Brevet FR2684126A1 — publié le 19930528

L'invention concerne un nouveau type de bâtiment et un procédé permettant l'édification d'un tel bâtiment présentant une bonne résistance au feu, et notamment de bâtiments industriels, par exemple de bâtiments de stockage de matériaux divers tels que matériaux chimiques, pharmaceutiques, archives L'invention concerne plus particulièrement les bâtiments de grande hauteur, présentant une bonne résistance au feu, dont la construction est aisée et rapide à partir de matériaux préfabriqués et dont le prix de revient demeure relativement bas compte-tenu des avantages obtenus. En grandes lignes, un bâtiment de stockage de grande hauteur est un ouvrage dont les caractéristiques dimensionnelles peuvent être les suivantes: hauteur de 10 m minimum longueur de 30 à 100 m ou plus largeur de 12 à 16 m ou plus Un stockage de grande hauteur est constitué de rangées d'alvéoles de stockage, parcourues entre elles par un organe de transport, par exemple un transtockeur ou un transpalettes automatisé, dont le but est de venir déposer ou venir chercher les colis stockés. Les alvéoles de stockages peuvent avoir des dimensions de l'ordre de: hauteur 1 m à 4 m, de préférence 1 à 2 m, largeur de 1,5 à 4,5 m ou plus (possibilité de pose de 1 à 3 palettes), profondeur de 1 à 3 m, de préférence, 1,2 à 1,5 m surcharge par alvéole de 1 à 10 tonnes ou plus, par exemple 4,5 t ( 1,5 t par palette) Les bâtiments de grande hauteur et grandes dimensions, et notamment les bâtiments de stockage sont couramment réalisés à partir de matériaux divers, les uns inflammables comme le bois, d'autres ininflammables mais qui ne présentent qu'une résistance insuffisante ou pas suffisamment longue au feu C'est le cas notamment des charpentes métalliques dont la résistance au feu ne dépasse généralement pas 15 minutes; l'ignifugation des structures métalliques peut être envisagée mais son coût demeure prohibitif. Avec le béton armé, et à condition de prendre certaines précautions (augmentation de l'enrobage des aciers et mise en place d'un treillis soudé en surface pour éviter la fissuration du béton) on peut atteindre une tenue au feu de 2 heures Mais les sections des pièces (voiles et dalles principalement), sont fortement augmentées, d'o poids plus élevé. Outre la tenue au feu, l'ensemble d'une rangée d'alvéoles doit être autostable (passage du transtockeur). Dans le cas d'une structure métallique, cela ne pose pas de problème, en revanche, dans le cas du béton armé, les dimensions nécessaires deviennent très importantes, le poids énorme, la mise en oeuvre compliquée et le coût prohibitif. La présente invention remédie aux défauts de la technique antérieure en proposant un procédé d'édification de bâtiments, et les bâtiments qui en résultent, qui ne présentent pas les inconvénients ci-dessus Le coût de construction demeure raisonnable pour un bâtiment de bonne tenue mécanique et de résistance au feu élevée, le plus souvent de l heure à plusieurs heures, couramment 2 heures ou plus. Le bâtiment réalisé selon l'invention comprend une pluralité de volumes de stockage élémentaires, formés chacun d'une pluralité de cellules élémentaires et disposés parallèlement les uns aux autres et parallèlement à un premier axe du bâtiment, lesdits volumes de stockage étant séparés les uns des autres par des volumes au moins en partie vides, eux aussi d'axes parallèles au dit premier axe du bâtiment, pour permettre la circulation d'engins de manutention de marchandises, caractérisé en ce que chaque volume de stockage élémentaire comprend a) une pluralité de poteaux principaux en béton armé, disposés sensiblement verticalement, joignant les fondations à la couverture et formés par superposition de poteaux élémentaires préfabriqués en béton armé, dont la jonction est effectuée sur place, b) une pluralité du poutrelles préfabriquées en béton armé, disposées sensiblement horizontalement et parallèlement audit premier axe du bâtiment, joignant deux poteaux principaux successifs à plusieurs niveaux, présentant des moyens pour supporter les dalles de planchers, et des extrémités capables de se fixer solidairement