Brevet FR2989398A1 — publié le 20131018

La présente invention concerne un système de charpente métallique, formé de pièces standardisées , assemblées mécaniquement . Ce système s permet de réaliser des superstructures d'immeubles de plusieurs niveaux et des superstructures sommitales d'immeubles . D'ordinaire les immeubles relevant d'une architecture domestique , qui représentent la majorité des constructions de bâtiments , sont conçus avec des murs porteurs en façades et en refends longitudinaux et 10 transversaux , chaque niveau et façade sont contraints et limités par l'implantation de ces murs porteurs . La conception de ces immeubles équivalant chaque fois à un prototype , leurs infrastructures sont diverses et complexes . Leur mise en oeuvre , fait appel à des technologies de constructions traditionnelles induisant de multiples opérations et par 15 conséquence des coûts élevés et incompressibles . Des délais de réalisation de plusieurs mois mobilisent des investissements importants . Par ailleurs les procédés industriels pour la réalisation de superstructures d'immeubles de plusieurs niveaux , sont généralement proposés avec des murs de façades et de refends porteurs . Ils sont constitués soit d'éléments 20 de béton pesant plusieurs tonnes , soit de charpente métallique ou de poteaux-poutres bois , permettant la réalisation d' un nombre limité de niveaux . Les immeubles réalisés suivant la technologie de cadres plan métallique , fixés sur des noyaux en béton regroupant les services des 25 plateaux , correspondent à des typologies d'immeubles très particuliers , qui n'entrent pas dans la catégorie visée par l'invention . Le système de charpente métallique standardisé et mécanisé , selon l'invention présentée que nous désignerons par le terme "unité de plancher" (Up) , permet de remédier à la situation décrite précédemment . 30 - Il est constitué , selon une première caractéristique , d'une "colonne" , produite en atelier et dont les trois éléments constitutifs , sont la base , le fût et le chapiteau . Il est constitué , selon une seconde caractéristique , d'un "cadre" , dont les poutres biaises transversales reconstituées et soudées , ou du commerce et les poutres obliques biaises reconstituées et soudées , ou du commerce sont fixées sur le chapiteau de la colonne . Le cadre est fermé à l'aide de rives U reconstituées et soudées ou du commerce , fixées sur les poutres à l'aide d'équerres et de traverses de liaisons T inversées reconstituées et soudées ou du commerce , fixées sur les poutres à l'aide d'équerres. L'ensemble obtenu , que nous avons désigné par le terme d' "unité de plancher" (Up) , est reproduit un nombre de fois suffisant , pour que par addition et superposition des différentes "unité de plancher" (Up) , on obtienne la totalité de la superstructure d'un l'immeuble . Les plateaux et façades qui sont libérés de la contrainte des murs , deviennent flexibles et adaptables , les superstructures verticales des rez-de-chaussée et des sous- sols , sont adaptés au stationnement des automobiles . La superstructure du dernier niveau des immeubles , est réalisé avec des "unités de plancher" (Up) dont le chapiteau et le fût de la "colonne" épousent l' inclinaison de la toiture , et dont le "cadre" plan ou courbe traduit la forme géométrique du toit . La hauteur de chaque "colonne" varie suivant la hauteur de chacun des niveaux et de l'immeuble . Les poutres transversales , longitudinales , les rives , et les traverses de liaisons sont caractérisées par des longueurs variables , qui permettent les variations dimensionnelles des différentes compositions . Les rives peuvent être courbes ou droites . Les variations dimensionnelles et la géométrie des rives , permettent au concepteur d'être véritablement libéré dans son acte créatif des contraintes de la standardisation et de la mécanisation . Les "colonnes" sont fixées aux fondations par l'intermédiaire de leurs plaques et des plaques de base et sont assemblées verticalement entre 30 elles par l'entremise des plaques et des chapiteaux . Les pièces standards constituant runité de plancher" (Up) , "colonnes", poutres , rives , traverses , sont limités au nombre de quatre , le poids limité de chacune d'entre elles ( par exemple : entre 60 et 160 kg ) facilitent leur mise en oeuvre . Les profils sont reconstitués et soudés industriellement à partir de plaque de tôle ou ils proviennent du commerce , l'ajustement des pièces constituant l' "unité de plancher" (Up) est vérifié en atelier . Ainsi les coûts de production baisse progressivement en fonction des quantités de production . Les conditionnements