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Perfectionnements aux ossatures de bâtiments.
Cette invention a trait à la construction de bâtiments et a pour objet un système amélioré par lequel des ossatures de bâtiment peuvent être faites d'unités préfabriquées en béton armé ou en acier.
L'invention dans son aspect le plus large consiste en une ossature rigide comportant une pluralité de noeuds rigides (c'est-à-dire de noeuds destinés à absorber les moments fléchis- sants et les efforts tranchants) situés approximativement aux points de contreflexion de l'ossature. Par l'expression "ossatu- re rigide" il faut comprendre une ossature qui est rigide par rapport à des efforts appliqués dans son propre plan. Par l'ex- pression "points de contreflexion" il faut comprendre les points à moment fléchissant nul, .calculé en tenant compte des -charges statiques données que la construction est destinée à supporter.
En utilisant des noeuds rigides approximativement aux
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points de contreflexion, on peut construire une ossature rigide comprenant une pluralité d'éléments rigides préfabriqueés qui soit capable de résister aux forces verticales et horizontales qui peuvent lui être appliquées. Les noeuds rigides se trou- vent approximativement aux points de contreflexion sont capa- bles de résister aux moments, aux efforts tranchants et aux efforts axiaux qui leur seront appliques et la construction entière, quoique constituée d'éléments préfabriqué se com- porte comme une ossature rigide construite sur place et a tous les avantages d'une construction rigide ordinaire. Il n'est pas besoin d'employer des ouvriers spécialisés pour le montage de cette ossature.
Afin que cette invention puisse être comprise claire- Ment Quelques forces d'exécution de celle-ci seront décrites, avec référence aux dessins annexés dans lesquels:
Fig. 1 est une vue en élévation d'une ossature de batiaent en béton armé comprenant un nombre de cadres verti- caux reliés par des poutres secondaires longitudinales. fig. 2 est une coupe en plan de cette ossature, suivant la ligne II-II de la fig. 1;
Fig. 3 est une coupe en ovation à échelle agrandie d'un des noeuds dans les poutres représentées sur la fig. 1;
Fig. 4 est une coupe en élévation à échelle agrandie d'un des noeuds dans les colonnes extérieures représentées sur la fig. 1;
Fig. 5 est une coupe en élévation à échelle agrandie d'un des noeuds dans les colonnes internes représentées sur la tige 1;
Fig. 6 est une vue en perspective montrant des élé- ents type de l'ossature plus ou 'oins séparas;
Fig. 7 est me coupe de profil d'un cadre vertical de béton armé pour un bâtiment tel que baraquement giliteire, cantine, clinique, ou bâtiment de ferme;
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Fig. 8 est une vue en perspective d'un élément en acier qui peut être employée au lieu d'un élément en béton armé.
Fig. 9 est une vue de profil d'un noeud pour assen- bler les éléments en acier.
Se référant d'abord aux figures 1 à 6 on voit que la construction est faite de trois cadres formés chacun de trois colonnes verticales 1, 2 et 3 et deux poutres horizontales pri- maires 4 et 5 respectivement au sommt et à un point intermédiai- re de la hauteur des colonnes verticales. Ces trois cadres sont réunis au moyen de douze poutres secondaires horizonta- les et longitudinales ; qui traversent des ouvertures ménagées dans les cadres; sept de ces poutres secondaires 6 étant éga- lement espacées au niveau de la poutre primaire 5 et cinq d'entre elles étant également espacées au niveau de la poutre primaire 4 comme il est montré clairement dans la figure 1.
L'invention est représentée ici sous une forme aussi simple pour plus de clarté. En pratique, chaque cadre peut comporter un beaucoup plus grand nombre de colonnes verticales et de poutres primaires horizontales et il peut y avoir un nombre quelconque de ces cadres et de poutres secondaires.
