Brevet FR2739118A1 — publié le 19970328

DESCRIPTION La présente invention concerne le domaine du bâtiment, en particulier de la construction industrialisée mettant en oeuvre des assemblages de poteaux et de poutres capables de transmettre des efforts importants dans les structures et a pour objet une construction en bois à âme d'encastrement. ll est d'usage courant, dans le domaine du bâtiment, de réaliser certains immeubles par mise en oeuvre de procédés constructifs utilisant des poteaux et des poutres, les poteaux constituant généralement le support des façades, alors que les poutres sont fixées sur lesdits poteaux et servent de support au plancher et à la toiture. Les poteaux sont habituellement fixés au sol par l'intermédiaire de massifs de fondation, sur lesquels ils reposent et dans lesquels ils sont parfois encastrés. Les ensembles poteaux-poutres peuvent être fabriqués avec différents matériaux et doivent être mis en oeuvre en respectant des caractéristiques propres à chaque matériau, en particulier les caractéristiques mécaniques. Actuellement différents systèmes de construction à poteaux et poutres usuels existent, à savoir en béton armé, en construction métallique ou encore en construction en bois et sont décrits ci-après. Dans la construction en béton armé, un poteau peut être encastré dans un massif de fondation destiné à reprendre toutes les charges verticales et les efforts latéraux, plus particulièrement ceux induits par la pression du vent sur les façades. La résistance mécanique du béton est élevée en ce qui concerne les efforts de compression, alors qu'elle est faible relativement aux efforts de traction. Cette faible résistance aux efforts de traction contraint à armer le matériau par des éléments métalliques, dénommés armatures, qui sont noyés dans la masse, de sorte qu'ils ne sont habituellement pas visibles. Ces armatures présentent de bonnes caractéristiques mécaniques aux efforts de traction et confèrent ces caractéristiques au béton dans lequel elles sont noyées. Au point d'assemblage des poteaux et des poutres, ces armatures sont reliées entre-elles de façon à assurer la liaison desdits poutres et poteaux, les poutres reposant habituellement sur un aplat des poteaux usiné dans la section de ces derniers ou réalisé en saillie sur cette section. Dans le cas de la construction métallique, un poteau métallique peut être encastré dans un massif de fondation d'une manière identique à celle d'un poteau en béton armé. Les poutres sont fixées sur les poteaux par soudure, par boulonnage, par vissage, par rivetage, etc. Du fait de la bonne résistance mécanique de l'acier aux efforts de compression, de traction et de cisaillement, les poteaux et les poutres ne nécessitent pas d'apport de matériau de renforcement. Cependant, ce type de construction connu ne permet pas l'obtention d'effets esthétiques intéressants. En outre, en cas d'incendie, la résistance mécanique d'une telle construction est très rapidement dégradée. Enfin, dans le cas de la construction en bois, les poteaux sont habituellement posés sur des rotules et positionnés à un emplacement précis. A cet effet, il convient de rappeler les particularités de la résistance mécanique de ce matériau. Le bois présente une bonne résistance mécanique longitudinale, dans le sens des fibres, aux efforts de compression, alors qu'il n'a qu'une faible résistance mécanique transversale aux efforts de cisaillement. Ainsi, il est d'usage de ne pas encastrer les poteaux dans les massifs de fondation, mais de les poser sur des rotules et de les positionner à un emplacement précis. Les poutres sont usuellement doublées pour former une moise enfourchée sur le poteau et fixée par boulonnage ou par brochage avec un grand nombre de points d'attache permettant une bonne répartition des efforts. Le noeud d'assemblage ainsi constitué doit être très résistant afin de reprendre l'ensemble des efforts induits y compris les efforts dus au vent sur les façades, qui ne sont pas compensés par l'encastrement dans les massifs de fondation. ll peut également être prévu, selon un mode d'exécution particulier de ce type de construction, que les noeuds d'assemblage soient soulagés des forces de renversement auxquelles sont soumis les poteaux, par la mise en place de tirants métalliques