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Structure de support bidimensionnelle L'invention concerne une structure de support bidimensionnelle constituée d'éléments porteurs unidirectionnels assemblés par des éléments de fixation.
Les structures de support en bois pour toute surface (plancher, support de toiture, façades et/ou parois verticales) sont généralement constitués d'une série d'éléments porteurs unidirectionnels placés avec un entraxe constant.
Cet état de fait présente plusieurs désavantages, notamment l'emploi de sections de bois fort importantes pour des sections de bois massives lorsque les portées sont généreuses et/ou les surcharges importantes.
Ceci a pour conséquence une main d'oeuvre conséquente et l'emploi d'un volume de bois important. Il existe bien des éléments porteurs unidirectionnels en bois et/ou dérivés de bois de section en"I", optimisés par rapport aux sections de bois ou dérivés de bois massives, mais leur prix est élevé. De plus, que la section soit massive ou optimisée, il est nécessaire de contreventer la structure unidirectionnelle par des structures secondaires ne participant pas directement à l'effort principal de reprise des charges.
Un autre désavantage non négligeable est la non optimisation du support, si prévu, posé sur la structure portante unidirectionnelle puisque l'entraxe des poutres est bien souvent, pour des sections commerciales de bois classiques, beaucoup trop faible par rapport à la capacité de résistance des supports tels que panneaux de particules ou autres transmettant les charges à la structure portante. En effet, l'épaisseur de ceux-ci est plutôt déterminée par des
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critères de confort acoustique et de durabilité à l'usure imposant une épaisseur supérieure à celle requise par les théories de la résistance des matériaux.
La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients inhérents aux structures unidirectionnelles usuelles en assemblant celles-ci de telle manière à permettre un comportement assimilable à une plaque. La présente invention prend en compte des pièces massives allongées de section rectangulaire ou carrée, en bois, lamellé collé ou tout autre matériau à base de bois tels que notamment bois contreplaqué, contrecollé ou panneaux composites destinées à être reliées entre elles par assemblages afin de constituer une structure portante bidimensionnelle.
Cette structure portante est constituée d'un maillage de poutres qui présentent des entailles transversales par rapport à l'axe de la poutre, d'une profondeur égale à la demi hauteur de la poutre et d'une largeur équivalente à la largeur des poutres à assembler, réparties sur la longueur de la poutre avec un écartement qui peut varier en fonction du souhait du responsable du projet. En variante l'entaille peut avoir une légère inclinaison par rapport à la normale à l'axe de la poutre. Le maillage est obtenu en faisant correspondre les entailles de l'intrados d'une série de poutres avec les entailles de l'extrados d'une autre série de poutres, de les emboîter avec ou sans collage des surfaces en contact, et de renforcer les entailles par des plats métalliques ou tôles embouties fixés mécaniquement aux poutres.
L'épaisseur des plats et/ou tôles, le type de fixation et leur nombre sont déterminés par les théories de la résistance des matériaux. Les contraintes sont ainsi transmises par cisaillement des moyens de fixation par l'intermédiaire
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des plats métalliques au delà de chaque entaille. Les plats métalliques peuvent être avantageusement remplacés sur l'intrados et/ou sur l'extrados des poutres par des panneaux à base de bois, optimisés pour leur résistance au cisaillement, par exemple par des panneaux utilisés comme sous toiture dans une application en toiture, ou des panneaux pour planchers ou façades.
Les panneaux auront leurs extrémités parallèles à la série de poutres à renforcer appuyés sur des poutres de la même série renforcées par plats métalliques, ceci pour éviter des panneaux en porte à faux ou une double série de fixations mécaniques sur une même poutre. Cette disposition peut se révèler superflue pour des poutres de section dont la largeur est importante.
De nombreux avantages découlent de la structure ainsi obtenue. D'une part, elle permet à loisir de varier les modes d'appui partiellement ou entièrement sur quatre, trois ou deux de ses lignes d'appui ou encore d'introduire des appuis ponctuels, de préférence mais pas obligatoirement sous le croisement de deux poutres, avec pour effet bénéfique que l'influence de ces lignes d'appuis ou appuis ponctuels supplémentaires se transmettent à l'entièreté de la structure bidimensionnelle portante. Cela réduit notablement la quantité de bois nécessaire par rapport à une structure unidirectionnelle classique.