notamment pour l'exportation sont optimisés . Ce système de charpente métallique se présente comme un "meccano" géant . Le délai d'exécution sur le site , d'un immeuble de plusieurs niveaux est extrêmement raccourci . Les pièces standards constituant runité de plancher" (Up) , sont assemblées au sol , chaque "unité de plancher" (Up) étant déplacée pour être raccordée à l'ensemble de la superstructure à l'aide d'une grue mobile , les gains de temps sont considérable . Toutefois selon les circonstances et l'environnement local , les pièces standards sont assemblées directement sur la construction en cours . Par ailleurs ce système de construction métallique , s'inscrivant dans une logique de filière sèche et de normalisation dimensionnelle , des gains indirects sont réalisés sur les coûts de fabrication et de pose des produits industriels requis pour la réalisation des planchers , enveloppes , partitions et équipements des immeubles . Le contreventement de la charpente métallique est assuré suivant des technologies traditionnelles, et en particulier par le noyau central destiné à accueillir les escaliers et ascenseurs . Le noyau est réalisé en charpente métallique ou en béton . Cette invention par ces caractéristiques induites , permet de répondre à un besoin de réalisation des superstructures d'immeubles à qualité et coût maitrisés. Les dessins annexés illustre l'invention : La figure 1 représente en perspective isométrique , deux "colonnes" et 30 une plaque de base . La figure 2 représente en perspective isométrique un éclaté de chapiteau . La figure 3 représente en perspective isométrique une poutre oblique et sa position sur la "colonne". La figure 4 représente en perspective isométrique une poutre transversale et sa position sur la "colonne". La figure 5 représente en perspective isométrique une traverse de liaison et sa position sur la "colonne". La figure 6 représente en perspective isométrique une rive et sa position sur la "colonne". La figure 7 représente en perspective isométrique un "éclaté" d' "unité 10 de plancher" (Up) La figure 8 représente en perspective isométrique la liaison d'extrémités de poutres transversales sur une traverse de liaison . La figure 9 représente en perspective isométrique la liaison d'une extrémité de poutre oblique sur une rive et une traverse de liaison . 15 La figure 10 représente une vue de dessus de la superstructure sommitale . La figure 11 représente le plan du premier niveau de la superstructure d'un immeuble . La figure 12 représente en coupe la panne faîtière . 20 La figure 13 représente une coupe sur une poutre transversale sommitale . La figure 14 représente une coupe transversale de la superstructure d'un immeuble de 4 niveaux . La figure 15 représente une perspective isométrique de la 25 superstructure d'un immeuble de 4 niveaux. La figure 16 représente différents schémas possible obtenus par addition d' "unité de plancher" (Up) La figure 1 représente en perspective isométrique , deux "colonnes" (1) et une plaque de base (10) . L'élément central de l'invention est constitué d'une pièce désignée par le terme de " colonne" (1) , véritable clef de voûte du système . Elle est composée du fût (2) , de la base (3) et du chapiteau (4) , les assemblages sont réalisés en atelier ( par exemple : par soudure ) . Les colonnes (1) sont reliées entre elles à l'aide de la base (3) , dont les trous (9) s viennent se positionner sur des goujons (6) filetés ( par exemple : soudés en atelier ou mis en place lors de l'assemblage ) et positionnés sur la face supérieur des sabots renversés (5) du chapiteau (4) . L'assemblage entre la colonne (1) de départ et les fondations est réalisé à l'aide de la base (3) , dont les trous (9) viennent se positionner sur les goujons (8) filetés ( par 10 exemple : soudés en atelier ou mis en place lors de l'assemblage ) , situés sur la plaque de base (10) . Des tiges de scellements (11) ( par exemple : quatre tiges ) situées sous la plaque de base (10) et en prolongement des goujons (8) assurent la liaison avec les fondations . Le fût (2) est constitué d'un tube rond ou octogonal en métal ( par exemple : en ACIER E28 d'un 15 diamètre de 323 in/in et d'une épaisseur de 7,1 ni/m correspondant à des calculs réalisés pour un immeuble de quatre niveaux , pour des surcharges permanentes bureaux + cloisons + divers de 350 daN/m2) . Le chapiteau (4) représenté en perspective isométrique éclatée par la figure 2 est constitué de huit sabots inversés (5) en métal , ( par exemple : 20 en ACIER E28 de 11.5 m/m d'épaisseur) , fixés en atelier ( par exemple : par soudure ) , sur le fût (2), les sabots inversés (5) sur leur face latérale extérieure disposent chacun de goujons (7) filetés , ( par exemple : de dix goujons soudés en atelier ou mis en place lors de l'assemblage ) , ils participeront au maintien des poutres . 