appelés contreventements. De tels éléments sont coûteux, peu esthétiques et contraignants au plan architectural. Les noeuds réalisés par assemblage bois sur bois nécessitent, dans tous les cas, l'utilisation de sections de matériau importantes afin de permettre une bonne répartition des efforts. Malgré ces inconvénients, la construction en bois est appréciée pour son esthétique, sa bonne résistance mécanique au feu, sa bonne tenue aux ambiances humides et corrosives, sa facilité de préfabrication, de transport et de montage. La présente invention a pour but de pallier les inconvénients des différents modes de construction existant actuellement en proposant une construction en bois à âme d'encastrement combinant les avantages des dispositions constructives actuelles. A cet effet, l'invention a pour objet une construction en bois caractérisée en ce qu'elle est essentiellement constituée par des poteaux munis d'une âme d'encastrement filante très résistante et par des poutres fixées latéralement sur lesdits poteaux, par l'intermédiaire d'une ou de plusieurs armatures d'extrémité également très résistantes coopérant avec l'âme d'encastrement, qui reprend tous les efforts d'encastrement et de sollicitation latérale, les poteaux reprenant les charges verticales. L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci-après, qui se rapporte à des modes de réalisation préférés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et expliqués avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue éclatée en perspective d'une construction conforme à l'invention, la figure 2 est une vue analogue à celle de la figure 1 représentant une variante de réalisation dans laquelle un poteau est pourvu de moulures décoratives, et les figures 3 et 4 sont des vues éclatées partielles en perspective de deux variantes de réalisation d'extrémités de poutres moisées. Conformément à l'invention et comme le montre plus particulièrement, à titre d'exemple, les figures 1 et 2 des dessins annexés, la construction en bois est essentiellement constituée par des poteaux 1 munis d'une âme d'encastrement filante 2 très résistante et par des poutres 3 fixées latéralement sur lesdits poteaux 1, par l'intermédiaire d'une ou de plusieurs armatures d'extrémité 4 également très résistantes coopérant avec l'âme d'encastrement 2, qui reprend tous les efforts d'encastrement et de sollicitation latérale, les poteaux 1 reprenant les charges verticales. L'âme d'encastrement filante 2 est, de préférence, constituée sous forme d'un profilé métallique susceptible d'être ancré au sol, par exemple par un encastrement dans un massif de fondation en béton 5. ll est également possible de munir l'âme 2 à sa partie inférieure d'un appui rotulé. Sur cette âme 2 sont fixées latéralement les poutres 3 équipées à leurs extrémités d'une ou de plusieurs armatures très résistantes 4. La ou les armatures très résistantes 4 des extrémités des poutres 3 sont également préférentiellement constituées par un élément métallique. n est également possible de réaliser l'âme d'encastrement filante 2 et la ou les armatures résistantes 4 en un matériau synthétique rigide à haute résistance mécanique, à savoir notamment en résine chargée de fibres. La liaison entre l'âme 2 des poteaux 1 et les armatures 4 des extrémités des poutres 3 est réalisée par soudure, par boulonnage, par rivetage, par brochage ou encore par clavetage. La fixation entre les éléments permet l'obtention d'un encastrement de stabilité compensant aussi bien les efforts de flambement que de renversement des poteaux 1, tant dans le cas d'un encastrement en fondation 5 que dans le cas d'un appui rotulé. Les poteaux 1 sont avantageusement constitués par au moins deux éléments en bois 1', constituant deux demi-coquilles usinées pourvues de découpes longitudinales correspondant à la section des ailes du profilé formant l'âme 2. Ainsi, chaque élément en bois 1' peut être monté sur l'âme d'encastrement filante 2. La fixation des éléments en bois 1' constitutifs des poteaux 1 sur les âmes 2 est réalisée par collage desdits éléments en bois sur l'âme 2, par un brochage visible ou invisible de cesdits éléments en bois 1' sur l'âme 2, par un vissage visible ou invisible de ces éléments 1' sur l'âme 2 ou par un chevillage, les broches, vis