Brevet FR2894265A1 — publié le 20070608

SYSTÈME DE STRUCTURE MODULAIRE APPLIQUÉE À UNE CONSTRUCTION À OSSATURE La présente invention est relative à un système de structure modulaire permettant une construction à ossature à partir de modules principaux pré-usinés et pré-assemblés en atelier, et notamment il permet de réaliser des constructions de tout type, de toute forme et de toute taille. La préfabrication de maisons individuelles en bois est mise en oeuvre suivant différentes techniques dont certaines sont extrêmement anciennes. La technique du colombage est une forme de préfabrication très ancienne utilisée depuis le Moyen-Âge avec ses assemblages à tenons et mortaises chevillées à partir des éléments de bois verticaux de fortes sections entre lesquels un remplissage est effectué en torchis brique ou terre, Plus récemment, une nouvelle technique dite ossature bois a été mise en oeuvre dans laquelle la structure de la maison est constituée d'un ensemble de montants et de traverses en bois de faibles sections peu espacés entre eux, généralement entre 40 à 60 cm, qui forment un cadre sur lequel des panneaux latéraux sont fixés, un isolant étant interposé entre les montants. Une autre technique plus moderne dite poteaux-poutres utilise des bois de plus fortes sections espacées entre eux ménageant ainsi de grands espaces entre poteaux, généralement entre lm à 3m, les poutres et les poteaux constituent l'ossature de la maison. Les grands espaces sont adaptés notamment pour accueillir de larges baies vitrées. Toutes ces techniques de préfabrication qui permettent de construire des maisons à caractère individuel sont adaptées pour des constructions à l'unité et sur plan spécifique. Actuellement l'industrialisation des constructions préfabriquées en utilisant ces techniques ne permet pas de réaliser des maisons individuelles, à caractère personnalisé. Ainsi la construction de chalets en bois massifs utilise des composants préfabriqués prédéfinis sur un plan spécifique, il en est de même pour la fabrication des modules destinés pour être assemblées sur site. Les solutions actuelles de préfabrication de maison individuelles offrent très peu de flexibilité pour une fabrication industrielle. L'objectif de la présente invention est de proposer un système de structure modulaire appliquée à une construction d'habitation personnalisée, simple dans sa conception et dans son mode opératoire permettant l'industrialisation des modules préfabriqués destinés à la construction tout en résolvant le problème d'uniformisation imposée dans les techniques classiques de préfabrication. A cet effet, l'invention concerne un système de structure modulaire permettant une construction à ossature par assemblage sur site. Selon l'invention, le système comporte un ensemble de modules principaux dimensionnés qui comprend : - au moins deux composants de structure disposés parallèlement entre eux et à intervalles réguliers, de sorte à réaliser la largeur de la construction, - les composants de structure étant reliés entre eux par au moins deux niveaux composés chacun d'au moins deux éléments latéraux, ces éléments latéraux maintenant un écartement entre deux composants de structure, - des solives de plancher placées entre les éléments latéraux de chaque niveau pour relier les composants de structure, - les composants et les éléments latéraux délimitant des espaces vides dans lesquels venant s'insérer des éléments de mur et des éléments de pannes de toiture. Dans différents modes de réalisation possibles, la présente invention concerne également les caractéristiques qui ressortiront au cours de la description qui va suivre et qui devront être considérées isolément ou selon toutes leurs combinaisons techniquement possibles - chacun des composants de structure comprend au moins deux poutres principales, et au moins deux poteaux principaux, les poutres principales et les poteaux principaux étant reliés entre eux de manière à former un cadre comportant au moins un orifice, chaque orifice étant destiné à recevoir un élément de mur, ce cadre étant surmonté d'une ferme de toiture, - les éléments latéraux comprennent chacun au moins deux solives, ces solives étant disposées parallèlement entre elles et espacées de manière à réaliser une interstice de largeur constante le long des solives, à chaque extrémité des deux solives étant fixée une pièce métallique en forme de U permettant d'attacher les solives entre elles et de