Brevet FR2655075A1 — publié le 19910531

La présente invention concerne un bâtiment à structure tournante comportant une structure fixe pourvue d'une fondation, et une structure tournante montée sur la structure fixe grâce à des moyens de support et d'orientation de façon à pouvoir tourner sur commande autour d'un axe vertical et à être maintenue dans différentes orientations par rapport à la structure fixe, lesdits moyens de support et d'orientation comportant au moins un roulement à billes ou rouleaux, agencé pour supporter à la fois des forces radiales et des forces axiales. Les réalisations de bâtiments tournants deviennent de plus en plus nombreuses, aussi bien dans des buts touristiques ou d'agrément que pour des motifs fonctionnels tels que l'utilisation contrôlée du rayonnement solaire. En général, la charge verticale constituée par la structure tournante avec tout ce qu'elle porte est transmise à la structure fixe par une ou plusieurs couronnes circulaires de galets caoutchoutés à axes horizontaux, roulant sur une ou plusieurs pistes circulaires correspondantes, dont au moins l'une se trouve près de la périphérie de la structure. La construction de tels dispositifs à galets ou à roues est difficile à réaliser avec précision, leur diamètre étant du même ordre que celui du bâtiment, si bien qu'ils sont souvent la cause de chocs, de vibrations ou de déformations de la structure tournante, créant du bruit et pouvant affecter la sécurité d'exploitation.En outre, ces dispositifs ont une résistance au roulement relativement élevée, nécessitant des moyens d'entraînement assez puissants et consommateurs d'énergie. Un exemple simple d'un bâtiment de ce genre, guidé par un pivot central et supporté par une rangée périphérique de galets, est décrit dans le document FR-A-2 346 508. Par ailleurs, le brevet FR-B-2 276 433 décrit une construction à structure tournante du type spécifié en préambule, dans laquelle un roulement, appelé couronne d'orientation, est destiné à centrer la structure tournante et accessoirement à supporter une petite partie centrale de celle-ci. Toutefois, le terme de "couronne d'orientation" ne semble pas juste dans ce cas, puisque le roulement en question n'est pas agencé pour jouer un rôle dans l'orientation de la structure tournante. Plus précisément, la structure tournante comprend une plate-forme ayant des poutrelles radiales supportées par trois dispositifs distincts, à savoir la couronne d'orientation au centre, un train de roues à axes horizontaux à la périphérie de la plate-forme, et des flotteurs disposés entre les deux autres dispositifs et supportant la majorité de la charge verticale permanente de la structure tournante. L'entraînement et le positionnement en rotation s'effectuent de la manière habituelle, au moyen d'un pignon motorisé attaquant une crémaillère circulaire disposée le long de la voie de roulement du train de roues périphérique. L'ensemble de ces dispositifs est évidemment coûteux et nécessite une infrastructure qui s' étend sur une vaste superficie, correspondant à peu près à celle de la structure tournante. La présente invention vise à éviter les inconvénients cités ci-dessus, en agençant les moyens de support et d'orientation du bâtiment d'une manière compacte, permettant de se passer d'un dispositif à galets ou d'un autre dispositif de grande dimension pour le soutien et l'entraîne- ment de la structure tournante. Dans ce but, l'invention concerne un bâtiment du type indiqué en préambule, caractérisé en ce que ledit roulement est une couronne d'orientation qui supporte sensiblement la totalité du poids et des charges verticales de la structure tournante, et en ce que cette couronne d'orientation comporte une denture sur laquelle des moyens motorisés d'entraînement en rotation sont en prise. Dans une forme préférée de réalisation de l'invention, ladite denture est une denture circulaire portée par une bague de la couronne d'orientation et coopérant avec un pignon entraîné en rotation par un groupe motoréducteur. D'une façon avantageuse la denture et la structure tournante sont solidaires d'une bague extérieure de la couronne d'orientation, et le groupe rnotoréducteur et une bague intérieure de la couronne d'orientation sont montés sur la structure fixe. De préférence la denture fait partie intégrante de ladite bague extérieure. Dans une forme de réalisation préférée, les moyens motorisés d'entraînement sont à vitesse variable. Dans une forme de réalisation particulière, ladite couronne d'orientation est agencée pour supporter des forces horizontales de centrage au niveau de cette couronne, et le bâtiment