25 Les figures 3 à 6 représentent les éléments constitutifs du "cadre" plan greffé sur le fût (2) de la "colonne" par l'intermédiaire du chapiteau (4). La figure 3 représente en perspective isométrique une poutre IPE biaise (13) oblique en profil reconstitué et soudé ou en provenance du commerce 30 , les éléments (12) qui la constituent sont découpés dans une plaque de métal ( par exemple : en ACIER E28 de 11.5 "vin d'épaisseur) . Cette poutre (13) est fixé sur le fût (2) , par l'intermédiaire du chapiteau (4) , elle est boulonnée sur les goujons du chapiteau ( par exemple : dix goujons soudés en atelier ou mis en place lors de l'assemblage ) fig 2 (7) . La hauteur de la poutre, (13) selon sa portée est variable, ( par exemple : au niveau des sabots inversés de 330 we et à son extrémité de 165 ni/n2 , pour une "unité de plancher" (Up) de 5.75 ml x 5.75 ml et correspondant à des surcharges permanentes bureaux + cloisons + divers de 350 daN/m2) . La figure 4 représente en perspective isométrique une poutre IPE biaise , (15) transversale , en profil reconstitué et soudé ou en provenance du commerce , les éléments (14) qui la constituent sont découpés dans une plaque de métal , ( par exemple : en ACIER E28 de 11.5 tee d'épaisseur) . Cette poutre (15) est positionnée sur le fût (2) par l'intermédiaire du chapiteau (4) , elle est boulonnée sur les goujons du chapiteau ( par exemple : dix goujons soudés en atelier ou mis en place lors de l'assemblage ) fig 2 (7) . La hauteur de la poutre (15) selon sa portée est variable ( par exemple : au niveau des sabots inversés de 330 rem et à son extrémité de 165 m/m , pour une "unité de plancher" (Up) de 5.75 ml x 5.75 ml , correspondant à des surcharges permanentes bureaux + cloisons + divers de 350 claN/m2 ) . La figure 5 représente en perspective isométrique une traverse de liaison (17) , formée d'un T inversé en profil reconstitué et soudé ou en provenance du commerce , les éléments (16) qui la constituent sont découpés dans une plaque de métal ( par exemple : en ACIER E28 de 10 nye d'épaisseur ) . Cette traverse de liaison (17) est positionnée à l'extrémité des poutres (13) et (15) , sa hauteur est variable, ( par exemple : 220 nye pour une "unité de plancher" (Up) de 5.75 ml x 5.75 ml , correspondant à des surcharges permanentes bureaux + cloisons + divers de 350 daN/m2) . Les traverses de liaison (17) sont fixées aux poutres obliques (13) et transversales (15) à l'aide de cornières par boulons , rivet ou par soudure . La figure 6 représente en perspective isométrique une rive (19) formée d'un UPN constitué par pliage d'un élément (18) découpé dans une plaque de métal ( par exemple : en ACIER E28 de 10 ni/m d'épaisseur ) , ou formée par un UPN provenant du commerce. Cette rive (19) est positionnée à l'extrémité des poutres (13) et (15) , sa hauteur est variable ( par exemple : 176 m/m pour une "unité de plancher" (Up) de 5.75 ml x 5.75 ml , correspondant à des surcharges permanentes bureaux + cloisons + divers de 350 daN/m2) . Les rives (19) sont fixées aux poutres obliques (13) et transversales (15) à l'aide de cornières par boulons , rivet ou par soudure . La figure 7 représente en perspective isométrique un "éclaté" d' "unité 5 de plancher"(Up) , composé d'une pièce centrale la "colonne" dont les éléments constitutifs sont le fût (2) , la base (3) , le chapiteau constitué de huit sabots inversés (5) et d'un "cadre" plan dont les éléments constitutifs sont les poutres obliques (13), transversales (15), les traverses de liaisons (17) et les rives (19) . L'assemblage entre la "colonne" et les fondations est 10 réalisé à l'aide de la base de la colonne (3) et de la plaque de base (10). La figure 8 représente en perspective isométrique la liaison des extrémités de deux poutres transversales (15) , situées de part et autre d'une traverse de liaison (17) , la fixation est assurée par des cornières (20) boulonnées , rivées ou soudées . 