Ossatures et procédé de construction d'ossatures en béton ou autre
matériau pierreux.
La présente invention concerne l'exécution d'ossatures de bâtiments, de constructions industrielles, etc. en béton ou autre matériau pierreux. Elle a pour but de réaliser de telles ossatures au moyen d'éléments fabriqués d'avance et reliés entre eux par des noeuds de jonction de manière à supprimer la confection de béton sur chantier, à éviter l'emploi de coffrage et à permettre la construction des ossatures beaucoup plus rapidement et plus économiquement que suivant la technique usuelle du béton armé.
On sait que, par l'usage du béton armé, les constructions en béton ont acquis le caractère de constructions monolithiques dans lesquelles le béton préparé à pied d'oeuvre est moulé sur place dans des coffrages montés à cet effet. Ce mode de construction a comme principal inconvénient, celui d'exiger des délais d'exécution prolongés à cause, d'une part, de la nécessité de subdiviser en plusieurs phases (coffrage, ferraillage, bétonnage) l'exécution du béton armé sur le chantier même, d'autre part, du fait que le décoffrage ne peut avoir lieu qu'après un laps de temps suffisant pour assurer la prise et le durcissement du béton. Ce mode de construction est également coûteux parce qu'il requiert l'utilisation d'une très grande quantité de bois pour les coffrages.
On a naturellement songé à éviter ou à réduire ces inconvénients en faisant usage d'éléments fabriqués à l'avance. C'est ainsi que l'on a fabriqué divers types de hourdis destinés à être posés sur une ossature en acier, en béton armé ou sur des murs porteurs en maçonnerie. Des constructions légères, pavillons et bungalows, ont, d'autre part, été exécutées entièrement au moyen d'éléments fabriqués d'avance. Mais lorsqu'il s'agit de constructions lourdes et de bâtiments à étages multiples, les moyens actuels ne permettent pas de faire usage d'éléments préparés d'avance pour constituer une ossature, à cause de la'difficulté de donner aux noeuds une rigidité suffisante pour résister aux efforts qui les sollicitent en sens divers.
Cette difficulté est résolue par la présente invention suivant laquelle on réalise aux noeuds de jonction la liaison entre les éléments d'ossature fabriqués d'avance, et l'on assure en même temps la rigidité des noeuds, au moyen de précontrainte appliquée à un ou plusieurs de ces éléments.
A cet effet, dans les ossatures composées de colonnes et de poutres par exemple, on utilise, pour mettre en précontrain-te les noeuds de jonction entre colonnes et poutres, les tirants qui servent à réaliser la précontrainte des colonnes, celles-ci assurant la répartition de la précontrainte sur les noauds. Dans une telle construction, le tirant qui exerce la précontrainte sur une colonne adjacente a un noeud, est prolongé au-delà de ce noeud pour étendre à celui-ci la précontrainte dans le sens vertical, soit que le tirant traverse le noeud de part en part, soit qu'il soit subdivisé en deux ou plusieurs barres embrassant le noeud. Dans l'un et l'autre cas la colonne adjacente au noeud assure, par sa surface de contact avec la ou les poutres qui y aboutissent,
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poutres aboutissant à un même noeud peuvent, d'autre part, selon l'invention être reliées entre elles à l'aide de boulons ou autres organes permettant de réaliser une liaison ou une précontrainte horizontale du noeud.
Lorsque les éléments de l'ossature sont des poutres en béton précontraint il est avantageusement fait usage, pour la mise sous précontrainte du noeud, d'une pièce d'accouplement sous tension entre les tirants qui exercent la précontrainte sur les poutres.
Le tirant utilisé dans une colonne ou autre partie continue de l'ossature peut être divisé en tronçons,'chaque noeud où l'adhérence doit être réalisée par mise sous précontrainte étant traversé de part en part par un tronçon. De cette manière,
la construction peut se poursuivre de proche en proche. Les pièces d'accouplement des tronçons de tirant peuvent être utilisées pour réaliser la mise en tension des tronçons déjà en place et'pour
le calage provisoire de l'extrémité du dernier tronçon tendu, avant que la tension soit reprise éventuellement par la mise sous tension du tronçon suivant.
L'invention permet ainsi la réalisation d'ossatures
en béton suivant les mêmes principes constructifs que les ossatures en acier et ce, avec une rapidité, une sûreté et une facilité de montage plus grande encore que dans les constructions
en acier.
