Brevet FR2597526A1 — publié le 19871023

Elément modulaire de construction tubulaire Utilisation En les assemblent les éléments modulaires tous identiques servent à edifier des structures en nappes continues verticales oU horizontales, ou des poteaux. Ces structures sont prévues pour la construction d'ensembles architecturaux, planchés, murs de soutainement, cloisonage, etc... Elle peuvent également être utilisées la réalisation de. n'importe quel ouvrage d'art tels que des ponts, passerelles, antennes. Le design de la structure autorise également son utilisation pour la fabrication de mobilier, présentoirs, décorations.La légèreté et la résistance des structure: réalisée: suivant le procédé décrit dans le présent brevet pourrait permettre leur utilisation lors de-réalisations 3e stations orbitales. Une variante de fabrication des éléments modulaire est orientée vers la construction para-sismique. C'est donc une structure de construction très générale. La figure 2 représente une maquette de ces éléments. Les figures 3, 17, et 18 présentent des exemples de montages et de structure. La figure 17 montre comment s'agencent les éléments en nappe verticale, et la figure 3, en poteau. On y distingue également l encrage de la structure au sol. La figure 6 donne un exemple d'application d'un montage de ces éléments formant une structure d'immeuble: il s'agit d'un projet pour un musée d'histoire locale, d'art contemporain, et d'archéologie de Valence dans le département de la Drôme. Déscription. Un élément modulaire est constituée de deux pyramides inversées. assemblées en leur sommet respectif. Ces pyramides sont formées par des montants inclinés concourants (Fig l, 6, et 7 éléments 4 et 5 \ et des tirants (tirants horizontaux) formant la base de la pyramide (Fig 1, 6 et 7 élément 2 ) . Les deux pyramides ainsi assemblées sont stabilisées par quatres tirants (tirants verticaux ) reliant les sommets respectifs des vases opposées (Fig 6 et 7 élément 1 > . La cohésion de l'ensemble de l'élément modulaire est alors assurée par des noeuds situés à chacun des sommets du parallélépipède ainsi formé I Fig 2, fi et 7 élément 7 ) .Ces noeuds servent également à assembler les éléments modulaires entre eux (Fig 11, 12, 13 et 14 ) afin d'obtenir les nappes ou les poteaux. Ils peuvent être utilisé comme point d'ancrage de la structure, et également comme point d'attache des différents panneaux d'étanchéité a l'eau, acoustiques ou thermiques. Pour former des nappes horizontales, l'élément de BASE est constitué de deux pyramides, de un tirant vertical, et de deux nceuds. Dans ces conditions la nappe travaille à la flexion, et les tirants horizontaux soumis à la traction peuvent etre doublés afin d'augmenter la résistance de l'ensemble. Les efforts de compression sont repris par les montants des pyramides. Pour former des nappes verticales, l'élément de BASE est constitué de deux pyramides, de deux tirants verticaux, et de deux nceuds. Dans ces conditions, la nappe travaille å la compression et suivant les montages. å la flexion. donc w flambement. Pour former des poteaux. l'élément de BASE est constitué de deux pyramides identiques. de quatres tirants verticaux identiques. et de quatre noeuds identiques. Cependant. si le poteau doit subit des efforts de torsion, il est préférable de renforcer le moment de giration de la structure. soit en réalisant un poteau constitué de deux éléments accollés, quite * utiliser des éléments de taille plus réduite. soit en prévoyant des contreventements de renfort pour empêcher la rotation. La figure 3 montre un poteau formé de deux éléments. Quand les poteaux ne supportent pas de couples importants. il est possible de renforcer juste la liaison entre les sommets des pyramides avec deux ou quatres écrous au lieu d'un seul, comme le monte la figure 4. Voici les différentes étapes de montage d'un module -Assembler les deux pyramides par leurs sommets -Assembler les noeuds a chacun des coins de la base de la