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PERFECTIONNEMENTS AUX-ELEMENTS'DE CONSTRUCTION DES CHARPENTES -MÉTALLIQUES.
Cette invention concerne principalement les poutres ou châssis rigides continus ordinairement employés comme ossature dans la construction de bâtiments légers pour remplacer les constructions plus habituelles utilisant des piliers et des fermes.
Dans-une construction à châssis rigides, chaque châssis trans=.
'versai principal du bâtiment peut comprendre une seule poutre résistante con= tinue établie sous forme d'arc, de feme à deux versants ou en dents de scie.
Par suite des réactions de flambage considérables sous la charge normale qui lui est imposée par le poids propre de la construction ou par une charge de neige et la pression du vent, il est essentiel que toute poutre de ce genre soit construite de telle manière que sous charge elle reste rigide sur toute sa longueur.
Les conditions de facilité de fabrication, de transport et de montage exigent habituellement que chaque membrure résistante soit composée dune série d'éléments constitutifs plus courts, séparés9 assemblés bout-à-bout pour former une poutre continue unique.
Par exemple, le châssis de ferme con- ventionnel en forme de dos d'âne peut être constitue de quatre tronçons ou éléments droits séparés disposés de telle manière que les joints se placent aux points correspondant à la position des gouttières et du faîtage. la prin- cipale difficulté de la construction de ces châssis réside dans Inexécution des joints aux extrémités boutà-bout de ces tronçons constitutifs successifs qui ne doivent pas être moins rigides et résistants que les autres parties du châssis ou du faîtage.
Cette invention a pour but de créer un type d'élément de cons- truction destiné principalement à être utilisé comme châssis d'arbelétrier et susceptible d'être assemblé bout-à-bout avec d'autres éléments semblables pour former des poutres en arc ou des châssis de fermée uniquement en boulonnant
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ensemble les extrémités placées bout-a-bout des éléments success-if's, par exem= ple, pendant l'opération ordinaire de 1?érection sur place. h9é.ément de construction est établi de telle manière que les joints résultants entre les extrémités placées bout4-bout soient véritablement rigides et non flexibles.
Suivant la présente invention, les éléments de construction comprennent une poutrelle présentant des tables reliées par une ême, cette poutrelle se bifurquant à une extrémité ou aux deux extrémités pour former des branches indépendantes qui sont réunies entre elles par une plaque de joint ou d'assemblage..
Pour réaliser l'invention.\' ces éléments de construction peuvent être exécutés au moyen de tronçons de poutrelles en acier laminé qu'on divise
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en deux en fendant l'âme longitudinalement sur une certaine distance à partir de chaque extrémité, dont on ouvre ensuite la fente de manière à obtenir une forme triangulaire et on fixe, par exemple par soudage aux extrémités des bran- ches après les avoir convenablement rognées sous forme de surface plane, une
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plaque deextrémits pour former la plaque de joint. Une fourrure plate est aussi de préférence soudée en travers de l'intervalle compris entre les âmes externes des branches. Plus de rigidité peut être obtenue au moyen de
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feuillards d9entretoisement reliant les âmes entre elles.
Suivant un autre mode de construction, au lieu de former Isolé- ment d'une seule poutrelle, on peut l'exécuter au moyen de deux tronçons sépa- rés de section transversale en forme de T. Suivant une variante, on peut le composer entièrement de feuillards.
L'invention est représentée aux dessins annexés, dans lesquels Fig. 1 est une vue en élévation d'un élément de poutre de bâtiment suivant une
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forme deexécution de leinvention. FIg. 2 est une vue en perspective, à plus grande échelle., d9une extrémité seulement de Isolément de poutre représentée sur la Figo 1 mais où les membrures d'entretoisement sont omises. Fig. 3 en est une vue en bout montrant la plaque d'extrémité du joint. Fig. 4 est une vue en élévation de la poutre représentée sur la Figo 1, mais montrant son
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exécution au moyen de poutrelles séparées, de section transversale en T.
Frigos est une élévation en bout de la ferme complète d'un édifice à plusieurs tra- vées, constituée par des éléments de poutres construits suivant L'invention.
Figs. 5., 5b et 5c sont des vues de détail en élévation à plus grande échelle,
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les figs. 5a et 5b montrant la construction du joint respectivement aux gout- tières et au faîtage et la Fige 5c à la noue entre des travées successives.
