Brevet FR2598164A1 — publié le 19871106

L'invention est relative a une charpente structurelldéployable pré-assemblée. Elle trouvera notamment son application dans le domaine de la construction et du bâtiment. Elle est plus particulièrement destinée mais non exclusivement a la réalisation de structures ou de toitures de bâtiments temporaires et même définitifs. De nos jours, il est connu de nombreux exemples de réalisation de -charpente structurelle susceptible d'être pliée et d entre extensible ; celle-ci présente l'avantage de pouvoir être déployée quand leur utilisation le requiert et repliée en un volume compact pour faciliter le stockage et le transport. Ce type de charpente est généralement utilisée occasionnellement lors de congrès, expositions, foires commerciales ou autres qui nécessitent l'installation provisoire de batiments facilement mis en oeuvre puis démontés. De nombreuses réalisations connues sont généralement basées sur des systémes extensibles pliables fonctionnant selon le système de type "parapluie . En effet la charpente est constituée par une multitude de barres ou montants réunis entre eux en définissant une multitude de noeuds de jonction au niveau desquels sont réunis et articulés les dites barres ou montants. De plus, on utilise généralement une articulation intermédiaire à leur croisement pour faciliter le dépliage et augmenter la rigidité de la charpente. Toutefois, bien que ces réalisations connues permettent la réalisation de la structure lorsqu'elles sont complètement déployées, il est à remarquer qu'au niveau de la résistance. elles sont généralement limitées â supporter leur propre poids. autrement dit elles sont autoportantes, mais ne peuvent en aucun cas supporter d'autres charges de manière continue hormis la présence d'une bache légère de couverture. En effet, en aucun cas ces structures ne sont résistantes pour supporter l'effet d'agents atmosphériques occasionnels tels que le vent ou la neige, ni le poids d'une couverture plus élaborée telle que le poids de matériau d'isolation et d'étanchéité. Les limitations et inconvénients des systémes connus de structures dépliables sont dus fondamentalement à deux faits essentiels - d'une part, la résistance des structures dépend de la rigidité à la flexion des composants ce qui signifie de leur relativement forte section transversale ; il pourrait être envisagé de réaliser des structures lourdes et encombrantes mais elles seraient contraires aux exigences de base des structures déployables qui doivent être légères quand elles sont transportées, montées ou démontées - d'autre part. lors du déploiement du fait de la flexion des différents éléments, l'absence de guidage entre les différents noeuds de jonction adjacents fait reporter tous les efforts sur les différentes articulations qui doivent dans certains cas être surdimensionnées et qui malgré tout se détériorent assez vite rendant la charpente déployable inutilisable. De plus, pour obtenir une bonne stabilité de la charpente, il est nécessaire de former une charpente du type treillis qui présente un nombre très important de barres ou montants interconnectés. Par exemple, chaque système élémentaire de type "parapluie présente au moins six branches supérieures et six branches inférieures articulées entre elles ce qui d'une part augmente le poids de la structure et d'autre part complique la réalisation et la connexion des différents éléments. Le but de la présente invention est de proposer une charpente structurelle déployable pré-assemblée qui permette de pallier aux différents inconvénients précités et qui autorise une résistance accrue de la structure déployée et un contrôle de la configuration de la charpente structurelle lors de son déploiement. Un des buts de la présente invention est de proposer une charpente structurelle déployable pré-assemblée qui assure l'intégrité géométrique de la structure pendant toutes les étapes de son déploiement ou de son repliage. Un des buts de la présente invention est de proposer une charpente structurelle déployable pré-assemblée qui soit autoportante mais de plus dont l'aptitude à supporter les charges est augmentée afin de répondre aux différentes normes de construction des bâtiments et ainsi éliminer les inconvénients des charpentes déployables connues qui ne sont autoportantes seulement. Un autre but de la.présente invention est de proposer une charpente structurelle déployable pré-assemblée plus résistante et avec un déploiement contrôlé afin d'en augmenter substantiellement la portée et l'espace recouvert. Un autre but de la présente invention est de proposer une charpente structurelle déployable pré-assemblée qui par 1 intermédiaire de moyens de contrôle cinématique