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Cette invention se rapporte à des éléments composites terminés destinés à entrer dan.s la constitution de charpentes ou ossatures de diverses oonstruotions, mesurant une longueur considérable et dotées d'une grande résistance, ces éléments étant spécialement conçus et établis pour constituer des supports/de poutrelles secondaires dans la construction de planchers, de toitures et d'éléments de construction analogues.
Un but de l'invention est de permettre la réalisation d'un élément d'ossature en forme de poutre particulièrement robuste du type sus-rappelé, possédant une résistance accrue en même temps qu'un poids réduite cet élément d'ossature
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ou poutre étant remarquable en ce que la membrure supérieure et la membrure inférieure mesurent les marnes dimensions;
cette poutre étant formée de deux éléments semblables façonnés à froid, formant respectivement la membrure supérieure et la membrure inférieure, et reliés par un système tubulaire
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formant lame,
Un autre but de l'invention est de permettre la réalisation d'une poutre de ce type comportant un montant terminal vertical reliant la membrure supérieure et la membrure inférieure à chaque noeud d'extrémité du système
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formant l'âme.
Ces divers buts et avantages sont obtenus- gr,'4oe à la. construction particulière qui est décrite ci-s-près, en regard des dessins schématiques annexés, dans lesquels sont repré" sentes, à titre d'exemples illustra/hits mis non limitatifs, des modes de réalisation préférentiels de l'invention.
L'invention est matérialisée dans une pattt rs ou hoatii=-11<J formée de membrures supérieure et inférieure do mimes dimensions, dont chacune affecte la tonne d'un dément
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façonné à froid, pourvu d'une partie centrale trianliro avec ailes dirigées à l'opposé l'une de l'autre aux xvzù;.i->t du triangle et se terminant par dos. rebords to Rfl<1><,dr perpendiculaires.
Les parties triangula.iras des membrures supérieure et inférieure sont opposées l'une à l'autre et sont relises par
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un système forint, 1?àni/ uii c?.ne ttcu7.,r. coude en sens inverses et soudé par ses parties repliée aux parties triangulaires des membrures. Le premier noeud de la membrure inférieure à partir de chaque est renfos grâce à l'adjonction d'un montant terminal vertical,
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pelié par ses extrémités opposées aux deux membrures.
Dans les dessins schématiques annexés, 'la. fig. 1 est une vue en perspective d'une poutre composite terminée présentant les particularités., objets de l'invention.
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La fig. 2 est une vue d'extrér,i.té de cette po-a-t-.re.-
La fig. 3 en est une vue en coupe par la ligne 3-3 en fig. 1.
La fig. 4 en est une vue en coupe par la ligne 4-4 en fig. 1.
La fig. 5 est une 'vue en perspective d'une variante de
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construction de cette poutre ou poutrelle à treillis,
La fig.' 6 est une vue d'extrémité de la poutre que montre la fig. 5.
La fig. 7 est une vue en coupe verticale par la. ligne 7-7 en fig. 5. '
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La fig. 8 est une vue en coupe horizontale par la ligne 8-8 en fig. 60 50omYie représenté dans 'les figes. 1 a 41/ ia poutre ou poutrelle -en question comprend'deux éléments'semblables désignés aans leur ensemble par l0 et 1. et formant re-slico- tibement une membrure supérieurs'et une membrure inférieure dont chacune a une construction identique et est' constituée
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par une membrure élémentaire façonnée a froid pourvue d'une partie triangulaire centrale 12, avec au sommet du triangle
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des ailes opposées 13, se terminant par des rebords termitna%,C perpendiculaires 14.
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La poutre àreprés-3ntée est du type à appuis dRextrémités surélevés, la. membrure inférieure 11 étant plus courte que la nembrure supôrié;>,i=o 10 comme diaprés la -a3-tielle.