Pour réaliser l'invention, on peut faire usage de toutes poutres et colonnes appropriées. Celle-ci étant fabriquées d'avance à l'atelier, on peut en soigner la construction et, si
on le désire, les mettre individuellement sous précontrainte,
soit à l'atelier, soit au chantier. Grâce au mode de construction suivant l'invention, on réalise non seulement une économie de temps considérable, mais on est à même de réduire à des valeurs acceptables, dans les colonnes et dans les noeuds entre poutres et colonnes, tous les efforts de traction susceptibles de prendre naissance dans ces éléments, tant sous les effets des moments fléchissants que des efforts tranchants.
Suivant une autre particularité de l'invention, on donne aux tirants une position excentrée par rapport aux éléments qu'ils consolident, là où il y a lieu de réaliser dans ces éléments une précontrainte de sens inverse à la contrainte que tend
à y provoquer l'application de la charge qu'ils doivent supporter.
L'invention assure également des avantages dans les cas où l'hyperstaticité de l'ossature est réduite en certains endroits, notamment en vue de faciliter le calcul, par des liaisons formant articulation et cela par l'adaptation de surfaces de contact réduites en ces endroits, la sécurité de l'assemblage restant assurée par la mise sous tension du tirant traversant la surface de contact ou adjacent à celle-ci.
Pour bien faire comprendre l'invention, quelques
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férence au dessin annexé, dans lequel:
Fig.l montre une coupe verticale schématique dans l'ossature d'un bâtiment.. -
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<EMI ID=4.1> Fig.6, une variante de la disposition selon la Fig. 2, et la <EMI ID=5.1> Figs. 7, 8 et 9 montrent des variantes de la disposition selon la fig.l Figs.l0 et 11 représentent à l'échelle des Figs. 3 et 4, des coupes horizontales de noeuds comprenant des poutres longitudinales et transversales. Fige. 12 et 13 montrent à plus grande échelle des formes de manchons d'accouplement. <EMI ID=6.1> la fig. 5.
Dans l'ossature de bâtiment dont la Fig.l représente une coupe schématique, 1 désigne les colonnes, 2 les poutres longitudinales, 3 les poutres transversales, A des noeuds en lesquels viennent se greffer sur les colonnes simultanément des poutres longitudinales et transversales, B les noeuds en lesquels viennent se greffer sur les colonnes uniquement des poutres longitudinales. Sur cette figure, on a omis, à dessin, de représenter le hourdis proprement dit dont la jonction avec les poutres peut se faire par tous les systèmes constructifs déjà connus.
Une colonne comprenant des noeuds B est représentée à plus grande échelle en coupe verticale à la Fig.2 et en coupe
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La précontrainte simultanée des colonnes 1 et des noeuds B est ,réalisée par le tirant 4 qui s.'étend sur toute la hauteur du bâtiment et se compose d'une série d'éléments reliés entre eux
au moyen de manchons d'accouplement 5. Au fur et à mesure de l'érec-
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sation, mis en précontrainte en même temps que la colonne 1 située au-dessus de lui. A cet effet, le tirant A est interrompu juste au -dessus du niveau N et la partie de tirant est terminée par une extrémité en queue d'aronde de révolution 6. Il est évident que cette queue d'aronde pourrait être remplacée par une extrémité
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l'appendice du vérin qui exécutera la mise en tension du tirant; b) a permettre le calage provisoire du tirant sous tension en jouant le rôle de butée après introduction des cales 10 qui maintiennent l'allongement du tirant; et c) à assurer la jonction d'un élément du tirant avec l'élément immédiatement supérieur.
Pour permettre la pose du manchon d'accouplement un logement 7 est réservé dans la colonne immédiatement en-dessous de chaque noeud; ce logement se prolonge sur toute la hauteur de la
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poutres 2 qui viennent poser sur les colonnes. Après mise en tension du tirant, les logements 7 et rainures 8 sont remplis de
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Lorsque les noeuds B font partie de portiques de contre-
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contre le renversement, la précontrainte du noeud est rendue polyaxiale, ce qu'on obtient par l'action de tirants horizontaux solidarisant les diverses poutres 2 qui y aboutissent. Ces tirants sont constitués soit pa.r des boulons 11 assemblant les extrémités des poutres entre elles, soit par des fils d'acier de haute résis-
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ligne, soit encore tout autre dispositif réalisant une liaison ou une précontrainte horizontale des noeuds.
Pour réaliser la précontrainte du noeud inférieur par Lequel La colonne s'appuie sur la semelle ou le radier de fonda-
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férieure du tirant dans un bloc spécial 12 évidé, placé dans le sol en dessous du niveau de fondation. Ce bloc a pour objet de répartir l'action du tirant sur la face inférieure du noeud et sa hauteur pourra être réduite au minimum en utilisant à cet effet
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tégeant les parties métalliques contre l'oxydation.
