Brevet FR2652844A1 — publié le 19910412

La présente invention concerne la structure d'une toiture en treillis à membrures conçue pour être mise sous contrainte de façon prédéterminée par mise sous contrainte de traction de ses éléments formant corde ou membrures pour la supporter sans étançon prévu au centre. P a r m i L e s types de cons- truction de structure de toiture à grande portée, il y a La structure de toiture en treillis à membrure. Les figures 5 et 6 représentent un exemple de structure de toiture en treillis à membrure mentionnée dans les applications ci-dessus. Une toiture 8 de la structure représentée sur les figures 5 et 6 comporte un chevêtre annulaire qui est désigné de façon générale par le repère 1 sur les figures. Le chevêtre annulaire 1 est constitué d'un anneau 2 travaillant à la compression et d'un anneau 3 travaillant à la traction, respectivement situés en position supérieure et en position inférieure dans le chevêtre annulaire et joints l'un à l'autre par des montants 7. Un lanterneau 9 installé sur l'anneau 2 travaillant à la compression apporte la lumière. Des poutres 4 sont disposées radialement autour du chevêtre annulaire 1 et sont respectivement jointes à sa périphérie extérieure. Une pluralité de barres et d'entretoises sont prévues entre elles et sont jointes aux poutres adjacentes 4 et 4 pour former une toiture en treillis. En outre, les éléments 6, formant corde s ou membrures sont tendus entre les extrémités extérieures 4a des poutres respec- tives 4 et de l'anneau 3 travaillant à la traction, à la partie inférieure du chevêtre annulaire 1. Les éléments formant membrures sont mis sous contrainte de traction pour contraindre la structure de la toiture. De façon plus particulière, les contraintes de traction agissant sur les éléments respectifs 6 formant membrures créent des forces f pour pousser vers le haut les poutres 4; les forces sont transmises, par l'intermédiaire des montants 7, aux poutres 4, de façon que la toiture 8 puisse se supporter elle-même. Des sections formant paroi latérale 5 sont construites séparément et la toiture 8 repose sur les sections formant paroi latérale 5, avec ses extrémités extérieures 4a supportées par les portions d'extrémité supérieure des sections formant paroi latérale. Notons que le repère 10 de la figure 5 désigne des portions d'assise qui sont prévues à l'intérieur des sections formant paroi latérale. On construit par exemple le bâtiment comportant la toiture 8 de cette structure selon le procédé représenté sur les figures 7 à 9. Avant tout, comme représenté sur la figure 7, on monte, avec des grues, les cadres d'acier des sections formant paroi latérale 5 du bâtiment et on assemble, approximativement au centre du bâtiment, une plate-forme de travail 11 pour le chevêtre annulaire. Puis on assemble le chevêtre annulaire 1, supporté par la plate-forme de travail 11 comme représenté sur la figure 8. Le chevêtre annulaire 1 a par exemple une forme annulaire vu de dessus et l'anneau 3 travaillant à la traction est formé à la partie inférieure du chevêtre annulaire. Ensuite on exécute, en béton armé, un ouvrage servant de squelette ou de corps de structure sur les cadres d'acier. Avec les grues, on pose l'une après l'autre les poutres 4 entre les portions d'extrémité supérieure des sections formant paroi latérale 5 et le chevêtre annulaire 1 pour les assembler selon une forme en arc vu de côté, selon une forme circulaire vu de dessus. On installe les barres, les entretoises et autres pour former la toiture en treillis à membrures. Apres les travaux ci-dessus, on installe les éléments formant membrures 6 entre les extrémités extérieures respectives 4a des poutres 4 et l'anneau 3, travaillant à la traction, à la partie inférieure du chevêtre annulaire 1, comme représenté sur la figure 9. Ensuite, on met sous contrainte de traction les membrures 6 pour exercer la contrainte nécessaire sur la toiture en treillis ainsi assemblée, de façon que la toiture en treillis puisse se supporter elle-même. La toiture 8 en treillis à membrure est alors achevée et on enlève la plate-forme de travail 11. De plus, après la mise sous contrainte de traction, on installe les matériaux de couverture, etc. par fixation sur la toiture 8 en treillis à membrures et on exécute les travaux de finition tels que les travaux