,,r',11 qui relie .81:.1f: à 1 autre la, membrure supérieure
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à la membrure inférieure est constituée par un élément tubulaire'15'coudé en sens inverses de manière à constituer une série de V ou de parties angulaires 16 et 17 dirigées . en sens opposes.
Les angles supérieurs 16 de l'âme de la poutre sont soudés, aux endroits désignés par 18 à la partie triangu- laire 12 de la membrure supérieure, tandis que les angles inférieurs 17 sont soudés, aux endroits désignés par 19, à la partie triangulaire 12 de la membrure inférieure..
Une plaque d'appui désignée dans son ensemble par 20 ' est reliée à chaque partie-terminale en surplomb de la membrure supérieure. Cette plaque d'appui 20 peut être constituée par une plaque ou tôle d'acier d'épaisseur et de largeur convenables; elle comprend une partie 21 en forme de gouttière retournée, soudée à la partie centrale.triangulaire 12 de la membrure supérieure,comme indiqué en 22. et des ailes horizontales 23 rabattues vers l'extérieur.
Comme représenté'.dans les figs, 1 et 2, les parties terminales de l'âme tubulaire 15 sont rabattues vers l'extérieur, comme figuré en 24. et se logent dans les parties 21 en forme de gouttière retournée des plaques d'appui; elles y sont soudées comme figuré en 25.
Le premier noeud de la membrure inférieure prévu à .. chaque extrémité est renforcé grâce à l'adjonction d'un montant terminal vertical 26qui peut aussi être constitué . par une pièce tubulaire. L'extrémité inférieure de ce montant terminal'est soudée à l'âme 15 à l'endroit où se trouve le premier V ou angle 17. comme figuré en 27.
et son extrémité supérieure est de même soudée à la face inférieure de la partie triangulaire 12.de la membrure supérieure, comme indiqué
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en 28,
Sous l'action des charges, les contraintes et les fatigues des membrures supérieure 10 et inférieure 11 sont de valeur égale, de sorte que la poutre travaille uniformément dans son ensemble au point de vue des déformations angulaires, des inclinaisons et de la flèche due àla flection.
Ces membrures ont une résistance supérieure du fait qu'elles sont façonnées à froid, ce qui se traduit par une plus grande solidité, et leur'forme s'oppose au flambage ou au gauchissement. L'âme tubulaire et les membrures possèdent des caractéristiques de rigidité (longueur divisée par.le moment d'inertie) qui empêchent tout pivotement au droit des noeuds.
Le premier noeud de la membrure inférieure qui se trouve à chaque extrémité de la poutre est renforcé par les montants terminaux verticaux- Les membrures peuvent être clouées; chacune présente une rainure de clouage 29, prévue au sommet de la partie triangulaire 12, Les bords de cette rainure sont maintenus à un espacement prédéterminé par des points de soudure 30 prévus en des points, espacés à embouchure de la rainure,
Dans la variante de construction qui est représentée par les figs. 5 à 8, les membrures supérieure et inférieure sont désignées dans leur ensemble par 10' et 11'.
Ces membrures sont de construction identique;.chacune d'elle est-constituée par un élément façonné à froid dont ,la partie centrale triangulaire 12' est pourvue d'ailes opposées 13' au sommet au triangle, ces ailes se terminant par des rebords terminaux perpendiculaires 14'.
La poutre représentée dans la fig. 5 est du type
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à appuis d'extrémités surélevés, la membrure inférieure 11' ayant une longueur plus faible que la membrure supérieure 10' et se terminant à chaque extrémité en des points espacés vers l'intérieur des extrémités adjacentes de la membrure supérieure, comme cela est de pratique usuelle dans la construction des éléments d'ossature de ce type
L'âme qui relie la membrure supérieure la membrure inférieure comprend un élément tubulaire 12;. qui est coudé en sens inverses afin de former une succession de V ou d'angles 16' et 172 dirigés en sens opposés.
