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" Perfectionnements à la construction des charpentes "
L'invention a pour ob jet des perfectionnements à la construction de bâtiments eten particulier ,de bâtiments ayant une grande portée)tels que des hangars d'avions à charpente métallique o Cependant l'invention est applicable aux constructions d'autres types comprenant de vastes charpentes, et notamment aux constructions en bois, à celles formées en partie de métal et en partie de bois,et à toutes autres combinaisons*
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Dans l'art de la construction,
ou a déjà eu l'idée de constituer des constructions à grande portée au moyen d'une série de portiques comprenant chacun des colonnes
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de piliers latéraux et un élément de toiture formée elle- môme soit d'un ensemble continu de longueurs appropriées de poutres à caissons soit de poutres de ce type convenable" ment reliées entre elles ou renforcées o1Ü.is ) dans les char- pentes connues jusqu'ici ,l'épaisseur de ces éléments de charpente était sensiblement constante sur toute leur lon-
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avur tant pour les piliers que pour les fermes des toi- tures Aux bords des toitures ples charpentes étaient suf-
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fisamment résistantes pour transmettre les momente fléchise sants qui peuvent prendre naissance en ces points ,
En ou-
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tre ce l1C'de de construction a permis d'utiliser en tota- lité ou pour la plus grande partie des pièces standard pour
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les divers éléments En outre on a pu obtenir juse à un certain point ,une variation de portée de la toiture en
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utilisant toujours les alles pièces ( voir à ce sujet le brevut anglais No 4%µ.Véµ du µ mars 956 ) néanmoins, ces types de construction n'ont pas permis de résoudre tous les problèmes et ,en particulier ,on a remarqué qu'avec une épaisseur limitée de la charpente du
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toit les offerts de flexion et les tensions dans les mem- brures tendent à devenir excessifs ,si l'on augmente sensi- blem nt la portée
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Aussi l'invention vise.-t elle une charpente compre - nant une série de portiques constitués chacun par des colon nes ou piliers latéraux:
et par un élément de toiture,le
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tout étant formé de poutres à cais3cas ; mais l'élément de toiture ayant une disposition nouvelle caractérisée par le
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fait que la parole formant ferme a une membrure supérieure en ponte etune membrure inférieure horizontale ou sensi- blement hori zontale
Les portiques sont de préférence construit-* de façon que la membrure supérieure de la partie qui constitue la ferme soit légèrement incliné* correspondant ainsi à une pente légère du toit$ tandis que les colonnes latéral*@ ou piliers sont d'épaisseur ou de largeur constantes ,
On remarquera que, comparé aux fermes formées de pou., très à oaissons d'épaisseur constante,
ce mode de construc- tion permet de faire croître l'épaisseur de la ferme depuis, le bord de la toiture jusqu'au milieu de la portée suivent une loi optimum dépendant de la pente du toit et correspond dant à une construction de poids minimum pour une résistance donnée il permet aussi d'obtenir une résistance maximum au moment fléchissant au voisinage du milieu de la portée de sorte que le fléchissement sous charge ne croît que len- tement avec cette portée .
Si donc on désire construire un vaste bâtiment, de grande portée , ce résultatpeut être obtenu tout en améliorant le moment fléchissant et la résis- tance à la flexion +il en résulte que l'on peut obtenir des rapports satisfaisants de la portée à l'épaisseur de la ferme pour un domaine de valeurs de la portée plus étendu que cela n'était possible avec le type de construction connu mentionné ci..dessus En iait on peut arriver à ce résul. tat en conservant sensiblement la même section de membrure sur toute la ferme En outre ,
la nouvelle construction permet de conserver l'avantage de l'emploi d'un nombre rela- tivemeht faible de types= de pièces standard, tout élément ou tirant de longueur supérieure à celle utilisée auparavant peut être obtenu par l'assemblage d'éléments standard d'une seule longueur ou d'un nombre relativement faible de longueur
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La résistance supplémentaire aux efforts tranchants, pour les grandes portées peut être obtenue en doublant les fers cornières ou en employant de plus fortes sections.
