Brevet FR2601981A1 — publié le 19880129

Structure spatiale réticulaire destinée notamment aux couvertures pour grandes portées La présente invention est relative à une structure spatiale réticulaire, destinée notamment aux couvertures pour grandes portées, du type à membrures et noeuds structurellement indépendants, les poutrelles comportant plusieurs traverses reliées par les noeuds ainsi que plusieurs diagonales disposées suivant des pyramides ayant pour sommet un noeud correspxsint On sait que pour couvrir des surfaces de grandes dimensions, par exemple des entrepots, des tribunes d'installations sportives et dec- hangars, sans recourir à des poteaux porteurs intermédiaires, on utilise des structures spatiales réticulaires constituées par un grand nombre d'éléments modulaires assemblables de petites dimensions qu'il est donc facile de stocker, de transporter et de monter sur le chantier. Ces éléments modulaires sont généralement constitués par des membrures et des noeuds qui, une fois assemblés, forment des treillis dans l'espace présentant un niveau hyperstatique élevé ainsi qu'une grande légèreté et rigidité. 88 membrures, et les noeuds peuvent etre différents non seulement par le matériau utilisé, mais également par la forme et les dimensions des membrures mais surtout il existe de nombreux types de noeuds pour l'assemblage des barres. Ceci est dû au fait que le noeud est le point crucial de toutes les structures spatiales réticulaires et qu'il conditionne dans une large mesure l'efficacité de l'ensemble de la structure. Tous les types de structures spatiales réticulaires qu'ils soient bidirectionnels ou tridirectionnels, ont en commun la nécessité d'une répartition uniforme des efforts dus aux charges appliquées; ceci n'est possible que si toutes les barres et tous les noeuds assemblés qui constituent la structure, coopèrent tous selon les hypothèses définies par les calculs de projet, à la distribution des sollicitations jusqu'aux points d'appui de la structure. En conséquence, il est d'une importance fondamentale de déterminer les caractéristiques géométriques de la structure ainsi que de procéder à des calculs très précis pour le dimensionnement et la vérification de la structure. Si elles satisfont généralement aux conditions de légèreté et de rigidité, les structures spatiales réticulaires traditionnelles présentent divers aspects négatifs reconnus; en particulier, les noeuds traditionnels sont souvent trop conplexes et coûteux, difficiles, sinon impossibles à calculer, et nécessitent des essais de laboratoire longs et coûteux avant leur mise en oeuvre. Ils comportent en outre un nombre élevé d'éléments boulonnés ou vissés, ce qui rend les opérations d'assemblage qui doivent nécessairement être faites sur place, excessivement longues et laborieuses. D'autres types. traditionnels de structures spatiales recourent à des noeuds de jonction simplifiés dans leur structure, formés par exemple par un seul gousset percé et replié de manière à pouvoir être relié tant aux traverses qu'aux diagonales. Ces noeuds présentent toutefois aussi quelques inconvénients, notamment celui de compliquer les calculs de projet de la structure, en ne permettant pas de définir avec exactitude au niveau de ces noeuds, un point, ou centre de gravité, où se rencontrent les résultantes des charges appliquées. I1 est à noter i ce propos - et ceci est bien connu - que dans les structures spatiales réticulaires les barres sont généralement soumises aux seuls efforts axiaux de traction et de compression, tandis que les charges locales sont généralement considérées comme étant appliquées aux noeuds. En conséquence, il est nécessaire que les résultantes des efforts axiaux s'exerçant dans les barres convergent toutes en un b a r y c e n t r e et que ce -t r;y c e n t r e soit situé dans le noeud, afin d'éviter que se produisent des moments se traduisant par des efforts de torsion ou de cisaillement