Selon la présente invention chaque cadre est fait d'un certain nombre d'éléments en béton armé moulés d'avance et assemblés entre eux au moyen de noeuds rigides aux zones ou ap- proximativement à l'intérieur des zones de contreflexion du cadre. Ainsi chacune des deux colonnes externes 1 et 3 de cha- que cadre est assemblée au moyen de deux noeuds rigides 7, un à une certaine distance au dessus du niveau du sol et l'autre à une certaine distance au-dessus du niveau de la poutre 5 ; la colonne du milieu 2 de chaque cadre est de même assemblée au moyen de deux noeuds rigides 8 au même niveau que les noeuds 7 comme c'est représenté ;
la poutre primaire 5 de chaque cadre est assemblée, près de son point de rencontre avec les colon- nes 1, 2 et 3, à ces mêmes colonnes au moyen de quatre noeuds rigides 9 et la poutre primaire 4 de chaque cadre est de même
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ass-blée au oyen de quatre noeuds rigides 9 sauf que les noeuds dans ce cas sont un peu plus écartéas des colonnes res- pevtives.
Ces quatorze noeuds aux points de contreflexion sont les seuls noeuds dans le cadre et on peut voir que le cadre comprend treize clients préfabriqu4s en .bton armé, Il y a ainsi deux éléments a qui forment les parties inférieures des colonnes 1 et 3, un élément b formant la partie inférieure de
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la colonne 2 deux éléments o formant les parties intermédiai- res des colonnes 1 et 3 et comprenant chacune aussi d'un côté la partie adjacente de la poutre 5 ; un élément d formant la
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partie inter-nédîaire de la colonne 2 et comprenant des deux côt4s la partie adjacente de la poutre 5; deux ±14ment3 e for- mant les parties supérieures des colonnes 1 et 3 et comprenant chacun d'un côté la partie adjacente de la poutre 4;
un élé ment f formant la partie supérieure de la colonne 2 et compre- nant des deux côtés la partie adjacente de la poutre 4; deux
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élé-ments Z formant les parties restantes de la poutre 5 et deux éléients h formant la portion restante de la poutre 4.
En plus chacune des poutres secondaires horizontales 6 est aussi faite de4lènents préfabriqués en bton arm relias entre eux au Moyen de noeuds rigides 10 aux zones, ou approxi-
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aativerent dans les zones de contreflexion. Ainsi, chaque poutre 6 est composée d'un élément central de longueur rela-
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tiTesent faible faisant saillie de chaque côté de la poutre 4 ou 5 du cadre intérieur et de deux é14ments d'extr mité plus longs k s'étendant à partir de l'élément central vers les,ca- dres externes respectifs. La figure 6 montre, en perspective,
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des exemples des différents élments 4 à k.
Sur la fig. 3 est représenté un des noeuds rigides 9 dans une poutre 4 ou 5. Ce noeud est un assemblage à enture dans lequel les extrémités à assembler sont amincies de façon à se raccorder ensemble par des surfaces longitudinales incli- nées 11 appuyées l'une sur l'autre, qui sont tenues ensemble
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au moyen de'deux boulons transversaux passant au travers les dites extrémités. Ces surfaces peuvent être en outre fixées ensemble au moyen d'une barre de liaison transversale en acier 13 de section en 1, qui est fixée lors du moulage dans l'extré- mité aminde d'un des éléments à assembler et pénètre dans un trou ménagé dans l'extrémité amincie de l'autre piègent. Un coulis 14 est mis en place pour fixer la barre de liaison 13 dans ce trou.
La barre de liaison 13 doit s'étendre dans les deux éléments assez loin pour recouvrir les armatures de ces éléments et rendre la dite barre de liaison solidaire du béton et du coulis, de façon à pouvoir résister à la tension.
La fig. 4 représente un des noeuds rigides 7 dans les colonnes externes 1 et 3. Ce noeud est quelque peu similaire à celui montré dans la fig. 3 excepté que les surfaces longi- tudinales 11a ne sont pas inclinées et que les boulons transver- saux sont omis. Au lieu de cela, deux barres de liaison longi- tudinales en acier 15 de section en 1, ou des barres d'armatu- re d'autre section sont fixées lors du moulage dans l'extrémité inférieure de l'élément supérieur et pénètrent dans les trous formés dans l'extrémité supérieure de l'élément inférieur où elles sont scellées au moyen d'un coulis 16 comme représenté ; un coulis additionnel étant versé entre les extrémités, en contact de ces éléments.
