<Desc/Clms Page number 1>
Toiture auto-porteuse pour halls.
La présente invention est relative à une toiture auto- porteuse pour halls à grande portée, toiture qui,suivant.les conditions en plan des surfaces à recouvrir, consiste en un corps creux en tôles, jouant le rôle de poutres ou en plusieurs de ces corps placés à côté les uns dès autres.
Des travaux antérieurs des demandeurs ont conduit à une forme de toiture dans laquelle les. corps creux sont des arcs, cintrés transversalement au sens de portée, qui sont consti- tués de tôles ondulées ou-profilées se supportant d'elles-mê- ' mes, dont les ondulations ou les profils sont disposés paral-
<Desc/Clms Page number 2>
lèlement à la portée. Les ondulations ou les profils ménagés dans les tôles servent à assurer la stabilité du corps creux et, en particulier, à empêcher la formation d'un ventre local et de coudes. Ces toitures auto-porteuses que l'on pourrait appeler 'tarcs doublement cintrés" présentent une série d'avantages parmi lesquels on ne citera que le faible poids de construction et l'augmentation de stabilité.
Des recherches ultérieures ont montré que l'on ne peut utiliser que rarement la grande puissance portante des "arcs doublement cintrés" et que l'on n'en met à profit toute l'économie que pour des portées de 100 mètres et plus. La présente invention a, en conséquence, pour but, de réaliser une toiture autoporteuse qui, même pour des portées plus faibles, présente les mêmes avantages avec, en même temps, une constructign encore plus simple. Elle part pour cela de l'idée de base du mode de construction ci-dessus décrit, consistant à choisir, comme carapace pour le corps creux, des tôles ondulées parallèlement au sens de portée principal, mais en utilisant à la place des arcs, des corps creux qui fonctionnent comme poutres.
Une caractéristique essentielle de l'invention consiste en ce que la carapace de tôle des différentes poutres creuses n'est ondulée et profilée pour obtenir la sécurité contre les ventres et les coudes, que dansla zone des tensions de compression, tandis que dans la zone des tensions de traction elle consiste en tôles lisses.
Comme, dans les toitures selon l'invention, la résistance des tôles de la toiture est utilisée complètement aussi comme support, les tôles peuvent avoir également des sections très minces. Mais lorsque ces tôles, conformément à la caractéristique de l'invention ci-dessus mentionnée, sont disposées sous forme de tôles lisses dans la partie du corps creux travaillant à la traction, elles peuvent se gauchir sous l'action des efforts de cisaillement.
Conformément à une autre caractéristique de
<Desc/Clms Page number 3>
.1'invention, on évite cela, grâce à ce que les tôles sont également ondulées dans la zone où elles travaillent à la traction, la hauteur des ondulations étant cependant plus faible qu'aux endroits où elles travaillent à la compression,
D'autres avantages et particularités de l'invention ressortiront de la description qui va suivre de quelques exemples de réalisation, faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
La figure 1 est une vue schématique de côté d'une toiture selon l'invention.
Les figures 2 et 3 sont des coupes de cette toiture suivant les lignes I-I et II-II de la figure 1, respectivement.
La figure 2a représente une variante de la'figure 2.
Les figures 4 et 5 représentent deux sectigns transver- sales, d'une autre forme de réalisation du corps creux, faites de même au milieu.et au voisinage de l'appui.
La figure 6 est une coupe longitudinale schématique d'ure autrevariante.
Les figures 7 et 8 sont deux coupes faites suivant les lignes VII-VII et VIII-VIII de la figure 6.
La figure 9 est une vue en perspective de corps creux placés à coté les uns des autres, appliqués au cas d'un hangar d'aviation.
La figure 10 représente une toiture montée sur quatre appuis.
Les figures 11 et 12 sont des coupes de cette toiture faites suivant les lignes XI-XI et XII-XII de la.figure 10.
La figure 13 représente la surface des moments de la toiture représentée sur la figure 10.
Les figures 14, 15 et 16 représentent des formes de réalisation des ondulations que peut comporter la carapace de tôles suivant 1' invention.
<Desc/Clms Page number 4>
La figure 1 représente, comme forme de realisation de l'invention, une toiture faite de plusieurs corps creux placés à côté les uns des autres et de forme sensiblement semi-cylindrique. Sur les figures 2 et 3, on a représenté deux coupes différentes d'une poutre creuse de ce genre. La carapace de t8- les de la poutre est lisse aux endroits où elle travaille à la traction, tandis qu'aux endroits où elle travaille à la compression, elle a la forme profilée 2, A la place du profil représenté, on peut utiliser n'importe quelle forme d'ondulations ou de nervures assurant une sécurité suffisante contre les coudes et les ventres. Sur les figures 14 à 16, on a représenté quelques formes de réalisation que peut présenter la carapace de tôle.