aux points de jonction des barres aux noeuds, avec les inconvénients évidents qui en découlent et que l'on retrouve dans la majeure partie des noeuds traditionnels. L'invention a pour but de réaliser une structure spatiale réticulaire du type précité présentant des caractéristiques structurelles et fontionnelles permettant de remédier aux inconvénients cités de la technique connue. Ce but est atteint avec une structure spatiale suivant l'invention du type précité en ce que chaque noeud comporte au moins un groupe de tirants destinés à la liaison en ligne d'au moins deux traverses et soumis à des charges axiales exercées sur eux par ces traverses, le sommet de la pyramide étant traversé par la résultante des charges axiales appliquées à au moins un groupe de tirants. D'une manière avantageuse, selon une forme préférée de réalisation de l'invention, chaque noeud comporte un corps de noeud traversé par au moins un groupe de tirants, les diagonales étant fixées sur ce corps de noeud D'autres caractéristiques et avantages d'une structure spatiale selon l'invention ressortiront de la description ci-après d'un mode de réalisation donné uniquement à titre indicatif et non limitatif, en référence aux dessins annexés où:: - La figure 1 est une vue en perspective, schématique et partielle, d'une structure spatiale réticulaire selon l'invention; - La figure 2 est une vue en perspective, partiellement éclatée, d'un détail de la structure spatiale de la figure 1; - la figure 3 est une vue en perspective d'un détail d'un deuxième exemple de structure spatiale réticulaire suivant l'invention, et - La figure 4 est une vue schématique en plan d'un détail d'un- troisième exemple de structure spatiale réticulaire suivant la présente invention. En'référence aux figures précitées, 1 désigne une structure spatiale réticulaire suivant l'invention pour couvertures de grande portée, structure destinée à être supportée de manière connue en soi par des points d'appui traditionnels non représentés. En particulier, dans les exemples illustrés, la structure 1 est une structure spatiale réticulaire bidirectionnelle à maille carrée. La structure 1 comporte plusieurs me...brares 2, 3 et noeuds 4 structurellement indépendants; les metrures sont constituées par des traverses 2 de liaison des noeuds 4 ainsi que par des diagonales 3 convergeant cce'cce à c t e et disposées selon des pyramides 5 ayant chacune un sommet 6 situé au noeud 4 correspondant, comme il ressortira plus clairement de la description suivante. La structure 1 définit trois directions principales, orthogonales entre elles et désignées respectivement par X, Y, Z (voir figure 1), les traverses 2 étant parallèles & la direction X et & la direction Y. Chaque noeud est formé par deux plaques 7, 8 s e c r 0 i s a n t et soudés entreeHes pour former un croisillon a quatre bras semblables. Plus précisément, la premiere plaque 7 constituée par deux bras 7a symétriques et coplanaires, est exécutée en une selle pièce, tandis que la seconde plaque 8 est constitué de deux bras 8a, également symétriques et coplanaires, soudés sur des faces opposésd-lapremiere .plaque 7. Chaque bras 7a (8a) a une extrémité fixée aux autres bras, tandis qu'au niveau de l'extrémité opposée sont formés deux chanfreins 7b (8b). En outre, dans chaque bras 7a, 8a, sont pratiqués des trous débouchants, dont trois désignés par 9, sont ménagés dans l'extrémité opposée et destinés à la liaison avec les diagonales 3, tandis que les autres trous désignés par 10 sont pratiqués dans une portion centrale de chaque bras 7a, 8a. En outre, dans chaque noeud 4 sont définies trois directions désignées par X', Y' et Z' orthogonales entre elles et se coupant en un point 6' du noeud 4; en particulier, les plaques 7, 8 reposent sur deux plans perpendiculaires entre eux, parallèles à la direction Z' et se coupant au niveau de celle-ci, ces plans étant en outre disposés de manière à former