du déploiement de la charpente permet de renforcer sensiblement la résistance de la structure. D'autres buts et avantages de la présente invention apparaitront au cours de la description qui va suivre qui n'est cependant donnée qu'à titre indicatif et qui n'a pas pour but de la limiter. Selon la présente invention, la charpente structurelle déployable pré-assemblée, composée essentiellement de barres ou montants réunis entre eux en définissant une multitude de noeuds de jonction, les dites barres ou montants étant en outre articulés entre eux, afin que la charpente structurelle présente deux états stables, l'un de travail lorsque la structure est complètement déployée, l'autre de stockage lorsqu'elle est complètement repliée, est caractérisée par le fait qu'elle comporte des moyens de contrôle cinématique du déploiement de la charpente, réunissant deux ou plusieurs noeuds de jonction adjacents, pour contrôler la configuration de -la charpente structurelle lors du mouvement relatif des noeuds. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante accompagnée des dessins en annexe qui en font partie intégrante. La figure 1 représente schématiquement en perspective un mode de réalisation de la charpente structurelle dèployable pré-assemblée de la présente invention en position de travail. La figure 2 représente, selon un premier mode de réalisation. un détail de réalisation qui montre plus particulièrement les moyens caractéristiques de la présente invention. La figure 3 montre, selon un second mode de réalisation les moyens de la présente invention. La figure 4 représente schématiquement un détail de la charpente structurelle déployable de la présente invention qui permet de commander son déploiement. Les figures 5a et 5b montrent une première configuration de la charpente structurelle de la présente invention respectivement en position de travail et en position de déploiement. Les figures 6a et 6b montrent une seconde configuration de la charpente de l'invention respectivement en position déployée et en cours de déploiement. Les figures 7a et 7b montrent une troisième configuration de la charpente structurelle de la présente invention, en position de travail et en position de stockage. Les figures 8a et 8b montrent respectivement une vue selon les flèches VIIIa et VII lb des figures 7. La présente invention vise une charpente structurelle dèployable pré-assemblée qui présente essentiellement deux états stables, l'un de travail lorsque la structure est complètement déployée, l'autre de stockage lorsqu'elle est complètement repliée. Dans la position de travail, la structure présentera alors une bonne stabilité et une bonne rigidité pour assurer un parfait autoportage et de plus présentera une résistance accrue pour supporter des charges additionnelles telles que le poids de la couverture ou l'action d'agents atmosphériques. Par contre, dans son état de stockage, elle présentera un volume plus réduit facilitant ainsi son transport et son rangement. De plus, entre ces deux états extrêmes, selon la présente invention, on contrôlera, a tous les stades de son déploiement ou repliage, la configuration de la charpente pour assurer l'intégrité géométrique de la structure. Selon la présente invention, comme le montre particulièrement la figure 1, la charpente structurelle déployable pré-assemblée 1 est composée essentiellement de barres ou montants 2 réunis entre eux en définissant une multitude de noeuds de jonction 3. Ces barres 2, selon les cas d'utilisation, seront réalisées a partir de matériaux métalliques tels qu'en acier, en aluminium ou encore en matériau synthétique, bois ou autres. Elles auront des formes adaptées par l Homme de l'Art et pourront constituer des montants simples ou des montants doubles comme le montre par exemple la figure 2. De plus. les barres 2 sont réunies et articulées entre elles pour autoriser le déploiement et le repliage de la charpente 1. A cet égard, elles présenteront généralement une articulation principale supérieure 4 placée au niveau du noeud de jonction 3 et une autre inférieure 5 placée au niveau du noeud de jonction 3 adJacent à celui précité. De plus, dans certains cas, les barres seront réunies en leur point de concours par une articulation intermédiaire 6 qui permettra de faire travailler les dites barres selon le principe des "ciseaux". Autrement dit, la charpente structurelle 1 ainsi constituée est formée par une multitude de paires de ciseaux 7 articulées en 6 et réunissant respectivement des noeuds de jonction 3 supérieur et inférieur. Selon un mode de l'invention, la charpente structurelle 1 est modulaire et est constituée d'une pluralité de polyédres adjacents les uns aux autres qui sont formés par