Lorsqu'il est fait mention ici d'ondulations ou de profils, ces expressions ne doivent pas être considérées comme limitatives d'une forme particulière de section des tôles. Les systèmes raidisseurs 3 disposés à certains intervalles et qui servent uniquement à. assurer la forme de la poutre creuse et non comme charpente peuvent avo'ir une forme quelconque en treillis, en cadres ou en tôles planes.
La compréhension de l'idée de l'invention nécessite quelques considérations statiques : Dans le calcul habituel de poutres à parois pleines, laminées ou soudées, de section sensiblement en forme d'I, les sections sont choisies de façon que les tensions de traction et de compression aient la même grandeur, auquel cas l'axe neutre se trouve sensiblement au milieu de la poutre. Ce mode de calcul est compréhensible lorsque l'on songe que la plupart des matériaux métalliques utilisés doivent être soumis de la même façon à la traction et à la compression. Or, la présente invention est relative à une toiture autoporteuse dans laquelle la carapace de tôles assurant la couverture doit être utilisée en totalité comme porteur.
La carapace de t8les auto-
<Desc/Clms Page number 5>
porteuses peut cependant, dans le cas de la toiture selon l'invention, être très mince car le corps creux représenté a un pou- voir porteur très élevé. Avec des sections minces de ce genre, la supposition indiquée ci-dessus que les zones travaillant à la traction et à la compression sont soumises de la même façon à d-es efforts n'est plus vraie car les tôles, dans la partie où. elles travaillent à la compression, sont soumises àu danger de formation de ventres et de coudes.
Ainsi qu'on le sait, la sécurité contre la formation de ventres'et de coudes de tôles travaillant à la compression est égale au quotient de la tension critique de formation.. de ventres et de coudes par la force de compression régnant dans la section.
Par contre, la sécurité pour des tôles travaillant à. la. traction- est égale au quotient de la résistance à la rupture par la force de traction. régnant dans la section.' Or, la résistance à la rupture est sensiblement plus grande que la résistance critique à la formation de ventres et de coudes et, par suite, il en résulte, de façon évidente, l'avantage de la caractéristique de 1' invention qui consiste à onduler ou profiler les tôles aux endroits où elles sont soumises à. la compression de façon à augmenter la résistance à. la formation de ventres et-de coudes et, par contre, à. u.tiliser des tales. lisses là où elles. travaillent à la traction.
Comme on l'a dit ci--dessus, dans le cas d'une. toiture suivant l'invention,. les. tales. peuvent avoir une section très faible. or, en tant que carapace de la poutre creuse, elles sont souemises, non seulement à des forces de compression et de traction, mais encore à des efforts de cisaillement. Ces efforts peuvent conduire à. ce que , aux endroits qui travaillent à la traction, les tôles se gauchissent lorsqu'elles, sont lisses.
En conséquence, conform.ément à. une autre caractéristique de l'invention, les. tôles sont munies d'ondulations même aux endroits
<Desc/Clms Page number 6>
où elles. travaillent à la traction, mais cependant, la hauteur de ces ondulations est plus faible, que là où les tôles travaillent à la compression. On a représenté sur la figure 2a cet exemple de réalisation de l'invention.
Pour faciliter la compréhen- sion, on a d'aborddécrit l'invention en se référant à la figure 2, mais on pourrait aussi bien considérer l'exemple de réalisation de la figure 2 comme étant le cas limite de la forme de réalisation de la figure 2a. D'après ce qui précède, il en résulte en outre une déduction sur la forme de réalisation de la poutre, aux endroits où elle travaille à la traction, qui conduit à deux autres caractéristiques importantes de l' invention.
Comme la sécurité, aux endroits où règnent des efforts de traction, dépend seulement du quotient de la résistance à la rupture par les efforts existants de flexion-traction, on peut obtenir la même sécurité lorsque l'on augmente les deux facteurs, c'est à dire : d'une part, pour augmenter la force de f lexion- traction, on déplace l'axe neutre en direction de la zone de travail à la compression et, d'autre part, on utilise une matière ayant une plus grande résistance à la rupture. Grâce au déplacement de l'axe neutre de façon qu'il se produise des efforts de traction plus élevés et des efforts de compression plus failles, on obtient, en ce qui concerne la zone de travail à la compression un nouvel avantage qui est que l'on augmente la sécurité contre la formation de ventres et de coudes.