un angle de 45' avec les directions X' et Y'. I1 est a noter que les trous 9 des plaques 7 et 8 sont destinés non seulement a la liaison des diagonales 3, mais également à la liaison d'éventuelles autres poutrelles non représentées, alignées avec les plaques correspondantes et situées sur le plan défini par les directions X' et Y'. Selon la présente invention, chaque noeud 4 comporte en outre trois groupes 11, 12, 13 constitués par deux tirants filetés, ces tirants filetés étant tous semblables et désignés par 14; les tirants 14 de chaque groupe 11, 12, 13 sont parallèles entre eux et s'étendent selon les directions X' et Y', Z' et sont destinés à la liaison en ligne de deux traverses 2 correspondantes. I1 est important de noter que les tirants 14 de chaque groupe 11 et 12 traversent les plaques 7, 8 par les trous 10 correspondants et, dans l'exemple représenté, sont symétriques par rapport au point 6'. D'une manière avantageuse, chaque noeud 4 comporte des manchons 15 cylindriques, dans chacun desquels coulisse un tirant 14 correspondant; ces manchons traversent les trous 10 et sont soudés aux goussets 7 et 8 au droit de ces trous. La référence 16 désigne des plaques de renforcement fixées aux bras 7a, 8a; en outre, les tirants 14 du groupe 13 qui s'étend selon la direction Z', sont supportés par ces goussets 16 et sont eux aussi disposes symétriquement par rapport au point 6' d'intersection des directions X', Y', Z' dans le noeud 4. Les références 17 et 18 désignent respectivement des écrous de serrage et des rondelles monts sur les tirants 14 filetés1 aux extrémités des manchons cylindriques 15 I1 est à noter que chaque manchon 15 est précontraint axialement par deux écrous 17 en prise avec le tirant 14 correspondant. Les traverses 2 sont de forme tubulaire et ont des extrémités pourvues de brides 19 dans lesquelles sont pratiqués les trous débouchants 20 pour la liaison avec un groupe de tirants 14 correspondant. Les diagonales 3, elles aussi de forme tubulaire, ont des extrémités 21 aplaties, en forme de fourche et munies de trous. La référence 22 désigne des boulons s'engageant dans les trous 9 et les trous correspondants des extrémités 21 en fourche, pour assembler les diagonales 13 aux plaques 7 et8. Les plaques 7 et 8, les manchons 1-5 et less 16 de renforcement, tous soudés entre eux, constituent un seul corps de noeud , désigné par 23, sur lequel sont fixées les diagonales 3 et qui supporte les tirants 14 des groupes 11, 12, 13. Le montage de la structure spatiale réticulaire 1 suivant l'invention s'effectue en assemblant les traverses 2 et les diagonales 3 respectivement aux tirants 14 et aux corps 23 des noeuds 4, comme décrit cidessus. I1 est à noter que les noeuds 4 sont disposés dans la structure 1 de manière que leurs directions X', Y', Z' coïncident avec. les directions principales correspondantes X, Y, Z de la structure 1, et que le point 6' coïncide par conséquent avec le sommet 6 de la pyramide 5. Le groupe 13 de tirants 14, disposés parallèlement aux directions coïncidantes Z et Z n'est pas utJnsé dans l'exemple de la figure 1; en effet, des traverses s'étendant dans la direction Z ne sont pas représentées, ou plus précisément pas montées; ces montants peuvent toutefois être prévus selon les besoins, dans des exemples analogues de structure spatiale réticulaire suivant l'invention. En ce qui concerne la transmission des charges axiales des traverses, au travers chaque noeud, il est à noter que les tirants sur lesquels sont fixées les traverses, sont essentiellement indépendants du corps de noeud, dans la mesure ou ces- charges axiales sont directement transmises, par l'intermédiaire des tirants, par une traverse à la traverse suivante sans impliquer directement le corps des noeuds. En outre, les différents groupes de tirants sont essentiellement indépendants les uns des autres, c'est-à-dire que les efforts axiaux auxquels est soumis un groupe de