Fige 5d est une vue de détail en perspective montrant .une plaque de renforce- ment annulaire.
Fig. 6 est une élévation en bout montrant l'application de l'é- lément suivant l'invention à la construction de châssis de ferme d'une grande portée par exemple 80 pieds (24 m).
Fige 7 est une vue en bout montrant Inapplication de Isolément de construction suivant cette invention à la construction d'une toiture en dent de scie.
Si l'on se réfère plus particulièrement aux figs. 1 à 4 des dessins, on voit que les éléments de poutres suivant cette invention compor- tent essentiellement une poutrelle présentant des tables 1, 1 réunies par une âme 2; la poutre se bifurquant à 1-lune de ses extrémités ou aux deux extrémi- tés par la subdivision de l'âme pour former deux branches indépendantes indi= quées respectivement en 3 et 4 réunies par une plaque d'extrémité 5, comme il sera expliqué ci-après, cette plaque dextrémité 5 constituant un disposi- tif pour assembler la poutrelle à d9autres poutrelles employéesdans la cons- truction ou à des poutres verticales.
Figo 1 montre une poutre typique où les deux extrémités sont bi= furquées, la poutre étant faite d'une poutrelle en acier laminé desoction trans-
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versale en I, comme c9est clairement représenté sur la Fig. 2, dont 19âme li cst fendue aux deux extrémités, comme c'est indiqué respectivement en 6, 6' sur la Fige 1, chaque paire de branches 3 et 4 étant fermée par une plaque d'extrémité, tandis que la section centrale 7 de la poutrelle reste normale.
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L'âme peut être fendue par découpage au chalumeau., et on ouvre l'extrémité ou les extrémités en écartant l'une des branches 4 et en laissant l'autre branche ou les autres branches 3 dans une position rectiligne pour for= mer un triangle présentant un angle aigu.} à son sommet . o Les extrémités bi= furquées de la poutre sont rognées suivant une surface plane sous un angle ap- proprié en fonction de la forme de la poutre et les parties de l'âme sont réunies par une fourrure 8, la plaque d'extrémité relativement forte 5 étant finalement soudée en travers des deux extrémités et convenablement perforée en 11 pour former les trous des boulons d9assemblageo
Si on le désire, des pièces dentretoisement supplémentaires ou contrefiches 12 (voir Fig.
1) peuvent être soudées en travers des extrémi= tés bifurquées en -vue de créer un renforcement ou de la rigidité.
On comprendra que bien que les Figs.1 à 4 montrent l'applica- tion de l'invention à un élément de poutre où 1-lune des tables de la poutre est rectiligne d'un bout à 1?autre, 1?invention est applicable également à une construction où les branches des extrémités 3 et 4 sont déportées chacune de manière à former un triangle isoscèleo Suivant une variante., la branche déportée peut être établie alternativement d9un cote et de l'autre côté de l'axe de la poutre;
cette disposition peut se présenter dans le cas de l'é- lément de poutre représenté sur la Figo 2 lorsque la branche déportée qui constitue la membrure inférieure à l'extrémité de droite de la poutre,, forme la membrure supérieure à 1?autre extrémité de celle-ci, un exemple de cette disposition étant représenté sur la Fig. 6 comme c'est décrit ci-après.
Au lieu de construire la poutre à 1?aide de poutrelles en acier laminés, on peut l'exécuter au moyen de deux membrures séparées de section en T, comme cest représenté sur la Figo 4. Dans ce buts on choisit une poutrel= le en T rectiligne 13.et une seconde poutrelle 14 dont une extrémité ou les deux extrémités 15, 15'sont déportées, comme le montre la Figo 4, pour for- mer des extrémités bifurquées, les deux poutrelles étant assemblées entre elles sur la partie centrale 7 par soudure le long des bords en contact des âmes22.
Des fourrures ou goussets 8 sont soudés aux âmes à chaque extré- mité,, puis les extrémités sont rognées et enfin des plaques d'extrémité 5 et des contrefiches de raidissage 12 sont soudées comme il a été décrit pour les éléments exécutés au moyen d'une poutrelle unique en acier laminé.
Suivant une autre variante, ces éléments peuvent aussi bien ê- tre fabriqués entièrement au moyen de feuillards,,
La figo 5 montre un espace couvert d'un édifice à travées multi- ples où il est fait usage d'éléments de poutres semblables à ceux représentés sur les Figs. 1 et 4. La Figo 5 montre la travéeexterne qui comprend les pi- liers 20, 30, la ferme de la toiture étant composée de deux éléments 18, 19 assemblés entre eux au faîtage 10 par des boulons, comme c'est représenté sur la Fig. 5b.
