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Ossature pour bâtiments.
La présente invention concerne une ossature pour bâtiments, en métal, en matériaux composites ou en une combinaison de ces deux matériaux.
Dans l'industrie du bâtiment, les ossatures sont bien connues. Elles sont constituées de colonnes et de poutres qui sont le plus souvent constituées de profilés en forme de H, ou de tubes de section rectangulaire, ou encore d'une combinaison de ces deux types de profilés, qui sont assemblés les uns aux autres, le plus souvent par boulonnage, au moyen d'organes d'assemblage tels que plaques, èquerres et goussets notamment, à l'endroit des noeuds d'assemblage, c'est-à-dire au point de rencontre des colonnes et des poutres.
L'utilisation de tels organes d'assemblage dans les techniques connues complique la réalisation des ossatures métalliques et intervient pour une part non négligeable dans le coût des ossatures réalisées.
Les noeuds de telles ossatures sont généralement peu étendus et ne leur confèrent dès lors pas une rigidité suffisante pour que les ossatures puissent se passer de contreventements verticaux additionnels. Ces contreventements constituent le plus souvent une entrave à une libre utilisation de l'espace à l'intérieur des bâtiments.
De telles ossatures sont très rarement systématiques. Dès lors, elles n'engendrent pas de standardisation de la fabrication et de la mise en oeuvre de tous les composants du bâtiment complémentaires à ce composant fondamental qu'est l'ossature, tels que plancher, faux plafonds, cloisons, escaliers, façades, balcons, loggias et tous les équipements techniques du bâtiment tels que chauffage, ventilation, conditionnement de l'air, installations sanitaires et installations électriques.
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On enrobe souvent les poutres et les colonnes de telles ossatures, totalement ou partiellement, de plaques, de panneaux, de matières projetées ou encore, de béton.
Une des fonctions de ces enrobages est de masquer les poutres, les colonnes et surtout les noeuds d'assemblage avec leurs organes et leurs boulons et de les rendre plus semblables par leur aspect à des ossatures en béton armé, à la fois pour des raisons d'esthétique et de facilité de raccordement avec des composants complémentaires tels que cloisons par exemple, souvent perturbés par les formes des poutres et des colonnes métalliques, surtout des poutres en H, et par les saillies de leurs organes d'assemblage et de leurs boulons.
Bien que beaucoup plus précises que les ossatures en béton et même que les ossatures en bois, les ossatures métalliques ne suppriment pas complètement les problèmes engendrés par les tolérances dimensionnelles de fabrication et de montage.
La présente invention a pour but de permettre la construction d'ossatures en métal ou en matériaux composites ou en une combinaison de ces deux matériaux, comportant un minimum de pièces qui soient très simples à fabriquer et très simples et très rapides à monter.
Un autre but de l'invention est de supprimer tous organes d'assemblage des éléments de poutres et de colonnes autres que des boulons.
Un autre but de l'invention est de conférer aux poutres et aux colonnes de l'ossature une simplicité, une rectitude et un systématise de leurs surfaces en vue de faciliter leur raccordement à des composants complémentaires et, en particulier, des cloisons et des façades et notamment des façades légères ventilées conformes à la demande de brevet belge nO 89 00 900 du 23 août 1989.
Un autre but de l'invention est de favoriser l'utilisation de planchers légers et notamment de planchers en tôles trapézoïdales recouverts de panneaux qui offrent
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notamment des avantages de légèreté, de rapidité de pose, d'économies de main-d'oeuvre et de temps.
Un autre but de l'invention est de disposer les boulons en dehors des endroits de raccordement des composants complémentaires visibles tels que les cloisons par exemple, avec l'ossature.
Un autre but de l'invention est de conférer aux ossatures une rigidité qui leur permette de se passer de contreventements verticaux additionnels.
Un autre but de l'invention est d'engendrer une systématisation, une standardisation et une coordination modulaire des fabrications et de la mise en oeuvre de tous les composants du bâtiment qui sont complémentaires de cette ossature.
Un autre but de l'invention est de ménager de façon systématique des intervalles et des espaces techniques verticaux pour le passage de toutes canalisations et gaines qui constituent les équipements techniques habituels du bâtiment.
Un autre but de l'invention est de favoriser le développement du chauffage par air chaud, de la ventilation et du conditionnement de l'air des bâtiments.