les fixer aux composants de structure, - les solives de plancher étant assemblées sous forme de caissons de solives de plancher, chaque caisson est destiné à venir se placer entre deux éléments latéraux de chaque niveau, - les éléments de pannes de toiture étant assemblés sous forme de caissons de pannes, chaque caisson est destiné à venir s'insérer dans un versant dudit espace vide entre deux composants de structure. L'invention concerne également une construction notamment à l'usage d'habitation tel que décrit précédemment. L'invention sera décrite plus en détail en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 représente une vue éclatée d'une construction à partir de l'assemblage d'un ensemble de modules principaux ; - la figure 2 représente une vue schématique de 5 variantes de composants de structure ; - la figure 3 est une vue schématique de dessus d'une poutre principale ; - la figure 4 est une vue schématique de profil d'un élément latéral constitué de deux solives ; - la figure 5 est une vue de profil en coupe d'une liaison entre un poteau et un élément latéral ; -la figue 6 est une vue de dessus de deux composants de structure reliés entre eux par deux éléments latéraux ; la figure 7 est une vue de dessus d'un caisson de pannes ; - la figure 8 est une vue de dessus d'un caisson de solives de plancher ; - la figure 9 est une vue en coupe de profil de la construction de la figure 1 ; - la figure 10 représente schématiquement six différentes formes de toitures ; - la figure 11 est une vue en coupe de la liaison entre les éléments latéraux et les éléments de mur, et la liaison entre la fondation et un poteau. La présente description et les dessins présentent un exemple de construction 1 à ossature bois réalisée à partir d'un ensemble de modules principaux. La figure 1 représente schématiquement une vue éclatée de cette construction 1. L'ensemble de modules comprennent deux composants de structure 2 surmontés chacun d'une ferme de toiture triangulaire 3. Les deux composants sont reliés entre eux par trois niveaux composés chacun de trois éléments latéraux 4. Ces éléments latéraux 4 permettent de maintenir un écartement de 3m entre les deux composants. A chaque niveau, entre deux éléments latéraux vient s'insérer un caisson de solives de plancher 6. Les solives de plancher 5 ont été assemblées sous forme de caissons 6 d'abord en usine puis transportées sur site, la dimension de chaque caisson est adaptée pour venir s'insérer entre deux éléments latéraux 4. Ainsi la mise en place des solives de planchers est facilitée et le temps nécessaire à cette mise en place est réduit. Un caisson de solives de planchers est illustré schématiquement sur la figure 8. Alternativement, les solives de planchers 5 qui constituent [es caissons peuvent être assemblées individuellement sur site, au moyen de cornières, à l'emplacement prévu. Les deux composants 2 comportent chacun quatre orifices 12 dans lesquels viennent s'insérer quatre éléments de mur 7. Les composant 2 et les éléments latéraux 4 délimitent sur chaque côté de la construction deux orifices dans lesquels viennent s'insérer également des éléments de mur 7. Tous les éléments de mur, avec leurs éventuelles ouvertures pour les portes et fenêtres sont réalisés et prédécoupés en usine en vue d'être assemblés sur le site pour constituer notamment les murs extérieurs de la construction et les cloisons de la construction. Deux caissons de pannes de toiture 8 viennent remplir les deux versants de la toiture de la construction, dans l'espace vide entre les deux composants de structure 2. Les pannes 9 sont assemblées préférentiellement sous forme de caissons en usine pour les mêmes avantages que dans le cas des solives de plancher. La figure 7 illustre deux caissons de pannes de toitures, chacun étant destiné à s'insérer dans un versant de l'espace vide entre les deux composants de structure 2. Alternativement les pannes 9 peuvent être mises en place à l'emplacement prévu individuellement. Les composants de structure sont dimensionnés de manière à standardiser les trois dimensions d'une construction qui sont la largeur, la longueur et la hauteur. Les dimensions standard dans une construction française sont des multiples de 3m, par conséquent la longueur et la largeur d'une construction standard française sont des multiples de 3m. Les deux composants de structure 2 sont espacés entre eux d'une distance qui est la largeur de la