de côte en coupe verticale,d'un mur de façade sans ouverture. - Figure 9, une vue de face d'un mur de façade avec ouverture. - Figure 10, une vue en coupe verticale d'un mur de façade avec ouverture. - Figure 11, une coupe transversale du dispositif de fixation des murs aux poteaux de jonction. - Figure 12, une coupe du dispositif de réglage du positionnement des murs. - Figure 13, une coupe d'un balcon raccordé aux éléments d'un plancher. - Figure 14, une coupe longitudinale du dispositif de moulage des caissons. - Figure 15, une vue de dessus du dispositif de moulage des caissons. - Figure 16, le plan d'un étage courant d'un immeuble à planchers à trames carrées et rectangulaires. - Figure 17, le planldes-parkings correspondant à l'immeuble ci-dessus. - Figure 18, une autre conception d'immeuble,à planchers à trames carrées et rectangulaires. - Figure 19, le plan des parkings correspondant à l'immeuble ci-dessus. - Figure 20, le plan d'un niveau d'un immeuble en duplex combinant les trames carrées, rectangulaires et biaises. - Figure 21, e:planrdes parkings correspondant à l'immeuble ci-dessus. - Figure 22, le plan d'un étage courant d'un immeuble à trames trapézoidales. - Figure 23, le plan deslprkings correspondant a l'immeuble ci-dessus. - Figure 24, le plan d'un étage courant d'un immeuble à trames octogonales. - Figure 25, le plan des parkings correspondant à l'immeuble ci-dessus . - Figure 26, le plan d'un étage courant d'hôtel à plancher à trames hôtelières et à trames rectangulaires. - Figure 27, le plan du rez-de-chaussée de l'hotel-ci-dessus. - Figure 28, le plan d'un étage courant d'hôtel plancher à trames hôtelières, octOgonales et rectangulaires. - Figure 29, le plan de la structure du rez-de-chaussée de l'tel ci-dessus. En examinant les figures 1 et 2, on remarque que les caissons latéraux 1 et 2,en appui sur les murs 3 et 4 supportent le caisson central:5?par l'intermédiaire des rives profiléés la et 2a, 5a et 5b, complémentaires. Ces caissons comportent des alvéoles 6 remplies ultérieurement de sable. Le sol 7 repose sur les caissons par l'intermédiaire d'un isolant phonique aux bruits d'impact, de 3mm,en mousse de polyethylène. En examinant la figure 3, on remarque que la trame trapezoidale est obtenue par combinaisons de caissons latéraux, en forme de trapèzerectangle 8 et 9 et d'un caisson central, en forme de trapèze isocèle 10. Le mode de soutien du caisson central 10 par les rives des caissons latéraux 8 et 9 est en tout point identique à celui utilisé pour la trame carrée. En examinant la figure 4, on remarque que la trame octogonale est obtenue par combinaison de caissons latéraux ll et 12; en forme de trapèze isocèle, et d'un caisson central 13 rectangulaire. La portéé -maximale entre nu des murs est de 6,70 m. Cette trame octogonale peut-être, elle-même, combinée à des éléments rectangulaires 14,en vue de l'obtention d'un effet architectural particulier. Le mode de soutien du caisson central 13 est identique à celui utilisé pour les autres types de trame. En examinant les figures 5 et 6, on peut comprendre la conception des murs intérieurs : La jonction verticale des murs se fait par des tubes 41 au droit de chaque nervure. On peut noter les éléments de ferrail lage 42 du chaînage de jonction entre le mur et les planchers, tous les 20 cm. Dans les nervures verticales de rive,deux réservations rectangulaires 43 permettent le passage de boulons spéciaux pour la liaison mur-poteau de jonction. A chaque extrémité d'un mur, dans la nervure horizontale basse, est incorporée une douille fiietée 28,de diamètre nominal 36 mm,pour le dispositif de réglage des murs. En examinant les figures 7 et 8, on s'aperçoit que les-murs de façade sans ouverture sont de conception identique aux murs intérieurs avec, en plus, les dispositifs d'étanchéité verticale et horizontale. L'étanchéité verticale à l'eau est obtenue par un joint spécial, En cordon de mousse de néoprènewde diamètre 15 mm, introduit en force côté intérieur,dans le joint de 10 mm, assure l'étanchéité à l'air du joint vertical. L'étanchéité à l'eau du joint horizontal est réalisée - par une retombée en béton 45. - par un rejingot 46,en matière plastique. L'étanchéité à l'air du joint horizontal est réalisé - par une garniture 47, de profil triangulaire, collée à froid. - un mortier sans retrait, de consitance plus ferme que