La précontrainte du noeud supérieur de la construction peut être réalisée d'une manière analogue en surmontant les poutres supérieures d'un élément de colonne 14 éventuellement arme et fretté, qui assure une bonne répartition de la précontrainte du
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d'un bloc 15 qui protège les parties contre l'oxydation.
Dans l'exemple des figs. 2, 3 et 4 il est supposé que
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tirant:; 4 situés chacun dans une rainure longitudinale 3 de la colonne.
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à un niveau il! et assure la précontrainte du noeud b en même temps
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tion à colonnes tronçonnées sur -Le hauteur d'un étage. Le noeud
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colonne 1'; l'alvéole 7' de logement du manchon est ménagée dans
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des manchons est réalisée non dans les éléments de colonne mais
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Il est évident que l'on peut se contenter de réaliser la précontrainte après un nombre quelconque d'étages pour autant
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assurer la stabilité de l'ossature en cours de montage.
Les figs. 10 et 11 représentent les vues en plan de noeuds tels que A (fig.l) comprenant des poutres longitudinales 2 et transversales S. Dans la fig.10 la en précontrainte est réalisée par un tirant central, dans la fig.ll par quatre tirants, .
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On pourrait évidemment réaliser .la mise en précontrainte par deux tirants en réservant dans les poutres des rainures pour le passage
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Les boulons il servent à assurer une précontrainte horizontale et créent un état multiple de compression dans le noeud) ils peuvent être supprimés dans le cas où une rigidité absolue du noeud n'est pas nécessaire. Ils peuvent naturellement, si on le désire, être remplacés par tout autre dispositif de liaison ou de précontrainte.
Comme indiqué sur le dessin, les boulons 11 occupent, par rapport aux poutres 2 qu'ils relient, une position excentrée du fait qu'il y a avantage à les placer dans la zone où Passerablage est soumis à l'extension, soit au dessus de l'axe des poutres 2 quand celles-ci reposent sur leurs extrémités, soit en dessous de l'axe quand elles sont.supportées sur toute leur longueur
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4 peuvent de même être placés excentriquement par rapport aux colonnes quand celles-ci sont soumises à des charges unilatérales ou dissymétriques.
Il est d'autre part évidement que, tout ce qui a. été dit relativement aux figs. 2 à 9 reste applicable aux cas des noeuds à poutres longitudinales et transversales.
Quant aux formes de poutres utilisées, toutes les poutres, même celles en béton armé ordinaire, peuvent être employées dans l'exécution du procédé décrit ci-dessus, mais il est évident que des poutres précontraintes ayant le maximum de légèreté, tel-
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se prêteront le mieux au point de vue de l'utilisation économique du procédé.
La solidarité entre les éléments formant les tirants
est assurée par des manchons d'accouplement tels que ceux représen-
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lisés grâce aux cales intermédiaires 16 qui sont subdivisées en
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le manchon 5' est muni intérieurement de filets en sens inverse
dans lesquels se vissent les extrémités 6' des barres filetées
après renflement.
La fig.14 représente l'application, à une colonne suivant l'invention, d'une articulation à un niveau donne afin de
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dans la colonne 1, comporte une saillie 18 de largeur réduite
formant rotule, qui peut être exécutée en béton ou en toute autre
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la précontrainte de la colonne est transmise au noeud.
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être réalisées non seulement en béton ,nais en toute autre matière
capable de résister à. la compression telle que, maçonnerie, pierre naturelle, pierre reconstituée, bois, etc.
Il doit être entendu que les exemples normes ci-dessus
n'ont rien de limitatif soit quant aux possibilités d'application
du procédé faisant l'objet ce l'invention, soit quant aux dispositions et combinaisons non décrites, soit quant aux matériaux utilisables tant pour les poutres et les colonnes que pour les tirants.
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1.- Procédé de construction d'ossatures en béton ou autre pierreux, faite d'éléments fabriqués d'avance et
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se leur liaison à l'endroit des noeuds de jonction en appliquant la précontrainte à un ou plusieurs des éléments qui aboutis-
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sous précontrainte et à assurer leur indéformabilité.
Frames and method of constructing concrete or other framing
stony material.
The present invention relates to the execution of frameworks for buildings, industrial constructions, etc. concrete or other stony material. Its purpose is to achieve such frameworks by means of elements manufactured in advance and interconnected by junction nodes so as to eliminate the making of concrete on site, to avoid the use of formwork and to allow construction. frames much faster and more economically than using the usual reinforced concrete technique.