Un autre but de l'invention est de supprimer dans la réalisation des ossatures métalliques pour bâtiments, les épineux problèmes engendrés par les tolérances de fabrication et de montage.
L'invention a pour objet une ossature pour bâtiments à étages, constituée d'un ensemble de structures en forme de tours disposées les unes à côté des autres suivant les deux axes horizontaux du bâtiment à construire, en formant un motif en damier, un intervalle étant ménagé entre les tours voisines, chaque tour comprenant :
- des montants consistant en des éléments profilés ayant une section en substance en forme de V, les extrémités des ailes du V présentant un rebord à angle droit dirigé vers l'intérieur du V,
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- des poutres consistant en des éléments profilés ayant une section en substance en forme de C stylisé comprenant un pan central en substance plan et deux rebords à angle droit dirigés du même côté de ce pan central, - des trous pour boulons étant ménagés près des extrémités des montants et des poutres, - les montants étant disposés verticalement à la suite les uns des autres, l'ouverture du V étant dirigée vers l'intérieur de la tour, - les poutres étant disposées horizontalement, l'ouverture du C étant dirigée vers l'extérieur de la tour,
- chaque poutre étant boulonnée par chacune de ses extrémités aux extrémités de deux montants superposés, la face dorsale du pan central du C chevauchant la face externe d'une aile d'un montant et la face externe de l'aile correspondante du montant qui lui est superposé, - les extrémités des montants superposés les uns aux autres étant ainsi reliées entre elles par l'intermédiaire des extrémités des poutres et les extrémités des poutres disposées à un même niveau de la tour étant reliées entre elles par l'intermédiaire des extrémités des montants.
La plupart des profilés constitutifs des poutres et des montants sont réalisés en tôle d'acier.
Cependant, certains des profilés constitutifs des poutres et des montants peuvent être réalisés en matériaux composites, constitués de résines armées de fibres.
Suivant une forme d'exécution préférée, les rebords des profilés en V des montant présentent eux-mêmes des rebords à angle droit dirigés vers l'intérieur du V et les rebords des profilés en C des montants présentent euxmêmes des rebords à angle droit dirigés vers l'intérieur du C.
Des montants voisins constitutifs de deux tours voisines peuvent être solidarisés entre eux par des
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entretoises de même que des poutres voisines.
Pour former des consoles, des poutres peuvent être prolongées au-delà du périmètre de l'ossature.
Des consoles rapportées peuvent être enfilées dans les abouts des poutres de l'ossature.
A l'intérieur des bâtiments, les montants juxtaposés des tours constituent les colonnes de l'ossature, formées de quatre montants.
A la périphérie des bâtiments, les colonnes des façades sont formées de deux montants et les colonnes d'angle d'un seul montant seulement.
A l'intérieur des bâtiments, les poutres juxtaposées des tours voisines forment des poutres doubles, constituées de deux profilés en C voisins.
A la périphérie des bâtiments, les poutres sont simples et constituées d'un seul profilé en C.
Un avantage de l'invention est d'obtenir une ossature rigide ne nécessitant pas de contreventements verticaux. En effet, on prévoit que la hauteur des poutres et la largeur des montants soient suffisantes pour assurer la rigidité des noeuds et pour que l'ensemble des cadres formés par les montants et les poutre de chaque tour travaillent comme des portiques sous l'effet des efforts du vent, notamment.
Les planchers des bâtiments, quelle que soit leur nature, peuvent prendre appui soit directement sur le rebord supérieur des poutres, soit sur une cornière fixée en un point quelconque du pan central des profilés en C formant les poutres.
Il n'est pas nécessaire de solidariser entre eux les profilés en V constitutifs des colonnes, chaque tour constituant l'ossature étant autostable, même lorsque le bâtiment comporte plusieurs étages, six par exemple.
Toutefois, il est possible de solidariser entre eux les montants en V de tours voisines au moyen d'entretoises boulonnées installées dans les intervalles
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entre tours, soit que l'on désire réduire les dimensions des ailes des montants en V jusqu'à une dimension insuffisante pour leur permettre d'assurer isolément la rigidité des portiques, soit que l'on désire rendre l'ossature plus stable encore, prenant en compte des ouragans ou des séismes.
Il est également possible de solidariser entre elles des poutres en C voisines au moyen d'entretoises boulonnées dans les intervalles entre tours, si l'on désire éviter les effets de surcharges mobiles excessivement inégales sur les planchers de tours voisines.