construction. De manière générale, les composants sont disposés parallèlement entre eux et à intervalles réguliers, de sorte à réaliser toute la largeur de la construction. De manière générale, cette méthode de standardisation peut s'appliquer à des constructions autres que la construction française. Avantageusement ces composants de structure sont des composants communs à toutes les constructions quelque soit leur style, leur taille et leur forme. Les dimensions de chaque composant sont définies par le nombre d'éléments de mur 7 qui viennent remplir les orifices, les dimensions de chaque élément de mur 7 ayant une longueur de 3m et une hauteur d'au moins 2m50. De manière générale, la hauteur sous plafond standard est fixée à 2m50, 3m ou 3m50. L'intervalle qui sépare deux composants est adapté également pour recevoir un élément de mur de longueur 3m. Avantageusement chaque composant comporte sur au moins un de ses côtés latéraux des moyens de jonctions pour recevoir un autre composant. L'assemblage entre les deux composants est effectué en usine ou sur site selon la taille du composant final obtenue qui détermine si le composant est transportable. La figure 2 illustre 5 exemples de composants à deux niveaux référencés a, b, c, h, i et à un seul niveau référencés e, f, g, j, et k, ces composants pouvant recevoir 1 à 10 éléments de mur. Le nombre d'éléments de mur n'est pas limitatif de l'invention. Les deux composants utilisés dans l'exemple de construction décrit ici correspondent au composant de longueur à deux niveaux référencé b sur la figure 2. Ce composant à deux niveaux est constitué de trois poutres principales 6 et de trois poteaux principaux 7. Ils sont reliés entre eux de manière à former le cadre comportant quatre orificesl2. Ces orifices sont ensuite remplis par des éléments de mur 7 (figure 1). De manière générale, les poteaux principaux et les poutres principales forment un cadre pouvant recevoir au moins un élément de mur. La figure 3 illustre schématiquement une vue de dessus d'une poutre principale 10. Elle est constituée de deux poutres 13 disposées parallèlement entre elles. Des éléments de poutres 15 sont placés en saillie aux extrémités des poutres de manière a former des logements, ils sont reliés à ces poutres au moyen de boulons 16. Chacun des poteaux principaux est constitué de deux poteaux 14 qui viennent se loger dans les logements formés, ces poteaux sont également fixés aux éléments de poutres au moyen de boulons 16. La figure 4 illustre schématiquement une vue de profil d'un élément latéral 4. Cet élément est constitué de deux solives 5, disposées parallèlement entre elles et espacées de manière à réaliser un interstice de largeur constante le long des solives. Cet interstice permet de recevoir des éléments de solives 26 de manière à renforcer la structure de l'élément latéral 4. A chaque extrémité de l'élément latéral, une pièce métallique 17 en forme de U est fixée sur les deux solives 5 au moyen de deux boulons 16 reliant ainsi les solives entre elles. Dans un autre mode de réalisation particulier, les éléments latéraux peuvent comprendre plus de deux solives. La figure 5 est une vue de profil en coupe illustrant une liaison entre un poteau et un élément latéral. Les deux solives 5 constituant l'élément latéral et une troisième solive sont solidarisées ensemble par des boulons 16 au travers de la pièce métallique U 17. La pièce métallique U 17 comporte deux logements permettant de recevoir deux boulons qui solidarisent d'une part la pièce métallique U aux poteaux 14, et les poteaux 14 à l'élément en saillie 15. La figure 6 illustre schématiquement une vue de dessus des quatre jonctions de boulonnage entre deux poutres principales reliées entre elles par deux éléments latéraux au travers des poteaux. Avantageusement les différents modules du système de structure modulaire sont totalement assemblés en usine ou partiellement assemblés pour former des sous-ensembles selon si la taille de l'ensemble ou du sous-ensemble obtenu est adaptée pour le transport. Les ensembles sont destinés à mettre en place directement sur site de construction et les sous-ensembles sont destinés à être assemblés entre eux sur site. La figure 9 illustre une vue de côté en coupe de la construction de la figure 1, permettant de décrire les jonctions entre les éléments de mur 7 et les éléments latéraux, et les jonctions entre les composants ainsi que les jonctions entre le composant