ou chevilles coopérant avec des perçages correspondants prévus dans les éléments en bois 1' et dans l'âme 2. Suite à un tel assemblage du poteau 1 et des poutres 3, la charge verticale des poutres 3 est transmise dans l'enveloppe en bois constituée par les éléments 1' qui entourent l'âme 2, le poteau 1 formant, au niveau de la jonction avec les poutres 3, un aplat, sur lequel repose lesdites poutres 3. Ces dernières peuvent être, soit sous forme de moise enfourchée sur l'âme d'encastrement filante 2, soit sous forme de poutre simple posée sur un épaulement formé par le poteau 1 et présentant une partie de fixation sur ladite âme d'encastrement filante 2 et de recouvrement de celle-ci.Ainsi, il est possible de poser plusieurs poutres 3 en équerre dans le même plan horizontal et, sur un même noeud du poteau 1, des poutres moisées 3 de plancher et des poutres 3 de façades peuvent se rejoindre. ll en résulte la constitution d'un cadre rigide très performant reliant le massif de fondation 5, le poteau 1 et les poutres 3, en optimisant les caractéristiques mécaniques spécifiques des différents matériaux employés et en créant ainsi une construction présentant des caractéristiques mécaniques optimisées. En outre, l'âme 2 des poteaux 1 et les armatures 4 des poutres 3 sont invisibles de l'extérieur, de sorte que la construction obtenue présente l'aspect d'une construction traditionnelle en bois. Selon une caractéristique de l'invention, l'âme d'encastrement filante 2 présente avantageusement, au niveau de chaque noeud d'assemblage, sur le ou les côtés du profilé délimités par des ailes parallèles, des moyens 6 de liaison des extrémités desdites ailes servant à coopérer avec des moyens de fixation prévus sur les extrémités des poutres 3 correspondantes. Ces moyens 6 sont avantageusement constitués par des plaquettes métalliques soudées entre ou sur les ailes, entre ou sur le chant des ailes du profilé 2. Comme le montrent plus particulièrement les figures 3 et 4 des dessins annexés, les armatures 4 des extrémités des poutres 3 sont insérées dans une fente de forme correspondante desdites extrémités 3 et maintenues dans cette dernière par un boulonnage ou un brochage traversant 7 (figure 3) ou par un vissage ou un brochage borgne 8 à partir de la face interne des poutres 3 (figure 4). Conformément à une autre caractéristique de l'invention, les poutres 3 présentent à leurs extrémités une partie en retrait, dont la section transversale correspond sensiblement à la moitié de la section transversale de la poutre 3 et qui est délimitée par rapport à l'autre partie de la poutre en saillie par l'intermédiaire de la ou des armatures d'extrémité 4, le décalage entre les bords de la partie en retrait et de la partie en saillie correspondant sensiblement à l'épaisseur d'enfourchement de l'âme d'encastrement filante 2 du poteau 1 ou à la moitié de la largeur de ladite âme 2 augmentée d'une épaisseur de la partie en saillie d'extrémité d'une poutre 3. ll en résulte, comme le montrent les figures 1 et 2, qu'il est possible d'enfourcher une poutre moisée 3 sur l'âme 2 d'un poteau 1 avec affleurement des partie saillantes de ladite poutre moisée 3 avec les ailes de l'âme 2, puis de fixe des poutres de façade 3 sur l'aile extérieure de l'âme 2, en aboutant les parties en saillie desdites poutres de façade 3, les parties en retrait de ces poutres s'appuyant sur la face externe des parties en saillie de l'extrémité de la poutre moisée 3. Ainsi, l'ensemble du noeud réalise un recouvrement parfait de l'âme 2 et de l'ensemble des pièces métalliques des extrémités de poutres 3. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, la liaison entre les extrémités des poutres 3 et l'âme 2 des poteaux 1 est réalisée par boulonnage, les vis 9 des boulons traversant des perçages correspondants prévus dans la ou les armatures 4 des extrémités des poutres 3, les têtes des vis 9 étant logées dans des rainures 10 s'étendant dans la partie en saillie de l'extrémité de la poutre 3, sous la ou les armatures 4, lesdites vis traversant des perçages correspondants de l'âme 2 ou des moyens 6 solidaires de cette dernière, les boulons coopérant avec les vis 9 étant serrés sur ces dernières contre la face interne des ailes de l'âme 2 ou des moyens 6.Ainsi, les vis 9 