Brevet FR2637930A1 — publié le 19900420

La présente invention concerne une nouvelle structure métallique destinée à la réalisation de couvertures pour des édifices de toute nature, ces couvertures bénéficiant à la fois d'avantages relatifs à leur commodité d'utilisation, à leurs qualités mécaniques élevées, à une esthétique architecturale et à la facilité de leur entretien. Les structures métalliques actuellement utilisées possèdent déjà un ensemble de qualités, notamment d'originalité esthétique et de propriétés mécaniques qui les font rechercher dans toutes les réalisations architecturales de haut niveau. On doit toutefois considérer qu'une limite majeure à leur utilisation est le caractère unique, conséquence de la complexité de leurs éléments constructifs, résultant elles-mêmes de l'optimisation de l'exploitation des propriétés mécaniques. de ces éléments. Il en résulte un prix de revient élévé de ces structures, dont la diffusion ne dépasse guère à ce jour le domaine des édifices publics ou parapublics. L'invention vise à supprimer- cette limitation, en abaissant le prix de revient de telles structures, dans leur application à la couverture des bâtiments de toute nature et de toutes dimensions, grâce à une conception à base d'un petit nombre d'éléments standards, assemblés suivant des modules également standards, répondant à des critères de comportement mécanique optimum et pouvant être composés à l'infini par des utilisateurs non spécialisés. - A cet effet, selon l'invention, la structure se compose d'un nombre multiple de quatre de potres fuseaux identiques entre elles et s'entrecroisant de manière telle que leurs portions supérieures définissent une nappe supérieure et que leurs portions inférieures définissent une nappe inférieure, ces deux nappes se rejoignant le long de poûtres rives, lesdites portions étant elles-mêmes constituées d'éléments standards assemblés en formant un quadrillage dont les sommets sont formés de pièces de liaison également standards et constituant en même temps des appuis pour les extrémités d'entretoises verticales, également standards et maintenues sous compression par les deux nappes précitées en en absorbant toutes les contraintes. Basiquement, la structure selon l'invention peut donc se concevoir comme au moins une cellule parallélipédique formée de deux nappes curvilignes précontraintes réunies et délimitées par des parois latérales verticales, la structure d'ensemble étant, dans la pratique formée d'une sorte de "nid d'abeille" de telles cellules basiques juxtaposées s'aplatissant graduellement vers les bords extérieurs de la structure o sont fina]ement repris et-annulés tous les efforts (points d'épure). La concrétisation pratique de l'invention apparaitra plus loin, à propos de la description de certains exemples de réalisation, mais il apparait utile d'introduire ici un court exposé de principe, se référant à la figure A du dessin annexé. Sur ce dessin, on a désigné par F1, F2, F3 et F4 quatre poûtres fuseaux, dont les intersections délimitent une cellule présentant deux faces curvilignes ABCD et EFGH, réunies par des entretoises verticales AE, BF, CG et DH. Si l'on considère que chacun des côtés AB, BC, CD, et DA a été mis sous tension préalablement à l'assemblage de la nappe ABCD avec la nappe EFGH par l'intermédiaire des entretoises AE, BF, CG, et DH, et que l'on soumet les côtés de la nappe EFGH à des tensions appropriées, l'ensemble des contraintes subies par la cellule s'annulent, quelles qu'elles soient. L'invention consiste à juxtaposer de telles cellules, s'aplatissant graduellement le long des fuseaux, jusqu'aux points S, T, U, V, W, X, Y et Z pour venir former quatre arêtes ST, UV, WX, et Z délimitant une structure d'ensemble en forme de coussin, dans lesquelles toutes les contraintes viennent s'annuler le long desdites arêtes, qui peuvent correspondre à des po tres de rives d'un bâtiment sur lesquelles vient reposer une couverture dont l'ossature est constituée par ladite structure, et recouverte par tout voile ou