d'étanchéité à l'eau, etc. pour achever l'ensemble du travail. Toutefois, dans la toiture 8 en treillis à membrures de la structure cidessus, les membrures 6 sont continues des deux côtés du chevêtre annulaire 1, de sorte que chacune s'étend de part et d'autre du chevêtre annulaire 1, depuis l'extrémité extérieure 4a d'une poutre 4 jusqu'à l'extrémité extérieure 4a d'une poutre 4 opposée. Dans le cas de la toiture 8 en treillis à membrures de grande dimension, par conséquent, chaque membrure 6 s'allonge en conséquence et, pour mettre sous contrainte de traction la membrure 6, le vérin qui est le moyen de mise sous contrainte doit avoir une course d'une longueur suffisante. Pour ce motif, lors de la mise sous contrainte de traction des membrures 6, il est nécessaire de disposer de vérins de grand dimension. Une amélioration de la structure a été souhaitée de ce point de vue. En outre, du fait que l'anneau 3 travaillant à la traction à la partie inférieure du chevêtre annulaire 1 est soumis à des forces de poussée vers l'intérieur du fait de la mise sous contrainte de traction des membrures 6, il faut renforcer l'anneau 3 de mise sous contrainte de traction. Un but de l'invention est de proposer une structure de toiture en treillis à membruresque l'on puisse facilement mettre sous contrainte avec des vérins de course relativement courte. Un autre but de l'invention est de proposer une toiture en treillis à membrures dont l'anneau travaillant à la traction soit renforcé tout en impliquant un moindre accroissement de poids. Un autre but encore de l'invention est de proposer une structure de toiture en treillis à membrures dans laquelle la contrainte de traction appliquée à chacune de ses membrures soit efficacement transmise à une poutre correspondante de façon que la contrainte de traction à appliquer à la membrure en soi puisse être réduite. Pour atteindre les buts ci-dessus, conformément à un aspect de l'invention, on propose une structure de toiture en treillis à membrures qui comporte une paire de chevêtres qui s'étendent respectivement en parallèle, une pluralité de poutres disposées extérieurement autour des chevêtres et jointes à ces chevêtres, une pluralité de barres et d'entre- toises disposées entre les poutres adjacentes et jointes à ces poutres adjacentes pour former une toiture en treillis, et des membrures tendues entre les extrémités extérieures des poutres respectives et les chevêtres respectifs pour appliquer la contrainte nécessaire à la toiture en treillis. Les membrures sont disposées entre les extrémités extérieures des poutres respectives et l'un des chevêtres qui leur sont joints et les extrémités des membrures disposées du côté opposé au chevêtre sont jointes l'une à l'autre par des éléments de liaison. Avec la structure ci-dessus de la toiture en treillis à membrures, on peut réduire la longueur de chaque membrure à moins de la moitié en comparaison des membrures continues que l'on a utilisées jusqu'ici. Par conséquent, la course nécessaire du vérin de mise sous contrainte de traction de chaque membrure peut être courte et il n'est pas nécessaire d'avoir un vérin à grande course. En outre, en disposant respectivement les membrures des deux côtés des chevêtres, ou du fait que les membrures sont divisées par les chevêtres, il devient facile de mettre la toiture sous contrainte de façon équilibrée au moyen des membrures. En outre, du fait que les extrémités des membrures du côté chevêtre sont reliées les unes aux autres par des éléments de liaison, les chevêtres sont, pour ainsi dire, dans l'état o ils sont reliés l'un à l'autre par des éléments de liaison. Par conséquent, la contrainte appliquée aux membrures est transmise sans à-coups et efficacement aux chevêtres, et il devient possible de concevoir la toiture de façon rationnelle. Selon un autre aspect de l'invention, on propose une toiture en treillis à membrures comportant un chevêtre annulaire qui présente un anneau travaillant à la compression et un anneau travaillant à la traction respectivement situés en position supérieure et en position inférieure du chevêtre annulaire et joints l'un à l'autre par des montants, ainsi que des poutres disposées radialement autour de l'anneau, travaillant à la compression, du chevêtre annulaire, et des membrures tendues chacune sous une contrainte de traction