D'autre part, cette structure est contre ventée par ses éléments constitutifs. Ceci permet souvent d'éviter le placement de poutres ceintures dans le cas de construction de bâtiments neufs ou de pièces de renfort dans des bâtiments à rénover pour assujettir des murs mal appareillés servant d'appuis à la structure bidimensionnelle.
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Il est également remarquable que les mailles ainsi formées permettent d'inclure des ouvertures de trémies d'escalier, de lucarnes de toitures, de fenêtres ou autres ouvertures dans la surface de couverture. De plus, l'entraxe plus important permet d'optimiser l'emploi du panneau que l'on y place.
Un dernier atout de cette invention est qu'elle permet la préfabrication de la structure support bidimensionnelle si l'ouvrage pour lequel elle est destinée en permet l'accessibilité. Il est donc possible de préfabriquer entre autres des façades ou cloisons, des planchers et des pans de toiture entiers.
L'invention est exposée ci après plus en détail à l'aide de dessins.
La figure 1 représente une vue éclatée constituée d'une poutre de chaque série de poutres de la structure bidimensionnelle, en perspective, dévoilant ainsi ses éléments constitutifs.
La figure 2 représente une vue éclatée d'une partie de la structure bidimensionnelle avec en variante des panneaux à base de bois sur l'extrados.
La figure 3 représente une vue éclatée de la structure bidimensionnelle, en axonométrie.
La figure 4 représente la structure bidimensionnelle assemblée, en
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perspective, avec un détail des mailles.
La figure 5 représente la structure bidimensionnelle employée comme plancher porteur, appuyé sur 3 de ses cotés et maintenu par quatre colonnes, ceci pour illustrer la souplesse du procédé.
La figure 6 représente la structure bidimensionnelle employée comme structure portante de toiture afin d'illustrer une autre des applications possibles de l'invention.
Comme déjà exposé ci avant, la structure bidimensionnelle s'obtiendra en faisant correspondre des entailles (1) réparties le long de l'intrados d'une série de poutres (2) aux entailles (1) réparties le long de l'extrados d'une autre série de poutres (3), d'assembler les séries de poutres ainsi disposées afin d'obtenir une succession de mailles (4) en chassant des clous, vis autoforeuses ou tirefonds (5) à travers des plats métalliques simples ou emboutis (6) ou des panneaux de bois (7). Une autre solution consiste à employer des boulons à fixer dans la section de bois et à travers des plats métalliques simples ou emboutis (6) ou des panneaux de bois (7) préforés.
Quelque soit le type de fixations employées, il pourra être nécessaire, en fonction de l'application, de modifier l'entaille afin que les têtes de boulons ou plats métalliques de renfort ne soient pas dépassants de la face inférieure et/ou supérieure des poutres. Les entailles, dont l'axe est généralement perpendiculaire à l'axe des poutres, peuvent présenter une légère inclinaison par rapport à leur orientation normale.
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Two-dimensional support structure The invention relates to a two-dimensional support structure consisting of unidirectional support elements assembled by fastening elements.
Wooden support structures for any surface (floor, roof support, facades and / or vertical walls) generally consist of a series of unidirectional load-bearing elements placed with a constant center distance.
This state of affairs has several disadvantages, in particular the use of very large sections of wood for massive sections of wood when the spans are generous and / or significant overloads.
This results in a significant workforce and the use of a large volume of wood. There are many unidirectional load-bearing elements made of wood and / or wood derivatives of "I" section, optimized compared to sections of wood or solid wood derivatives, but their price is high. In addition, whether the section is massive or optimized, it is necessary to brace the unidirectional structure by secondary structures not participating directly in the main effort of load recovery.
Another non-negligible disadvantage is the non-optimization of the support, if provided, placed on the unidirectional bearing structure since the distance between the beams is very often, for commercial sections of conventional wood, much too small compared to the resistance capacity of the supports such as particle boards or others transmitting the charges to the supporting structure. Indeed, the thickness of these is rather determined by
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criteria of acoustic comfort and wear durability imposing a thickness greater than that required by theories of the resistance of materials.