dans les poteaux élémentaires superposés associés, c) une pluralité de panneaux de parois préfabriqués en béton léger résistant au feu, disposés sensiblement verticalement, entre les poteaux élémentaires, d) une pluralité de dalles de plancher préfabriquées en béton léger résistant au feu, posées sensiblement horizontalement sur lesdits moyens de supports des poutrelles, e) Une pluralité de poutres (murs ou tympans) en béton armé, préfabriquées ou coulées sur place, disposées dans une direction sensiblement horizontale et perpendiculaire audit premier axe, reliant entre eux de manière rigide le sommet de chaque poteau élémentaire à la base du poteau élémentaire qui lui est superposé et reliant la jonction ainsi réalisée à la jonction de même nature des poteaux voisins du même volume de stockage situés dans ladite direction perpendiculaire au premier axe, lesdites poutres contribuant à la rigidité transversale du bâtiment, et f) une pluralité de poutres en béton armé joignant les sommets d'au moins une partie des poteaux principaux et supportant la toiture, lesdits poteaux élémentaires étant munis de rainures ou d'encoches longitudinales en nombre suffisant pour permettre, entre au moins une partie des poteaux élémentaires voisins d'un volume de stockage, pris deux à deux, l'insertion et le maintien en place desdits panneaux de parois verticaux superposés en béton léger résistant au feu. Un béton léger résistant au feu est un béton de poids spécifique au maximum égal à 800 kg par mètre cube et qui résiste au moins une heure à un feu d'intensité moyenne On peut le réaliser en incorporant des matières de faible poids spécifique ou creuses à un mortier de ciment. Toutefois, on préfère avant tout le béton cellulaire qui sera défini en détail plus loin Dans ce qui suit, on mentionnera spécifiquement le béton cellulaire, étant entendu que d'autres bétons légers pourraient lui être substitués. De nombreuses variantes peuvent être envisagées, notamment les suivantes: Les cloisons verticales préfabriquées en béton cellulaire peuvent être disposées sur un, deux ou trois côtés d'une cellule de stockage élémentaire, à l'exception d'un côté faisant face à un volume vide destiné à la circulation des engins de transport de marchandises Elles sont descendues entre les poteaux en utilisant les rainures prévues à cet effet On peut les bloquer ensuite à l'aide d'un coulis de ciment ou mortier et/ou introduire des joints résistant au feu. Les moyens pour supporter les dalles de planchers sont de préférence des encoches latérales ménagées sur les poutrelles définies en (b) ci-dessus. Pour rigidifier encore davantage la construction, on peut également prévoir, au sommet des poteaux principaux, et joignant ces sommets entre eux, des poutres en béton armé à la fois dans une direction parallèle au premier axe du bâtiment et dans une direction perpendiculaire à cet axe. La couverture du bâtiment peut être réalisée en tout matériau désiré Très avantageusement, elle peut utiliser elle aussi des dalles en béton cellulaire munies de joints d'étanchéité résistant au feu. Les parois extérieures du bâtiment peuvent comporter elles aussi des dalles de parois en béton cellulaire à condition d'assurer une étanchéité aux intempéries, ou encore elles sont constituées d'un mur de béton armé, de parpaings ou analogues. La fixation au sol des poteaux élémentaires inférieurs de chaque poteau principal peut se faire par tout moyen approprié connu de l'homme du métier, et par exemple par fixation rigide dans une semelle ou mur en béton armé coulé sur place ou dans des alvéoles ménagées dans des blocs de béton avec scellement subséquent, en utilisant les broches en attente. Les dimensions des différents éléments de la construction seront choisies pour assurer à la fois la rigidité de la construction, compte-tenu des poids des matériaux à stocker et la durée de protection au feu désirée, par exemple 2 heures Le calcul est de la compétence de l'homme du métier et ne sera pas développé davantage ici. Dans ce qui suit, "béton" ou "béton armé" se réfère au béton traditionnel, défini ci-après L'emploi d'un autre type de