prédéterminée entre les poutres et l'anneau travaillant à la traction, étant précisé que chaque montant du chevêtre annulaire est disposé pour se tenir sensiblement selon un segment de droite qui est la bissectrice de l'angle formé par la membrure correspondante et le plan de l'anneau travaillant à la traction. Ici, le plan de l'anneau travaillant à la traction signifie un plan contenant un anneau imaginaire défini par les joints de liaison des membrures respectives et de l'anneau travaillant à la traction. Avec la structure en treillis conforme au second aspect de l'invention, du fait que chaque montant du chevêtre annulaire est placé selon le segment de droite qui est la bissectrice de l'angle formé par la membrure correspondante et le plan de l'anneau travaillant à la traction, la direction de la force résultante des forces de traction agissant respectivement sur l'anneau travaillant à la traction et sur la membure coincide avec la direction dans laquelle est placé le montant. Il en résulte que, conformément à la structure de toiture en treillis à membrures de cet aspect, la contrainte de traction appliquée à chaque membrure est efficacement transmise à la poutre correspondante sous forme d'une force exerçant sur la toiture une poussée vers le haut. Par conséquent, on peut réduire la force de traction à appliquer à chaque membrure pour permettre à la toiture de se supporter elle-même. En outre, du fait que la direction de la force résultante des forces de traction agissant respecti- vement sur l'anneau travaillant à la traction et sur chaque membrure coincide avec la direction dans laquelle le montant correspondant est placé, la charge sur le montant agit dans la direction axiale de ce montant. Par conséquent, aucune charge latérale due à la force de traction appliquée à la membrure n'agit sur le montant, et la charge agissant sur le montant peut être réduite. La figure 1 est une vue en coupe d'une toiture en treillis à membrures conformément à une réalisation de l'invention et elle représente une membrure et son élément de liaison. La figure 2 est une vue schématique en perspective de la toiture en treillis à membrures représentée sur la figure 1. La figure 3 est une vue de côté en coupe représentant une portion essentielle d'une structure de toiture en treillis à membrures conforme à une autre réalisation de l'invention. La figure 4 est une vue montrant la direction d'une force créée dans la toiture représentée sur la figure 3 sous la condition que ses membrures sont sous contrainte de traction. Les figures 5 et 6 représentent une structure conventionnelle de toiture en treillis à membrure. La figure 5 est une vue de côté en coupe de la structure et la figure 6 est une vue schématique en perspective, vue de dessus. La figure 7 est une vue schématique repésentant un état de la plate-forme de travail assemblée lors de la construction d'une toiture à poutres en arc. La figure 8 est une vue schématique montrant un état de l'installation d'un chevêtre annulaire et de poutres au cours de la construction de la toiture représentée sur la figure 7. La figure 9 est une vue schématique représentant un état complet de la toiture représentée sur la figure 7. On va maintenant décrire des réalisations de l'invention en se référant aux dessins joints. Dans la description qui suit, des repères identiques désignent des éléments constituants correspondant ou identiques à ceux de la toiture décrite ci-dessus en référence aux figures 5 à 9 et on en omettra la description par souci de brièveté. La figure 1 est une vue représentant une structure de toiture en treillis à membrures confor- mément à la première réalisation de l'invention. Comme représenté sur la figure 2, un chevêtre annulaire 1 de cette réalisation présente une forme elliptique, vu de dessus, et la toiture 8 dans son ensemble présente également une forme elliptique. La toiture de cette réalisation se caractérise en ce que chaque membrure, qui jusqu'ici était un élément continu, est divisée en deux, avec un anneau 3 travaillant à la traction interposé entre les deux éléments, et les membrures 16 ainsi divisées sont jointes à l'anneau 3 travaillant à la traction, respectivement. En outre, les extrémités des membrures divisées 16, qui sont situées en face l'une de l'autre sur les portions droites ou poutrelles de l'anneau 