celui ayant servi à remplir au préalable les tubes 48 de liaison verticale des murs,placé derrière la garniture 47. La mise en place du panneau comprime la garniture 47 et le mortier,aux 2 cm correspondant â l'épaisseur du joint horizontal. Les figures 9 et 10 montrent un exemple de mur de façade avec une ouverture 48 de 1,20 m et une allège 49 de lm équipé d'un volet roulant 50. On peut noter, en plus des dispositifs divers précédemment décrits, les "zones poteaux" 51. En examinant la figure 11, on remarque que les murs nervurés 15 sont reliés aux poteaux de jonction 16 par l'intermédiaire de dispositifs boulonnés comportant un rail 17,ancré dans les poteaux par des profilés soudés 18,et des boulons à tête crochet 19, traversant la nervure de rive par les réservations rectangulaires 43. Le dispositif boulonné comporte, outre le boulon, une rondelle 20, l'écrou 21 et le contre-écrou 22. Une rondelle carrée 52, à trou débouchant, permet de réaliser l'épaisseur du joint. Une fois que le mur est réglé en position et en hauteur par l'intermédiaire du dispositif qui va être décrit ci-après, représenté à la figure 12, que sa verticalité est assurée par le réglage des étais tirepousse, l'écrou 21 est serré à la clé dynamométrique, suivi d'un blocage par le contre-écrou 22. On remarque que l'étanchéité verticale à l'eau est obtenue par un joint spécial 53 et l'étanchéité à l'air par le cordon en mousse 54 introduit en force du côté intérieur. La figure 12 montre le dispositif de réglage de positionnement des murs. A chaque extrémité d'un mur, dans la nervure horizontale basse 29, est incorporée une douille filetée 28. Au droit des mêmes axes, dans le caisson de plancher est réservée une douille filetée 25. Le dispositif de réglage.est constitué d'une plaque coulissante et orientable 23, d'un boulon 34, d'une rondelle carrée 33, d'une entretoise rectangulaire 32, montée dans la rainure 23a, d'une vis molettée 24 solidaire en translation de l'entretoise 32 et d'une rotule axiale, dont la partie mâle 30 est montée à l'extrémité de la vis 27 et dont la partie femelle 31 est montée dans un lamage 23b usiné à l'extrémité de la plaque coulissante 23. Ce dispositif, fixé au caisson de plancher, permet le réglage précis de la position de la partie femelle 31 de la rotule,à partir d'un tracé effectué préalablement sur le béton. L'ensemble du dispositif pouvant se régler transversalement à la façade par la vis molettée 24 et,dans le sens de la façade, par rotation du dispositif autour de la vis 34. Une fois les réglages effectués le boulon 34 bloque l'ensemble. La rotule 30 est fixée au bout de la vis 27 par emmanchement forcé. Lors de la mise en place d'un mur cette vis 27 est réglée de telle manière que la partie mâle de la rotule 30 saillisse de 19 mm de la base du panneau (ce qui correspond à une hauteur de joint égale aux 30 mm de hauteur de la bande d'étanchéité 47 et à l'épaisseur initiale du mortier). Le mur, amené par la grue, se positionne automatiquement par l'intermédiaire des deux rotules. Le réglage est effectué alors simultanément : en hauteur, en actionnant les deux vis 27 et, en aplomb, par deux étais tire-pousse. Une fois ces réglages effectués, les murs sont boulonnés aux poteaux de jonction à l'aide des boulons à tête crochet 19 représentés sur la figure 11. Après séchage du joint en mortier, l'ensemble du dispositif de réglage, à l'exception des bagues filetées, est récupéré par démontage des vis 27 et 34. En examinant la figure 13, on remarque que le balcon 35, de portée libre variable et de largeur 2,40 m, est ancré dans les deux premières alvéoles 36a et 36b des caissons de plancher 36. Il suffit de remplir les alvéoles 36a et 36b de béton et de mettre à niveau pour obtenir l'ancrage definitif du balcon.35. En examinant les figures 14 et 15 on remarque que le dispositif de moulage des caissons-est constitué principalement d'une table de coffrage basculante 37 munie d'un bâti périphérique de coffrage 38 et d'un moule amovible constitué d'un châssis en profilé métallique 39 sous lequel sont fixés les négatifs 40 des alvéoles à réaliser, dont l'exécution est décrite précedemment. En examinant les figures 16 et suivantes, on remarque que les trames carrées, rectangulaires hôtelières, trapézoldales et octogonales se prêtent à une grande diversité de réalisations architecturales, données ici à