¯On peut encore mentionner ici que la résistance à la rupture d'une matière n'a pas d'action sur la résistance critique à la formation de ventres et de coudes, de sorte qu'il serait inutile de faire les tôles en acier à plus grande résistance dans les zones de travail à la compression. Dans le cas des poutres selon l'invention, les tôles sont donc, dans la zone de travail à la traction, par exemple en un acier ayant une résistance de 52 kg/mm2 et, dans la zone detravail à la compression,
<Desc/Clms Page number 7>
en un acier ayant une résistance de 37 kg/mm2.
Sur les figures 4 et 5, on a représenté L'axe neutre. La distance des fibres les plus basses, soumises à. la traction par rapport à. l' axe neutre est sensiblement plus grande que celle des fibres les.plus hautes: soumises- à. la compression; l'axe neutre est donc placé dissymétriquement par rapport à. la section de la poutre.
Mais, comme pour des èff'orts différents de la toiture, l'axe neutre peut varier, dans la forme de réalisation, de la figure 4, le dernier profil 2a de la tôle est déporté,dans la zone de travail à la traction, jusqu'en dessous de l'axe neutre;
Sur les figures 4 et 5, on a représenté, en outre, 'sous les tôles lisses 6, dans la zone de travail à la traction, de petites cornières. 21 qui sont soudées. sur les tôles 6. Ces cornières servent à renforcer les tôles 6 de façon à les protéger contre les actions des efforts de cisaillement. Par conséquent, les cornières 21 replacent, dans le cas des tôles minces .2 la faible ondulation l' représentée sur la figure 2a et qui joue le même rôle.
Dans le cas de la poutre selon l'invention, les systèmes raidisseurs 3 servent uniquement à- maintenir la forme du corps creux et ne servent pas comme porteurs. En conséquence, il ne faut pas les confondre avec les fermes habituelles ou organes analogues.
Dans unepoutre reposant sur deux appuis, les efforts de flexioncompression sont donc plus élevés au milieu quevers les appuis.
Lorsque l'on veut utiliser les idées développées ci-dessus pour faire une toiture de poids minimum, on doit donc tenir compte de ces efforts variables en donnant à la tôle un profilage ou une section de dimensions variables correspondantes, suivant la longueur de la poutre. Cependant, pour des raisons de construction, ces modifications sont très coûteuses. Conformément à une autre caractéristique de l'invention, elles sont rendues inutiles grâce à ce que l'on adapte la disposition des systèmes raidisseurs à l'allure des efforts de flexion-compression.
Sur la figure 6, on
<Desc/Clms Page number 8>
a représenté le cas où la distance e entre les différents systèmes raidisseurs 5 est de plus en plus grande à partir du milieu de la poutre, c'est à dire dans la zone où les efforts de flexioncompression sont les plus élevés, en allant vers les cotés, de façon correspondante à la diminution des efforts de flexion-compression, c'est à dire que , est la distance maximum et e8 la distance minimum.
Sur la figure 1, on voit que la hauteur de la poutre va en diminuant, de façon connue, vers les appuis. Cette réduction de hauteur permet une adaptation à lallure des tensions et per met également l'écoulement de l'eau de pluie. Elle pose, cependant, en même temps une série de problèmes spéciaux en ce qui concerne la réalisation constructive de la poutre, problèmes qui, conformément à l'invention, sont résolus de la façon suivante :
Dans la forme de réalisation des figures 2, 2a, et 3, on obtient la réduction de hauteur grâce à ce que la tôle ondulée 2 a, dans la zone de travail à la compression, pour une même largeur et un même développement, une courbure différente ; dans la coupe de la figure 3, la tôle ondulée a une courbure plus aplatie que dans le cas de la figure 2.
Les tôles travaillant à la traction, lisses ou à faible+ondulations, 1, l', conservent la même inclinaison, et la même courbure, mais, cependant, elles deviennent progressivement plus étroites .
Dans la forme de réalisation des figures 4 et 5, qui représentent deux coupes faites dans la même poutre au milieu et près des appuis, les tôles lisses eonservent, dans la zone de travail à la traction, leur inclinaison , sur toute la longueur de la poutre, mais elles sont plus larges dans le milieu. Les tôles ondulées ne sont pas en ce cas, comme dans celui des figures 2 et 3, en forme d'arcs, mais en forme de trapèzes. Les systèmes raidisseurs 4 sont en forme de treillis et la réduction de
<Desc/Clms Page number 9>
hauteur de la poutre s'obtient du fait que le c8té supérieur du trapèze a la même largeur sur toute la poutre, tandis que l'inclinaison des côtés 2. change. Les creux en forme de rigoles 8 ont la même largeur sur toute la longueur de la poutre.
Dans les- formes de réalisation des figures 7 à 12, la réduction de hauteur s'obtient du fait que tous les côtés du trapèze de la section de la poutre conservent la même inclinaison, mais que les tôles lisses travaillant à la traction vont progressivement en diminuant de largeur et, par suite, que les rigoles 11 vont en s'élargissant de façon correspondante vers les appuis.