tirants ne se répercutent pas directement sur les autres groupes. Une conséquence importante de ce qui précède et de la disposition des tirants; est que dans chaque noeud de la structure spatiale réticulaire suivant l'invention, les résultantes-des charges axiales dans les tirants ont des directions qui coïncident avec les directions principales X, Y, Z de la structure et passent toutes par un point, ou barycentre , situé dans le noeud et coïncidant avec le sommet 6 de la pyramide. En outre, le fait d'avoir séparé à l'intérieur des noeuds les ensembles c'est-à-dire les tirants, qui sont soumis aux charges axiales des traverses, des ensembles c 'est-à-dire les corps de noeud, qui de leur coté sont soumis aux charges des diagonales ou à d'autres charges locales, permet de dimensionner convenablement ces le'irerts en fonction des différentes charges, ce qui les rend par ailleurs facilement calculables. En conséquence, dans la structure suivant l'invention, chaque noeud est considérablement allégé, å l'instar des charges pour lesquelles il a été projeté, par rapport aux noeuds des structures traditionnelles, dimensionnés globalement pour la charge la plus élevée. D'une manière avantageuse, selon une forme préférée de réalisation de l'invention, les écrous pour l'assemblage en ligne des traverses aux tirants, sont serrés avec une même force et il en résulte par conséquent une précontrainte du manchon, ce qui améliore encore sa fiabilité. En outre, du fait de leur précontrainte avant le montage de l'ensemble de la structure spatiale, les manchons sont soumis à des sollicitations au moins égales a celles exercees sur eux par les traverses et déterminées par les calculs de stabilité de la structure. On réalise ainsi une sorte de contrôle non destructif préliminaire au montage, d'où une sécurité et une fiabilité pratiquement absolues. La structure spatiale réticulaire suivant la présente invention est légère et rigide, et comporte des noeuds très solides et compacts qui garantissent une grande sécurité d'emploi et qui peuvent être utilisés en un point quelconque de la structure. D'une manière avantageuse, dans le cas de charges axiales importantes s'exerçant dans les poutrelles, il est prévu suivant l'invention un deuxième exemple de structure spatiale réticulaire bidimensionnelle, dont la figure 3 représente un détail. Sur cette figure, les éléments qui sont structurellement ou fonctionnellement équivalents aux éléments de la structure spatiale précédemment décrite en référence aux figures 1 et 2, sont désignés par les mêmes références. Sur la figure 3, la référence 4 désigne un noeud de jonction dans son ensemble qui comporte deux plaques 7 et 8 se coupant et soudées entre elles en étoile; ces plaques 7, 8 sont a e f o r ni e sensiblement circu aire et sont en outre munies de trous 9 destines à la liaison avec les diagonales correspondantes pourvues d'extrémités en fourche et disposées selon une pyramide ayant un sommet 6" dans le noeud 4. Dans ce cas aussi, la plaque 7 est avantageusement réaliséeen une seule pièce. La référence 10 désigne d'autres trous débouchants percés dans les plaques 7 et 8. Comme il a été déjà décrit plus haut, le noeud 4 définit des directions X", Y" et Z", perpendiculaires et se coupant en un seul point intérieur au noeud 4 et coïncidant avec le sommet 6". Le noeud 4 comporte deux groupes 11, 12 constitués par trois tirants filetés, ces tirants filetés étant tous semblables entre eux et désignés par 14. Les trois tirants 14 de chaque groupe 11, 12 sont parallèles entre eux et s'étendent respectivement selon les directions X" et Y" et sont destinés i la liaison en ligne des paires de traverses 2 correspondantes munies de brides 19 percées. La référence 17 désigne des écrous de serrage de ces brides 19 sur les tirants 14. Les tirants 14 de chaque groupe il et 12 traversent les plaques 7 et 8 en coulissant dans des manchons 15 correspondants traversant à