Comme dans le cas de la fig. 3 il est de la plus haute importance que les barres de liaison 15 s'étendent dans tous les éléments assez loin pour recouvrir les armatures des dits éléments, pour fixer la longueur et rendre la barre de liaison solidaire du béton et du coulis de façon à résister à la tension. Ainsi le noeud de la fig. 4 est réellement un noeud rigide.
La fig. 5 représente un des noeuds rigides 8 dans la eolonne intérieure 2. Ce noeud est le même que celui de la fig.4 excepté que les extrémités à assembler ne sont pas amincies ou conformées en gradin. Deux barres de liaison longitudinales 15a
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semblables aux barrel15 de la fig. 4, ou des barres d'autre sec- tion sont fixées lors du moulage dans l'extrémité inférieure de l'élément supérieur et pénètrent dans des trous forcés dans l'extrémité supérieure de l'élément inférieur, où elles sont scellées au moyen du coulis 16a., un coulis additionnel étant placé entre les extrémités en contact. comme c'est le cas dans la fig.
4 le noeud est réellement un noeud rigide.,
Les noeuds des figures 4 et 5 pourraient être modifiés en scellant les barres de liaison 15, 15a ou des barres d'autre section dans des trous formés dans les deux éléments à assembler.
Les noeuds 10 peuvent être en substance identiques aux noeuds 9 représentés dans la fig. 3.
Du coulis peut être versé dans chaque espace libre entre chaque poutre secondaire et dans la partie supérieure des trous dans les cadres au travers desquels elle passe.
Il est clair que cette invention est susceptible d'une variété de modifications. La fig. 7 par exemple représente un cadre pour une ossature plus simple destinée au montage des baraquements militaires ou constructions similaires. Dans ce cas chaque cadre consiste simplement en deux colonnes 17 re- lises au sommet au moyen d'une poutre suprieure 18 conforme pour supporter un toit incliné. Dans ce cas il y a deux points de contreflexion situés à environ 1/3 de la distance le long des parties inclinées respectives de la poutre supérieure et le cadre correspondant consiste en trois éléments préfrabiqués en béton armé, à savoir deux éléments égaux 1 comprenant chacun une des colonnes 17 et la demi partie inclinée adjacente de la poutre supérieure 18 et un élément e comprenant le reste de la dite poutre supérieure 18.
Ces éléments sont assenblés au Moyen de deux joints à enture 19 qui peuvent être identiques aux joints 9 représentés dans la fig. 3. Le cadre de la fig.7 peut être pourvu de trous comme dans la disposition précédente de façon que plusieurs cadres puissent être assemblés par des pou- tres secondaires longitudinales, lesquelles peuvent aussi être
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formées d'éléments assemblés de la même façon que prûcédemment aux points de contreflexion.
Les éléments formant les cadres ci-dessus ne sont pas nécessairement des éléments en béton armé coulés d'avance mais peuvent être des éléments préfabriqués en acier. Dans le cas par exemple, du cadre montré dans la fig. 7 chaque élément en acier équivalent aux éléments 1, m pourrait être constitué soit par une barre cintrée en acier de section en I ou par deux barres en acier, droites, de section en I soudées ensemble.
Dans le cas du cadre montré dans la fig.' 1 chaque élément en acier, équivalent à a jusque h pourrait être constitué soit par une simple barre de liaison en acier de section en I (dans le cas des éléments a, b, g et h) ou par deux barres de liaison en acier de section en I soudées ensemble (dans le cas des élé- ments c, e, f) ou trois barres de liaison en acier de section en I soudées ensemble (dans le cas de l'élément d). La fig. 8 montre à titre d'exemple l'élément équivalent à d construit à l'aide de trois barres d'acier 20, 21 et 22 soudées ensemble comme représenté et cette figure permet de comprendre facile- ment comment on peut fabriquer les autres éléments en acier moins compliqués.
Cette figure, ainsi que la fig. 9, représen- tent les noeuds par lesquels l'élément est relié aux éléments adjacents. Ces noeuds sont identiques et des noeuds similaires peuvent être employés pour assembler tous les autres éléments en acier, que ceux-ci soient équivalents aux éléments de la fig. 1 ou à ceux de la fige 7.