3 travaillant à la traction sont reliées l'une à l'autre par des éléments de liaison 20 en profilé d'acier H. On peut utiliser un procédé quelconque pour relier les membrures 16 à l'anneau 3 travaillant à la traction. Par exemple, si la membrure 16 est faite en un matériau linéaire tel qu'un câble métallique ou autre, on peut relier la membrure 16, à l'une de ses extrémités, à l'anneau 3 travaillant à la traction par un moyen de fixation du type boulon ou analogue. Conformément à cette réalisation, on peut réduire la longueur de chaque membrure 16 à moins de la moitié en comparaison du cas o l'on utilise une membrure continue comme dans la structure de toiture conventionnelle. Par conséquent la course nécessaire d'un vérin de mise sous contrainte de traction de chaque membrure 16 peut être relativement courte et un vérin de grande course n'est pas nécessaire. En outre, lorsque l'on utilise les membrures continues 6 comme dans le cas de la structure de toiture conventionnelle, des portions formant berceau sont prévues sur l'anneau 3 travaillant à la traction pour permettre aux membrures 6 de se cintrer et de passer le long de l'anneau travaillant à la traction. Dans ce cas, il y a un risque que le frottement aux portions formant berceau ne vienne déséquilibrer la traction appliquée à chaque membrure des deux côtés de l'anneau 3 travaillant à la traction. Au contraire de cette structure de toiture conventionnelle, grâce au fait que les membrures 16 sont divisées des deux côtés de l'anneau 3 travaillant à la traction, la réali- sation ci-dessus de l'invention rend possible d'appliquer facilement une contrainte à la structure de toiture de façon bien équilibrée au moyen des membrures 16. En outre, dans la réalisation décrite, les extrémités des membrures 16 du côté de l'anneau 3 travaillant à la traction sont reliées l'une à l'autre par des profilés H en acier 20; en d'autres termes, les portions droites de l'anneau 3 travaillant à la traction sont dans un état o elles sont reliées l'une à l'autre par les profilés H d'acier 20. Par conséquent, même si les portions droites de l'anneau 3 travaillant à la traction sont soumises à des forces de poussée vers l'intérieur du fait de la mise sous contrainte de traction des membrures 16, les profilés H en acier 20 servent à renforcer l'anneau 3 travaillant à la traction et à permettre que les forces agissant sur l'une des portions droites soient transmises sans à-coups à l'autre portion droite. Il en résulte que la contrainte appliquée aux membrures 16 est transmise, sans à-coups et efficacement à l'anneau 3 travaillant à la traction et qu'une conception rationnelle de la structure de toiture devient possible. La figure 3 représente une portion essentielle d'une toiture à poutre linéaire conforme à une autre réalisation de l'invention. La toiture en treillis à membrures de la seconde réalisation est conçue en vue d'un autre problème présenté par la toiture en treillis à membruresconventionnelle. De façon plus précise, dans la toiture en treillis à membrures conventionnelle, telle que représentée sur la figure 5, chaque montant 7 du chevêtre annulaire 1 est prévu être disposé verticalement par rapport à un plan A défini par l'anneau 3 travaillant à la traction. Toutefois, cette structure nécessite qu'une important contrainte de traction soit appliquée à chaque membrure pour permettre à la toiture 8 de se supporter elle-même, et elle n'est pas satisfaisante en ce sens que les membrures sont soumises à une charge importante. La structure de toiture représentée sur la figure 3 est dans un état dans lequel elle se supporte elle-même. Sur la figure, le repère 21 désigne de façon générale un chevêtre annulaire. De même que le chevêtre annulaire 1 de la première réalisation, le chevêtre annulaire 21 est constitué d'un anneau 22 travaillant à la compression et d'un anneau 23 travaillant à la traction, respectivement situés en position supérieure et en position inférieure dans le chevêtre annulaire et joints l'un à l'autre au moyen de montants 27. L'anneau 23, travaillant à la traction, du chevêtre annulaire 21 de cette réalisation, par contre, est prévu de dimension légèrement supérieure à celle de l'anneau 22 travaillant à la compression. Chaque montant 27 du chevêtre annulaire 21 est disposé selon un segment D d'une droite qui est la