Brevet FR3029545A1 — publié le 20160610

La présente invention s'applique au domaine technique du bâtiment. La construction d'ouvrages de bâtiment à plusieurs niveaux se constitue le plus souvent de structures qui utilisent des matériaux bruts en métal et/ou en béton, lesquelles impactent notre environnement. La construction d'ouvrages de bâtiment comportant majoritairement des matériaux d'origine renouvelable, comme le bois ou autres biomatériaux, reste aujourd'hui très limitée en Europe du sud et notamment en France. Les freins à leur utilisation sont en partie économiques face au coût réduit du béton, et aussi d'ordre technique, dû à l'usage professionnel, peu formé à la conception, à l'étude, à la fabrication et mise-en-oeuvre des matériaux bio-sourcés, comme au manque d'un référentiel normatif spécifique. La réalisation d'ouvrages de bâtiment, communément de niveaux RDC à R+6, est pourtant maîtrisée quand ont fait appel aux dispositifs industriels. Les dispositifs industriels qui utilisent des matériaux d'origine biosourcée, sont développés selon des procédés de fabrication de structures bâtiment en bois, utilisant des techniques validées soit ; par plaques, empilement, poteau-poutre et poteau-plateau. Ce dernier système de structure est un dispositif récent, objet du brevet FR n°1202138 détenu par le demandeur. Cette structure est autoportante, résistante, constituée de poteaux porteur liés par connecteurs acier aux poutres horizontales, à l'instar du poteau- poutre, mais différencié par un plateau-caisson intégré, créant un plancher par nappes, qui devient solidaire de la structure. L'assemblage mécanique de ces matériaux est réalisé le plus souvent par des connecteurs métalliques. Ces connecteurs en acier, sont facilement calculables, et présentent l'avantage de permettre l'assemblage solidaire de plusieurs poutres sur un poteau, sans affaiblissement de leurs sections. L'assemblage de poteau à poutres du dispositif poteau-poutre (FIG.1) et du poteau-plateau (FIG.2) est liaisonné par des connecteurs pluridirectionnels. L'inconvénient de tels systèmes est d'être onéreux. De plus, ces connecteurs nécessitent dans la plupart des cas une protection au feu spécifique. En outre, cette solution usuelle d'assemblage de poutres au poteau par connecteurs acier crée une discontinuité des poutres au niveau du noeud d'assemblage. Il existe d'autres systèmes d'assemblage, comme les tenons et mortaises, pour assembler selon des techniques traditionnelles. Ces systèmes sont difficiles à réaliser. De plus, ils affaiblissent les éléments de structure bois, obligeant à augmenter la section des éléments de structure, poutres et poteaux, soit une plus grande quantité de matière brute, avec un réel surcout de structure. Le dispositif de structure moisée consiste à doubler les poutres en prenant 41 le poteau en sandwich ou encore à doubler les poteaux en prenant la 3029545 2 poutre en sandwich (FIG.3). Le premier cas de figure est le plus utilisé. L'assemblage est réalisé au moyen de divers assembleurs ; axes (boulons, vis etc.), aux efforts parfois repris par des corbeaux, pattes, entailles...etc., au poteau ou aux moises. 5 Ce dispositif a l'avantage d'admettre une continuité entre poutres et de faciliter et conforter leur assemblage par de simples axes (boulons etc.), lesquels sont peu exposés au feu. Il permet de créer un encastrement et d'améliorer la résistance mécanique des poutres, tout en participant de manière efficace au contreventement dans le sens du moisage. 10 La présente invention est un nouveau dispositif constructif de structure. Ce nouveau dispositif de structure rotatoire, comportant des poutres qui se fixent autour d'un poteau, se caractérise par la disposition asymétrique des poutres, qui permet l'assemblage horizontal de chaque extrémité de poutre en butée sur le grand côté de la poutre suivante, créant un noeud, 15 qui sera solidarisé à la tête de poteau. (FIG.4). Ses matériaux sont majoritairement d'origine renouvelable, brute et/ou recyclée, répondant à des critères sanitaires et environnementaux. Ceci n'exclut pas d'évolutions techniques vers des matériaux avancés : biocomposites, lamibois..., valorisant les ressources naturelles renouvelables. 20 L'invention est un dispositif constructif dénommé : structure rotatoire. Comme le dispositif de structure poteau-poutre ou poteau-plateau, ce nouveau dispositif se constitue de deux éléments principaux préusinés ; un poteau porteur vertical, auquel en partie haute sont liaisonnées des poutres horizontales. 25 Si l'avantage du dispositif poteau-poutre ou poteau-plateau tient à sa flexibilité, ses inconvénients restent majeurs : discontinuité des poutres, et protection au feu des connecteurs. L'invention de la structure rotatoire consiste à disposer l'extrémité des poutres horizontales par rotation autour de la tête des poteaux. 