Chaque noeud est donc formé en coupant les bouts des barres de section en I à assembler de façon qu'elles s'ajustent ensemble pour former deux sur-.,faces longitudinales contigues en 23, puis en soudant des cornières 24 sur les côtés opposés dans des âmes des deux bouts à assembler de façon qu'elles forment des brides de niveau avec le dit noeud longitudinal en 23. Ces brides sont boulonnées ensemble au moyen de boulons 25 et des tôles additionnelles sont boulonnées des deux côtés,
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au-dessus et en-dessous des parties de bride des extrémités à réunir, coe Montré clairement.
Dans le cas de la construction en,acier, des poutres secondaires longitudinales pour réunir les cadres pourraient être const-ituées par des barres de liaison en acier passant à travers des ouvertures dans l'âme des cadres, d'une manière analogue à la disposition des fics. 1 et 2. De telles barres de liaison pourraient être fixées aux cadres soit par boulon- nage ou par soudure et pourraient aussi être faites d'éléments assembles aux points de contreflexion de la même manière que dans les figs. 1 et 2. Les noeuds étant semblables à ceux illustrés dans les figs. 8 et 9.
Il a déjà été proposé d'établir une construction à cadre d'acier, comprenant des poteaux de section en I et des poutres continues de section en I, chaque poutre étant asse- blée en des points de contreflexion au moyen d'une tôle plate boulonnée à son âme et destinée à absorber les efforts tran- chants et chaque poteau étant assemblé en un ou plusieurs points entre les poutres au -moyen de plaques d'âe et de bride, destinées à absorber les charges locales.
REVENDICATIONS
1) Ossature à cadre rigide comportant une pluralité de joints rigides (c'est-à-dire de noeuds destinés à absorber les momets fléchissants et les efforts tranchants) situés appro- xiativement aux points de contreflexion de l'ossature.
2) Ossature à cadre rigide comprenant une pluralité d'éléments préfabriqués assemblés entre eux par des noeuds ri- gides (c'est-à-dire des noeuds destinés à absorber les moments fléchissants et les efforts tranchants) situés approximative- ment aux points de contreflexion de l'ossature.
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Improvements to building frames.
This invention relates to the construction of buildings and relates to an improved system whereby building frames can be made of prefabricated reinforced concrete or steel units.
The invention in its broadest aspect consists of a rigid framework comprising a plurality of rigid nodes (that is to say nodes intended to absorb bending moments and shear forces) located approximately at the points of counter-flexion of the framework. By the expression "rigid frame" is meant a frame which is rigid with respect to forces applied in its own plane. By the expression "counter-bending points" it is necessary to understand the points with zero bending moment, .calculated taking into account the given static loads which the construction is intended to support.
Using rigid knots approximately at
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counterflexion points, a rigid frame can be constructed comprising a plurality of prefabricated rigid elements which is capable of withstanding the vertical and horizontal forces which may be applied to it. The rigid nodes are located approximately at the counter-flexion points and are able to withstand the moments, shear forces and axial forces which will be applied to them and the entire construction, although made up of prefabricated elements behaves like a frame. rigid built in place and has all the advantages of ordinary rigid construction. There is no need to employ specialized workers for the assembly of this framework.
In order that this invention may be clearly understood- Some operational strengths thereof will be described, with reference to the accompanying drawings in which:
Fig. 1 is an elevational view of a reinforced concrete frame structure comprising a number of vertical frames connected by longitudinal secondary beams. fig. 2 is a plan section of this framework, taken along line II-II of FIG. 1;
Fig. 3 is a section in ovation on an enlarged scale of one of the nodes in the beams shown in FIG. 1;
Fig. 4 is a sectional elevation on an enlarged scale of one of the nodes in the outer columns shown in FIG. 1;
Fig. 5 is a sectional elevation on an enlarged scale of one of the nodes in the internal columns shown on the rod 1;
Fig. 6 is a perspective view showing typical elements of the more or less separated framework;
Fig. 7 is a cross-section of a vertical frame of reinforced concrete for a building such as a giliteire hut, canteen, clinic, or farm building;
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Fig. 8 is a perspective view of a steel element which can be used instead of a reinforced concrete element.
Fig. 9 is a side view of a node for assembling the steel elements.