A 19 endroit où l'arbalétrier et le montant se rencontrent, au point où se trouvent les gouttières extzrieures d9une pareille ferme, 19étude technique montre que sous une forte charge correspondant à une surcharge de neige ou à une pression latérale du vent, les ailes internes des parties abou= tées des éléments peuvent être soumises à des efforts de compression longi- tudinaux de grandeur considérableo Dans ces conditions il y a danger que le joint ne cède latéralement par suite du flambage de l'aile interne dans une direction perpendiculaire au plan de la ferme,
En vue d'assurer une plus grande stabilité, les piliers 20 situés le plus à l'extérieur de 19édifice sont, de préférence,
comme c9est représenté, construits au moyen d'éléments de poutres suivant 1?invention, de façon à for= mer aux gouttières un joint semblable à celui indiqué dune façon générale en 16 et comme cest représenté en détail.sur la fig. 5a où le montant 20 est relié à l'arbalétrier 18 par des boulons 25 passant au travers des pla- ques d'extrémité 5 des éléments de poutres adjacents. Le joint entre les fer- mes contiguës peut être assuré en boulonnant les plaques d'extrémité 5 des
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éléments d'arbalétrier 19 directement aux ailes 31 (voir Fig. 5c des piliers verticaux 30.
Une importante caractéristique de Inapplication de l'invention à ce cas, réside dans la disposition d'une pièce de stabilisation des gouttiè- res 26 de préférence placée longitudinalement, pour relier les fermes succes- sives sur la longueur du bâtiment. Une telle pièce de stabilisation des gout- tières est représentée en coupe transversale sur la Fige 5a et une de ses ex- trémités est représentée plus en détail sur la Fig. 5d;
Les pièces longitudinales 26 peuvent être constituées d'une cornière ou, comme c'est représenté sur les Figs. 5A et 5d ainsi que 5c, une pièce en acier laminé en U ou en 1 peut être disposée en travers de l'élé- ment au moyen dagrafes ou de goussets d'angle 26', soudés rigidement sur les extrémités.
Les goussets d'extrémité sont boulonnés sur 1'extrémité élargie de l'élément. Une étude technique montre qu'une pièce longitudinale relati- vement légère disposée de la manière décrite est suffisante pour empêcher une déformation latérale de la ferme aux gouttières$ même si 1-'effort de compression sur les ailes internes des éléments peut être extrêmement puissant.
La Fig. 6 montre une forme de hall de très grande portée qui peut par exemple couvrir un espace de 80 pieds (24m) de large. L'installation représenté se compose de six éléments comprenant deux piliers verticaux 40, 50 reliés entre eux par quatre éléments d'arbalétriers comprenant deux ar- matures similaires 41, 41' et une paire d'éléments d'arbalétriers 42, dont la branche déportée à chaque extrémité se trouve sur les cotés opposés -de l'axe de la poutre.
On remarquera que les six éléments sont boulonnés bout '-bout pour former une ferme complète. Pour une portée aussi grande, la déviation verticale ou flèche que prend en son milieu la poutre en arc sous une sur- charge de neige tend à être excessive. Pour combattre cet effet une charpen- te légère indiquée d'une façon générale en 45 est établie au-dessus de la par- tie médiane de la poutre en arc. Ceci a pour résultat de maintenir la tota- lité de cette partie médiane de la poutre parfaitement droite et exempte de flèche.
Des calculs appropriés montrent que lorsqu'une légère charpente couvrant à peu près la moitié de la portée est combinée avec une poutre en arc composée d'éléments établis suivant l'invention, la flèche entière qui se produit au milieu sous une lourde charge de neige ne dépasse pas la dévia- tion verticale d'une ferme complète couvrant toute la travée sous une charge similaire, tandis qu'on obtient une augmentation considérable de la hauteur libre à 1-'intérieur du bâtiment.
Fig. 7 montre Inapplication des éléments de construction fabri- qués de la manière ci-dessus décrite à Inexécution de toitures sheds, en dents de scie, avec éclairage au nord. Dans ce cas les extrémités des éléments de construction sont-établies de telle manière que les plaques d9extrémité 5 se trouvent dans des plans parallèles pour pouvoir être boulonnées directement aux ailes des poteaux verticaux 60 en profilés d'acier. Ces poutrelles peu- vent convenablement constituer les membrures verticales de poutres profondes disposées latéralement sur la largeur du bâtiment et présentant une résistan- ce suffisante à la flexion pour porter tout le poids de la toiture.