étant préalablement montées sur les extrémités des poutres 3, il suffit de plaquer la face interne de la partie en saillie de cette dernière contre la face correspondante de l'âme 2 en insérant les extrémités des vis dans les perçages correspondants de l'âme 2 ou des moyens 6, puis de serrer les écrous sur lesdites vis 9. La mise en place des vis 9 sur les extrémités des poutres 3 est réalisée avant l'insertion de la ou des armatures 4 dans la fente de montage correspondante et le brochage, vissage ou boulonnage correspondant, par disposition desdites vis dans les perçages correspondants des extrémités des armatures 4, puis introduction dans le sens longitudinal desdites armatures dans les fentes correspondantes, les têtes des vis 9 étant orientées de manière à pénétrer dans les logements 10. A cet effet, les logements 10 présentent avantageusement une largeur correspondant à la largeur sur plats des têtes de vis. ll est également possible, conformément à un autre mode de réalisation de l'invention, non représenté aux dessins annexés, de réaliser la liaison entre les extrémités de poutres 3 et l'âme 2 des poteaux 1 au moyen de boulons traversants, les vis des boulons traversant des perçages correspondants prévus dans l'âme 2 ou dans les moyens 6 solidaires de cette dernière et s'appuyant par leur tête contre la face interne des ailes de l'âme 2 ou des moyens 6, lesdites vis traversant également des perçages correspondants des armatures 4, les écrous des boulons étant serrés contre la face des armatures 4, opposée à celle s'appuyant contre l'âme 2 ou les moyens 6, à travers un lamage correspondant de la saillie de l'extrémité des poutres 3.Ainsi, les vis des boulons peuvent être mises en place préalablement sur l'âme d'encastrement 2, puis les extrémités des poutres 3 peuvent être montées sur lesdites vis par l'intermédiaire des perçages prévus sur la ou les armatures 4, les écrous des boulons étant alors mis en place à travers les lamages concentriques des parties en saillie de l'extrémité des poutres 3 et serrés dans ces lamages par l'intermédiaire d'une clé correspondante. Selon une variante de réalisation de l'invention, non représentée aux dessins annexés, il est également possible de pourvoir les extrémités des armatures 4 des broches filetées, soudées sur lesdites armatures. Dans un tel cas, la prévision de logements 10 sur la partie en saillie de l'extrémité de la poutre 3 n'est plus nécessaire. Conformément à une autre variante de réalisation de l'invention, non représentée aux dessins annexés, la fixation des extrémités des poutres 3 sur l'âme 2 des poteaux réalisée au moyen de vis traversant les faces correspondantes de l'âme 2 et coopérant avec des taraudages correspondants des armatures 4, lesdits taraudages étant prolongés dans la partie en saillie de l'extrémité de la poutre 3 par des logements borgnes. I1 est également possible de réaliser la fixation par l'intermédiaire de broches prévues en saillie sur les extrémités des armatures 4 et soudées ou rivetées, après montage, sur la face interne des ailes de l'âme 2 ou des moyens 6. Enfin, cette liaison peut aussi être réalisée par l'intermédiaire de broches en saillie sur les armatures 4, pourvues chacune d'une fente et coopérant avec des clavettes en coin de serrage. Un assemblage claveté ainsi obtenu est parfaitement accessible à l'homme du métier et n'est pas décrit en détail. L'ensemble de construction ainsi constitué permet de supprimer les tirants de contreventement par l'encastrement en pied et de réaliser en tête, aux points de jonction des poutres sur les poteaux, des noeuds d'assemblage encastrés très performants permettant de réduire les sections de bois. Par ailleurs, la fixation des poutres 3 sur l'âme 2 des poteaux 1 peut être réalisée suivant un plan oblique. Une telle application est particulièrement intéressante pour la réalisation de toitures ou d'autres liaisons obliques. La figure 2 des dessins annexés représente une variante de réalisation de l'invention, dans laquelle les éléments 1' formant les poteaux 1 en bois sont pourvus d'éléments décoratifs 11 usinés permettant de répondre à des impératifs architecturaux de construction. Une telle réalisation est possible, en particulier, du fait de la faible sollicitation mécanique de la couronne