It is known that, through the use of reinforced concrete, concrete constructions have acquired the character of monolithic constructions in which the concrete prepared on the job is molded on site in formwork assembled for this purpose. The main drawback of this method of construction is that it requires extended execution times due, on the one hand, to the need to subdivide into several phases (formwork, reinforcement, concreting) the execution of the reinforced concrete on the site itself, on the other hand, because the formwork can only take place after a sufficient period of time to ensure the setting and hardening of the concrete. This method of construction is also expensive because it requires the use of a very large quantity of wood for the formwork.
Naturally, consideration has been given to avoiding or reducing these drawbacks by making use of elements manufactured in advance. This is how various types of slabs were manufactured intended to be placed on a steel frame, in reinforced concrete or on load-bearing masonry walls. Light constructions, pavilions and bungalows, on the other hand, were carried out entirely by means of elements manufactured in advance. But when it comes to heavy constructions and multi-storey buildings, current means do not allow the use of elements prepared in advance to constitute a framework, because of the difficulty of giving the nodes a rigidity. sufficient to resist the forces which request them in various directions.
This difficulty is solved by the present invention according to which the connection between the frame elements manufactured in advance is made at the junction nodes, and at the same time the rigidity of the nodes is ensured, by means of prestressing applied to one or more several of these elements.
To this end, in frames made up of columns and beams for example, we use, to pre-stress the junction nodes between columns and beams, the tie rods which serve to perform the prestressing of the columns, these ensuring the distribution of the prestressing on the nodes. In such a construction, the tie rod which exerts the prestressing on a column adjacent to a node is extended beyond this node to extend the prestressing thereto in the vertical direction, i.e. the tie rod crosses the node right through. part, or it is subdivided into two or more bars embracing the knot. In either case, the column adjacent to the node ensures, by its contact surface with the beam (s) which end there,
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Beams ending in the same node can, on the other hand, according to the invention be interconnected by means of bolts or other members making it possible to achieve a connection or a horizontal prestressing of the node.
When the elements of the frame are prestressed concrete beams, use is advantageously made, for the prestressing of the node, of a coupling part under tension between the tie rods which exert the prestressing on the beams.
The tie rod used in a column or other continuous part of the framework can be divided into sections, 'each node where adhesion must be achieved by prestressing being crossed right through by a section. In this way,
construction can continue step by step. The coupling parts of the tie rod sections can be used to tension the sections already in place and to
the provisional setting of the end of the last stretched section, before the tension is eventually taken up by switching on the next section.
The invention thus allows the production of frames
concrete following the same construction principles as steel frames, with even greater speed, safety and ease of assembly than in constructions
in steel.
To carry out the invention, use can be made of any suitable beams and columns. This being made in advance in the workshop, we can take care of the construction and, if
if desired, put them individually under prestressing,
either at the workshop or at the site. Thanks to the construction method according to the invention, not only is a considerable saving in time is achieved, but it is also possible to reduce to acceptable values, in the columns and in the nodes between beams and columns, all the tensile forces liable to to originate in these elements, both under the effects of bending moments and shearing forces.
According to another feature of the invention, the tie rods are given an eccentric position with respect to the elements which they consolidate, where it is necessary to achieve in these elements a prestress in the opposite direction to the stress which tends
to cause the application of the load they must support.
The invention also provides advantages in cases where the hyperstaticity of the framework is reduced in certain places, in particular with a view to facilitating the calculation, by connections forming an articulation and this by the adaptation of contact surfaces reduced to these. places, the safety of the assembly remaining ensured by the tensioning of the tie rod passing through or adjacent to the contact surface.
To make the invention clearly understood, a few
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reference to the attached drawing, in which:
Fig.l shows a schematic vertical section through the framework of a building. -
<EMI ID = 3.1>
<EMI ID = 4.1> Fig. 6, a variant of the arrangement according to Fig. 2, and the <EMI ID = 5.1> Figs. 7, 8 and 9 show variants of the arrangement according to fig.l Figs.l0 and 11 represent to the scale of Figs. 3 and 4, horizontal sections of nodes comprising longitudinal and transverse beams. Freezes. 12 and 13 show on a larger scale forms of coupling sleeves. <EMI ID = 6.1> fig. 5.
In the building framework of which Fig.l represents a schematic section, 1 designates the columns, 2 the longitudinal beams, 3 the transverse beams, A nodes in which are grafted on the columns simultaneously longitudinal and transverse beams, B the nodes in which are grafted onto the columns only longitudinal beams. In this figure, we have omitted, in the drawing, to represent the slab proper, the junction of which with the beams can be made by all the construction systems already known.