leur tour les trous 10 et soudés aux plaques 7 et 8. I1 est important de noter que les tirants 14 de chaque groupe 11 et 12 sont équidistants du point 6", intersection des directions X", Y" et Z". Dans chaque noeud 4, les plaques 7 et 8 et les manchons 15 soudés sur celles-cj constituent un seul corps 23 de noeud sur lequel sont fixées les diagonales et qui supporte les tirants 14 des groupes 11 et 12. Le montage de ce deuxième exemple de structure spatiale réticulaire suivant l'invention s'effectue d'une manière tout à fait semblable à ce qui a été décrit précédemment, les directions X", Y" et Z" des noeuds coïncidant avec les directions principales X, Y, Z de la structure et la résultante des charges axiales appliquées à chaque groupe 11, 12 de tirants passant par le sommet 6". Dans ce deuxième exemple aussi, il est avantageux de serrer les écrous des tirants avec la même force au moment de la liaison des traverses aux noeuds pour obtenir ainsi une précontrainte des manchons. Ce deuxième exemple de structure spatiale réticulaire suivant l'invention présente tous les avantages cités pour la structure suivant l'invention précédemment décrite, et convient particulièrement dans le cas où il est nécessaire que les noeuds soient plus compacts et lorsque les sollicitations, en particulier des traverses, sont plus importantes. Dans le cas de structures spatiales réticulaires dans lesquelles les traverses sont alignées selon une même direction, la présente invention prévoit d'une manière avantageuse un troisième exemple de structure spatiale réticulaire dont la figure 4 montre un détail de manière schématique. Comme dans l'exemple décrit précédemment, les éléments qui ont une structure ou une fonction équivalente ê celle des éléments de la structure spatiale suivant l'invention décrite en référence aux figures 1 et 2, sont désignés par les mêmes références. Sur la figure 4, la référence 4 désigne dans son ensemble un noeud da la structure spatiale réticulaire 1 suivant l'invention; le noeud 4 comporte des plaques 7 et 8, semblables à 51 décrits en référence à la figure 2, se croisant et soudées entre elles en étoile et pourvues de trous pour la liaison des diagonales, non représentées, disposées en pyramide et convergeant en un point 6"', ou sommet de pyramide, situé dans le noeud 4. D'une manière avantageuse, la N > wp 7 est réalisé en une seule pièce. Ce noeud 4 définit également des directions X"', Y"' perpendiculaires entre elles et se coupant au point 6"'. Les plies 7 et 8 sont disposé, selon des plans orthogonaux qui forment des angles de 45' avec les directions X"' et Y"'. Le noeud 4 comporte un seul tirant 14 fileté, destiné à la liaison en ligne de deux traverses 2, dont les membrures s'étendent le long de la direction Y"'; en conséquence, le tirant 14 passe par le sommet 6"' de la pyramide. Le tirant 14 coulisse dans un manchon 15 cylindrique traversant des trous correspondants pratiqués dans les 7 7 7 et 8, et soudé à Qllesci. I1 est à noter que dans ce cas également, les plSs 7 et 8 et le manchon 15 constituent un seul corps 23 de noeud sur lequel sont fixées les diagonales et qui supporte le tirant 14. La référence 18 désigne des rondelles placées entre chaque traverse 2 et une extrémité corresppndante du manchon 15. D'une manière avantageuse, dans ce troisième exemple de structure spatiale suivant l'invention, les traverses 2 sont de forme tubulaire et ont des extrémités 2a dans lesquelles est pratiqué un trou débouchant 24 coaxial à la traverse. En outre, un écrou 25 est fixé dans les traverses 2 au droit du trou 24 et est destiné à recevoir le tirant 14. Comme il a déjà été décrit, le montage de ce troisième exemple de structure spatiale réticulaire suivant l'invention s'effectue en assemblant les traverses et les diagonales 3 respectivement aux tirants 14 et aux corps 23 de noeud, de manière que les noeuds soient disposés de telle sorte que les directions X"' et