Lorsque l'on désire équiper le bâtiment de balcons, de coursives, de loggias ou d'autres excroissances structurelles, il est possible de prolonger les poutres en C perpendiculaires aux façades, au-delà de ces façades, pour servir de consoles.
Il est également possible de réaliser ces consoles en enfilant des poutres de formes et de dimensions appropriées dans les profilés en C des poutres, celles-ci s'arrêtant alors au droit des façades.
Ces consoles peuvent être réalisées en matériaux composites pultrudés ou en bois, ce qui supprime les ponts thermiques entre l'extérieur et l'intérieur des bâtiments.
Des consoles provisoires sont très utiles à installer pour la durée des travaux de construction. Elles facilitent l'installation d'échafaudages, pour la mise en place des façades, notamment.
Les intervalles entre deux profilés en C parallèles constitutifs des poutres, et a fortiori ceux entre les éléments constitutifs des colonnes, sont suffisamment larges pour permettre l'insertion de la main et de l'avant-bras entre les éléments profilés constitutifs des poutres et colonnes pour permettre le boulonnage de ceux-ci les uns aux autres. Ces espaces servent, en outre, avantageusement à faire passer des canalisations verticales de faible section entre étages.
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Les espaces compris entre les deux ailes des profilés en V constitutifs des colonnes sont utiles pour faire passer des canalisations verticales entre étages et notamment des canalisations de section importante, ce qui est la cas de celles qui servent à la ventilation et au conditionnement d'air.
Afin de libérer l'accès à ces espaces verticaux, les coins des planchers sont découpés à proximité des colonnes, afin de laisser le passage libre pour des canalisations verticales. Lorsqu'il n'est pas installé de canalisations verticales, le coin est obturé au moyen d'un bouchon adéquat.
Des faux plafonds en tous matériaux peuvent être installés facilement, dissimulant, au choix partiellement ou totalement, les poutres de l'ossature ainsi que les canalisations horizontales qui seraient visibles sous les planchers. Ces faux plafonds contribuent, en outre, à assurer une bonne isolation phonique entre les étages.
Il est possible d'installer des faux planchers sur vérins dans certaines ou dans toutes les tours constitutives de l'ossature, suivant l'invention. Il suffit pour ce faire, de surbaisser le plancher correspondant de la valeur qui convient, en fonction de la hauteur désirée de l'espace sous faux plancher, en appuyant ledit plancher surbaissé sur une cornière fixée à une hauteur convenable aux pans centraux des profilés en C.
Des trous de diamètre approprié peuvent être ménagés dans les pans centraux des profilés en C constitutifs des poutres pour permettre le passage de canalisations horizontales. De tels trous peuvent être ménagés dans les ailes des profilés en V constitutifs des colonnes pour permettre le passage de canalisations horizontales diverses circulant horizontalement dans des plinthes ou des tablettes de fenêtres rapportées courant le long des façades à l'intérieur des bâtiments.
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L'ossature des bâtiments, suivant l'invention, est généralement enveloppée par des façades de tous types et de préférence des façades légères.
Cette ossature est donc bien protégée des effets des variations de la température extérieure.
Cependant, en périphérie des bâtiments, les poutres profilées en C sont en saillie sur le plan vertical constitué par les ailes des éléments en V constitutifs des colonnes périphériques et de ce fait un peu moins bien protégées des variations de la température extérieure. Pour pallier cet inconvénient, les profilés en C des poutres en façade peuvent être réalisés en matériaux composites pultrudés, ces matériaux étant compatibles avec les métaux et pouvant y être boulonnés sans difficultés.
Il est avantageux de réaliser des planchers autres que des planchers en béton armé coulés sur place. Ces planchers préfabriqués peuvent être réalisés en divers matériaux, lourds ou légers, et par éléments plus ou moins grands dont les dimensions correspondront avantageusement au module de l'ossature. De tels planchers présentent nécessairement des joints qui sont obturés d'autant plus facilement qu'ils se trouvent dans l'axe des poutres constituées de deux profilés en C parallèles et que dès lors ces joints peuvent facilement être munis de petits tirants verticaux se prolongeant dans les intervalles entre les profilés en C d'où il est possible d'appliquer aux joints un dispositif de traction permanente de haut en bas, de nature à assurer une parfaite étanchéité des joints entre éléments de planchers.