bissectrice de l'angle C de la membrure correspondante 16 et du plan A. Le plan A comporte un anneau imaginaire défini par les joints de liaison 24 de l'anneau 23 travaillant à la traction et des membrures respectives 16 et on s'y réfère dans la description qui suit comme étant le plan dans lequel est placé l'anneau 23 travaillant à la traction. Autour de l'anneau 22, travaillant à la compression, du chevêtre annulaire 21, sont disposées radialement des poutres 4. Chaque poutre 4 est une structure de poutre en treillis constituée d'une membrure supérieure 25, d'une membrure inférieure 26 et d'éléments du treillis 28. Les poutres adjacentes 4 et 4 sont jointes l'une à l'autre au moyen de goussets et de barres (non représentées). L'une des extrémités de chaque membrure 16 est reliée à une poutre correspondante 4, à son extrémité extérieure 4a, par un gousset 29. L'autre extrémité de la membrure 16 est reliée à l'anneau 23 travaillant à la traction. Dans la structure de toiture en treillis à membrures de cette réalisation, chaque montant 27 du chevêtre annulaire 21 est disposé selon le segment de droite D qui est la bissectrice de l'angle C entre la membrure correspondante 16 et le plan A dans lequel se trouve l'anneau 23 travaillant à la traction. Par conséquent, comme représenté sur la figure 4, la direction de la force F qui est la résultante des forces de traction P1 et P2 agissant respecti- vement sur l'anneau 23 travaillant à la traction et sur la membrure i6 coincide avec la direction dans laquelle est placé le montant 27. Pour cette raison, conformément à la structure de toiture en treillis à membrures, la traction appliquée à chaque membrure est efficacement transmise à une poutre correspondante 4 sous forme d'une force F de poussée vers le haut. Par conséquent, avec cette structure de toiture en treillis à membrures, on peut réduire la contrainte de traction qu'il faut appliquer à chaque membrure pour que la toiture soit autoportante. En outre, dans la structure de toiture en treillis à membrures de cette réalisation, telle que décrite ci-dessus, la direction de la force F résultante des forces de traction P1 et P2 agissant respectivement sur l'anneau 23 travaillant à la traction et sur chaque membrure 16 coincide avec la direction dans laquelle est placé le montant correspondant 27. Ceci signifie que la charge exercée sur le montant 27 agit selon sa direction axiale. Par conséquent, conformément à cette structure de toiture en treillis à membrures, aucune charge latérale, provoquée par la contrainte de traction appliquée à chaque membrure, n'agit sur le montant correspondant 27 et la charge exercée sur le montant 27 peut être moindre. Bien que l'on ait décrit la toiture en treillis à membruresde cette invention sur la base des formes spécifiques des réalisations, les détails de la structure de toiture de l'invention ne sont pas uniquement limités aux réalisations décrites, et différentes modifications peuvent être apportées. Par exemple, bien que l'on ait décrit, dans les réalisations, la toiture en treillis comme ayant la forme d'un arc, vu de c8té, elle peut également avoir la forme d'une toiture en dos d'âne. En outre, la description de la première réalisation a été faite de façon que des profilés H en acier joignent l'une à l'autre les extrémités des membrures qui se font face l'une l'autre sur les portions droites de l'anneau 3 travaillant à la traction. Toutefois, il est bien entendu que les profilés H en acier 20 peuvent être disposés obliquement, comme des diagonales, par rapport aux portions droites de l'anneau travaillant à la traction. En outre, bien que, dans la réalisation cidessus, on utilise des profilés H en acier 20 comme éléments de liaison, il est également possible d'utiliser dans ce but d'autres éléments connus. En outre, bien que dans les réalisations on ait décrit la toiture en treillis sous forme d'une ellipse, la toiture en treillis à membrures de l'invention peut s'appliquer à toute forme de toiture, par exemple à une forme rectangulaire, etc. R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Structure de toiture en treillis à membrures comportant une paire de chevêtres (2,22;3,23) qui s'étendent parallèlement respectivement, une pluralité de poutres (4) disposées à l'extérieur desditschevêtres et jointes à ces chevêtres, une