béton, notamment le béton cellulaire, sera spécifiquement indiqué. Le béton traditionnel constituant le matériau de base des poteaux élémentaires préfabriqués en béton armé et des poutres disposées au niveaux de jonction de ces poteaux est un matériau bien connu et dont la masse volumique varie d'environ 1500 à environ 3000 kg/m 3 suivant qu'il s'agit de béton de basse, moyenne ou haute densité On préfère dans l'invention un béton de masse volumique entre 2200 et 2800 kglm 3. Le béton cellulaire est un matériau bien connu, à base de ciment, et qui peut être obtenu par incorporation à un mortier de ciment d'additifs provoquant le moussage du mortier Après durcissement le béton a une structure cellulaire Sa masse volumique est habituellement entre 300 et 800 kg/m 3, de préférence 400 à 450 kg/m 3 Il peut être armé ou non armé. Pour une description des divers types de ciments, mortiers et béton, on pourra se référer à des ouvrages de base, par exemple à l'Encyclopédie Kirk et Othmer, vol 5, p 164-193, ou à l'Encyclopédie Ullmann, édition anglaise, vol A 5, p 489-537. Un béton cellulaire typique, donné à titre d'exemple, est défini ciaprès: Composition: sable siliceux, ciment, chaux, poudre d'aluminium et adjuvants. Masse volumique normale: 400 à 450 kg/m 3. Point de fusion: 1 10000 à 1 2000 C. Réaction et résistance au feu: Incombustible (MO), classé matériau dur, par l'Assemblée plénière des Sociétés d'Assurances contre l'incendie. Résistance à la compression, 30 à 35 kg/cmz en moyenne. Résistance à la traction: 5 à 7 kg/cmz. Coefficient de transmission thermique surfacique d'un mur de façade de 15 cm d'épaisseur: de 0,7 à 0,85 W/m Z O C 0. Procès verbal d'essai de résistance au feu sur un mur en dalles en béton cellulaire armées de 15 cm d'épaisseur: classement coupe-feu 6 heures. Dans la structure de l'invention Le béton armé assure la stabilité de l'ensemble et le report des charges verticales et horizontales sur les fondations. Le béton cellulaire assure la tenue au feu (isolation contre le feu de chaque cellule) et grâce à sa faible densité ( 4 à 5 fois inférieure à celle du béton armé), diminue considérablement l'influence des charges verticales. La mise en oeuvre peut se faire par exemple comme suit 1 ère étape: Les poteaux sont préfabriqués par tronçons unitaires de, par exemple, 4 à 8 m, de préférence d'environ 6 m, puis scellés sur les fondations et maintenus en position verticale dans leur partie inférieure, par exemple par les murs des alvéoles en béton coulé sur place, sur une hauteur d'environ 0,5 à 1,5 m, par exemple 1 m (partie basse des alvéoles non utilisée). Ces murs ont un rôle important dans la stabilité de l'ouvrage en assurant un bon encastrement à la base de la structure. Les poutrelles en béton armé préfabriquées, supports des dalles en béton cellulaire du plancher de chaque alvéole sont scellées sur les poteaux de manière à créer un encastrement à chaque niveau entre poutrelles et poteaux On peut y parvenir par tout moyen approprié connu, par exemple par clavetage, engagement dans des encoches prévues à l'avance, coulage de mortier dans un jeu de fers à béton laissés en attente, etc Les dalles préfabriquées verticales en béton cellulaire sont glissées du haut vers le bas dans les encoches des poteaux avec de préférence mise en place de joints résistants au feu. Les dalles préfabriquées en béton cellulaire du plancher de chaque alvéole sont de préférence mises en place au fur et à mesure de l'avancement, de manière à créer des plateformes de travail pour guider la mise en place des plaques verticales, ainsi que celle des joints. Les dalles de plancher peuvent être simplement posées sur les poutrelles, en utilisant les encoches des poutrelles, ou mieux fixées rigidement ou élastiquement à ces poutrelles. L'ordre de placement des dalles de planchers et des panneaux de parois n'est pas critique. 