Les éléments de construction suivant cette invention simplifient l'érection du bâtiment à pied d'oeuvre, vu que le montage d'une ferme ou d'une poutre continue composée d'éléments de construction établis de la manière dé- crite peut être effectué entièrement par l'introduction de boulons dans les plaques d'extrémité placées bout-à-bout pour fixer les éléments successifs fermement entre eux.
Comme les plaques d'extrémité respectives des éléments succes- sifs placés bout-à-bout se trouvent en contact intime sur toute 1-9,étendue de leur surface, les efforts de compression longitudinaux qui se produisent sous ,1'action de la charge supportée par la poutre ou la ferme sont transmis directement d'une plaque d'extrémité 5 à l'autre. Les efforts de traction,
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les composantes de traction résultant des moments de flexion et les efforts de cisaillement peuvent être absorbés directement par les boulons. L'angle
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que forment les plaques d9extrmitê 5 avec la direction de 1?axe de la poutre ou du cintre peut être détermine de façon que les plaques soient à peu près perpendiculaires à la direction de la résultante des efforts à travers la section.
Dans ce cas le jeu admis dans les trous de boulon des plaques d'ex- trémité n'altère en aucune façon la rigidité de ].-assemblage.
Dans Inapplication pratique de l'invention,'} le découpage de la fente longitudinale sur une certaine longueur de l'âme prèsdesextrémités du tronçon de poutrelle employé pour former Isolément de construction peut être effectué au chalumeau de préférence par des moyens mécaniques.
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De même le rognage des bouts à 19extrémité évasée peut être effectué au chalumeau électrique!! les électrodes étant portées par une montu-
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re appropriée permettant d'effectuer ce découpage dans un plan. 1-'angle de ce dernier et l'axe de la poutrelle étant susceptible d?être réglé si ceest nécessaire. couverture des extrémités de la poutrelle fendue peut être ef- fectuée au moyen d'un cric hydraulique porté par une monture appropriée.
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En 7e.e.van,ge principal assuré par le mode de construction ci-dessus décrit, à savoir l'obtention de joints absolument rigides entre les extrémités des éléments constitutifs successifs de la poutre ou de la ferme,
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bien que ces éléments soient uniquement boulonnés ensemble par 1intermédiaire des plaques d.9extrêm.tê 5 sans qu9il soit nécessaire daeffectuer des travaux de soudage sur le chantier pour que lesjoints de la charpente ou de la poutre soient absolument rigides, Isolément de construction décrit présente encore d'autres avantages importants.
Les moments de flexion maxima se produisent généralement dans
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ces châssis ou fermes aux points où il existe un changement d93uc.ita.aisono Par exemple,, dans les fermes à versants de forme conventionnelle avec faîtage
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les moments de flexion maxima se produisent à Pendroit des gouttières 1 du faîtage. Il est généralement plus commode de disposer en ces points les jointsentre les éléments constitutifs adjacents. Comme la bifurcation aux extrémités des éléments successifs a.pour effet de provoquer une augmentation correspon-
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dante du moment dainertie de la section transversale, la résistance du chas- sis à la flexion est augmentée aux endroits particuliers de sa longueur qui correspondent aux points du moment de flexion maximum.
En outre,par suite de l'angle divergent formé entre les:; ta-
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bles des branches 3 et 4 vers les extrémités de 19élément, une grande .¯rtie de 19effort de cisaillement normalement absorbé par l'âme 2 ou la fourrure d'une telle'poutre en ces points peut être absorbée directement par les tables, Ainsi, il nest habituellement pas nécessaire dentretoiser complè- tement Pâme fendue. Quelques barres plates ou feuillards soudés à cer- tains intervalles en travers des branches divergentes de Pâme sont générale- ment suffisants pour absorber le restant de ces efforts de cisaillement.
Un autre avantage important de Isolément de construction suivant 1?invention réside dans le fait que l'évasement des extrémités de ces éléments permet de disposer les boulons d9assemblage entre les plaques des joints à une distance suffisante les uns des autres pour que la résistance complète à la flexion de Isolément, puisse être maintenue au droit de la jonc- tion par les boulons.
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