Les fermes et les piliers peuvent être raccordés sans interruption à leurs points de jonction, comme dans les constructions connues .Cependant , si on le désire,,les fermes peuvent être articulées aux piliers à la condition que ces derniers soient so dement ancrés dans le sole ou encore à la condition que l'on renforce les piliers par des jambes de force ydes contreforts ou des arc-boutants pour leur permettre de résister à la poussée du vent ou autres eff forts latéraux .A certains points de vue, cette solution se rapproche davantage des typea de fermes connus et plus classiques que le portion rigide, sans charnières Mais,
quelque puisse être le type du pilier conforme à l'invention ou la manière dont il est fixé à la ferme égalem nt conforme à l'invention ,il en résulte toujours la possibilité de construire , avec une facilité accrue ,les ternes où les éléments dont elles sont composées ,pour des portées variant dans de grandes limites ell est vrai que le calcul de la répartition des chargea dans les fermes rigides, c'est-à-dire sans articulation aux piliers , du type suivant l'invention est moins facile que dans les fermes rigides connues de section constante ;
mais on peut cependant calculer cette répartition par les méthodes modernes applicables aux vons- tructiona rigides 0 Si la ferme et le pilier sont articulés l'un à l'autre, le calcul est évidemment plus facile
Sur les dessins annexés , on a représenté sché- matiquement, à titre d'exemples, divers modes de réalisation de l'invention.
La figure 1 représente ,en élévation, une partie
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d'un portique ou élément suivent l'invention.
La figure 2 est une élévation de la partie médiane formant le sommet de la ferme du portique précité cette partie médiane faisant suite ,, vers la droite ,à la partie représentée figure 1 et constituant la partie la plus épais.. se de la ferme .
La figure µ est une vue partielle ,en plan, de la par* tie supérieure de la ferme ,
La figure 4 est. une vue similaire de la partie inférieure de la ferme .0
La figure 5 est.une coupe par la ligne V-V ( figure i)
La figure 6 est une élévation d'une partie d'un autre type de portique suivant l'invention.
La figure 7 est une coupe par la ligne VII-VII(figures6)
La figure 6 est une vue partielle de la partie médiane de la forme du mode de réalisation de la figure 6.
La figure 9 est. un plan;, au niveau de la face inférieure de la ferme des deux portiques extrêmes d'une charpente suivant l'invention , la figure montre le croisillon reliant les deux fermes de portiques voisins pour supporter la poussée en bout du vent sur l'ensemble de la construction*
La figure 10 est une vue en coupe élévation vue par la gauche. correspondant à la figure 9 , cette vue correspond dant ,par exemple,, à une coupe laite par la ligne X-X figure 6 sauf que la partie inférieure ( excepté la fondation qui ne fai t pas partie de l'invention ) est une élévation latérale de la figure 9.
Les figures 10 à 15 sont des vues schématiques, à plus petite échelle que les vues 1 à 10, pour faciliter la compréhension des charpentes suivant l'invention. La figure II est à gauche de la ligne médiane une élévation d'un portique
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d'extrémité ,et , à droite de cette ligne un élévation d'un portique intermédiaire; la figure 12 est une coupe par XII-XII figure 11; la figure 13 est un demi-plan de portiques intermédiaires ,la figure 14 est un demi plan de deux portiques extrêmes; la figure 15 une élévation partiel- le en bout de la charpente . Toutes ces figures représen- tent certaines variantes .
Lee figures 16 à 19 sont des vues partielles de portiques comprenant d'autres variantes .
Sur les dessins, on voit en divers endroits ,en- tre des pièces jointives ,des espaces qui n'existant pas en réalité ; ou bien ces espaces ,s'ils existent réellement, ont été exagérés . Tout ceci pour permettre la lecture plus facile des dessins.
La forme de portique représenté sur les figures I à 5 convient pour un hangar d'avion ou pour un grand shed Elle comprend des piliers ou colonies latérales telles que 1 ( organes dénommés ci-après " piliers") et une par- tie destinée à supporter le toit ou ferme, 2 ( dénommé ci*'après " ferme "). Tous ces éléments sont en forme de poutre rectangulaire à treillis .