2 ème étape On place verticalement les poteaux élémentaires d'un deuxième tronçon sur les poteaux du premier tronçon (ler étage), puis on coule les poutres (murs) transversales en béton armé et définies au paragraphe (e) ci-dessus, qui scellent la jonction des poteaux deux à deux et donnent en outre, une rigidité transversale au bâtiment. La hauteur de la poutre, comme pour le mur de la base, peut être de 0,5 à 1,5 m, de préférence 1 m environ. On poursuit ensuite les travaux comme pour la première étape en posant les poutrelles en béton armé, etc On répète la 2 ème étape autant de fois qu'il est nécessaire pour obtenir la hauteur désirée A la dernière étape, on met en place les poutres de toiture en béton armé fixées solidairement au sommet des poteaux soit uniquement transversalement soit à la fois transversalement et longitudinalement, et l'on pose les dalles de toiture, de préférence elles aussi en béton cellulaire, en assurant l'étanchéité nécessaire. Les figures 1 à 8 illustrent divers modes des mises en oeuvre de l'invention. La figure 1 est une vue latérale du bâtiment. La figure 2 est une vue d'extrémité du bâtiment. La figure 3 est une coupe horizontale du bâtiment. La figure 4 est une coupe verticale du bâtiment selon AA de la figure 3. La figure 5 est une coupe verticale du bâtiment selon BB de la figure 3. La figure 6 est une coupe verticale du bâtiment selon CC de la figure 3. La figure 7 représente une section verticale d'une travée. La figure 8 représente une section horizontale d'une travée. Dans la description suivante, les chiffres sont illustratifs et non-limitatifs. Sur la figure 1, on voit le bâtiment vu de l'extérieur, du côté de sa plus grande dimension (longueur) Le niveau des fondations 1 est à 4,50 m On voit le niveau du sol 2 et le sommet du bâtiment 3, ainsi que des poteaux principaux tels que 4 et les murs qui ici sont en panneaux préfabriqués en béton cellulaire 6 La toiture est figurée par 5- La figure 2 montre le même bâtiment, vu de l'extérieur, à l'une de ses extrémités On y retrouve les mêmes éléments que pour la figure 1. La figure 3 est une coupe horizontale du bâtiment à un niveau intermédiaire, par exemple à mi-hauteur d'une cellule individuelle (ou alvéole) de stockage On y voit les cellules individuelles telles que 10 délimitées par des cloisons en béton cellulaire telles que 7, 8 et 9. Les poteaux ne sont pas visibles en raison de l'échelle de la figure. La figure 4 est une coupe verticale du bâtiment selon AA (fig 3). On y voit une pluralité de cellules individuelles telles que 10. Sur la figure 5 (coupe selon BB de la figure 3), on retrouve les cellules individuelles telles que 10 avec leurs cloisons. Sur la figure 6 (coupe selon CC de la figure 3), on voit la dalle de plancher d'une cellule élémentaire 11, un poteau principal 12, formé par superposition de poteaux préfabriqués élémentaires en béton armé tels que 13 et 14 ( 2 e et 3 e étapes de la construction) et une poutre (mur ou tympan) 15 assurant la rigidité transversale et la jonction des poteaux élémentaires. Chaque étape de la construction, à partir de la deuxième débute par la mise en place des poteaux élémentaires supplémentaires superposés aux précédents, et leur fixation dans les poutres correspondantes telles que Ces poteaux sont en béton armé coulé sur place ou en béton préfabriqué, l'assemblage se faisant par coulée de béton. La figure 7 représente une section verticale d'une travée courante et la figure 8 une section horizontale d'une même travée On voit en 11 une dalle de plancher en béton cellulaire et en 7, 8 et 9 des dalles de parois en béton cellulaire On voit en 16 et 17 les poutrelles présentant une encoche telle que 18 et un nez 19 pour supporter une dalle de plancher. Des rainures ou encoches telles que 20, 21 sont ménagées dans les poutres principales telles que 13 pour faire passer et maintenir les cloisons en béton cellulaire De même dans les poutres de rive telles que 22 (rainure 23). A titre d'exemple, on pourra réaliser un bâtiment d'une hauteur de m hors sol avec 4 m en sous-sol. Les poteaux principaux pourront avoir une section de 30 x 30 cm. Leur longueur (poteau élémentaire) pourra être de 5 à 7 m. Les parois en béton cellulaire des alvéoles pourront avoir de 10 à 20 cm d'épaisseur, les planchers de 15 à 25 cm d'épaisseur. e REVENDICATIONS 1 Bâtiment de stockage comprenant une pluralité de volumes de stockage élémentaires, formés