comporte au moins un second roulement disposé à un autre niveau et agencé pour supporter des forces horizontales de centrage à cet autre niveau. Ledit second roulement peut être agencé pour supporter aussi une partie du poids et des charges verticales de la structure tournante et peut être du type couronne d'orientation. Dans les cas où le bâtiment est agencé pour pouvoir effectuer plus d'une révolution, la couronne d'orientation peut être disposée autour d'un ensemble central de raccords tournants de réseaux de distribution, notamment d'eau et d'électricité. Si au contraire le bâtiment est pourvu de butées l'empêchant d'aller au-delà d'un tour complet ou d'une fraction de tour, la couronne d'orientation peut être disposée autour d'un ensemble central de câbles ou conduites flexibles pour le raccordement aux réseaux de distribution. Dans les deux cas, ces raccordements aux réseaux peuvent s'effectuer de manière optimale dans l'espace libre relativement large que la couronne d'orientation entoure. D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description suivante de diverses formes de réalisation, présentées à titre d'exemples non limitatifs et en référence aux dessins annexés, dans lesquels - la figure I est une vue schématique en perspective, partiellement coupée, d'une partie inférieure d'un bâtiment à structure tournante portée par une couronne d'orientation, - la figure 2 est une vue en perspective de la couronne d'orientation, coupée diamétralement, - la figure 3 est une vue schématique en coupe verticale partielle montrant des moyens motorisés d'entraînement, couplés à la couronne d'orientation, - la figure 4 est une vue schématique en coupe verticale illustrant une autre forme de réalisation de l'invention, - la figure 5 est une vue analogue à la figure I, montrant une autre forme de réalisation, et - la figure 6 est une vue schématique en coupe verticale représentant le raccordement de réseaux de distribution à une structure tournante au moyen de câbles ou conduites flexibles. Dans l'exemple illustré par les figures 1 à 3, une structure tournante de bâtiment 1 est montée de manière pivotante, autour d'un axe vertical, sur une structure fixe 2 par l'intermédiaire d'une couronne d'orientation 3. La structure tournante 1 est entraînée en rotation et/ou maintenue dans une orientation voulue, au moyen d'un groupe motoréducteur 4 monté sur la structure fixe 2 et pourvu d'un pignon 5 attaquant une denture 6 s'étendant sur tout le tour de la couronne d'orientation 3. De préférence, le groupe motoréducteur 4 comporte un moteur électrique alimenté à une fréquence variable sur commande, de sorte que l'on peut régler à volonté la vitesse de rotation du bâtiment porté par la structure tournante 1. Cette structure I n'est représentée que d'une manière incomplète et très schématique par un bâti métallique tournant 10 sur lequel sont montées deux poutres parallèles 11 fixées à l'aide de plaques boulonnées 12. On conçoit que ces poutres 11 peuvent supporter, par exemple, la totalité d'un bâtiment léger du type chalet (non représenté), que l'on peut ainsi placer dans une orientation quelconque, notamment à l'aide d'une commande programmée du groupe motoréducteur 4. La structure fixe 2 comprend un bâti métallique stationnaire 14 monté sur un ensemble en béton 15 formant la fondation du bâtiment et contenant une chambre 16 qui se trouve de préférence en sous-sol et qui est pourvue d'un accès extérieur. La figure 2 montre plus en détail une portion de la couronne d'orientation 3, qui est un type de roulement connu dans le domaine des machines de chantier, notamment pour supporter et orienter la super structure tournante d'engins tels que des grues, des pelles hydrauliques ou à câbles, etc. Cette couronne comprend une bague intérieure circulaire 18 pourvue d'alésages verticaux 19 permettant de la fixer au bâti inférieur 14, une bague extérieure 20 pourvue d'alésages verticaux 21 permettant de la fixer au bâti supérieur 10 et d'une denture extérieure 6, et une série de rouleaux inclinés 22 disposés entre les deux bagues 18 et 20. On dispose ainsi d'un roulement conçu pour supporter de fortes charges axiales, mais aussi de fortes charges radiales et des moments de basculement par rapport à des axes horizontaux.Pour des charges relativement faibles, il existe également de telles couronnes d'orientation comportant des billes au lieu des rouleaux 22. La figure 3 montre plus en détail la disposition de principe du groupe motoréducteur 4, comportant un moteur électrique 24 à axe horizontal et un réducteur 25 portant le pignon 5 à axe vertical. Une autre position 