les barres 2 et qui ont pour sommets d'une part les deux noeuds de jonction 3 et d'autre part les points d'articulation intermédiaire 6 des ciseaux. Selon le mode représenté à la figure 1, il est à remarquer que chaque polyèdre est formé par l'association de quatre paires de ciseaux 7. Une telle réalisation est notamment connue de l Homme de l Art et constitue les charpentes structurelles autoportantes mais ne supportant que leur propre poids comme décrit dans l état de la technique de la présente demande. Par contre, selon la caractéristique principale de la présente invention, la charpente structurelle déployable pré-assemblée 1 comporte des moyens de contrôle cinématique 8 du déploiement de la charpente 1, réunissant deux ou plusieurs noeuds de jonction 3 adjacents, pour contrôler la configuration de la charpente structurelle lors du mouvement relatif des noeuds. Différentes réalisations de ces moyens 8 sont illustrées particulièrement aux figures 2 a Plus précisément, les moyens de contôle cinématique 8 sont constitués au moins d'une part d'un élément de liaison 9 dont une des extrémités 10 est solidaire d'un des noeuds de jonction 3, appelé noeud fixe 11, et d'autre part d'un manchon 12, mobile en translation le long du dit élément de liaison 9, et solidaire du noeud de jonction 3, appelé noeud mobile 13, adjacent du noeud fixe 11. Ainsi, lors du déploiement ou du repliage de la charpente structurelle 1, les mouvements relatifs des noeuds 3 adjacents sont controlés et chaque manchon 12 coulissera et sera guidé le long des éléments de liaison 9 pour assurer l'intégrité géométrique de ia structure dans toutes les étapes intermédiaires entre l'état travail et l'état repos. A cet égard, l'élément de liaison 9 présente des moyens de guidage du manchon pour contrôler le déplacement du noeud de Jonction mobile 13 par rapport au noeud de jonction adJacent fixe 11 lors du déploiement de la charpente structurelle 1. Dans le cas de la figure 2, les moyens de guidage du manchon 10 sont constitués par au moins une tige de guidage 14 autour de laquelle le manchon 12 est monté å coulissement libre. Par contre, à la figure 3, ils sont constitués par deux tiges de guidage 15 qui permettent d'améliorer ce dernier et de faire croitre encore la rigidité de la structure. Il est a remarquer que ces deux réalisations illustrées aux figures 2 et 3 permettent un fonctionnement manuel c'est-à-dire non motorisé, du fait du simple coulissement qui s'effectuera de par le poids lors de l'érection de la charpente au moyen d'une grue par exemple supportant la partie supérieure centrale de la charpente. Par contre, il pourrait être envisagé de mécaniser le déploiement d une telle charpente en dotant les moyens de guidage décrits ci-dessus de dispositifs de commande du type mécanique, électrique, pneumatique, hydraulique ou autre Par exemple, le dispositif de commande pourrait se présenter sous la forme d'un système télescopique à crémaillère ou à vis sans fin commandée. A ce sujet, la figure 4 montre une des réalisations possibles basées sur le principe d'une vis sans fin 16 commandée en rotation au niveau d'un des noeuds de liaison 3 dit noeud fixe Il et dont l'autre extrémité 17 se visse ou se dévisse selon la commande dans le manchon mobile 12. Il est à remarquer que les appellations fixe et mobile pour les noeuds de jonction sont tout à fait relatives car lors du déploiement de la charpente, ces deux noeuds seront en mouvement. En fait, la notion de mobilité est attachée au déplacement par rapport à l'élément de liaison 9. Dans une version plus élaborée, on pourra prévoir que les moyens de contrôle cinématique 8 soient commandés par un ou plusieurs organes moteur autorisant un déplacement contrôlé et asservi des différents manchons 12 sur chaque élément de liaison 9 respectif afin d'autoriser le déploiement de la charpente structurelle en parfait synchronisme et sans effort de tension à l'intérieur de la charpente. A titre d'exemple, comme illustré à la figure 4, la rotation de la tige à vis 16 peut être provoquée par un organe moteur 18 placé au niveau du noeud fixe 11. En choisissant son sens de rotation, on déploiera ou on repliera la charpente. Enfin, les différents éléments de liaison 9 sont respectivement disposés et positionnés entre eux selon la configuration finale de la charpente structurelle déployée 1. A titre d'exemple les figures 5, 6, 7 et 8 montrent différents types de réalisation. Sur chacune de ces figures sont schématisés les barres 2 et les moyens de contrôle cinématique 8 par leur elément de liaison 9, leur manchon 12 disposés relativement par rapport aux noeuds fixe 11 et mobile 13. Dans le cas des figures 5, les differents éléments de liaison 