et le sol. Deux des éléments de mur de la construction comportent chacun une ouverture qui est une fenêtre 18 et une porte 19. Chaque élément de mur 7 est constitué d'un cadre. Entre deux niveaux de la construction, la partie supérieure 20 d'un cadre et la partie inférieure 21 d'un deuxième cadre sont fixées verticalement entre elles à travers des éléments latéraux 4 au moyen de boulons 16. Les éléments de mur 7 sont également fixés longitudinalement au moyen des tire-fonds aux poteaux des composants qui ne sont pas représentés ici. La partie inférieure 21 des éléments de mur qui est en contact avec le sol de la construction est fixée au sol, par exemple une dalle de béton, à l'aide de vis 23 au travers des éléments latéraux. Avantageusement entre deux éléments de mur et entre deux solives de planchers, des espaces sont ménagés pour le passage d câbles, gainages, canalisations et le système d'isolation 24. La figure 9 illustre un exemple de ferme triangulaire 3. Le gabarit de la ferme étant adaptée de manière à couvrir au moins un élément de mur reçu dans le au moins orifice constituant le cadre du composant de structure. La forme de la ferme n'est pas limitée au seul exemple illustré ici. Quelques formes de toiture sont illustrées schématiquement sur la figure 10 : toit décalé, toit à une seule pente, toit Mansart, toit plat, toi à combles aménageables, toit à faible pente symétrique qui sont référencés respectivement a, b, c, d, e et f. Avantageusement il est possible d'ajouter un dôme sur le toit plat. La figure 11 représente une vue sur la fixation des extrémités de la partie inférieure du composant de structure au sol au moyen de tige filetée 25 au travers de la partie inférieurs 21 de l'élément de mur. Selon l'invention, les toitures à quatre pentes ou comportant des pignons arrondis sont réalisées à partir de composants de demi structure qui sont surmontés chacun d'une demie ferme de toiture. De même ces composants de demi structures permettent de réaliser une extension de la construction en ajoutant une pièce en saillie par rapport à la façade de la construction, la pièce étant reposée au sol ou autoportante sur la façade. Les composants de demi structure peuvent également recevoir des extensions comme dans le cas des composants de structure normale mais sur un seul de ses côtés. L'ensemble de modules principaux peut être réalisé en tous matériaux, en bois, en métal, ou en combinaison des deux éléments. Notamment il existe actuellement une gamme de profilés en métal léger zingué permettant de réaliser les mêmes modules que ceux qui sont réalisés en bois et décrits ici dont les dimensions sont proches des dimensions de bois disponibles pour la construction. Ces modules en métal léger zingué permettent de réaliser des constructions entièrement en métal ou mixtes, permettant de s'affranchir des éventuelles limitations réglementaires dues aux constructions en bois. Avantageusement les modules principaux du système de structure modulaire sont pré-usinées en atelier et pré-assemblées en sous-ensembles en usine adaptés pour être transportés sur chantier. Il permet par conséquent un assemblage rapide sur chantier. Avantageusement la construction peut être démontée partiellement ou entièrement démontée. Le système permet une construction évolutive, car il est possible d'enlever ou de remplacer des éléments de murs ou de cloisons, de rajouter des composants de structure afin d'agrandir ou d'enlever des composants pour réduire la construction. Avantageusement, tous les modules principaux de la construction sont solidarisés entre eux par boulonnage de la toiture à la fondation. Sous réserve d'un dimensionnement adéquat (par le calcul) préalable, tous ces modules sont réalisés de manière à pouvoir subir des forces de pressions verticales du haut vers le bas et du bas vers le haut, ainsi que des forces de pressions latérales. Notamment les modules peuvent être dimensionnés pour résister à des forces de vent d'ouragan de classe 1 à 5 ou de typhon. Avantageusement la construction est rendue antisismique sous réserve d'un calcul adéquat de ferraillage dense de la fondation sur laquelle prend appui la construction. Avantageusement ce système de structure modulaire permet une construction rapide qui n'est plus soumise aux intempéries qui retardent la construction, par conséquent ce système permet une réduction de coût de construction. Avantageusement, le système de structure modulaire peut