Dans les piliers ,la distance entre les membrures ou faces 3 est la même sa* toute leur hauteur d'autre part la ferme est construite de telle façon que tandis que la membrure supérieure s'élè- ve suivant un faible angle depuis chaque pilier jusqu'au milieu de la ferme la face inférieure est horizontale sur toute la,longueur de la ferme Aux bords ,les piliers et les fermes sont réunis par une pièce angulaire 6 de façon qu'il n'y ait as de variation brusque de di rection à leurs points de jonction .Les diverses membrures des piliers et
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des fermes sont formées d'éléments de fer cornière laminés de longueur standard ou de plusieurs longueurs standard reliées ensemble et aux éléments voisins de façon jointive par des cornières de type standard ou même des fers plats ,
tels que 7 o
Les pièces angulaires 6 sont aussi constituées d'é-
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lements standard qui peuvent être soudés ou rivés les uns aux autres 0, Dans les piliers :&:\1; les étrésillons diagonaux 8 ou les êtres il Ions 89 qui forment le lattis sont tous en fer cornière d'une saule longueur standard , Ou bien chacun d'eux pourrait être formé de plusieurs éléments d'une seule
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longueur standard 4) Il en est de mn.e des traverses horizon- tales 10 et des étrésillons ( non représentés mais sembla* bles aux étrésillons 8 et 9 ) qui se trouvent dans le plan
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des faces 3 p Dans les fermes,les étrésillone IL en fer cornière qui forment le treillis sont nécessairement de longu.eurs différentes mais,
étant donné le grand nombre de portiques nécessaires pour un hangar chacune de ces Ion...
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gueurs sera employée à un grand nombre d'exemplaires et l'on peut considérer que ces étrésillons se composent d'un
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nombre relativement faible de lomàpurs standard .
Ou bien encore chacun de ces éléments et surtout les plus longs, placés au milieu des fermes peuvent être constituée par des éléments d'une seule ( ou d'un petit nombre de ) longueur
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standard,, Dans le voisinage de lâr'te , on peut donner si on le désire aux pièces cornières inférieure et supérieure 12J.3 une section quelque peu supérieure à celleebdes pièces voisines des faces 4j5 o La pièce supérieure sera coudée
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ou coupée.. puis soudée de façon à former l'angle voulu de l'arête.
Le renforcement entre chaque pièce 12 et la pièce inférieure 13 peut être réalisé par deux pièces 14 qui peuvent avoir une section cornière , La ferme est ren- forcée par des barres diagonales 15 sur sa face supérieure, comme on le voit figure et par un treillis 16 sur sa face inférieure comme on le voit figure 4; toutes ces barres transversales peuvent avoir des longueurs standard.
Les fers transversaux ou pannes 17 servent à la fixation d'un revêtement ou d'une toiture par exemple en tôle ondulée ou en plaques de fibroeciment ondulées ,tandis que les cornières 18,placées eu dessous des fermes en vue de les réunir aux autres poutres de la charpente peuvent servir à la fixation de panneaux de plafond ou à supporter des guides de portes coulissantes ,Si on le désire, les fermea peuvent être munies d'étrésillons de renforcement dis- posés à leur intérieur ,tels que ceux figurés en traits mix- tes en 19, figo 5 .
Dans la ferme 2,les plus longs des étrésillons 11 qui agissent comme jambes de force doivent , bien en--tendue être convenablement supportés pour les empêcher de fléchir aux points où la ferme a l'épaisseur la plus grande Dans ce type de construction représenté on peut obtenir ce résultat en réunissant entre elles les barres du treillis, à leurs points d'intersection, par exemple en un ldeua ou trois de ces points ,suivant les cas 1 sur la figure ,les barres ne sont réunies qu'en un seul point mais on peut
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comme indiqué en traits mixtes. ajouter d'autres barres obliques pour augmenter la résistance 1, ce qui donne lieu à plusieurs points d'intersection pour chaque barre,
comme on le voit a
11 y a lieu de remarquer que la force de compres- sion.plus grande qui s'exerce dans le plus court des étré- sillons II, aux extrémités de la ferme 2, est correcte- ment utilisée en raison du fait que l'effort tranchant qui s'exerce aux exrtrémités de la poutre est plus grand qu'en n'importe quel autre point de la toiture ,Il devient donc possible d'utiliser des sections de barres semblables ou presque semblables dans tout le système de faces de la ferme ce qui est un avantage aux deux points de vue de la fabrication des charpentes et au laminage des barres En. outre . comme les longerons 4,5 de la ferme peuvent aussi avoir partout la.