Referring first to figures 1 to 6, it can be seen that the construction is made of three frames each formed of three vertical columns 1, 2 and 3 and two primary horizontal beams 4 and 5 respectively at the top and at an intermediate point. re the height of vertical columns. These three frames are joined by means of twelve horizontal and longitudinal secondary beams; which pass through openings in the frames; seven of these secondary beams 6 being equally spaced at the level of the primary beam 5 and five of them being equally spaced at the level of the primary beam 4 as clearly shown in FIG. 1.
The invention is shown here in such a simple form for the sake of clarity. In practice, each frame may have a much larger number of vertical columns and horizontal primary beams and there may be any number of such frames and secondary beams.
According to the present invention each frame is made of a certain number of reinforced concrete elements molded in advance and assembled together by means of rigid nodes at the zones or approximately inside the zones of counterbending of the frame. Thus each of the two outer columns 1 and 3 of each frame is assembled by means of two rigid nodes 7, one at a certain distance above ground level and the other at a certain distance above the level of the ground. beam 5; the middle column 2 of each frame is likewise assembled by means of two rigid nodes 8 at the same level as the nodes 7 as shown;
the primary beam 5 of each frame is assembled, close to its meeting point with the columns 1, 2 and 3, to these same columns by means of four rigid nodes 9 and the primary beam 4 of each frame is likewise
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ass-blée using four rigid nodes 9 except that the nodes in this case are a little further apart from the respective columns.
These fourteen knots at the counterflexion points are the only knots in the frame and we can see that the frame includes thirteen prefabricated reinforced concrete clients. There are thus two elements which form the lower parts of columns 1 and 3, one element b forming the lower part of
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column 2 two elements o forming the intermediate parts of columns 1 and 3 and each also comprising on one side the adjacent part of beam 5; an element d forming the
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inter-nédîaire part of column 2 and comprising on both sides the adjacent part of beam 5; two ± 14ment3 e forming the upper parts of columns 1 and 3 and each comprising on one side the adjacent part of beam 4;
an element f forming the upper part of the column 2 and comprising on both sides the adjacent part of the beam 4; of them
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Z elements forming the remaining parts of the beam 5 and two h elements forming the remaining portion of the beam 4.
In addition each of the horizontal secondary beams 6 is also made of prefabricated reinforced concrete lènents interconnected by means of rigid nodes 10 at the zones, or approximately.
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aativate in areas of counter-flexion. Thus, each beam 6 is composed of a central element of relative length.
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Low tiTesent protruding from either side of the beam 4 or 5 of the inner frame and two longer end members k extending from the central member to the respective outer frames. Figure 6 shows, in perspective,
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examples of the different elements 4 to k.
In fig. 3 is shown one of the rigid nodes 9 in a beam 4 or 5. This node is a finger joint in which the ends to be assembled are thinned so as to join together by inclined longitudinal surfaces 11 resting on each other. 'other, which are held together
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by means of two transverse bolts passing through said ends. These surfaces can be further fixed together by means of a transverse steel connecting bar 13 of section in 1, which is fixed during the molding in the thin end of one of the elements to be assembled and enters a hole. provided in the thinned end of the other trap. A grout 14 is put in place to fix the connecting bar 13 in this hole.
The connecting bar 13 must extend into the two elements far enough to cover the reinforcements of these elements and make said connecting bar integral with the concrete and the grout, so as to be able to withstand the tension.
Fig. 4 represents one of the rigid nodes 7 in the outer columns 1 and 3. This node is somewhat similar to that shown in fig. 3 except that the longitudinal surfaces 11a are not inclined and the transverse bolts are omitted. Instead, two longitudinal steel tie bars 15 of 1-section, or reinforcing bars of other cross-section are fixed during the molding in the lower end of the upper element and penetrate into it. the holes formed in the upper end of the lower element where they are sealed by means of a grout 16 as shown; an additional grout being poured between the ends, in contact with these elements.
As in the case of fig. 3 It is of the utmost importance that the tie bars 15 extend into all the elements far enough to cover the reinforcements of said elements, to fix the length and to make the tie bar integral with the concrete and the grout so as to withstand the tension. Thus the node of FIG. 4 is really a rigid knot.