Suivant le type de plancher utilisé, il peut être utile de compléter le contreventement horizontal de l'ossature par des tirants en croix de Saint-André qui sont installés facilement en diagonale sous le plancher. Ils relient entre eux, deux à deux, des plats métalliques boulonnés aux extrémités des poutres en C et qui contournent les canalisations verticales installées entre les ailes des
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montants en V.
Il est avantageux de réaliser les trémies contenant les circulations verticales telles que les escaliers et les ascenseurs, en éléments de béton armé préfabriqués et occupant la place d'une ou de plusieurs tours constituants l'ossature.
Un autre avantage de la présente invention est de permettre le remplacement facile, propre et rapide de n'importe quelle poutre, ou même colonne, du bâtiment, qui serait endommagée accidentellement et ce, sans guère déranger les occupants du bâtiment.
Un autre avantage de l'invention est que des bâtiments construits au moyen de l'ossature faisant l'objet de l'invention sont formés de composants compatibles entre eux et produits industriellement. Dès lors que des bâtiments construits au moyen d'une ossature selon l'invention ne doivent plus être démolis, mais peuvent être démontés, leurs composants peuvent être totalement ou partiellement récupérés pour la construction de bâtiments nouveaux.
L'ossature suivant l'invention peut être réalisée par deux procédés principaux.
Un premier procédé, qui ne nécessite pas d'engin de levage, consiste à réaliser l'ossature en y assemblant les montants et les poutres, élément par élément. Ceci est important pour des pays en voie de développement, dans lesquels la plupart des composants complémentaires à l'ossature peuvent être réalisés artisanalement, à l'aide de matériaux locaux, de bois par exemple, pour les planchers, les façades et les cloisons. Des briques de terre séchée armées de fibres végétales peuvent même être utilisées pour réaliser des cloisons.
Suivant l'autre procédé, on assemble, à proximité du bâtiment à réaliser, quatre profilés en C correspondant à un même étage d'une tour constitutive de l'ossature aux extrémités supérieures de quatre montants profilés en V verticaux. Cet assemblage est facilité en faisant usage d'un
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châssis d'assemblage approprié situé à une hauteur convenable.
Les quatre profilés en V sont ainsi momentanément suspendus aux quatre coins du cadre formé par les quatre profilés en C, formant ainsi un module en forme de table sans paroi horizontale.
On installe ensuite le plancher qui prend appui sur au moins deux des quatre profilés en C qui forment les quatre bords de la table, obtenant ainsi un module en forme de table muni d'une paroi horizontale.
On se sert éventuellement du dessus de cette table pour installer sur ce plancher un colis de composants complémentaires du second oeuvre du bâtiment dont le contenu correspond à l'endroit que ces composants doivent occuper dans le bâtiment une fois érigé.
Le module en forme de table ainsi construit est alors hissé à la place qu'il doit occuper dans le bâtiment, au moyen d'une grue et grâce à des élingues fixées aux coins supérieurs de la"table". Des ouvriers se trouvant sur les planchers déjà installés précédemment boulonnent les pieds de la table aux parties supérieures des extrémités des poutres en C des tables déjà mises en place précédemment.
Cette opération est facile étant donné les intervalles qui existent entre les tours constitutives de l'ossature. Ce procédé de construction est avantageux lorsqu'on dispose de moyens de levage, car il fait gagner de la main-d'oeuvre et du temps.
D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront de la description donnée ci-après d'exemples d'exécution, référence étant faite aux dessins annexés, dans lesquels : la Fig. 1 est une vue partielle, en coupe horizontale, d'une ossature suivant l'invention ; la Fig. 2 est une vue partielle, en coupe verticale, d'une ossature suivant l'invention ;
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la Fig. 3 est une vue de détail, en perspective, à grande échelle (avec arrachements), montrant le système d'assemblage des poutres aux montants à l'intérieur d'un bâtiment ;
la Fig. 4 est une vue de détail, en perspective, à grande échelle (avec arrachements), montrant le système d'assemblage des poutres aux montants à la périphérie d'un bâtiment, et la Fig. 5 est une vue en perspective, d'un ensemble en forme de table, formé de quatre montants, quatre poutres et une paroi horizontale, cette vue illustrant un des procédés de réalisation de l'ossature suivant l'invention.