9 sont placés parallèlement entre eux et réunis par des barres 2 articulées à chacune de leurs extrémités au noeud de jonction 3. Il est à remarquer que ces barres ne présentent pas d'articulation intermédiaire qui selon les configurations ne sont pas toujours nécessaires. La figure 5b montre une étape intermédiaire du déploiement de la charpente illustrée à la figure 5a en position de travail qui finalement donne une structure sensiblement rectiligne et horizontale. La figure 6 montre un second mode de réalisation dans lequel les éléments de liaison 9 sont disposés de façon à ce qu'ils concourent vers un centre de courbure. Là non plus, les barres 2 ne comportent pas d'articulation intermédiaire. La figure 6a représente la charpente en position complètement déployée pour former un dôme et la figure 6b montre une étape intermédiaire lors du déploiement. Les figures 7a et 7b montrent une autre configuration de charpente, les barres 2 présentant alors une articulation intermédiaire 6. En outre, on retrouve les éléments de liaison 9, le manchon 12, le noeud de jonction fixe 11 et le noeud de Jonction mobile 13, les éléments de liaison étant parallèles entre eux. Cette autre configuration permet de réaliser des formes quelconques déployées comme le montre la figure 7a, la figure 7b montrant une phase intermédiaire lors du déploiement. Les figures 8a et 8b montrent respectivement une vue de coté des charpentes représentées aux figures 7a et 7b. Naturellement, d'autres mises en oeuvre de la présente invention, à la portée de l Homme de l'Art, pourraient être envisagées sans pour autant sortir du cadre de celle-ci. REVENDICATIONS 1. Charpente structurelle déployable pré-assemblée (1). composée essentiellement de barres ou montants (2) réunis entre eux en définissant une multitude de noeuds de jonction (3), les dites barres ou montants (2) étant en outre articulés entre eux, afin que la charpente structurelle (1) présente deux états stables, l'un de travail lorsque la structure est complètement déployée, l'autre de stockage lorsqu'elle est complètement repliée, caractérisée par le fait qu'elle comporte des moyens de contrôle cinématique (8) du déploiement de la charpente (1) réunissant deux ou plusieurs noeuds de jonction (3) adjacents, pour contrôler la configuration de la charpente structurelle lors du mouvement relatif des noeuds (3) pendant le déploiement. 2. Charpente structurelle déployable, selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les moyens de contrôle cinématique (8) sont constitués par au moins - un élément de liaison (9) dont une des extrémités (10) est solidaire d'un des noeuds (3) de jonction, appelé noeud fixe (11), - un manchon (12) mobile en translation le long du dit élément de liaison (9)-et solidaire du noeud de jonction (3), appelé noeud mobile (13), adjacent du noeud (11) fixe. 3. Charpente structurelle déployable, selon la revendication 2. caractérisée par le fait que l'élément de liaison (9) présente des moyens de guidage du manchon (12) pour contrôler le déplacement du noeud de jonction dit mobile (13) par rapport au noeud de jonction adjacent dit fixe (11) lors du déploiement de la charpente structurelle (1). 4. Charpente structurelle déployable, selon la revendication 3. caractérisée par le fait que les moyens de guidage du manchon (12) sont constitués par au moins une tige de guidage (14) autour de laquelle le manchon (12) est monté à coulissement libre. 5. Charpente structurelle déployable. selon la revendication 3, caractérisée par le fait que les moyens de guidage du manchon (12) sont constitués par deux tiges de guidage (15) autour desquelles le manchon (12) est monté à coulissement libre. 6. Charpente structurelle déployable, selon la revendication 3, caractérisée par le fait que les éléments de liaison (9) sont respectivement placés entre eux selon la configuration finale de la charpente structurelle déployée souhaitée. 7. Charpente structurelle déployable, selon la revendication 4, caractérisée par le fait que les moyens de guidage comportent un dispositif de commande du type mécanique, électrique, pneumatique ou hydraulique. 8. Charpente structurelle déployable, selon la revendication 7, caractérisée par le fait que les dispositifs de commande se présentent sous la forme d'un systeme télescopique à crémaillère ou a vis sans fin commandé. 9. Charpente structurelle déployable, selon la revendication 2, caractérisée par le fait que les moyens de contrôle cinématique (8) sont commandés par un ou plusieurs organes moteur (18) autorisant un deplacement contrôlé et asservi des différents manchons (12) sur chaque elément de liaison (9) respectif afin d'autoriser le déploiement de la charpente structurelle (1).