mine section ou à peu près* le type de construction qui fait l'objet de l'invention est double- ment avantageux en réduisant au minimum les variations des sections des barres Il en résulte que l'on peut obte- nir une économie particulière dans les laminoirs..-dans les- quels, autrement, il serait nécessaire de changer souvent les cylindres si. l'on veut obtenir à l'aide d'un seul train tous les fers ou la plupart des fers nécessaires pour la charpente ce qui n'est pas rare .
Un autre résultat est que cela facilite le main- tien de la production d'un train. en barres de telles ou telles dimensions à un point où il devient possible écono- miquement de laminer tout le connage nécessaire d'un coup,, sans être obligé d'attendre de recevoir d'autres commandes
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de la même disension pour mettre le train en rorte .Les avantages analogues résultant de la forme des pièces 8,9 et 3 des piliers sont bien connus ;
mais pour les fermes du toit. ils sont encore plus importants en raison de l'épais-- seur accrue de la ferme vers le miliau de la portée
Outre ces avantages ,il en existe d'autres dus à la forme de ferme indiquée .Comme la membrure inférieure 5 est horizontale , elle peut être avantageusement utilisée pour y fixer, par exemple aux longerons 18, des grues en porte à faux ou des monorails ( non représentés )
permettant le levage ou le transport des matériaux lourds et des piè- ces diverses à l'intérieur du hangar * Les monorails per- mettait le mouvement latéral et longitudinal peu-vent ne comporter qu'un minimum de mécanisme et de pièces.. car toutes les membrures inférieures seront dans un arme plan horizontal et non dans deux plans ayant l'un par rapport à ltautre une inclinaison appréciable , comme lorsque l'on utilise des fermes d'épaisseur constante , Dans ce dernier cas il est nécessaire de disposer en divers pointe de la toiture du hangar des barres ou tiges verticales de sus- pensions
Dans une charpente suivant l'inven ion,tous les portiques ( ou la plupart d'entre eux ) sont en général du type décrit .
On peut obtenir un avantage supplémentaire en donnant à toutes les fermes du hangar, y compris les fermes extrêmes;, la constitution nouvelle qui vient dttre exposée cgr on évite ainsi des variations dans le type de ferme utilisée , ce qui compliquerait l'approvisionnement en acier, la fabrication, et d'autres facteurs du prix de
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revieht.
Dans les)portiques représentés fig. 6 à 8 les élé- ments semblables à ceux indiqués sur les figures 1 à 5 sont désignés par les marnes nombres de référence 0 La ferme 2 est constituée dans les figures 6 à 8 par une poutre de section rectangulaire d'épaisseur constante, limitée à sa partie supérieure et à sa partie inférieure par les faces ou mem- brures parallèles 4 20 et par un ensemble comprenant la membrure horizontale,
inférieure 5 de la ferme et une série de montants -verticaux 21 de longueur progressive disposés soas forme de tirants entre les faces 20 et 5 ..Cette cons.. truction de la ferme est avantageuse parce quel'on peut utiliser des éléments d'une seule longueur standard pour tous lea organes II de la poutre et que seuls les éléments 21,en nombre relativement restreint, ont des longueurs différentes.
Même ceux-ci peuvent avoir des longueurs standard, lorsque toutes les fermes d'une même construction sont du même type ou peuvent être établies en partant de même longueurs types.
Comme dans les réalisations précédentes.. la membrure infé rieure 5 de la ferme 2 peut être formée d'un treillis 16.