Les angles supérieurs 16= de cette âme sont soudés à la partie triangu- laire 12' de la membrure supérieure 10'. tandis que les angle inférieurs 17' sont soudés de même à la partie triangulaire
12' de la membrure inférieure, comme figuré en 19'.
Des plaques d'appui désignées dans leur ensemble par
20' sont reliées à chaque partie terminale en surplomb ou en porte-à-faux de la membrure supérieure 10'. Chaque plaque d'appui 20' peut être constituée par une robuste plaque ou tôle d'acier de poids et d'épaisseur convenable et comprend une partie 21' formant une gouttière retournée,*qui est soudée à la partie triangulaire 12' de la membrure supérieure, comme indiqué en 22'. et des ailes horizontales 23'¯ rabattues vers l'extérieur,
Les parties terminales de l'âme tubulaire 15' sont soudées à la partie triangulaire 12' de la membrure inférieure
11' aux extrémités opposées de celles-ci, comme figuré en 31.
Un montant terminal vertical 26' est placé à chaque extrémité de la membrure inférieure. Il est soudé à la partie trian- gulaire 12' de celle-ci, à proximité de l'extrémité corres- pondante de l'âme 15'. comme représenté en 27', et il est
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soudé par ailleurs à son extrémité supérieure à la face de' dessous de la partie triangulaire 12' de la membrure supérieure, comme indiqué en 28'.
Chaque extrémité de la membrure inférieure 11' est reliée aux plaques d'appui voisines 20' par deux barres ou tubes 32.
Une des barres 32 est fixée à son extrémité inférieure à
1'extrémité de la membrure inférieure; de chaque côté de sa ' partie triangulaire 12'. notamment par un joint soudé 33, son extrémité supérieure étant fixée aux plaques d'appui situées du même côté de la partie 21' en forme de gouttière, comme indiqué en 34. De cette façon, les barres 32 forment le prolongement de l'âme à chacune des extrémités de la poutre. L'âme est donc renforcée à chacune des extrémités de la poutre.
Une rainure de clouage 29' est prévue dans chaque membrure; elle est maintenue selon un espacement prédéterminé par des joints soudés espacés 30'. L'âme tubulaire donne une plus grande rigidité'à l'ensemble de la poutre, ce qui réduit les risques de défromation Le tube supporte plus efficacement les efforts en compression, de sorte qu'une âme de moindre poids est capable de supporter la même charge.
Les montants terminaux absorbent les contraintes additionnelles imposées par les besoins de la fabrication aux noeuds des panneaux terminaux; ils permettent des tolérances de fabrication plus grandes en cet endroit,, et- diminuent la déformation en réduisant le pivotement des noeuds d'extrémités tout en permettant à Isolément de la poutre travaillant à la compression d'êtree utilisé avec une pleine capacité.
Les méthodes conventionnelles de construction d'éléments d'ossature ou de poutres à treillis destinés à trouver
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leur emploi dans diverses constructions'consistent à prévoir une membrure supérieure sensiblement plus grande que la membrure inférieure, afin que la force qui s'exerce sur la première par suite des charges imposées aux éléments de l'ossature de la construction soit égale à la force qui intéresse la membrure inférieure.
Les épures de construction conventionnelles supposent que la membrure supérieure, ,qui est soumise à un effort de compression, devra être plus grande et plus lourde que la membrure inférieure, afin de supporter une force équivalente, puisque la membrure inférieure travaille à la traction; un fil métallique grêle, par exemple; supportera une charge suspendue qui pourrait aisément provoquer l'affaissement d'une barre relativement épaisse si la même charge était placée en équilibre sur la partie supérieure de.la barre en la faisant travailler à la compression.
L'invention, telle qu'elle vient d'être décrite; concerne 'un élément d'ossature ou une poutre destinée à entrer gans la construction de divers bâtiments industriels ou autres, capable de supporter une charge plus élevée, par kilogramme d'acier employé, que les poutres entretoisées à treillis de type classique, alors que d'après les critères de fabrication généralement acceptés, elle aurait une moindre efficacité à cet égard. Ce résultat est dû au fait que la membrure inférieure est beaucoup plus lourde que cela n'est nécessaire en raison des calculs conventionnels.
