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"ELEMENT DE CONSTRUCTION POUR BATIMENTS" Société dite:"GREAT LAKES STEEL CORPORATION"
La présente invention est*relative à des éléments de construction et vise, en particulier, des perfectionnements à l'élément faisant l'objet du brevet américain N 1.900.541 du 7 Mars 1933.
Ce brevet a pour objet un élément de construction métallique qui se prête en particulier à son application générale à la construction de charpentes métalliques pour maisons ou autres bâtiments. Cet élément de construction est destiné à être établi à l'aide de tôle relativement mince par une opération de matriçage ou de laminage appropriée et, comme décrit particulièrement, il peut être caractérisé par le fait qu'il comprend deux pièces de section en U disposées avec leurs bases ou âmes dos à dos mais à un certain écarte-
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ment l'une de l'autre de façon à constituer entre elles une rainure ou fente de fixation.
Les deux bases des pièces en U sont ondulées de façon complémentaire dans la direction de leur lcngueur, de sorte que, lorsqu'on chasse un clou ou autre élément de fixation dans la rainure ou fente transversalement à l'élément, ce clou est plié d'abord dans un sens, puis dans l'autre sens.
Conformément à l'invention, on a constaté que, pour certaines applications, on peut perfectionner généralement l'élément de construction en remplaçant une des pièces en U par deux cornières placées à un certain écartement l'une de l'autre, une des ailes de chaque cornière étant parallèle à l'aile correspondante de l'autre cornière, mais la seconde aile de chaque cornière étant disposée dos à dos par rapport à l'âme de la pièce en U restante, quoique à un certain écartement de celle-ci. Bien entendu, les ondulations sont constituées dans les ailes des cornières adjacentes à l'âme de la pièce en U, et l'élément de construction résultant est caractérisé par le fait qu'il possède une seule âme, par opposition à l'âme double particulièrement décrite dans le brevet ci-dessus.
Selon une autre caractéristique de l'invention, on peut augmenter notablement l'efficacité de l'élément de construction, dans la disposition à âme simple, en formant les ondulations de façon qu'elles s'étendent vers l'intérieur à partir de la face intérieure de l'âme de la pièce en U, ce qui situe/avantageusement le centre de gravité de l'élément et augmente la résistance mécanique dudit élément à l'action de flambage en charge.
Les éléments de construction à âme simple et double ci-dessus sont de préférence faits d'une tôle relativement mince, par exemple du calibre N 16 (1,6 mm). Pour fabriquer
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ces éléments, on soumet habituellement une bande plate de métal à une opération de façonnage à froid de façon à lui donner la forme d'un U en section et à introduire aussi les ondulations dans la section en U. En raison de la légèreté de ces sections, l'opération de façonnage à froid introduit en soi un facteur de flexibilité dans les éléments de cons- truction résultants et ce facteur diminue beaucoup l'aptitu- de de l'élément à résister au flambage.
Selon une autre caractéristique de l'invention, on a découvert que la flexibilité de l'âme dont il vient d'être question peut être entièrement supprimée par l'introduction de nervures raidisseuses au cours du façonnage à froid. En plus de leur fonction importante qui vient d'être mentionnée et qui consiste à supprimer la flexibilité de l'âme et à augmenter notablement sa résistance mécanique, les nervures raidisseuses confèrent en outre un effet de colonne raidis- seuse à l'âme, en ce sens que l'application de nervures séparées confère un supplément de rigidité à des poutrelles ou autres éléments de construction ordinaires.
En tenant compte des considérations ci-dessus, et d'autres, on voit que les buts principaux de cette invention sont d'établir un élément de construction du type à âme simple composé d'une pièce de section en U à laquelle sont fixées deux cornières, les cornières et l'âme de la pièce en U étant déformées de façon à constituer des rainures ou fentes de clouage qui sont déportées vers l'intérieur à partir de la face intérieure de la pièce en U; d'établir un élément de construction perfectionné, du type à âme simple ou double, caractérisé par le fait qu'il présente des nervures raidis- seuses transversales à l'âme; un élément de ce genre dans lequel les nervures raidisseuses sont faites du métal de l'â-
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me par une opération de matriçage ou analogue ;
un élément de construction de ce genre dans lequel on fait usage d'ailes séparées constituant entre elles une rainure ou fente et reliées entre elles, en des points espacés de leur longueur, des nervures raidisseuses étant prévues au droit des points d'assemblage.
En vue de la réalisation des buts ci-dessus, et d'autres qui ressortiront de la description, on a représenté sur le dessin annexé un exemple de réalisation de l'invention.
Sur ce dessin,
La figure 1 est une vue perspective de ce mode de réalisation.
La figure 2 en est une coupe transversale verticale par la ligne 2-2 de la figure 1.