Un. treillis analogue 22 peut constituer la membrure 20 et la membrure 4 est aussi formée d'un treillis 15. Lea ti- rants transversaux 19,lorsqu' ils sont employés pour des par,- ties de poutres d'épaisseur constante de la ferme peuvent être disposés en quelques points convenablement choisis seu- lement ,par exemple en 4 ou 6 points répartis sur la longueur de la poutre En outre , au milieu de la ferma ( fig. 8) les éléments i2 et 13 ainsi que les éléments correspondants
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23 de la partie d'épaisseur constante de la poutre à. treillis peuvent avoir la même section que les parties voisines des faces respectives 4,5 et 20.
Le revêtement des parois et de la toiture dont il a été parlé précédemment est indiqué sur les figures 6 et 8 par le pointillé 24 .En 25 figure 6 ,on voit en traits mixtes une partie d'un gui- dage de porte extérieure ,dont il sera question plus loin.
une caractéristique importante de la construction représen- tée tige 6 à 8 consiste dans le moyen utilisé pour supporter l'effort tranchant vertical dans la partie de poutre d'épais seur constante Au milieu de la portée cet effort peut être reporté sur la poutre mais aux extrémités ,par un seul système des étrésillons 11 croisée là où les efforts tran chante peuvent être plus grands suivant la charge du toit, on peut disposer des étrésillons en rangées simple,double ou triple ,suivant la charge On a représenté en traite pleins, à gauche du montant 26 ( fig.6 ) un système simple, Les lignes en traits mixtes à la gauche du montant 27 montrent comment les étrésillons II peuvent être doublés pour former un système d'étrésillons double ;
un système d'étrésillons triple est indiqué de manière analogue à la gauche du montant 28 e Tous les éléments hors norme des croisillons peuvent être constitués par des pièces standard en raison du fait quûune poutre d'épaisseur constante fait partie de la ferme . De cette façon, cette construction composée permet de supporter dans d'excellentes conditions l'effort trancnant vertical en s'adaptant aux diverses chargée .
Dans le mode de réalisation représenté figures 9 et
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10, on voit une construction composée de plusieurs- pore- tiques,dans laquelle une ferme d'extrémité et la ferme voisi- ne sont reliées par des étrésillons de façon à former une poutre.
capable de supporter la charge du vent Dans la figure les deux fermes 30 et 31 portées par des piliers 1 de construction appropriée sont ainsi reliées au niveau des
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membrures infériaure s 5 des reImes <0 Les étrésil1oI8 des poutres qui peuvent être constitues par des rers cornières d'une ou de quelques longueurs standard est ici représente sous t'orme de treillis 4 Dans l'exemple en question, la pare tie de la ferme qui se trouve au milieu de la portée est formée de barres simples croisées tandis queaux extré- mités de la portée 1 les barres 33 se croisent,de préférence, en plusieurs points Les autres éléments des figures 9 et 10 qui correspondent à ceux des autres figures portent les mêmes numéros de référence .
En fait les figures 9 et 10 corres- pondent ,en ce qui concerne la constitution des fermes elles- mêmes à la construction représentée fig.6 à 8. Les fers 18 qui longent et réunissent les membrures internes des piliers 1 répartissent la charge au vent sur les piliers de tous les portiques de la charpente ou sur ceux des ces piliers auxquels il parait utile de la transmettre On peut aussi,,
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si 1''effort du vent 1' exiga>prévoir un treillis semblable au treillis 32,32 entre d'autres portiques que ceux repré- sentes,comme on le voit* en pointillé en haut de la gigure 9.
Le treillis 32,33 est particulièrement avantageux dans le cas d'une construction telle qu'un hangar ou un grand Shed... muni de grandes portes 1, parce que l'on peut disposer la poutre formée par les fermes et le treillis en question
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derrière la partie supérieure des portes , de façon à transmettre l'effort du vent sur la moitié supérieure des portes aux parois latérales du balisent et de là au sol On a représenté en 34 fig.
10 des portes coulissantes,mobiles sur les rails 35, placés sur le sol, et munies à leur par- tie supérieure de galets 36 roulant entre des guides 37 (fig.9 et 10) portésen porte à faux par des supports 38 d'une seule longueur standard, monlés sur les membrures in- férieuree 5 des fermes ( voir aussi les fig.6 et 8 ).