La Fig. 1 est une vue en coupe horizontale qui montre des tours 1 juxtaposées composées de montants 2 et de poutres 3 les reliant.
Ces tours 1 sont séparées les unes des autres, ménageant ainsi des intervalles 4 entre poutres 3 et des intervalles 5 entre montants 2.
Ces montants forment les colonnes intérieures 6, les colonnes périphériques 7 et les colonnes d'angle 8 du bâtiment.
Les colonnes 6 de l'ossature à l'intérieur du bâtiment sont formées de quatre montants 2, les colonnes 7 à la périphérie des bâtiments sont formées de deux montants 2, et les colonnes 8 aux angles des bâtiments sont formées d'un seul montant 2.
Des consoles 9 prolongent les poutres 3 à l'extérieur du bâtiment.
Des tirants 10 de contreventement horizontal sont fixés à des arceaux 11 boulonnés aux poutres 3 et laissant libres les angles des montant en V pour des canalisations verticales 12.
La Fig. 2 est une vue en coupe, qui montre des poutres 3 reliant des montants 2 au moyen de boulons 13. Ces poutres 3 sont percées de trous 22 pour canalisations et
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sont reliées aux montants 2 au moyen de boulons 13.
Elle montre des planchers 14 appuyés sur le dessus des poutres 3 et des planchers surbaissés 15 appuyés sur des cornières non représentées fixées aux pans centraux des poutres 3.
Elle montre aussi des faux planchers 16 sur vérins 17 et des faux plafonds 18. On y voit aussi les boulons 13 qui assemblent les poutres 3 aux montants 2.
Elle montre aussi des consoles 9 extérieures au bâtiment.
Les poutres doubles 19 de l'ossature à l'intérieur du bâtiment sont constituées de deux poutres en C, 3, voisines et parallèles.
Les poutres 20 de l'ossature en périphérie du bâtiment sont simples. Il s'agit d'une seule poutre 3 (profilé en C).
La Fig. 3 montre le système d'assemblage des poutres 3 aux montants 2 au moyen de boulons 13. Cette figure montre, en particulier, comment les extrémités des montants 2 superposés sont reliés entre eux par l'intermédiaire des extrémités des poutres 3 et vice-versa.
Elle montre encore les intervalles 4 entre poutres et les intervalles 5 entre montants faisant ainsi bien comprendre comme il est facile, lors du montage de l'ossature, d'avoir accès de part et d'autre de l'assemblage poutre 3-montant 2 pour introduire, d'une main, la vis du boulon par l'intervalle et pour introduire de l'autre main l'écrou qui viendra, après serrage, s'appliquer contre le montant. On comprendra que lorsqu'on utilise le procédé de montage par "table"décrit dans le mémoire descriptif ci-avant et représenté à la Fig. 5 et que lorsque le plancher est posé à l'avance sur le cadre de la table, il est facile de mettre en place les écrous puisque les coins des planchers sont découpés à cet effet et aussi pour permettre le passage de canalisations verticales.
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La Fig. 4 est analogue à la Fig. 3. Elle montre le système d'assemblage des poutres 3 aux montants 2 au moyen de boulons 13.
Elle montre aussi les intervalles 5 entre montants 2 et les intervalles 4 entre poutres 3.
Elle fait, en outre, bien comprendre comment les poutres 3 peuvent être prolongées en consoles (non représentées) au-delà de la façade (non représentée) ou encore, comment les consoles rapportées peuvent être enfilées dans les poutres 3 perpendiculaires aux façades.
Elle montre encore des trous 21 dans les montants 2 pour le passage de canalisations horizontales le long de la façade à l'intérieur du bâtiment.
La Fig. 5 est une vue en perspective d'un ensemble en forme de table, formé de quatre montants 2, quatre poutres 3 et une paroi horizontale 14, cette vue illustrant un des procédés de réalisation de l'ossature suivant l'invention.
Elle montre que les coins de la paroi horizontale 14 qui forme le plancher du bâtiment sont découpés pour permettre la mise en place des boulons 13 nécessaires à la fixation des montants 2 du niveau supérieur.
Ces découpes servent aussi au passage de canalisations verticales.
Elle montre encore des trous 21 dans les montants 2 pour le passage de canalisations horizontales le long de la façade, à l'intérieur du bâtiment.