titre d'exemples non limitatifs, qui montrent les possibilités offertes par ce- système qui permet en outre de respecter la coordination modulaire, les règles d'isolation phonique et les règlements parasismiques. Les exemples de bâtiments satisfont aux nouvelles règles concernant les handicapés physiques. Le système de construction préfabriquée selon l'invention est destiné à la réalisation de logements collectifs, d'hatels, de bureaux, de bâtiments administratifs et de bâtiments hospitaliers. REVENDICATIONS 1. Système de construction préfabriquée à éléments nervurés ou alvéolés, caractérisé en ce que les éléments de plancher constituent une trame de base obtenue par la combinaison de trois caissons alvéolés dont deux (1 et 2), disposés latéralement et reposant sur trois appuis, soutiennent par leur rive un caisson central (5), en ce que les balcons préfabriqués (35) sont ancrés dans les deux premières rangées d'alvéoles (36 a et 36b) des caissons de plancher (36) dont les deux premieres nervures ont été réduites de hauteur en conséquence, et en ce que le positionnement et l'aplomb des murs préfabriqués sont réglables. 2. Système de construction préfabriquée selon la revendication 1 caractérisé en ce que la nervure de rive (la eU 2a) des caissons latéraux (1 et 2) a un profil particulier,permettant la mise en appui du caisson central (5) dont les nervures de rives (5a et 5b) ont un profil complémentaire. 3. Système de construction préfabriquée selon la revendicaion 1 caractérisé en ce que les caissons de plancher sont montés face alvéolée tournée vers le haut afin que la sous-face plane constitue le plafond de l'étage inférieur. 4. Système de construction préfabriquée selon la revendication 3 caractérisé en ce que les alvéoles des caissons des planchers sont remplies de sable, ou de matériaux isolants incompressibles. 5. Système de construction préfabriquée selon la revendication 1 caractérisé en ce que les caissons constituant la trame des planchers peuvent correspondre à différentes figures géométriques telles que carré, rectangle, trapèze ou octogone , par exemple, afin de donner a la trame une forme géométrique particulière adaptée à certaines conceptions architecturales. 6. Système de construction préfabriquée,selon la revendication 1,caractérisé en ce que les trois appuis utilisés pour supporter les caissons latéraux sont constitués des murs porteurspriphériques (3 et 4) ou de poutres. 7. Système de construction préfabriquée selon la revendication 1 caractérisé en ce que, lorsque la trame- est carrée, celle-ci mesure 6,10 m entre nu des murs et est constituée de deux caissons latéraux de 6,16 m de longueur et 2,40 m de largeur et d'un caisson central de 6,16 m de longueur et de 1,43 m de largeur. 8. Système de construction préfabriquée, selon la revendication 1, caractérisé en ce que les murs préfabriqués sont assemblés par l'intermédiaire de poteaux de jonction (16). 9. Système de construction préfabriquée, selon la revendication 1 caractérisé en ce que le réglage de positionnement et d'aplomb des murs est obtenu par l'intermédiaire d'un dispositif,fixé au caisson de plancher, constitué d'une plaque coulissante et orientable (23) d'un boulon 34, d'une rondelle carrée (33), d'une entretoise rectangulaire (32) montée dans une rainure (23a), d'une vis molettée (24) solidaire en translation de l'entretoise (32) et d'une rotule axiale dont la partie mâle (30) est montée à l'extrémité d'une vis (27j,montee dans une douille filetée (28) noyée dans la nervure inférieure (29) des murs, et dont la partie femelle (31) est montée dans un lamage (23b) usiné à l'extrémité de la plaque coulissante (23). 10. Système de construction préfabriquée selon la revendication 1, caractérisé en ce que les caissons sont fabriqués en utilisant une table de coffrage basculante (37) équipée de vibreurs et d'une surface coffrante isolante du type banche isothermique, et d'un moule amovible constitué d'un châssis en profilés métalliques (39) sur lesquels sont fixés les négatifs (40) des alvéoles à réaliser. 11. Système de construction préfabriquée selon la revendication 1 caractérisé en ce que les murs préfabriqués intérieurs et extérieurs, sans ouverture, peuvent travailler en poutre cloison et en ce que les murs de façade avec ouverture sont conçus pour permettre de réaliser facilement des parkings aux niveaux inférieurs.