4' du groupe 4, située sensiblement plus bas et dessinée en traits interrompus, montre une autre possibilité de disposition des organes moteurs si l'on utilise un arbre de transmission 26. Dans les deux cas, le mécanisme illustré par la figure 3 présente un ensemble d'avantages par rapport aux constructions traditionnelles à train de roues ou de galets1 généralement utilisées dans le domaine des bâtiments tournants. La couronne d'orientation 3 surclasse les systèmes à galets pour la sécurité, la fiabilité d'exploitation et les faibles niveaux de frottement, de bruit et de vibration.De plus, I'entraînement sur la denture 6 se fait à proximité immédiate des organes de roulement, sans créer des efforts et des déformations parasites dans la structure. L'entraînement par motoréducteur et engrenage engendre peu de pertes et demande donc une puissance relativement basse. L'alimentation du moteur peut se faire avantageusement en tension alternative à fréquence variable. Avec un dispositif de commande approprié, un utilisateur peut modifier la vitesse par simple ajustement d'un potentiomètre, par exemple pour suivre lentement l'orientation du soleil ou pour effectuer des rotations rapides afin de présenter une vue panoramique aux occupants des bâtiments. De plus, la commande à fréquence variable peut facilement être asservie à un dispositif électronique de programmation. Dans une autre variante, particulièrement utile pour une maison d'habitation, l'entraînement peut être assuré par un moteur alternatif à deux vitesses : une première vitesse relativement lente correspondant à celle du soleil utilisée durant la journée, et une seconde vitesse plus rapide pour revenir de nuit à la position de départ, par un mouvement en sens contraire. Dans l'exemple des figures 1 à 3, le bâtiment porté par la structure tournante 1 est agencé pour pouvoir tourner continuellement dans le même sens, si bien que les différents réseaux de distribution doivent être raccordés au bâtiment par des raccords tournants représentés schématiquement à la figure 1. Il s'agit ici d'un joint tournant 27 pour l'alimentation en eau, d'un collecteur tournant 28 de lignes téléphoniques, d'un collecteur tournant 29 d'alimentation électrique, et d'un collecteur tournant 30 pour les eaux usées. Tous ces raccords sont des éléments connus et n'ont pas besoin d'être décrits en détail. Un aspect intéressant de la construction présentée ici est que ces raccords peuvent être tous disposés à proximité de la couronne d'orientation 3.Dans le présent exemple d'une construction pour un bâtiment léger, cette couronne peut avoir un diamètre de l'ordre d'un mètre, ménageant suffisamment d'espaces intérieurs pour les câbles et conduites des différents réseaux et leurs raccords tournants. La figure 4 représente schématiquement une disposition destinée à un bâtiment plus grand. ayant une structure tournante 31 montée sur une structure centrale fixe 32 de forme cylindrique. au moyen de deux couronnes d'orientation 33 et 34 situées à des niveaux différents. La couronne inférieure 33 est la principale et la plus grande des deux; elle est agencée pour supporter la grande majorité du poids de la structure tournante 31 et elle est couplée à un pignon d'entraînement (non représenté) actionné par un moteur. Dans cet exemple, elle porte des poutres métalliques 35, 36 portant une plate-forme horizontale 37 du bâtiment tournant. On accède à cette plate-forme par une cage d'escalier et d'ascenseur 38 formant le centre de la structure fixe 32 et pourvue de sorties latérales 39 au niveau de la plate-forme 37. La seconde couronne d'orientation 34 supporte la zone centrale d'une toiture 40 de la partie tournante. Dans ce cas, non seulement les charges axiales, mais également les charges radiales peuvent être grandes, en fonction des couples de renversement qui peuvent être créés par des charges disymétriques sur la structure tournante 31. Dans cet exemple, un collecteur tournant 41 pour l'alimentation électrique est avantageusement disposé dans la zone de la couronne secondaire 34. L'exemple de la figure 5 est celui d'une construction dont la taille peut se situer entre celle des deux exemples décrits ci-dessus. Un bâtiment à structure tournante polygonale 51, par exemple en bois lamellé collé, présente une plate-forme 52 supportée par une charpente inférieure à douze bras 53, reposant sur une couronne d'orientation 54 entraînée en rotation par un groupe motoréducteur 55. La couronne 54 s'appuie par un bâti 56 sur une fondation circulaire en béton 57 qui supporte donc l'entier du bâtiment. Un mur circulaire 58 est placé en dessous