pyramide inférieure. -Vissor les tirants sur les noeuds en place Visser aux extrémités superieures des tirants les quatre autres noeuds et ajuster la longueur des tirants Fixer ces noeuds au module Régler la tension des tirants. Fabrication, matériaux, dimensions On distingue trois sortes de tubes dans la structure: Il y aies montants des pyramides qui vont travailler ì la compression. Pour une pyramide on utilise deux tubes écrasés et plies au niveau de leurs points d'attache pour réaliser ces montants. - Il y i les tirants horizontaux formant la bus des pyramides. Chaque base est réalisée à partir d'un tube continu, écrasé et plié aux angles. - Ily r les tirants verticaux qui peuvent être fabriqués soit à partir de tubes. soit à partir de tiges, dont les extrémitées seront filetées de même sens ou de sens opposé, soit de tiges filetées. les intersections entre deux tubes correspondent toutes a des points d'attache. 1 longueur des pincements sur chaque tube * ces intersections sont prévues pour que les deux tubes s'emboitent run dans l'autre. Elles sont percées pour permettre le passage de lavis ou du boulon d'assemblage Les dimensions de chacun de ces tubes. longueur. épaisseur diamètre. sont * déterminer en fonction de la taille de l'élément modulaire désirée, et également en fonction des charges que devra supporter la structure. Ce sont les charges climatiques, le poids propre. et les charges utiles pondérés par les coefficiants de securité suivant les normes françaises. Les montants devront être calcules pour supporter les efforts de compression et résister au flambement. Pour une structure de grande hauteur. il est possible d'utiliser des éléments ayant les mêmes dimensions d'encombrement sur toute la hauteur. avec des tubes plus légers en haut. En effet, coux-ci seront moins sollictés car supportant moins de charges ( poids propre). Cette solution permet un gain de poids non négligeable pour des constructions importantes. Il est possible également de réaliser des éléments ayant des cotés de longueur différentes : par exemple. on peut avoir des éléments plus hauts que larges pour réaliser des antennes ou des poteaux. Pour des panneaux verticaux. les éléments hauts et long, mais peu profonds. Les montants et tirants peuvent être réalises å partir de n'importe quel matériau: acier inox, fer doux, alliages légers, matières plastiques, etc ... suivant l'usage et l'environnement corrosif de la structure. Pour les materiaux se dégradant å l'oxydation. il conviendra de les protéger avec les moyens habituels: anti-rouille, peinture. protection électrolytique par report d'oxydation sur des plaques prévues å cet effet ... Les noeuds sont des pièces sollicitées essentiellement t la traction. Ils peuvent être obtenus a partir de différents modes de fabrication. et dans différents matériaux. Ce peut être des pièces moulées en alliages légers ou en matières plastiques, usinées ensuite On éviters la fonb qui résiste très mal aux efforts de traction.Trois solutions de noeuds obtenus par différents modes de fabrication sont présentés: -une solution de noeud moulé (figures 8 et 9 élément 7) -une solution de noeuds obtenu * partir de tubes carrés et de deux fers plats pliés (figures 10 et il éléments 12 et 13) -une solution de noeud obtenu a partir de fers plats pliés et soudés avec des écrous soudés (figures 13 et 14 éléments 16,18,19.) Chaque noeud peut recevoir huit angles de module et deux tirants verticaux.Il doit donc comporter en tout huit points d'attache sur ses "flancs" et deux sur os "sommets". Pour les noeuds moulés (voir les figure 8 et 9) la liaison avec les pyramides (2,4,5) est réalisé par des vis (6) vissées dans le noeud. (esvis peuvent être bloquées par des rondelles fendues. La liaison entre les tirants verticaux (Fig 9-1) et les noeuds est assurée par b vissage des tirants dans les noeuds.Pour permettre le réglage de la tension de ces tirants, les filetages usinés * chacune do leur extrémités auront des pas