Fig. 5 shows one of the rigid nodes 8 in the inner column 2. This node is the same as that of fig.4 except that the ends to be assembled are not thinned or shaped in steps. Two longitudinal connecting bars 15a
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similar to the barrel15 of fig. 4, or bars of other section are fixed during molding in the lower end of the upper element and enter forced holes in the upper end of the lower element, where they are sealed by means of the grout 16a., an additional grout being placed between the contacting ends. as is the case in fig.
4 the knot is really a rigid knot.,
The nodes of figures 4 and 5 could be modified by sealing the connecting bars 15, 15a or bars of other section in holes formed in the two elements to be assembled.
The nodes 10 may be substantially identical to the nodes 9 shown in FIG. 3.
Grout can be poured into each free space between each secondary beam and into the top of the holes in the frames through which it passes.
It is clear that this invention is susceptible to a variety of modifications. Fig. 7 for example represents a frame for a simpler framework intended for the assembly of military barracks or similar constructions. In this case each frame simply consists of two columns 17 connected to the top by means of an upper beam 18 conforming to support a sloping roof. In this case there are two counter-bending points located about 1/3 of the distance along the respective inclined parts of the upper beam and the corresponding frame consists of three prefrabicated reinforced concrete elements, namely two equal elements 1 each comprising one of the columns 17 and the adjacent inclined half part of the upper beam 18 and an element e comprising the rest of said upper beam 18.
These elements are assembled by means of two finger joints 19 which may be identical to the joints 9 shown in FIG. 3. The frame of fig.7 can be provided with holes as in the previous arrangement so that several frames can be assembled by longitudinal secondary beams, which can also be
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made up of elements assembled in the same way as before at the counter-flexion points.
The elements forming the above frames are not necessarily reinforced concrete elements cast in advance but may be prefabricated steel elements. In the case, for example, of the frame shown in fig. 7 each steel element equivalent to elements 1, m could be constituted either by a bent steel bar of I section or of two straight steel bars of I section welded together.
In the case of the frame shown in fig. 1 each steel element, equivalent to a up to h, could be constituted either by a simple steel connecting bar of I-section (in the case of elements a, b, g and h) or by two steel connecting bars of I-section welded together (in the case of elements c, e, f) or three I-section steel tie bars welded together (in the case of element d). Fig. 8 shows by way of example the element equivalent to d constructed using three steel bars 20, 21 and 22 welded together as shown and this figure makes it easy to understand how the other elements can be made from less complicated steel.
This figure, as well as FIG. 9, represent the nodes by which the element is connected to the adjacent elements. These nodes are identical and similar nodes can be used to join all the other steel elements, whether these are equivalent to the elements of fig. 1 or those of fig 7.
Each node is therefore formed by cutting the ends of the I-section bars to be assembled so that they fit together to form two on - contiguous longitudinal faces at 23, then by welding angles 24 on the opposite sides in webs at both ends to be assembled so that they form flanges level with said longitudinal node at 23. These flanges are bolted together by means of bolts 25 and additional sheets are bolted on both sides,
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above and below the flange portions of the ends to be joined, as shown clearly.
In the case of steel construction, longitudinal secondary beams for joining the frames could be constituted by steel tie bars passing through openings in the web of the frames, in a manner analogous to the arrangement. fics. 1 and 2. Such connecting bars could be fixed to the frames either by bolting or by welding and could also be made of elements assembled at the points of counter-flexion in the same manner as in figs. 1 and 2. The nodes being similar to those illustrated in FIGS. 8 and 9.
It has already been proposed to establish a steel frame construction, comprising I-section columns and continuous I-section beams, each beam being joined at counter-bending points by means of a flat sheet. bolted to its web and intended to absorb the shearing forces and each column being assembled at one or more points between the beams by means of web and flange plates, intended to absorb the local loads.
CLAIMS
1) Rigid-frame framework comprising a plurality of rigid joints (ie nodes intended to absorb bending momets and shearing forces) located approximately at the points of counter-flexion of the framework.
2) Rigid frame framework comprising a plurality of prefabricated elements assembled together by rigid nodes (that is to say nodes intended to absorb bending moments and shearing forces) located approximately at the points of counterbending of the framework.