La figure 3 en est une coupe transversale par la ligne 3-3 de la figure 1.
La figure 4 est une coupe horizontale par la ligne 4-4 de la figure 3.
Les figures 5 et 6 sont des vues comparatives montrant les stades successifs de la formation de l'élément de construction représenté sur la figure 1.
Dans le présent mode de réalisation, l'élément de construction est composé d'une pièce de section en U, 10, comportant une âme ou base 12 et des ailes 14 placées à un certain écartement l'une de l'autre, pièce au dos de laquelle sont fixées deux cornières 16. Comme il a été dit précédemment il est préférable de constituer la pièce en U 10, de même que les cornières 16, à l'aide d'une tôle relativement mince, par une opération de matriçage ou de laminage, étant donné que ceci permet de fabriquer rapidement et économiquement l'élément composite et diminue aussi le poids' total dudit élément.
Conformément à la disposition faisant l'objet du
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brevet précité, les cornières 16 sont placées à un certain écartement de la face arrière ou extérieure de la base ou âme 12 de la pièce 10, de façon à constituer deux rainures de clouage, supérieure et inférieure, entre les pièces.
De plus, pour communiquer un caractère sinueux ou irrégulier aux nervures de clouage, l'âme 12 est déformée en forme de gouttière ou ondulée, comme indiqué en 20, et l'aile adjacente des cornières 16 est déformée en forme de gouttière ou ondulée de façon complémentaire, comme indiqué en 22.
De préférence, et comme représenté, les ondulations 20 et 22 règnent sur toute la longueur des pièces 10 et 16. Celles-ci sont fixées entre elles en des points 24 distants les uns des autres sur leur longueur, ce qui s'obtient en pratiquant dans les ondulations 20 des dépressions telles que 28 espacées de distances correspondantes et constituant des saillies en forme de tétons sur la face des ondulations 22.
On complète de préférence l'assemblage entre les diverses pièces en appliquant un point de soudure.à chacun des tétons 28. On remarquera que les ondulations 20 s'étendent vers l'intérieur à partir de la face intérieure 10a de l'âme 12 de la pièce en U 10.
Il ressort de la description qui précède que la portion 16a, qu'on peut appeler "âme" de chaque cornière 16,, est fixée rigidement à l'âme 12 de la pièce en U 10, à un léger écartement de cette âme. L'espace ménagé entre les deux âmes constitue la rainure ou fente de clouage susmentionnée, dans laquelle on peut enfoncer un organe d'attache, tel que le clou 24 (fig. 2), de façon à fixer une pièce coopérante, telle que 26, à l'élément de construction.
Lorsqu'on chasse ainsi un clou 24 dans la rainure de clouage, on se rend compte que ce clou dévie d'abord dans un des sens, puis dans l'autre sens, ce qui assure une liaison ou assem-
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blage positif et solide.
On remarquera qu'une charge appliquée à la poutrelle ou autre pièce 26 (fig. 2) est supportée entièrement par la portion centrale simple de l'âme 12 de la pièce en U 10 et se répartit entre les cornières 16 et les ailes 14 de la pièce en U. La répartition de la charge entre les cornières 16 et les ailes de la pièce en U 10 est subordonnée en grande partie à la distance qui sépare les points d'attache 28, ainsi qu'il est évident. -On a trouvé dans la pratique que la caractéristique consistant à établir les ondulations 20-22 de façon à constituer des nervures s'étendant vers l'intérieur à partir de la face intérieure de la pièce en U augmente notablement la résistance mécanique de l'élément de construction, en particulier en ce qui concerne la tendance de cet élément à "flamber" sous la charge appliquée.
Cette amélioration, qui semble résulter en partie du fait que le centre de gravité de l'élément est déporté et vient se placer plus près du milieu réel de l'âme 12 et en partie du fait que la direction suivant laquelle certaines des composantes de la charge sont transmises par l'intermédiaire des ondulations est inversée, a évidemment pour effet d'augmenter la capacité de support de charge totale de l'élément de construction.
Comme on l'a dit précédemment, la pièce en U 10 est de préférence constituée par une bande de métal en feuille initialement plate, ce qui s'obtient en soumettant cette bande à une opération de façonnage qui lui donne la forme représentée sur la figure 5. Cette opération forme complètement les ailes 14, de même que les ondulations 20 et, si on le désire, la même opération peut servir à former les parties en creux constituant les tétons 28. Comme on l'a dit précédemment, en raison de la grande légèreté de la section métallique
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utilisée, cette opération tend à introduire dans l'âme 12 un facteur de flexibilité qui diminue notablement sa résistance.mécanique.