30 Le nouveau dispositif s'affranchit à la fois d'une discontinuité des poutres et de connecteurs acier qui nécessitent une protection au feu spécifique. La structure rotatoire se caractérise par une utilisation indifférente de section de poteau dont le polygone retenu pourra se retrouver dans la trame polygonale de la structure : carrée, rectangulaire, triangulaire, 35 hexagonale etc., s'appliquant à ces configurations géométriques (FIG.5). La configuration de la trame formée par les poutres définit le prisme de la tête du poteau récepteur. Ce prisme en l'état ou tronqué si nécessaire, permet l'assemblage des poutres, la section du corps de poteau pouvant être différente (FIG.6). La structure rotatoire s'applique aux types de 40 poutres : droites, courbes, à inertie variable etc. (FIG.7). 3029545 3 Le dimensionnement de ce nouveau dispositif de structure varie librement selon les usages auquel il est destiné, et ceci sans limite particulière. La hauteur de ses poutres peut recevoir des systèmes pour l'isolation et le passage de fluides. Aussi, les planchers techniques préusinés s'inscrivent 5 parfaitement dans ce type de nouveau dispositif de structure rotatoire. L'invention de structure rotatoire apporte dans 2 sens perpendiculaires les mêmes avantages qu'une structure moisée qui nécessiterait une superposition de ses poutres. Et encore faudrait-il pouvoir moiser également dans le sens perpendiculaire au premier moisage, donc à un 10 niveau différent. Cela aurait pour conséquence d'augmenter la hauteur des planchers de l'immeuble et de créer un surcoût, solution techniquement et économiquement non viable (FIG.8). Le dispositif de structure rotatoire utilise la même technique d'assemblage que le moisage, en s'affranchissant de l'inconvénient de ce double niveau 15 de moisage. L'invention du dispositif constructif de structure rotatoire, consiste à ordonnancer l'extrémité des poutres autour de la tête de poteau. La caractéristique principale du dispositif de structure rotatoire est la rotation des poutres qui entraîne un assemblage roté de l'ouvrage (FIG.9). La disposition spécifique des poutres du dispositif de structure rotatoire, 20 a pour effet de surpasser l'avantage mécanique du moisage traditionnel, puisqu'il combine une reprise d'efforts contrariés, en générant un système encastré de poteaux et poutres, assurant une stabilité multidirectionnelle. Il en résulte que le nouveau dispositif de structure rotatoire consiste à assembler plusieurs poutres sur un même poteau et dans des directions 25 différentes et à associer comme en structure moisée, une continuité entre poutres, assemblées par axes, pour créer un encastrement (FIG.1O). L'encastrement sera d'autant plus efficace que l'extrémité de la poutre en contact avec le poteau sera haute et la largeur du poteau, importante. L'une des particularités de la rotation du dispositif de structure rotatoire 30 tient à la non concordance des trames qu'il génère. En effet, si l'on utilise un même sens de rotation des poutres autour de chaque poteau, on obtient un léger décalage généralisé de la trame des poteaux. La trame a pivoté et les poteaux ne se trouvent plus axés sur cette trame. Cette configuration peut-être gênante dans la conception d'un bâtiment 35 aussi bien pour les aménagements intérieurs que pour les façades qui suivent la trame générale ou encore sont munies de redents successifs (FIG.11). Si les concepteurs ont la volonté délibérée de masquer ou de valoriser l'apparition de redents successifs, cette disposition de l'ouvrage engendre 40 une nouvelle approche dans la conception architecturale et technique, 41 pour l'aménagement intérieur et les façades qui suivent la trame générale. 302 95 4 5 4 L'invention du dispositif de structure rotatoire, solutionne facilement cette disposition décalée de la trame, quand un concepteur ne la souhaite pas. Le dispositif de structure rotatoire peut utiliser alternativement un sens de rotation et son propre symétrique (système contrarotatif) (FIG.12). 