inversés, b réglage se faisant en tournant les tirants. Une fois réglés, les tirants peuvent être bloqués par une rondelle (10) et un contre-écrou (9). Ils seront réalisés a partir de tiges métalliques. Des trous de passage (Fig 8-26) de crochets d'ancrage à travers les noeuds sont obtenus en fonderie par des noyaux. Pour les noeuds en tube carrés (voir les figures 10,11,12) la liaison avec les pyramides est réalisée par des boulons et rondelles (14), des trous de passage étant percés * cet effet dans les tubes.La liaison entre les tirants verticaux (11) et les noeuds est réalisée a l'aide de fers plats (12) pliés et maintenus aux noeuds par les boulons de serrage des pyramides. Le réglage en tension se faisant par les écrous (20) il n'est pas nécéssaire que les filetages on bout de chaque tirant soient inversés. Les tirants verticaux peuvent être de simples tiges filetées Une fois le réglage réalisé. des contres-écrous (15) viennent bloquer le tirant en place. Le passage des crochets d'ancrage se faits travers le noeud. Les noeuds conçus svec des fers plats (voir les figures 13, 14. 15. 16) sont réalises per deux fers plats identiques percés et pliés en U (18. 19). inversés, puis enboités l'un dans l'autre et soudés ensemble. La liaison avec les pyramides est réalisée par des boulons (16 et 17) dont l'écrou (16) est soudé * à l'interieur du noeud en cours de fabrication. Les tirants verticaux (23) sont fixés aux noeuds par un systeme d'écrou (24) contre-écrou (25) i travers les trous dans le noeud percés t cet usage (21 et 22).Un espace suffisant (27) pour le passage d'une clé plate et d'un écrou est prévu pour permettre le serrage de l'écrou Ce modèle de noeud ne permet pas le passage de barres d'ancrage qui se fera par le trou inférieur destiné au tirant vertical inférieur et laisse libre. Avantages d'une structure réalisée à partir des éléments modulaires. La construction métallique a l'avantage de la légèreté par rapport aux modes de constructions traditionnels ( parpins béton ) du fait de la résistance très élevée des métaux. De plus, la forme particuliirre de la sructure permet de mailler l'espace avec dos éléments "indéformable" travaillant aussi bien à la traction qu'à la compression. L'originalité de la conception basé sur des tubes écrasés et pliés de petites dimensions en font une structure de grande résistance, facile t transporter et t monter: une structure réalisée å partir de ces éléments modulaires se monte avec quelques outils en un temps très court. Les supports verticaux, aussi bien que les planchers sont réalisés t partir des mêmes éléments, ce qui n'implique qu'un seul mode montage et de fabrication, donc, là encore, un gain de temps. Les éléments peuvent être utilisés en traction. donc peuvent servir t suspendre des charges plutôt qu'à les supporter. Le fait que les éléments soient démontables permet de réaliser des structures évolutives, et de modifier facilement les espaces architecturaux. Il est possible de réaliser des structures " souples", par exemple en utilisant des cables métalliques tressés pour les tirants verticaux. Cette solution est t envisager pour des constructions para-sismiques, la souplesse de la structure absorbant les vibrations verticales ou horizontales du sol. Cependant, il sera nécessaire t ce moment la, de faire dos études de fréquence propre de ce genre de structures, car si la raideur diminue. la fréquence de résonnance également. et on court le risque de tomber sur la plage des fréquences de phénomènes naturels ( principalement le vent). La légèreté et la résistance élevé à toutes sortes de contraintes de la structure, ainsi que sa facilité de mise en oeuvre, et son adaptabilité à l'environement, autoriserait son utilisation dans des projets de constructions spaciales. Toutes les gaines ou les tuywx nécessaires dans un batiment peuvent circuler P travers la structure, a condition de ne pas sortir du gabarit ( Fig 5). REVENDICATIONS 1) Dispositif de construction métalique caractérisé en ce que l'élément de base, modulaire, est formé par deux pyramides tubulaires à base carrée, inversées l'une par rapport à l'autre et liées en leurs sommets. Ces deux pyramides inversées sont stabilisées par quatre tirants verticaux identiques (Fig 9-1 ou Fig 10-11 suivant le mode de fabrication ) reliant les sommets respectifs des bases carrées opposées. Le tout est assemblé par des noeuds placés a' chacun des sommets du parallèlépipède ainsi obtenu. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les pyramides de l'élément modulaire sont réalisées à partir de tubes écrasés puis pliés. Les parties écrasées correspondent aux points d'intersection entre deux tubes, et leur longueur est pre'v' pour que les tubes s-emboitent a' ces endroits. Ces points d'intersection sont étalement les points d'attache soit des tubes entre eux, soit des tubes aux noeuds. Deux tubes continus sont utilisés pour réaliser les quatres montants obliques, et un seul tube continu pour la base de chaque pyramide (Eig 15. 3) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que chaque noeuds est prévu pour: - assembler huits sommets d'éléments modulaires, - assembler deux tirants verticaux, - servir de points d'ancrage de la structure. - servir de points d'attache de tous ce que l'on désire accrocher à lastructure: plaques d'étanchéité, gaines et tuyauteries etc 4) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la liaison entre les deux pyramides inversées d'un meme élément modulaire est ntstenue par un ou plusieurs boulons pincant les quatres tubes écrase en cet endroit. 5) Dispositif selon les revendications 1, 2, et 3 caractérisé en ce que les noeud: sont réalisés en usinage soit å partir de pièces moulées, soit dans la masse (Fig 8 et 9). Les noeuds comportent huits trous filetés pour la liaison par vis avec les pyramides. Ils comportent également deux trous filetés à pas inverse oppose, pour la liaison avec les tirants verticaux. Les trous de passage pour les crochets d'ancrage sont obtenus soit par usinage, soit par noyautage dans le cas de pièces moulées. 0) Distosiflf selon les revendications 1 . 2, et 3 caractérisé en ce que les noeuds sont réalisés en mécano à partir de tubes de section carrée (Fig 10. 11, et 12p. Ces tubes sont percés de huit trous destinés à recevoir les boulons assurant la liaison avec les pyramides. Deux fer-plats pliés et troués . maintenus également par ces boulons, servents à accrocher les tirants verticaux. L'ancrage se fait en passant les crochets dans le noeud. 7) Dispositif selon les revendications I . 2. et 3 caractérisé en ce que les noeuds sont réalisés en mécano-soudé à partir de deux plats métalliques formés en U, inversés. puis assemblés par soudure (Fig 13, 14, 15. 16 éléments 18 et 19). Un espace entre les plats est prévu pour permettre le passage d'une clée plate et d'un écrou.Huits écrous (mêmes Figs élément 16) destinés à la liaison avec les pyramides sont également maintenus par soudure sur les plaques, avant leur assemblage. La liaison avec les tirants verticaux est assurée per des écrous ayant un filetage inversé. Deux trous (même Figs élément 21) sont prévus pour le passage des tirants verticaux. L'ancrage se fait également à travers Ces trous. 8) Dispositif selon les revendications 1, 2,3, 5 et 7 caractérisé en ce que les tirants verticaux sont réalisés à partir de ronds ayant des filetages inverses à chacune de leurs extrémités. Un tirant est mis en place en le vissant simultanément dans le noeud supérieur et dans le nceud inférieur grace aux filetages inversés Fig 9 élément 1) (Fig 13 élément 23)/.Les tirants peuvent être bloqués par des contre-écrous. 9) Dispositif selon les revendications 1, 2, 3 et 6 caractérisé en ce que les tirants verticaux sont réalisés à partir de ronds avant des filetages de même sens aux deux. extrémité#s. Un tirant est mis en place en vissant les deux extrémité#s l'une après l'autre. Le tirant peut être bloqué par des contres écrous.