A column comprising nodes B is shown on a larger scale in vertical section in Fig. 2 and in section
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The simultaneous prestressing of the columns 1 and of the nodes B is, carried out by the tie rod 4 which extends over the entire height of the building and is made up of a series of interconnected elements
by means of coupling sleeves 5. As the erection progresses
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station, prestressed at the same time as column 1 located above it. For this purpose, the tie rod A is interrupted just above level N and the tie rod part is terminated by a dovetail end of revolution 6. It is obvious that this dovetail could be replaced by an end
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the appendix of the cylinder which will carry out the tensioning of the tie rod; b) to allow the provisional setting of the tie rod under tension by acting as a stop after introduction of the shims 10 which maintain the extension of the tie rod; and c) ensuring the junction of an element of the tie rod with the element immediately above.
To allow the fitting of the coupling sleeve, a housing 7 is reserved in the column immediately below each node; this housing extends over the entire height of the
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beams 2 which come to rest on the columns. After tensioning the tie rod, the housings 7 and grooves 8 are filled with
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When the nodes B are part of counter frames
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against overturning, the prestressing of the node is made polyaxial, which is obtained by the action of horizontal tie rods securing the various beams 2 which end there. These tie rods are formed either by bolts 11 assembling the ends of the beams together, or by high strength steel wires.
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line, or even any other device providing a horizontal connection or prestressing of the nodes.
To carry out the prestressing of the lower node by which the column rests on the sole or the foundation raft
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end of the tie rod in a special hollow block 12, placed in the ground below the foundation level. The purpose of this block is to distribute the action of the tie rod on the underside of the knot and its height can be reduced to a minimum by using for this purpose
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protecting metal parts against oxidation.
The prestressing of the upper node of the construction can be achieved in a similar manner by surmounting the upper beams of a column element 14 possibly reinforced and shrunken, which ensures a good distribution of the prestressing of the structure.
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a block 15 which protects the parts against oxidation.
In the example of figs. 2, 3 and 4 it is assumed that
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pulling :; 4 each located in a longitudinal groove 3 of the column.
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at one level it! and ensures the prestressing of the node b at the same time
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tion with columns cut off on -The height of a floor. The knot
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column 1 '; the socket 7 'for housing the sleeve is made in
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sleeves is made not in the column elements but
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It is obvious that one can be satisfied with carrying out the prestressing after an unspecified number of stages for as much
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ensure the stability of the framework during assembly.
Figs. 10 and 11 show the plan views of nodes such as A (fig.l) comprising longitudinal 2 and transverse beams S. In fig. 10 the prestressing is carried out by a central tie rod, in fig.ll by four tie rods ,.
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We could obviously carry out the prestressing by two tie rods by reserving grooves in the beams for the passage
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The bolts serve to ensure horizontal prestressing and create a multiple state of compression in the node) they can be omitted in the event that absolute rigidity of the node is not required. They can of course, if desired, be replaced by any other connecting or prestressing device.
As indicated in the drawing, the bolts 11 occupy, with respect to the beams 2 which they connect, an eccentric position because it is advantageous to place them in the area where the passage is subjected to extension, i.e. above of the axis of the beams 2 when they rest on their ends, or below the axis when they are supported over their entire length
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4 can likewise be placed eccentrically with respect to the columns when the latter are subjected to unilateral or asymmetrical loads.
It is on the other hand obviously that, all that has. been said in relation to figs. 2 to 9 remains applicable to the cases of nodes with longitudinal and transverse beams.
As for the shapes of beams used, all beams, even those of ordinary reinforced concrete, can be used in carrying out the process described above, but it is obvious that prestressed beams having the maximum lightness, such as
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are best suited from the point of view of economical use of the process.
Solidarity between the elements forming the tie rods
is ensured by coupling sleeves such as those shown
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read thanks to the intermediate wedges 16 which are subdivided into
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the 5 'sleeve is internally provided with threads in the opposite direction
into which the 6 'ends of the threaded bars are screwed
after bulge.
Fig. 14 represents the application, to a column according to the invention, of an articulation at a given level in order to
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in column 1, has a projection 18 of reduced width
forming a ball joint, which can be made of concrete or any other
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the prestress of the column is transmitted to the node.
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be made not only in concrete, but in any other material
able to resist. compression such as, masonry, natural stone, reconstituted stone, wood, etc.
It should be understood that the standard examples above
are in no way limiting either as to the possibilities of application
of the method forming the subject of the invention, either as regards the arrangements and combinations not described, or as regards the materials which can be used both for the beams and the columns and for the tie rods.
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1.- Construction process for concrete or other stony frames, made of elements manufactured in advance and
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their connection at the location of the junction nodes by applying the prestress to one or more of the elements which end
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under prestressing and to ensure their undeformability.