toute membrane, conventionnelle ou non. Une telle couverture sera d'une réalisation simple et peu coûteuse, n'exigeant que six types d'éléments standards, existant bien entendu en plusieurs dimensions, à savoir: - élément tubulaire supérieur, destiné à être précontraint, - élément tirant inférieur à longueur réglable, - pièce de liaison supérieure, - pièce de liaison inférieure, - entretoise verticale, - pièce de liaison sur rive. Chaque type d'élément standard peut évidement être réalisé en différentes dimensions, en fonction de l'application, mais dans tous les cas il subit en usine des traitements de surface définitifs, de sorte qu'il peut être livré en "kit" de montage à densité maximale, sans exiger aucun traitement après montage, son aspect étant définitif, ce qui élimine de nombreux frais de contrôle et d'entretien. L'invention sera bien comprise grâce à la description ci-après de certains modes de réalisation, donnée à titre illustratif et non limitatif, avec référence au dessin annexé, sur lequel outre la figure A précitée: La figure 1 est une vue de dessus schématique de l'ensemble d'une structure réalisée sur la base des principes de l'invention. La figure 2 est une coupe verticale de la structure de la figure 1, prise le long d'une poûtre fuseau, c'est-à-dire indifféremment suivant XX' ou suivant YY'. La figure 3 est une vue de dessus agrandie d'un détail de la figure 2, faisant apparaître un noeud de jonction intermédiaire supérieur. La figure 4 est une coupe verticale suivant IV-IV de la figure 3. La figure 5 est une vue de côté d'un noeud de jonction avec une poûtre de rive. La figure 6 est une vue de dessus de la figure 5. La figure 7 est une coupe horizontale suivant VII-VII de la figure 5. La figure 8 est une coupe verticale analogue à la figure 4, mais faisant apparaitre un mode de jonction avec une pontre verticale. La figure 9 est une variante de la figure 8, faisant apparaitre un mode de jonction avec les poUtres horizontales inférieures. La figure 10 illustre en perspective la pièce de jonction utilisée dans la réalisation de la figure 5. Les figures lla et llb sont des coupes transversales de deux variantes possibles prises chacune suivant XI-XI de la figure 6, et la figure 12 illustre très schématiquement une variante de la structure de la figure 1, aménagée à des fins architecturales. En se référant tout d'abord aux figures 1 et 2, on y a représenté -très schématiquement une structure type conçue sur la base des principes de l'invention. Une telle structure est formée d'un certain nombre de potres en fuseau entrecroisées P et P' constituées chacune d'éléments standards. Une telle poûtre est illustrée à la figure 2. Elle comporte des éléments supérieurs 1 en tubes ou en barres, des éléments inférieurs 2 - en cables ou en tiges, et des éléments verticaux 3, reliant les points de croisement 4 entre les éléments supérieurs 1 et les points de croisement 5, entre les éléments inférieurs 2. Les deux extrémités de chaque po tre P, P' sont reliés à des poûtres de rives R, R', en des points 6 et 7 respectivement. Une particularité de cet ensemble structural est que l'ensemble des éléments 1 et 2 sont mis sous tension et maintenus précontraints, de manière à reprendre les efforts de soulèvement climatiques vers le haut, qui sont reportés aux extrémités 6 et 7, tandis que les éléments verticaux 3 sont constament comprimés. Selon l'invention également, tous les éléments 1,2 et 3 sont standardisés, et assemblés aumoyen de pièce de jonction également standardisés comme il est représenté notamment aux figures 3 et 4 pour les pièces intermédiaires inférieures correspondant aux noeuds 5 et aux figures 5-7 pour les pièces de liaison aux poutres rives, aux noeuds 6 et 7. En se référant d'abord aux figures 3 et 4, on voit que les éléments la et lb d'une poûtre P et les éléments l'a et l'b d'une potre P' croisant la précédente au point ou noeud 4 sont réunis de manière à constituer des lignes continues, au moyen de quatre équerres 8, 9, et 8', 9', assemblées par des