15 La figure 9 représente en perspective isométrique la liaison d'une extrémité de poutre oblique (13) , sur une rive (19) et une traverse de liaison (17) , la fixation étant assurée par des cornières (20) boulonnées rivées ou soudées . La figure 10 représente une vue de dessus d'une superstructure 20 sommitale réalisée en métal , et en profil reconstitué et soudé ou en provenance du commerce . La panne faitière (21) , assure la liaison entre les "cadres" plan situés de part et d'autre du faitage . Les "cadres" plans sont constitués de trois standards , soit les poutres obliques sommitales (23) et transversales sommitales (22), les traverses de liaison sommitales 25 (24) , les rives sommitales (25) . Les caractéristiques dimensionnelles des standards sont variables , ( Par exemple : pour une "unité de plancher" (Up) de 5.75 ml x 5.75 ml , utilisant un ACIER E28 d'épaisseur 9,8 nem , hauteur des poutres obliques sommitales (23) , au départ 240 nen à l' extrémité 120 nem , hauteur des poutres transversales sommitales (22), au départ 240 m/n1 30 hauteur à l' extrémité 120 nem ) . La figure 11 représente le plan d'un plateau formé par addition de huit cadres ( Par exemple : de 5,75 ml x 5.75 ml ) , ils sont supportés par huit "colonnes" (1) . La longueur du plateau est variable suivant les caractéristiques dimensionnelles des "cadres" des "unité de plancher" (Up) ( Par exemple : pour des "cadres" de 5.75 ml x 5075 ml, les dimensions du plateau sont , longueur 23 ml, largeur 11.50 ml et la surface de plancher hors noyau central de 245.14 m2 ). La figure 12 représente en coupe le détail de la panne faitière (21) , réalisée à l'aide d'une plaque de métal pliée . La figure 13 représente une coupe sur une poutre transversale sommitale (22) , le fût de la "colonne" (26) en son extrémité supérieur , est terminé par une coupe droite biaise pour accompagner la pente du toit . Dans le cas d'une couverture courbe le fût de la "colonne" (26) en son extrémité supérieur , aurait été terminé par une coupe courbe biaise . La figure 14 représente une coupe transversale de la superstructure d'un immeuble de 4 niveaux , les variations en hauteur des fûts des "colonnes" (1) des niveaux courants et des fûts des "colonnes" sommitales (26) , facilitent l'adaptation de la superstructure aux différentes demandes , ( Par exemple la hauteur de niveau à niveau du fût est de 3 m) . La figure 15 représente une perspective isométrique de la superstructure d'un immeuble dont le nombre de niveaux peut-être variable ( Par exemple : 4 niveaux ) . Les standards composants les "unités de plancher" (Up) sont au nombre de quatre pour les niveaux courants la "colonne" (1) les poutres obliques (13) et transversales (15) , le T inversé de liaison (17) , la rive (19) . Ils sont au nombre de cinq pour la partie sommitale , la panne faitière (21) , les poutres sommitales transversales (22) et obliques (23) , qui peuvent être courbes afin d'obtenir une toiture courbe , la traverse de liaison sommitale (24) qui peut être courbe afin d'obtenir une toiture courbe , la rive sommitale (25) qui peut être courbe afin d'obtenir une toiture courbe . Les dimensions des immeubles ne sont pas limitées , elles peuvent 30 varier à l'infini , soit par variation des dimensions de runité de plancher"(Up) , soit par différentes combinaisons d' addition des "unités de plancher"(Up) . La figure 16 représente quelques schémas possibles d'assemblages par addition de "cadres" plan constitutifs des "unité de plancher"(Up) , les épaisseurs obtenus par l'addition de trois "unité de plancher" (27) sont variables, ( Par exemple : 17,25 ml en adoptant des "unité de plancher"(Up), de 5,75 ml x 5,75 ml ) , les épaisseurs obtenus par l'addition de deux demi "unité de plancher" placées de part et d'autre d'une "unité de plancher" (31) sont variables , ( Par exemple : 11.50 ml en adoptant des "unité de plancher"(Up), de 5,75 ml x 5,75 ml ), les épaisseurs obtenus par l'addition de deux "unité de plancher" (32) sont variables , ( Par exemple : 11.50 ml en adoptant des "unité de plancher"(Up), de 5,75 ml x 5,75 ml ) , les épaisseurs obtenus par l'addition de deux demi "unité de plancher" (33) sont variable , ( Par exemple : 5.75 ml en adoptant des "unité de plancher"(Up), de 5,75 ml x 5,75 ml ) . Des formes courbes convexes (28) , ou concaves (29) , peuvent être introduites dans les façades par simple mise en oeuvre de rives courbes . 15 Des retournements à 90° (30) , ou 45° (35) sont possibles . Des poutres peuvent être positionnées en rive (34) . Le dispositif selon l'invention se présente comme un jouet "méccano" géant . Il propose à l'industrialisation , un nombre limité de pièces standards pouvant être produites en grand nombre en atelier ou en usine , 20 les assemblages des pièces standards permettent la composition d' un nombre de superstructures illimité et diversifié . Ainsi cette invention ouvre la voie pour une production de bâtiments , selon un procédé standardisé et mécanisé , qui toutefois , laisse aux architectes un champ suffisamment vaste, pour que l'acte créatif ne soit pas bridé et contraint . 