Toutefois, conformément à l'invention, ce facteur, et l'effet d'affaiblissement qui en résulte, sont entièrement supprimés par l'introduction des nervures raidisseuses 32 dans l'âme 12. Les nervures sont de préférence introduites dans l'âme 12 par une opération de façonnage réalisée après celle qui vient d'être décrite. En outre, de préférence, les nervures 32 sont établies de façon qu'elles fassent saillie vers l'intérieur sur la face intérieure de l'âme 12 de la pièce en U 10. En plus du raidissage de l'âme qui résulte de la suppression du facteur de flexibilité, les nervures raidissent notablement cette âme en raison de l'effet de colonne raidisseuse. Par conséquent, bien que l'âme obtenue soit faite d'une section relativement mince, elle possède une grande résistance mécanique.
On remarquera qu'étant donné que les liaisons établies entre les cornières 16 et la pièce en U 10 sont situées aux points de soudure 30, le transfert principal de la charge entre les cornières 16 et la pièce en U 10 s'effectue en ces points. Par conséquent, une autre caractéristique de l'invention consiste à faire coïncider les nervures 32 avec les points de soudure 30. ce qui confère à l'âme desdites pièces le maximum de résistance mécanique aux points où la charge est transférée.
On a décrit un mode de réalisation particulier de l'invention, mais il est évident que celle-ci peut recevoir d'autres réalisations et que la construction décrite et représentée est susceptible d'être considérablement modifiée dans le détail, sans s'écarter de l'esprit de l'invention.
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"ELEMENT OF CONSTRUCTION FOR BUILDINGS" Company called: "GREAT LAKES STEEL CORPORATION"
The present invention relates to construction elements and aims, in particular, at improvements to the element which is the subject of US Patent No. 1,900,541 of March 7, 1933.
This patent relates to a metal building element which lends itself in particular to its general application to the construction of metal frames for houses or other buildings. This construction element is intended to be established using relatively thin sheet metal by a suitable forging or rolling operation and, as particularly described, it can be characterized by the fact that it comprises two U-section pieces arranged with their bases or souls back to back but at a certain distance
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ment from each other so as to form between them a groove or fixing slot.
The two bases of the U-pieces are corrugated in a complementary fashion in the direction of their length, so that when a nail or other fastener is driven into the groove or slot transverse to the element, that nail is bent backwards. 'first in one direction, then in the other direction.
In accordance with the invention, it has been observed that, for certain applications, the construction element can generally be improved by replacing one of the U-shaped parts by two angles placed at a certain distance from each other, one of the wings of each angle iron being parallel to the corresponding flange of the other angle iron, but the second flange of each angle iron being disposed back to back with respect to the web of the remaining U-piece, albeit at a certain spacing therefrom . Of course, the corrugations are formed in the wings of the angles adjacent to the web of the U-shaped part, and the resulting construction element is characterized by the fact that it has a single web, as opposed to the double web. particularly described in the above patent.
According to another characteristic of the invention, the efficiency of the construction element, in the single-core arrangement, can be significantly increased by forming the corrugations so that they extend inwardly from the inner face of the web of the U-shaped part, which advantageously locates the center of gravity of the element and increases the mechanical resistance of said element to the action of buckling under load.
The above single and double core construction elements are preferably made from relatively thin sheet metal, for example, N 16 gauge (1.6mm). To make
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these elements, a flat strip of metal is usually subjected to a cold forming operation so as to give it the shape of a U in section and also to introduce the corrugations in the U section. Due to the lightness of these elements In sections, the cold forming operation inherently introduces a factor of flexibility into the resulting structural members and this factor greatly diminishes the ability of the member to resist buckling.
According to another characteristic of the invention, it has been discovered that the flexibility of the core which has just been mentioned can be entirely eliminated by the introduction of stiffening ribs during cold shaping. In addition to their important function which has just been mentioned and which consists in suppressing the flexibility of the core and significantly increasing its mechanical strength, the stiffening ribs also confer a stiffening column effect on the core, in the sense that the application of separate ribs gives additional rigidity to joists or other ordinary construction elements.
Taking into account the above and other considerations, it is seen that the main objects of this invention are to provide a single core type building element composed of a U-section piece to which are attached two angles, the angles and the web of the U-shaped piece being deformed so as to constitute nailing grooves or slots which are offset inwards from the interior face of the U-shaped piece; to establish an improved construction element, of the single or double core type, characterized by the fact that it has stiffening ribs transverse to the core; such an element in which the stiffening ribs are made of the metal of the â-
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me by a stamping operation or the like;
a construction element of this type in which use is made of separate wings constituting a groove or slot between them and interconnected at points spaced apart from their length, stiffening ribs being provided at the right of the assembly points.
With a view to achieving the above objects, and others which will emerge from the description, there is shown in the accompanying drawing an exemplary embodiment of the invention.