Y"' et évidemment également la direction Z"' non représentée sur la figure 4, coïncident avec les directions principales X, Y, Z de la structure. Dans les exemples décrits, on a fait référence en particulier a une structure spatiale réticulaire de type bidirectionnel, mais évidemment l'invention peut aussi être réalisée avec des structures spatiales réticulaires tridirectionnelles qui entrent toutes dans le cadre de protection de l'invention telle que définie par les revendications. REVENDICATIONS 1. Structure spatiale réticulaire destinée notamment aux couvertures de grande portée du type à merrrures (2,3) et noeuds (4) structurellement indépendants, ces membrures - comportant plusieurs traverses (2) reliées par les noeuds (4) ainsi que plusieurs diagonales (3) disposées selon des pyramides (5) ayant un sommet (6) dans un noeud (4) correspondant, caractérisée en ce que chaque noeud (4) comporte au moins un groupe (11, 12, 13) de tirants (14), destinés a l'assemblage en ligne d'au moins deux traverses (2) et soumis à des charges axiales exercées par les traverses, la résultante des charges axiales appliquées A au moins un groupe (11, 12, 13) de tirants (14) passant par le sommet (6) de la pyramide (5). 2. Structure spatiale réticulaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque noeud (4) comporte un corps (23) de noeud qui supporte au moins un groupe (11, 12, 13) de tirants (14), les diagonales (3) etant fixées sur ce corps (23) de noeud. 3. Structure spatiale réticulaire selon la revendication 2, caractérisée en ce que chaque corps (23) de noeud comporte au moins deux N2qEs (7,8) se croisant et fixées entre elles en étoile, les tirants (14) d'au moins un groupe (11, 12) de tirants traversant les trous (10) correspondants pratiqués dans les plates (7,8). 4. Structure spatiale réticulaire selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'au moins un (7) des pàqees (7, 8) est réaliséeen une seule pièce. 5. Structure spatiale réticulaire selon la revendication 3, caractérisée en ce que chaque corps (23) de noeud comporte plusieurs manchons (15) fixés sur les plaques (7, 8) au droit des trous (10), les tirants (14) étant engagés dans les manchons (15). 6. Structure spatiale réticulaire selon la revendication 5, caractérisée en ce que chacun des manchons (15) est précontraint par deux écrous (17) en prise avec le tirant (14) correspondant. 7. Structure spatiale réticulaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que les extrémités des traverses (2) sont pourvues de brides (19) percées pour la liaison avec les tirants (14). 8. Structure spatiale réticulaire destinée notamment aux couvertures de grandes portées du type à membrures (2,3) et a noeuds (4) structurellement indépendants, les membrures comportant plusieurs traverses (2) reliées par les noeuds (4), ainsi que plusieurs diagonales (3) disposées suivant des pyramides (5) ayant leur sommet (6) dans un noeud (4) correspondant, caractérisée en ce que chaque noeud (4) comporte un tirant (14) destiné à la liaison en ligne de deux traverses (2), le tirant (14) traversant le sommet (6) de la pyramide (5). 9. Structure spatiale réticulaire selon la revendication 8, caractérisée en ce que chaque noeud (4) comporte un corps (23) de noeuds qui supporte le tirant (14), les diagonales (3) étant fixées sur le corps (23) de noeuds. 10. Structure spatiale réticulaire selon la revendication 9, caractérisée en ce que chaque corps (23) de noeud comport.e au moins deux plans (7, 8) se croisant et fixées entre elles en étoile, le tirant (14) traversant les (7,8). 11. Structure spatiale réticulaire selon la revendication 10, caractérisée en ce qu'au moins une (7) des plxiff (7, 8) est réaliséeen une seule pièce. 12. Structure spatiale réticulaire selon la revendication 10, caractérisée en ce que chaque corps (23) de noeud comporte un manchon (15) fixé sur les le (7,8), le tirant (14) passant dans le man- chon (15).