25 30 REVENDICATIONS1. Dispositif de charpente métallique standardisé et mécanisé, permettant de réaliser les superstructures d' immeubles de plusieurs niveaux , caractérisé en ce qu'il est constitué : - pour les niveaux courants des superstructures d' immeubles , par addition et superposition d' "unité de plancher" (Up) , composées d'un nombre limité de quatre pièces métallique standard, la "colonne" (1) ronde ou octogonale (1) , les poutres en forme de IPE biaises , transversales (15) et oblique (13) , les traverses de liaison en forme de T (17) et les rives en forme de UPN (19) ; - pour le dernier niveau dit sommital des superstructures d' immeubles par addition d' "unité de plancher" (Up) , composées d'un nombre limité de quatre pièces métallique standard , la "colonne" (26) ronde ou octogonale inclinée droite en sa partie supérieure pour accompagner la pente du toit , ou inclinée courbe pour accompagner une toiture courbe , les poutres biaises transversale et oblique (22) (23) pouvant être courbes , les traverses de liaison (24) en forme de T inversé pouvant être courbes et les rives en forme de UPN (25) pouvant être courbes . 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé, en ce que l' "unité de plancher" est composé , par les "colonnes" métalliques (1) (26) dont les éléments constitutifs sont le fût en métal rond ou octogonal (2) , la base constituée d'une plaque métallique (3) et le chapiteau (4) formés de huit sabots inversés (5) en métal fixés sur le fût (2) en atelier . Les huit sabots inversés disposent sur leur face latérale extérieure de goujons (7) filetés participant au maintien des poutres . - L'assemblage entre la colonne (1) de départ et les fondations est réalisé par des boulons à l'aide de la base (3) , percée de trous (9) qui viennent se positionner sur des goujons (8) filetés situés sur la plaque de base(10) . Des tige de scellements (11) situées sous la plaque de base (10) en prolongement des goujons (8) assurent la liaison avec les fondations . - L'assemblage entre les "colonnes" (1) est réalisé par des boulons , à l'aide de la base (3) percée de trous (9) , qui viennent se positionner sur des goujons (6) filetés positionnés sur la face supérieur des huit sabots renversés (5) du chapiteau (4) . - L'assemblage entre les "colonnes" (1) et (26) est réalisé par des boulons à l'aide de la base (3) , percée de trous (9) , qui viennent se positionner sur des goujons (6) filetés positionnés sur la face supérieur des huit lo sabots renversés (5) du chapiteau (4) . Le fût (26) constitué d'un tube rond ou octogonal en métal , peut être terminé en son extrémité supérieur par une coupe droite biaise pour accompagner la pente d'une toiture plane , ou une coupe courbe pour accompagner une toiture courbe . 15 3. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé , en ce que l' "unité de plancher" est composée pour les niveaux courants des superstructures d'immeubles de "cadres" plans , formés de poutres IPE biaise oblique (13) et de poutres IPE biaise transversale (15) , en profil reconstitué et soudé ou provenant du commerce . La fixation des poutres (13) (15) sur la "colonne" 20 (1) est assurée par boulons les trous fig 3 (13) fig 4 (15) placés sur la face latérale de leur plus grande hauteur correspondent aux positionnements de goujons (7) filetés et fixés sur la face latérale extérieure des sabots inversés (5) du chapiteau . Les "cadres" plans sont fermés par des traverses de liaison (17) , en profil reconstitué et soudé en forme de T inversé et des 25 rives (19) formée d'un UPN constitué par pliage ou provenant du commerce. 4. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l' "unité de plancher" est composée pour le dernier niveau dit sommital des superstructures d'immeubles, de "cadres" plans ou courbes , reliés au 30 sommet du toit par la panne faîtière (21) . Ces "cadres" sont formés de poutres IPE biaise oblique (23) et de poutres IPE biaise transversale (22) , pouvant être courbes en profil reconstitué et soudé ou provenant du commerce . La fixation des poutres (23) (22) sur la "colonne" (26) estassurée par boulons , les trous fig 3 (13) fig 4 (15) placés sur la face latérale de leur plus grande hauteur, correspondent aux positionnement de goujons (7) filetés et fixés sur la face latérale extérieure des sabots inversés (5) du chapiteau . Les "cadres" plans ou courbes sont fermés par des traverses de liaison (24) , pouvant être courbes en profil reconstitué et soudé en forme de T inversé et des rives (25) formée d'un UPN pouvant être courbe , constitué par pliage ou provenant du commerce.