En cas de nécessité ,le support des portes peut être prolongé au-delà des parois de la construction, on prolongeant les guides 37 qui,dans ce cas seraient supportés par d'autres fers en porte à faux analogues aux fers 38, montés sur le prolongement 25 de la poutre de support des portes,,(voir fig. 8)
Les figures schématiques II à 15 faciliteront la compréhension des modifications décrites à propos des figu- res 6 à 10 La ferme 2, semblable à celle décrite en réfé- rence aux fig. 6 à 8 est représentée figIl dans son ensem- ble fig. 14 on voit le treillis 32, 33 destiné à supporter l'effort du vent et reliant les deux dernières fermes 3031.
Si ce treillis est limité aux. fermes extrémes, les fermes intermédiaires 2 restent reliées seulement par les traverses 17 ( fige 13) ou par ces traverses et les fers 18. Si l'on désire donner aux fermes une solidité ou une rigidité accrues on peut leur incorporer des étrésillons ou des fers diago- naux supplémentaires . comme on le voit par exemple en 40, fig. II ou en 41 figure 12. Les étrésillons ou fers diago- naux peuvent aussi être ajoutés aux fermes 2 et aux piliers
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1 ( fig. 13 et 15 en pointillé et en traits pleine ) .
Les éléments des figures il à 15 semblables à ceux des autres figures,sont désignés par les mêmes nombres de réfé- rence .et
Dans une variante, une construction constituée en- tièrement par des portiques du type décrit peut être munie d'un treillis formant poutre tel que le treillis 32,33, déjà décrit sur toute la, surface de la toiture de façon à renforcer les membrures inférieures 5 pour le cas où un renversement des efforts ,du à Inaction du-vent ,viendrait à les soumettre à une compression, comme cela peut arriver dans certaines conditions.
Ceci peut se produire,* par exem- ple, lorsque des forces de succion s'exercent au-dessus du bâtiment, ' dans le cas de vent violent ,ou dans le cas d'une pression intérieure sous la toiture due à l'ouverture de la porte . permettant au vent de s'y engouffrer 0. Il est aussi possible qu'une violente forée verticale ascendante s'exerce par suite d'une combinaison de ces causes ( voir HAMILTON ET COCKS-JOURNAL INST.C.E.
Février 1940) Il y a lie u de noter que l'on peut résister aux forces verticales ascendantes de toutes natures qui peu- vent engendrer des compressions considérables dans les membrures inférieures 5 en reliant par des étrésillons ou de toute autre manière les membrures inférieures de toutes les fermes du bâtiment soit deux à deux soit dans leur ensemble .Dans une variante, ces forces peuvent être supportées par des fers diagonaux attachés aux membrures supérieures voisines.
Pour les membrures supérieures 4, qui sont normalement en compression,); il est bon de prévoir et de fixer- le revêtement 24 ou la couverture dont il joue le
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rôle de façon à entretoiser et à renforcer convenablement ces parties essentielles, On peut aussi,dans ce but ,utili- ser des entretoises ou tirants de reofrcement séparés , il va de soi -que l'invention n'est pas limitée aux exemples de construction particulièrement décrits ci-dessus et que l' on pourra modifier les portiques d'autres manières.
J'est ainsi que,figure 16, la ferme 2 comporte une membrure inférieure 5 qui ne s'étend pas sur toute sa longueur mais se termine à une faible distance des piliers 1. Par ailleurs, la construction de la ferme est semblable à celle des figu- res 6 à 8.
Dans la figure 17, la ferme 2 est articulée à ses extrémités, en 42 aux piliers .Dans co cas ,les piliers se terminent en biseau vers es charnières ; mais on remar- quera qu'au sol ,ils sont fixés rigidement comme on l'a vu précédemment .
Dans la figure 18, au contraire,le pilier est aminci à son extrémité inférieure et repose sur un appui 43 sur le sol.-
Dans la figure 19, on voit en 44 une pièce de raccordement du pilier et de la ferme dont l'angle est vif au lieu d'être arrondi.
Dans la pratique les étrésillons ou pièces dia- gonales des fermes et piliers ainsi que toutes autres pièces pourront être constituées par des fers plats, des fers à u etc.. au lieu de fers cornières .
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