boulons (non représentés) les traversant par des lumières telles que 10 (figure 4), réparties dans leurs zones horizontales. Les éléments de tubes la et l'a sont soudés respectivement aux équerres 8 et 8', et de même les éléments de tubes lb et l'b sont soudés aux équerres 9 et 9', de sorte que les boulonnages de 8 sur 9', de 9 sur 9,', de 9 sur 8' et de 8 sur 8'assurent la solidarisation à la fois des éléments des tubes la-lb et l'a-l'b, et du noeud supérieur 4. La solidarisation des éléments inférieurs 2 à l'emplacement des noeuds inférieurs 5 peut se faire suivant une variante illustrée aux figures 9 et 10, faisant intervenir une pièce de liaison en acier moulé (figure 10), comportant un manchon axial 12 et quatre étriers deux à deux symétriques 13a-13b et 13'a-13'b dont les bases 14 sont percées pour recevoir les tirants 2-2' respectifs, maintenus par des écrous de réglages 15, destinés à permettre, par une mise en longueur exacte, pour la reprise globale des tensions du système. Comme on le voit sur la figure 9, le manchon central 12 peut recevoir une broche de positionnement 16, réglable par un écrou 17 et solidaire de l'entretoise 3. Cette réalisation réglable n'est d'ailleurs que facultative puisque ladite entretoise verticale 3 est toujours en i5 compression. Bien entendu, au lieu de cette variante, on peut utiliser pour les noeuds inférieurs 5 un mode de liaison semblable à celui des noeuds supérieurs 4, comme l'illustre la figure 8, un manchon 18 analogue au manchon 12 pouvant également être ménagé au centre des équerres 19, auxquelles sont soudées les - extrémités des tirants 2, et qui sont boulonnées ensemble comme les équerres 8 et 9. Enfin, en se reportant maintenant aux figures 5, 6, 7, et 11a-llb, on doit également prévoir une variante de structure des noeuds 4 et 5 aux points de jonction 6 et 7 des po tres P et P' sur les poûtres de rive R et R'. Selon cette variante, la pièce de liaison 20 (figures 5 et 6), comporte encore quatre équerres 21, 21' et 22, 22', mais, alors que les équerres intérieurs 21, 21' sont soudées aux éléments de tubes 23, 23', comme dans les variantes des figures 3, 4 et 8, les équerres extérieures 22, 22' boulonnées aux précédentes, servent à porter un pivot 24 d'accrochage à une chape 25, 25' soudée à la poûtre rive R. Par ailleurs, le même noeud 6 (ou 7) servant à la liaison entre deux tirants inférieurs 2, il est prévu, selon l'invention, d'assurer cette liaison au moyen d'un gousset 26, accroché en 27 au tirant 2, et soudé au tube 23. Selon la réalisation de la figure l1a, cette soudure 28 du gousset 26a est placée sur la face extérieure du tube 23. Pour diminuer les 6 2637930 risques d'ovalisation du tube 23, il est cependant préférable comme illustré à la figure 11b, de pratiquer dans le tube 23 une double fente 29-29' traversée par le gousset 26b, qui est alors soudé en deux points 28b et 28b', diamétralement opposés sur le tube 23. Il convient de noter que, bien que dans son principe de base, la nappe inférieure de la structure selon l'invention soit constituée de tirants 2, dans le cas de certaines portées élevées, il divient difficile de soumettre les tubes 1 à une précontrainte, de sorte qu'elles ne sont plus en mesure de recevoir la totalité des contraintes climatiques. Dans ce cas, selon une variante de l'invention, il est prévu de réaliser les éléments inférieurs 2 en petits tubes, qui pourront ainsi recevoir leur part des efforts de compression climatique. Par ailleurs, et notamment également dans le cas de grandes portées, il peut y avoir dissymétrie des charges sur la structure, par exemple par accumulation de neige sur un coin; il peut alors se produire des transferts et des déformations locales. Pour prévenir ce phénomène parasite, l'invention prévoit de compléter la structure par des tirants supplémentaires montés en diagonale dans certains ou la totalité des quadrilatères élémentaires tels qu'identifiés par ABFE ou ADHE sur le schéma du principe A. Les diagonales ont pour effet que des sollicitations locales ne