en bois du poteau 1, cette dernière ne reprenant qu'une faible partie de la charge des poutres 3 reposant sur les extrémités des éléments 1', plus particulièrement les charges verticales. La prévision d'éléments 1' en forme de coquilles rapportées permet de nombreuses variations de forme et de décor des poteaux 1 par usinage. Grâce à l'invention, il est possible de réaliser une construction en bois, dans laquelle l'essentiel des charges verticales est repris par les couronnes en bois du poteau 1, alors que l'essentiel des efforts d'encastrement est transmis par des éléments très résistants, de préférence métalliques. Du fait de l'invisibilité, après montage, de tous les éléments métalliques utilisés, le système poteaux-poutres présente l'aspect d'une construction à ossature bois, tout en optimisant les caractéristiques mécaniques spécifiques des différents matériaux employés. Par ailleurs, l'invention permet d'envisager des constructions de grande hauteur, à niveaux multiples, avec des trames à grand maillage et offre au plan architectural de nombreuses possibilités de créations par l'usinage de formes et de motifs. Enfin, l'invention permet une préfabrication de l'ensemble des éléments et une standardisation, tant des poteaux avec leur âme d'encastrement que des poutres et des armatures d'extrémités desdites poutres. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisations décrits et représentés aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. REVENDICATIONS 1. Construction en bois, caractérisée en ce qu'elle est essentiellement constituée par des poteaux (1) munis d'une âme d'encastrement filante (2) très résistante et par des poutres (3) fixées latéralement sur lesdits poteaux (1), par l'intermédiaire d'une ou de plusieurs armatures d'extrémité (4) également très résistantes coopérant avec l'âme d'encastrement (2), qui reprend tous les efforts d'encastrement et de sollicitation latérale, les poteaux (1) reprenant les charges verticales. 2. Construction, suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'âme d'encastrement filante (2) est constituée sous forme d'un profilé métallique susceptible d'être ancré au sol, par exemple par un encastrement dans un massif de fondation en béton (5). 3. Construction, suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'âme (2) est munie à sa partie inférieure d'un appui rotulé. 4. Construction, suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la ou les armatures très résistantes (4) des extrémités des poutres (3) sont également constituées par un élément métallique. 5. Construction, suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'âme d'encastrement filante (2) et la ou les armatures résistantes (4) sont réalisées en un matériau synthétique rigide à haute résistance mécanique, à savoir notamment en résine chargée de fibres. 6. Construction, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la liaison entre l'âme (2) des poteaux (1) et les armatures (4) des extrémités des poutres (3) est réalisée par soudure, par boulonnage, par rivetage, par brochage ou encore par clavetage. 7. Construction, suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les poteaux (1) sont constitués par au moins deux éléments en bois (1'), constituant deux demi-coquilles usinées pourvues de découpes longitudinales correspondant à la section des ailes du profilé formant l'âme (2). 8. Construction, suivant la revendication 7, caractérisée en ce que la fixation des éléments en bois (1') constitutifs des poteaux (1) sur les âmes (2) est réalisée par collage desdits éléments en bois sur l'âme, par un brochage visible ou invisible de cesdits éléments en bois (1') sur l'âme (2), par un vissage visible ou invisible de ces éléments (1') sur l'âme (2) ou par un chevillage, les broches, vis ou chevilles coopérant avec des perçages correspondants prévus dans les éléments en bois (1') et dans l'âme (2). 9. Construction, suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'âme d'encastrement filante (2) présente, au niveau de chaque noeud d'assemblage, sur le ou les côtés du profilé délimités par des ailes parallèles, des moyens (6) de liaison des extrémités desdites ailes servant à coopérer avec des moyens de fixation prévus sur les extrémités des poutres (3) correspondantes. 