pluralité de barres et d'entretoises disposées entre les poutres adjacentes et jointes à ces poutres adjacentes (4) pour former un toiture en treillis, et des membrures (16) tendues entre les extrémités extérieures des poutres respectives et les chevêtres respectifs pour appliquer la contrainte désirée à ladite toiture en treillis, caractérisée par le fait que lesdites membrures (16) sont disposées entre les extrémités extérieures des poutres respectives (4) et celui des chevêtres qui leur est joint, et que les extrémités desdites membrures (16) situées en face l'une de l'autre côté chevêtre sont jointes l'une à l'autre par des éléments de liaison (20). 2. Structure selon la revendication 1, caractérisée par le fait que chacun des éléments de liaison (20) est un profilé H. 3. Structure selon la revendication 1, caractérisée par le fait que chacun desdits chevêtres est constitué d'un élément supérieur (2,22), travaillant à la compression, joint auxdites poutres (4), et d'un élément inférieur (3,23), travaillant à la traction, joint auxdites membrures (16), et par le fait que ledit élément travaillant à la compression et ledit élément travaillant à la traction sont joints l'un à l'autre par des montants (7,27). 4. Structure selon la revendication 1, caractérisée par le fait que Les chevêtres (2, 22;3,23) de ladite paire sont reliés par des éléments de forme de façon à être assemblés selon une forme elliptique, vu de dessus, et par le fait que la structure de toiture dans son ensemble est également de forme sensiblement elliptique, vue de dessus. 5. Structure selon la revendication 3, caractérisée par le fait que chacun desdits chevêtres est constitué d'un élément supérieur (2,22), travaillant à la compression, joint auxdites poutres (4), et d'un élément inférieur (3,23), travaillant à la traction, joint auxdites membrures (16) , et par le fait que ledit élément travaillant à la compression et ledit élément travaillant à la traction sont joints l'un à l'autre par des montants (7,27). 6. Structure selon la revendication 3, caractérisée par le fait que chacun desdits montants (27) est prévu être sensiblement situé selon un segment de droite (D) qui est la bissectrice de l'angle entre la membrure correspondante (16) et un plan (A) dans lequel se trouvent lesdits éléments travaillant à la traction. 7. Toiture en treillis à membrures comportant un chevêtre annulaire, ledit chevêtre annulaire comprenant un anneau (22) travaillant à la compression et un anneau (23) travaillant à la traction, respectivement situés en position supérieure et en position inférieure dans ledit chevêtre annulaire et joints l'un a l'autre par des montants (27), ainsi que des poutres (4) disposées radialement autour dudit anneau, travaillant à la compression, dudit chevêtre annulaire, et des membrures (16) tendues chacune sous une contrainte de traction prédéterminée entre lesdites poutres et ledit anneau travaillant à la traction, caractérisee par le fait que chacun desdits montants (27) est prévu être sensiblement situé selon un segment de droite (D) qui est la bissectrice de l'angle entre une membrure correspondante (16) et un plan (A) dans lequel se trouve ledit anneau (24) travaillant à la traction. 8. Toiture selon la revendication 7, caractérisée en ce que Ledit anneau travaillant à la traction (23) est prévu de dimension plus grande que ledit anneau travaillant à la compression (22) de sorte que lesdits montants sont respectivement inclinés par rapport au plan dans lequel se trouve ledit anneau travaillant à la traction. 9. Toiture selon la revendication 7, caractérisée en ce que lesdits chevêtres annulaires ont une forme elliptique, vu de dessus, et par la fait que la structure de la toiture dans son ensemble a également une forme sensiblement elliptique, vue de dessus. 10. Toiture selon la revendication 9, caractérisée en outre par le fait qu'elle comporte des éléments de liaison (20) qui sont disposés entre la portion droite dudit anneau de forme elliptique travaillant à la traction, lesdits éléments de liaison (20) joignant les membrures, situées en face l'une de l'autre, qui se relient aux portions droites respectives dudit anneau travaillant à la traction. 11. Toiture selon la revendication 10, caractérisée par le fait que chacun desdits éléments de liaison (20) est un profilé H en acier.