Les systèmes raidisseurs 2 sont, en ce cas, des cadres soudés.
La vue en perspective de la figure 9 montre la réduction de la section trapézoïdale et la réduction de l'écartement des systèmes, raidisseurs 5. La cloison murée 12 recouvre les étais en treillis 13 représentés sur la figure 8. Le logement 14 constitue une chambre pour les portes à. coulisse. On voit en 22 des fenêtres qui peuvent aussi bien être disposées dans les murs d'appui qu'être suspendues au plafond D.
Les figures 10 à 13 représentent une forme de réalisation de l'invention dans laquelle la poutre porte sur quatre supports 15 à 18. On a représenté sur la figure 13 l'allure des moments dans ce cas. Les efforts de traction varient donc ici avec les efforts de compression sur la langueur de la poutre et, d'a- près les explications qui précèdent , on comprend sans plus que, selon l'invention, les tôles lisses doivent être disposées dans la zone des moments négatifs, dans la partie supérieure de la poutre, et dana la zone des moments positifs, dans lapartie inférieure de la poutre,
Dans les exemples de réalisation des figures 4 à 12, pour plus de simplicité,
les tôles ont été représentées comme étant lisses aux endroits où s'exercent les efforts de traction
<Desc/Clms Page number 10>
D'après les explications données au début au sujet des figures 1 à 3, on comprend sans plus qu'au lieu de tôles lisses, on pourrait également utiliser des tôles ondulées et que, tant que la hauteur de ces ondulations est plus faible,que celle des ondulations de la zone de travail à la compression, l'invention est mise en pratique.
Les différents raidisseurs re.présentés dans toutes les formes de réalisation servent à suspendre un plafond fermant l'espacequi se trouve au-des sus , plafond qui, sur les diff éren- tes figures, est désigné par D. Ce plafond consiste en une matière réfractaire, isolante au point de vue calorifique , de sorte que les parties porteuses du toit sont protégées contre les actions d'un feu intérieur, Comme, en outre, les plafonds isolent les parties en tôle par rapport à l'air intérieur humide, on empêche également, de ce fait, l'eau de condensation de rouiller la carapace en tôle.
Si l'on utilise les formes de réalisation ci-dessus décrites de la toiture, par exemple pour un hangar d'aviation ayant 70 ou 85 mètres de portée, on a une dimension de 4 à 5 mm. pour les tôles lisses et à arêtes. Cette épaisseur de tôle, ainsi que l'ont montré les essais effectués par l'inventeur, assure une protection à la pénétration par les bombes incendiaires, de sorte que la carapace de tôle remplit non seulement le rôle de toiture autoporteuse, mais sert en même temps comme cuirasse impénétrable. En utilisant de l'acier de bonne qualité dans la zone des efforts de traction, on augmente encore, de ce fait, la sécurité contre la pénétration.
La toiture selon l'invention.présente encore l'avantage qu'en cas de catastrophes, il n'y a plus d'organes de construction mis en danger. Par exemple si, au lieu de la poutre, on utilisait un arc, il serait nécessaire d'avoir soit des tirants, soit des appuis lourds. Dans la toiture, les tirants sont
<Desc/Clms Page number 11>
transformés, dans la zone de travail à la traction des tôles lisses, en une cloison, obturatrice et en économisant ces tirants ainsi que les appuis, on obtient une réduction d'envi!-on 25% de la dépense en acier.
En utilisant des poutres au lieu d'arcs, comme la flèche de la voûte est supprimée, les espaces 'libres sont plus faibles , de sorte qu'en tenant compte du plafond ré- fractaire, et calorifuge désigné par D, disposé à la partie in- férieure, l'espace à chauffer correspond à'l'espace libre comme le montrent par exemple les figures 6, 7, 8 et 9. Le mode de construction bas de hangars avec toitures selon l'invention est en outre avantageux parce que, par suite de leur faible hauteur, les hangars fabriqués selon l'invention ne gênent pas le vol des avions.
On obtient encore une simplification au point de vue du montage, car il est possible, sans utiliser d'échafaudages, de monter la toiture sur le sol. Ce montage se fait en dressant d'abord les systèmes raidisseurs ou "cloisons transversales'f et en les recouvrant alors avec les tôles, de sorte que les cloi- sons transversales elles-mêmes jouent le rôle d'échafaudages.
Les.poutres en corps creux placées les unes à côté des autres sont alors levées. séparément sur les points d'appui et descendues sur les supports.
Il est même possible en utilisant des vérins hydrauliques de soulever en bloc la toiture même sur des surfaces i.mpor- tantes;, environ 4000 mètres carrés, en une seule opération et de la descendre sur les supports.