du pourtour de la plate-forme 52 et soutient le terrain environnant, par exemple une terrasse 60 bordant le bâtiment. Un ensemble 61 de raccords tournants pour les réseaux de distribution peut être prévu dans le sous-sol, sur l'axe de rotation 62. Au-dessus de la plate-forme 52, la structure tournante comporte un mât central tubulaire 63 servant à la fois d'élément structurel et de gaine pour le passage des câbles et conduites de distribution. La figure 6 illustre schématiquement une réalisation plus simple, permettant d'éviter l'ensemble 61 de raccords tournants représentés en figure 5, Si la rotation de la structure tournante 51 est alternative et lirnitée à 3600 ou moins. Avec ce mode d'exploitation, tous les de la structure tournante aux réseaux de distribution peuvent se faire, dans la région de l'axe de rotation 62, par des conduites ou câbles flexibles 66 à 69. Pour limiter la rotation, il suffit de prévoir au moins une paire d'interrupteurs de fin de course 70 sur la couronne d'orientation 54. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits ci-dessus, mais elle s'étend à toute modification ou variante évidente pour un homme du métier. En particulier, on peut prévoir de multiples formes de structures tournantes, même à plusieurs étages, montées sur une ou plusieurs couronnes d'orientation dont les tailles peuvent être très variables en fonction des besoins, tout en restant des ensembles compacts que l'on peut facilement entretenir et protéger contre des influences extérieures néfastes. D'autre part, d'autres moyens d'entraînement peuvent être utilisés en coopération avec la denture d'une couronne d'orientation, par exemple des moteurs hydrauliques, une transmission par chaînes, une crémaillère actionnée en va-et-vient par un vérin, ou d'autres dispositifs du même genre. La présente invention est applicable aussi bien à des bâtiments d'habitation qu'à des bâtiments à usage commercial ou de loisirs. Revendications 1. Bâtiment à structure tournante, comportant une structure fixe pourvue d'une fondation, et une structure tournante montée sur la structure fixe grâce à des moyens de support et d'orientation de façon à pouvoir tourner sur commande autour d'un axe vertical et à être maintenue dans différentes orientations par rapport à la structure fixe, lesdits moyens de support et d'orientation comportant au moins un roulement à billes ou rouleaux agencé pour supporter à la fois des forces radiales et des forces axiales, caractérisé en ce que ledit roulement est une couronne d'orientation (3) qui supporte sensiblement la totalité du poids et des charges verticales de la structure tournante (1), et en ce que cette couronne d'orientation comporte une denture (6) sur laquelle des moyens motorisés d'entraînement en rotation sont en prise. 2. Bâtiment selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite denture (6) est une denture circulaire portée par une bague de la couronne d'orientation et coopérant avec un pignon (5) entraîné en rotation par un groupe motoréducteur (4). 3. Bâtiment selon la revendication 2, caractérisé en ce que la denture (6) et la structure tournante (I) sont solidaires d'une bague extérieure (20) de la couronne d'orientation (3), et en ce que le groupe motoréducteur (4) et une bague intérieure (18) de la couronne d'orientation sont montés sur la structure fixe (2). 4. Bâtiment selon la revendication 3, caractérisé en ce que la denture (6) fait partie intégrante de ladite bague. 5. Bâtiment selon la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens motorisés d'entraînement sont à vitesse variable. 6. Bâtiment selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite couronne d'orientation (33) est agencée pour supporter des forces horizontales de centrage au niveau de cette couronne, et en ce que le bâtiment comporte au moins un second roulement (34) disposé à un autre niveau et agencé pour supporter des forces horizontales de centrage à cet autre niveau. 7. Bâtiment selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit second roulement (34) est agencé pour supporter aussi une partie du poids et des charges verticales de la structure tournante (31). 8. Bâtiment selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couronne d'orientation (54) est disposée autour d'un ensemble central (61) de raccords tournants de réseaux de distribution, notamment d'eau et d'électricité. 9. Bâtiment selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couronne d'orientation (54) est disposée autour d'un ensemble central de câbles ou conduites flexibles (67, 68, 69) pour le raccordement aux réseaux de distribution.