The present invention aims to overcome these drawbacks inherent in the usual unidirectional structures by assembling them in such a way as to allow behavior comparable to a plate. The present invention takes into account elongated massive pieces of rectangular or square section, of wood, glued laminated timber or any other material based on wood such as plywood, laminated wood or composite panels intended to be connected together by assemblies in order to constitute a two-dimensional supporting structure.
This bearing structure consists of a mesh of beams which have transverse notches relative to the axis of the beam, a depth equal to the half height of the beam and a width equivalent to the width of the beams to assemble, distributed along the length of the beam with a spacing which can vary according to the wish of the project manager. As a variant, the notch may have a slight inclination relative to the normal to the axis of the beam. The mesh is obtained by matching the notches on the lower surface of a series of beams with the notches on the upper surface of another series of beams, fitting them together with or without bonding the contacting surfaces, and reinforcing the cuts by metal plates or stamped sheets mechanically fixed to the beams.
The thickness of the plates and / or sheets, the type of fixing and their number are determined by the theories of the resistance of the materials. The stresses are thus transmitted by shearing of the fixing means via
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metal dishes beyond each cut. The metal plates can advantageously be replaced on the lower surface and / or on the upper surface of the beams by wood-based panels, optimized for their shear strength, for example by panels used as under roof in a roof application, or panels for floors or facades.
The panels will have their ends parallel to the series of beams to be reinforced supported on beams of the same series reinforced by metal plates, this to avoid cantilevered panels or a double series of mechanical fixings on the same beam. This arrangement may prove to be superfluous for section beams whose width is large.
Many advantages arise from the structure thus obtained. On the one hand, it allows you to vary the support modes partially or entirely on four, three or two of its support lines or even to introduce specific supports, preferably but not necessarily under the crossing of two beams, with the beneficial effect that the influence of these additional support lines or point supports are transmitted to the entire two-dimensional supporting structure. This significantly reduces the amount of wood required compared to a conventional unidirectional structure.
On the other hand, this structure is against wind by its constituent elements. This often makes it possible to avoid the placement of belt beams in the case of construction of new buildings or of reinforcement pieces in buildings to be renovated in order to secure poorly matched walls serving as supports for the two-dimensional structure.
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It is also remarkable that the meshes thus formed make it possible to include openings in staircase hoppers, roof dormers, windows or other openings in the covering surface. In addition, the larger spacing optimizes the use of the panel that is placed there.
A final advantage of this invention is that it allows the prefabrication of the two-dimensional support structure if the structure for which it is intended allows accessibility. It is therefore possible to prefabricate, among other facades or partitions, floors and entire roof sections.
The invention is set out below in more detail with the aid of drawings.
Figure 1 shows an exploded view consisting of a beam of each series of beams of the two-dimensional structure, in perspective, thus revealing its constituent elements.
FIG. 2 represents an exploded view of part of the two-dimensional structure with, as a variant, wood-based panels on the upper surface.
FIG. 3 represents an exploded view of the two-dimensional structure, in axonometry.
FIG. 4 represents the assembled two-dimensional structure, in
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perspective, with a detail of the meshes.
FIG. 5 represents the two-dimensional structure used as a load-bearing floor, supported on 3 of its sides and held by four columns, this to illustrate the flexibility of the process.
FIG. 6 represents the two-dimensional structure used as a load-bearing roof structure in order to illustrate another of the possible applications of the invention.
As already explained above, the two-dimensional structure will be obtained by making notches (1) distributed along the lower surface of a series of beams (2) to the notches (1) distributed along the upper surface of another series of beams (3), to assemble the series of beams thus arranged in order to obtain a succession of meshes (4) by driving nails, self-drilling screws or lag screws (5) through simple or stamped metal dishes ( 6) or wooden panels (7). Another solution is to use bolts to be fixed in the wood section and through simple or stamped metal plates (6) or pre-punched wooden panels (7).
Whatever the type of fasteners used, it may be necessary, depending on the application, to modify the notch so that the bolt heads or reinforcing metal plates do not protrude from the underside and / or top of the beams . The notches, the axis of which is generally perpendicular to the axis of the beams, may have a slight inclination relative to their normal orientation.