5 Ce système lui permet de rectifier le léger décalage de la trame générale en un parfait réalignement des poteaux de la trame (FIG. 13). Le nouveau dispositif est utilisé par l'inversion simultanée dans une même trame des éléments de structure en suivant un sens de rotation et son symétrique. Le dispositif de structure rotatoire inversé ou contra-rotatoire 10 s'adapte ainsi à de nombreuses configurations d'ouvrages, selon la trame retenue par les concepteurs, ceci sans limiter leur liberté d'interprétation ni influer sur la conception fonctionnelle et esthétique du bâtiment, doté d'une structure rotatoire inversée ou contra-rotatoire. (FIG.14). Cette utilisation possible du dispositif constructif de structure rotatoire 15 admet toujours un assemblage horizontal, en raison de l'excentrement entre les points de fixation, pour créer un encastrement en extrémité de poutres. Ce qui, quel que soient les appuis, (par exemple : 2 appuis pour un système poteau-poutre ou porte-à-faux pour un système poteau-plateau), permet à la fois de réduire sensiblement la section des poutres et de mieux 20 contreventer dans deux directions perpendiculaires. La facilité de conception architecturale, de fabrication et de réalisation, confèrent au nouveau dispositif constructif de structure rotatoire, un positionnement technique et industriel avantageux. Techniquement, le dispositif de structure rotatoire confère une résistance 25 mécanique élevée à chaque unité, avec des efforts transmis de poutres à poutres et à poteaux, en admettant de multiples combinaisons. Industriellement, le dispositif de structure rotatoire peut être fabriqué facilement en série. En effet, l'assemblage entre poutres peut être réalisé en usine, et même intégrer des éléments de planchers préfabriqués. 30 Dans ce cas, seule la jonction avec le poteau serait effectuée sur chantier. Toutefois, dans le cadre d'une opération courante ne permettant pas un transport aisé d'éléments encombrants, tous les assemblages, qui sont très simples à réaliser, pourraient s'effectuer facilement sur chantier. Le dispositif de structure rotatoire est un mode constructif ouvert. 35 Il convient à toute configuration ; dispositifs poteaux-poutres en portique (tabouret), structure poteau-plateau en porte-à-faux (champignon), etc. Le dispositif constructif de structure rotatoire permet de réaliser des immeubles de RDC à R+6 et+ selon la règlementation incendie (FIG.15). Le dispositif de structure rotatoire s'inscrit en droite ligne dans la nouvelle 40 génération de structures à base de matériaux renouvelables et/ou recyclés d'origines bio-sourcées ; impactant faiblement l'environnement, offrant un 42 confort d'usage, respectant la santé, et participe à la transition énergétique REVENDICATIONS1) Dispositif constructif de structure rotatoire, comportant des poutres qui se fixent autour d'un poteau, qui se caractérise par la disposition asymétrique des poutres, qui permet l'assemblage horizontal de chaque extrémité de poutre en butée sur le grand côté de la poutre suivante, créant un noeud, qui sera solidarisé à la tête de poteau (FIG.4) 2) Dispositif constructif de structure rotatoire, selon la revendication 1, caractérisé par ses matériaux majoritairement d'origine biosourcée, brute et/ou recyclée, et renouvelables, répondant à des critères sanitaires et environnementaux. Ceci n'excluant pas des évolutions techniques vers des matériaux avancés ; bio-composites, lamibois, etc., qui valoriseront les ressources naturelles renouvelables. 3) Dispositif constructif de structure rotatoire, selon les précédentes revendications, caractérisé par son ordonnancement rotatoire de l'extrémité des poutres autour de la tête de poteau, la rotation des poutres entrainant un assemblage roté de l'ouvrage (FIG.9). 4) Le dispositif constructif de structure rotatoire, selon les précédentes revendications, en assemblage roté de par sa rotation, ordonnançant l'extrémité des poutres autour de la tête de poteau, se caractérise par une utilisation indifférente de section de poteau dont le polygone retenu pourra se retrouver dans la trame polygonale de la structure : carrée, rectangulaire, triangulaire, hexagonale etc., et de même pour les noeuds et poutres : droite, courbe, à inertie variable. (FIG.5, 6 & 7). 5) Dispositif constructif de structure rotatoire, selon les précédentes revendications, caractérisé par la transmission des efforts de poutres à poutres et à poteaux, laquelle est renforcée par l'asymétrie des poutres disposées en rotation sur les poteaux, et par la continuité entre poutres, assemblées par axes, pour créer un encastrement, afin d'atteindre un niveau de résistance mécanique élevé. (FIG.10). 6) Dispositif constructif de structure rotatoire, selon les précédentes revendications, caractérisé par l'alternance possible d'un sens de rotation par son propre symétrique (système contrarotatif), l'inversion simultanée dans une même trame des éléments de structure, en contra-rotatoire/rotatoire inversé, permettant de rectifier le décalage de la trame, pour un parfait alignement (FIG12&13) 7) Dispositif constructif de structure rotatoire, selon les précédentes revendications, caractérisé par son adaptation à des configurations telles ; en portique, en porte-à-faux, etc., et par son ouverture à de 39 multiples combinaisons, destiné à tout type d'ouvrage. (FIG.14 & 15).