10. Construction, suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les armatures (4) des extrémités des poutres (3) sont insérées dans une fente de forme correspondante desdites extrémités (3) et maintenues dans cette dernière par un boulonnage ou un brochage traversant (7) ou par un vissage ou un brochage borgne (8) à partir de la face interne des poutres (3). 11. Construction, suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les poutres (3) présentent à leurs extrémités une partie en retrait, dont la section transversale correspond sensiblement à la moitié de la section transversale de la poutre (3) et qui est délimitée par rapport à l'autre partie de la poutre en saillie par l'intermédiaire de la ou des armatures d'extrémité (4), le décalage entre les bords de la partie en retrait et de la partie en saillie correspondant sensiblement à l'épaisseur d'enfourchement de l'âme d'encastrement filante (2) du poteau (1) ou à la moitié de la largeur de ladite âme (2) augmentée d'une épaisseur de la partie en saillie d'extrémité d'une poutre (3). 12. Construction, suivant l'une quelconque des revendications 1 et 6, caractérisée en ce que la liaison entre les extrémités des poutres (3) et l'âme (2) des poteaux (1) est réalisée par boulonnage, les vis (9) des boulons traversant des perçages correspondants prévus dans la ou les armatures (4) des extrémités des poutres (3), les têtes des vis (9) étant logées dans des rainures (10) s'étendant dans la partie en saillie de l'extrémité de la poutre (3), sous la ou les armatures (4), lesdites vis traversant des perçages correspondants de l'âme (2) ou des moyens (6) solidaires de cette dernière, les boulons coopérant avec les vis (9) étant serrés sur ces dernières contre la face interne des ailes de l'âme (2) ou des moyens (6). 13. Construction, suivant l'une quelconque des revendications 1 et 6, caractérisée en ce que la liaison entre les extrémités de poutres (3) et l'âme (2) des poteaux (1) est réalisée au moyen de boulons traversants, les vis des boulons traversant des perçages correspondants prévus dans l'âme (2) ou dans les moyens (6) solidaires de cette dernière et s'appuyant par leur tête contre la face interne des ailes de l'aine (2) ou des moyens (6), lesdites vis traversant également des perçages correspondants des armatures (4), les écrous des boulons étant serrés contre la face des armatures (4), opposée à celle s'appuyant contre l'âme (2) ou les moyens (6), à travers un lamage correspondant de la saillie de l'extrémité des poutres (3). 14. Construction, suivant l'une quelconque des revendications 1 et 6, caractérisée en ce que les extrémités des armatures (4) sont pourvues de broches filetées, soudées sur lesdites armatures. 15. Construction, suivant l'une quelconque des revendications 1 et 6, caractérisée en ce que la fixation des extrémités des poutres (3) sur l'âme (2) des poteaux (1) est réalisée au moyen de vis traversant les faces correspondantes de l'âme (2) et coopérant avec des taraudages correspondants des armatures (4), lesdits taraudages étant prolongés dans la partie en saillie de l'extrémité de la poutre (3) par des logements borgnes. 16. Construction, suivant l'une quelconque des revendications 1 et 6, caractérisée en ce que la fixation des extrémités des poutres (3) sur l'âme (2) des poteaux (1) est réalisée par l'intermédiaire de broches prévues en saillie sur les extrémités des armatures (4) et soudées ou rivetées, après montage, sur la face interne des ailes de l'âme (2) ou des moyens (6). 17. Construction, suivant l'une quelconque des revendications 1 et 6, caractérisée en ce que la fixation des extrémités des poutres (3) sur l'âme (2) des poteaux (1) est réalisée par l'intermédiaire de broches en saillie sur les armatures (4), pourvues chacune d'une fente et coopérant avec des clavettes en coin de serrage. 18. Construction, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisée en ce que la fixation des poutres (3) sur l'âme (2) des poteaux (1) est réalisée suivant un plan oblique. 19. Construction, suivant l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisée en ce que les éléments (1') formant les poteaux (1) en bois sont pourvus d'éléments décoratifs (11) usinés permettant de répondre à des impératifs architecturaux de construction.