chacun d'une pluralité de cellules élémentaires et disposés parallèlement les uns aux autres et parallèlement à un premier axe du bâtiment, lesdits volumes de stockage étant séparés les uns des autres par des volumes au moins en partie vides, eux aussi d'axes parallèles au dit premier axe du bâtiment, pour permettre la circulation d'engins de manutention de marchandises, caractérisé en ce que chaque volume de stockage élémentaire comprend a) une pluralité de poteaux principaux en béton armé, disposés sensiblement verticalement, joignant les fondations à la couverture et formés par superposition de poteaux élémentaires préfabriqués en béton armé, dont la jonction est effectuée sur place, b) une pluralité du poutrelles préfabriquées en béton armé, disposées sensiblement horizontalement et parallèlement audit premier axe du bâtiment, joignant deux poteaux principaux successifs à plusieurs niveaux, présentant des moyens pour supporter les dalles de planchers, et des extrémités capables de se fixer solidairement dans les poteaux élémentaires superposés associés, c) une pluralité de panneaux de parois préfabriqués en béton léger résistant au feu, disposés sensiblement verticalement, entre les poteaux élémentaires, d) une pluralité de dalles de plancher préfabriquées en béton léger résistant au feu, posées sensiblement horizontalement sur lesdits moyens de support des poutrelles, e) une pluralité de poutres (murs ou tympans) en béton armé, préfabriquées ou coulées sur place, disposées dans une direction sensiblement horizontale et perpendiculaire audit premier axe, reliant entre eux de manière rigide le sommet de chaque poteau élémentaire à la base du poteau élémentaire qui lui est superposé et reliant la jonction ainsi réalisée à la jonction de même nature des poteaux voisins du même volume de stockage situés dans ladite direction perpendiculaire au premier axe, lesdites poutres contribuant à la rigidité transversale du bâtiment, et f) une pluralité de poutres en béton armé joignant les sommets d'au moins une partie des poteaux principaux et supportant la toiture, lesdits poteaux élémentaires étant munis de rainures ou d'encoches longitudinales en nombre suffisant pour permettre, entre au moins une partie des poteaux élémentaires voisins d'un volume de stockage, pris deux à deux, l'insertion et le maintien en place desdits panneaux de parois verticaux superposés en béton léger résistant au feu. 2 Bâtiment selon la revendication 1, dans lequel le béton léger résistant au feu est un béton cellulaire. 3 Bâtiment selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les moyens pour suporter les dalles de planchers sont des encoches latérales, ménagées sur les poutrelles. 4 Bâtiment selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le béton léger est un béton cellulaire ayant une masse volumique de 300 à 800 kglm 3, de préférence 400 à 450 kg/m 3 et le béton présent dans le béton armé à une masse volumique de 1500 à 3000 kg/m 3, de préférence 2200 à 2800 kg/m 3. 5 Bâtiment selon la revendication 1, dans lequel la fixation des poutrelles sur les poteaux élémentaires se fait par clavetage. 6 Procédé d'édification d'un bâtiment selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, dans une première étape, on coule en place des fondations et on y scelle un premier groupe de poteaux élémentaires préfabriqués en béton armé, on fixe les poutrelles de manière rigide aux poteaux dans le sens longitudinal, on pose les planchers en béton léger résistant au feu entre les poteaux élémentaires voisins et on pose les éléments de paroi entre les rainures ou encoches longitudinales ménagées sur les poteaux élémentaires; puis dans une ou plusieurs étapes ultérieures, on met en place des poutres transversales en béton armé au niveau de la jonction de deux poteaux superposés et on y scelle ladite jonction, et on répète les opérations de fixation des poutrelles, de pose des planchers et de placement des éléments de parois de la première étape; enfin, dans une étape finale, on relie les poteaux à leur extrémité supérieure par des poutres en béton armé, au moins dans une direction transversale.