s'appliquer à la construction de tout type de bâtiments â usage d'habitation ou autres. Notamment il permet de construire des maisons individuelles, des petits ensembles de logements collectifs, il peut convenir également à la construction des petits ensembles de bureaux, des petits groupements de commerces, ainsi qu'à des bâtiments d'atelier. REVENDICATIONS 1- Système de structure modulaire permettant une construction à ossature (1) par assemblage sur site, caractérisé en ce que ledit système comporte un ensemble de modules principaux dimensionnés, ledit ensemble comprenant - au moins deux composants de structure (2) disposés parallèlement entre eux et à intervalles réguliers, de sorte à réaliser la largeur de ladite construction (1), - lesdits composants de structure étant reliés entre eux par au moins deux niveaux composés chacun d'au moins deux éléments latéraux (4), lesdits éléments latéraux (4) maintenant un écartement entre lesdits deux composants de structure (2), - des solives de plancher (5) placées entre lesdits éléments latéraux (4) de chaque niveau pour relier lesdits composants de structure, - lesdits composants et lesdits éléments latéraux délimitant des espaces 15 vides dans lesquels venant s'insérer des éléments de mur (7) et des éléments de pannes de toiture (9). 2- Système de structure modulaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacun desdits composants de structure comprend au moins deux poutres principales (10), et au moins deux poteaux principaux (11), lesdites poutres 20 principales (10) et lesdits poteaux principaux (11) étant reliés entre eux de manière à former un cadre comportant au moins un orifice (12), chaque orifice étant destiné à recevoir un élément de mur (7), ledit cadre étant surmonté d'une ferme de toiture (3). 3- Système de structure modulaire selon la revendication 2, caractérisé en 25 ce que chacune des poutres principales (10) est constituée de deux poutres (13) disposées parallèlement entre elles, des éléments de poutres (15) étant placés en saillie aux extrémités des poutres de manière à former des logements, et reliés auxdites poutres (13). 4- Système de structure modulaire selon les revendications 2 et 3, 30 caractérisé en ce que chacun des poteaux principaux (11) est constitué de deux poteaux (14), lesdits poteaux étant reçus dans lesdits logements et fixés sur lesdits éléments de poutres (15). 5- Système de structure modulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les dimensions de chaque élément de mur (7) comportent une longueur de 3m et une hauteur d'au moins 2m50. 6- Système de structure modulaire selon les revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit composant de structure comporte sur au moins un de ses côtés latéraux des moyens de jonction pour recevoir un autre composant de structure. 7- Système de structure modulaire selon les revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdits éléments latéraux (4) comprennent chacun au moins deux solives (5), lesdites solives (5) étant disposées parallèlement entre elles et espacées de manière à réaliser une interstice de largeur constante le long des solives, à chaque extrémité des deux solives étant fixée une pièce métallique en forme de U (17) permettant d'attacher les solives (5) entre elles et de les fixer auxdits composants de structure (2). 8- Système de structure modulaire selon les revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lesdites solives de plancher (5) étant assemblées sous forme de caissons de solives de plancher (6), chaque caisson (6) est destiné à venir se placer entre deux éléments latéraux (4) de chaque niveau. 9- Système de structure modulaire selon les revendications 1 à 8, caractérisé en ce que lesdits éléments de pannes de toiture (9) étant assemblés sous forme de caissons de pannes (8), chaque caisson (8) est destiné à venir s'insérer dans un versant dudit espace vide entre deux composants de structure. 10- Système de structure modulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ledit ensemble de modules principaux comprend de plus des composants de demi structure. 11 Système de structure modulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les modules principaux sont réalisées en bois, ou en métal, ou en combinaison des deux matériaux. 12- Construction notamment à l'usage d'habitation comprenant au moins un 30 système de structure modulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à11.