risquent plus d'entrainer de modifications géométriques de la structure. La figure 12 illustre enfin, à titre d'exemple, une possibilité parmi beaucoup d'autres d'exploiter à des fins architecturales la structure selon l'invention. A cet effet, au sommet 31 d'un mât 30 élevé vers le centre de la structure, on peut accrocher un voile 32 réalisé par exemple en toile enduite imperméable, en forme de tente. Si la structure est de grandes dimensions, plusieurs mats 30 peuvent être répartis pour créer une couverture, pouvant être multicouche, destinée à créer un effet esthétique nouveau. Au lieu d'une couverture membranaire 35. souple, on peut également prévoir une couverture en verrière pouvant affecter une forme en pointes de diamant correspondant aux losanges définis par les po tres P-P'. 7- REVENDICATIONS 1. Procédé pour la réalisation de structures métalliques essentiellement destinées à servir d'ossatures pour la couverture d'édifices, caractérisé en ce qu'il consiste à créer, au moyen d'éléments standardisés précontraints, un nombre multiple de quatre de poutres fuseaux, et à entrecroiser ces poûtres selon un quadrillage régulier, l'ensemble des portions supérieures de ces poutres définissant une nappe. supérieure et l'ensemble des portions inférieures de ces poutres définissant ufie nappe inférieure, ces nappes étant reliées par des éléments standardisés verticaux et ces nappes se rejoignant le long des poutres rives, o l'ensemble des efforts subis par la structure s'annule. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la nappe supérieure est formée d'éléments standards précontraints dont chaque extrémité est soudée à une équerre de telle sorte que les extrémités de quatre éléments tubulaires sont réunies en formant un noeud par boulonnage des quatre équerres correspondantes, les noeuds de cette nappe supérieure étant reliés par des entretoises verticales aux noeuds de la nappe inférieure. 3. Procédé selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que les éléments de la nappe inférieure sont des tirants dont la longueur peut être réglée en fonction des contraintes des éléments supérieurs, transmises par les entretoises verticales. 4. Procédé selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que les éléments de-la nappe inférieure sont des tubes de petit diamètre. 5. Procédé selon les revendications 1 et 4 caractérisé en ce que aux extrémités des poûtres fuseaux situées sur les poûtres rives, deux éléments tubulaires supérieurs sont soudés à deux équerres formant bride d'articulation sur un axe porté par ladite poûtre rive. 6. Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce que les extrémités des tirants inférieurs correspondant auxdits éléments tubulaires sont soudées à ces derniers suivant deux lignes de soudure diamétralement opposées. 9B 2637930 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que des tirants additionnels sont disposés en diagonale dans au moins un certain nombre des mailles constituées par un élément supérieur, un élément inférieur et les deux entretoises verticales les réunissant. 8. Structure métallique destinée essentiellement à la couverture d'édifices,. caractérisée en ce qu'elle résulte de la mise ne oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7. 9. Structure selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'elle se compose essentiellement de six éléments standards existant chacun en plusieurs dimensions, à savoir: - un élément tubulaire supérieur, destiné à être précontraint, - un élément tirant inférieur à longueur réglable, une pièce de liaison supérieure, constituée de quatre équerres identiques, - une pièce de liaison inférieure, - une entretoise verticale, - une pièce de liaison sur rive. 10. Structure selon la revendication 9 caractérisée en ce qu'au moins une partie des éléments inférieurs est constituée par des tubes de petit diamètre. 11. Structure selon l'une des revendications 9 et 10, caractérisée en ce qu'elle comporte un septième élément- standard, constitué par un tirant diagonal.