On this drawing,
Figure 1 is a perspective view of this embodiment.
Figure 2 is a vertical cross section through the line 2-2 of Figure 1.
Figure 3 is a cross section through line 3-3 of Figure 1.
Figure 4 is a horizontal section taken on line 4-4 of Figure 3.
Figures 5 and 6 are comparative views showing the successive stages in the formation of the construction element shown in Figure 1.
In the present embodiment, the construction element is composed of a U-sectional part, 10, comprising a core or base 12 and wings 14 placed at a certain spacing from each other, part at the back of which are fixed two angles 16. As has been said previously it is preferable to constitute the U-shaped part 10, as well as the angles 16, using a relatively thin sheet, by a stamping operation or rolling, since this enables the composite member to be manufactured quickly and economically and also reduces the total weight of said member.
In accordance with the provision that is the subject of
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the aforementioned patent, the angles 16 are placed at a certain distance from the rear or outer face of the base or core 12 of the part 10, so as to constitute two nailing grooves, upper and lower, between the parts.
In addition, to impart a sinuous or irregular character to the nailing ribs, the core 12 is deformed into a gutter or corrugated shape, as indicated at 20, and the adjacent flange of the angles 16 is deformed into a gutter or corrugated shape. complementary way, as indicated in 22.
Preferably, and as shown, the corrugations 20 and 22 prevail over the entire length of the parts 10 and 16. These are fixed together at points 24 spaced from each other along their length, which is obtained by practicing in the corrugations 20, depressions such as 28 spaced at corresponding distances and constituting stud-shaped projections on the face of the corrugations 22.
The assembly between the various parts is preferably completed by applying a weld point to each of the studs 28. It will be noted that the corrugations 20 extend inwardly from the inner face 10a of the core 12 of the U-piece 10.
It emerges from the foregoing description that the portion 16a, which may be called the "core" of each angle bar 16, is rigidly fixed to the core 12 of the U-shaped part 10, at a slight distance from this core. The space formed between the two webs constitutes the aforementioned nailing groove or slot, in which a fastening member, such as the nail 24 (fig. 2) can be driven in, so as to fix a cooperating part, such as 26 , to the building element.
When we drive a nail 24 in the nailing groove in this way, we realize that this nail deflects first in one direction, then in the other direction, which ensures a connection or assembly.
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positive and solid blage.
It will be noted that a load applied to the beam or other part 26 (fig. 2) is supported entirely by the simple central portion of the web 12 of the U-shaped part 10 and is distributed between the angles 16 and the flanges 14 of the U-shaped part. The distribution of the load between the angles 16 and the flanges of the U-shaped part 10 is largely dependent on the distance between the attachment points 28, as is evident. It has been found in practice that the feature of providing the corrugations 20-22 so as to form ribs extending inwardly from the inner face of the U-piece significantly increases the mechanical strength of the element of construction, in particular with regard to the tendency of this element to "buckle" under the applied load.
This improvement, which seems to result in part from the fact that the center of gravity of the element is offset and comes to be placed closer to the actual middle of the core 12 and in part from the fact that the direction in which some of the components of the load are transmitted through the corrugations is reversed, obviously has the effect of increasing the total load carrying capacity of the building element.
As stated previously, the U-shaped piece 10 is preferably constituted by an initially flat sheet metal strip, which is obtained by subjecting this strip to a shaping operation which gives it the shape shown in FIG. 5. This operation completely forms the wings 14, as well as the corrugations 20 and, if desired, the same operation can be used to form the recessed parts constituting the studs 28. As stated previously, due to the great lightness of the metal section
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used, this operation tends to introduce into the core 12 a flexibility factor which notably reduces its mechanical resistance.
However, according to the invention, this factor, and the weakening effect which results from it, are entirely eliminated by the introduction of the stiffening ribs 32 in the web 12. The ribs are preferably introduced in the web 12. by a shaping operation carried out after that which has just been described. Further, preferably, the ribs 32 are established so that they protrude inwardly on the inner face of the web 12 of the U-piece 10. In addition to the stiffening of the web which results from the removing the flexibility factor, the ribs significantly stiffen this core due to the stiffening column effect. Therefore, although the obtained core is made of a relatively thin section, it has high mechanical strength.
It will be noted that since the connections established between the angles 16 and the U-shaped part 10 are located at the weld points 30, the main transfer of the load between the angles 16 and the U-shaped part 10 takes place at these points . Consequently, another characteristic of the invention consists in making the ribs 32 coincide with the weld points 30, which confers on the core of said parts the maximum mechanical resistance at the points where the load is transferred.
A particular embodiment of the invention has been described, but it is obvious that the latter can receive other embodiments and that the construction described and shown is capable of being considerably modified in detail, without departing from the spirit of invention.