La combinaison de membrures en acier façonnées à froid et de tubes formant l'âme en acier, également façonnés à froid, permet, par un effet d'interaction, d'ascufer une résistance par.kilogramme non pas inférieure ou égale.
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mais supérieure à ce qu'on peut obtenir en utilisant les matériaux classiques et les méthodes conventionnelles. En fait la résistance de la poutre dépasse les capacités individuelles de ses éléments constitutifs, comme on peut le vérifier par divers essais.
Il doit être entendu que, dans la description qui précède, certaines expressions ont été employées pour des raisons de brièveté et de clarté dans l'exposition, mais que l'emploi de ces expressions n'implique aucune limitation des possibilités de réalisation de l'objet de l'invention par rapport à la technique antérieure.
Les détails de construction peuvent être d'ailleurs modifiés de diverses manières, sans s'écarter de l'invention, dans le domaine deséquivalences mécaniques.
REVENDICATIONS
1 - Poutre composite en acier, comprenant une membrure supérieure et une membrure inférieure identiques, ainsi qu'un élément d'entretoisement tubulaire formant l'âme, coudé en sens inverses et relié en des points espacés à la membrure supérieure et à la membrure inférieure.
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This invention relates to finished composite elements intended to be used in the constitution of frames or frames of various constructions, measuring a considerable length and having great resistance, these elements being specially designed and established to constitute supports. secondary joists in the construction of floors, roofs and similar construction elements.
An object of the invention is to allow the production of a particularly robust beam-shaped frame element of the type mentioned above, having increased resistance at the same time as reduced weight, this frame element.
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or beam being remarkable in that the top chord and the bottom chord measure the dimensions marl;
this beam being formed of two similar cold-formed elements, respectively forming the upper chord and the lower chord, and connected by a tubular system
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blade forming,
Another object of the invention is to allow the production of a beam of this type comprising a vertical terminal upright connecting the upper chord and the lower chord to each end node of the system.
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forming the soul.
These various objects and advantages are obtained from 4oe to 1a. particular construction which is described below, with reference to the appended schematic drawings, in which are represented, by way of non-limiting illustrative examples, preferred embodiments of the invention.
The invention is embodied in a pattt rs or hoatii = -11 <J formed of upper and lower chords of the same dimensions, each of which affects the ton of a lunatic
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cold-formed, provided with a central trianliro part with wings directed away from each other at the xvzù; .i-> t of the triangle and ending in back. edges to Rfl <1> <, dr perpendicular.
The triangula.iras parts of the upper and lower chords are opposite to each other and are linked by
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a forint system, 1? àni / uii c? .ne ttcu7., r. elbow in opposite directions and welded by its folded parts to the triangular parts of the frames. The first node of the lower chord from each is reinforced with the addition of a vertical end post,
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peeled by its ends opposite to the two frames.
In the accompanying schematic drawings, 'la. fig. 1 is a perspective view of a finished composite beam exhibiting the particularities, objects of the invention.
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Fig. 2 is an end view of this po-a-t-.re.-
Fig. 3 is a sectional view taken along line 3-3 in FIG. 1.
Fig. 4 is a sectional view taken along line 4-4 in FIG. 1.
Fig. 5 is a perspective view of a variant of
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construction of this truss or truss,
Fig. ' 6 is an end view of the beam shown in FIG. 5.
Fig. 7 is a view in vertical section through the. line 7-7 in fig. 5. '
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Fig. 8 is a horizontal sectional view taken along line 8-8 in FIG. 60 50omYie shown in 'figs. 1 to 41 / The beam or joist -in question comprises two similar elements designated as a whole by 10 and 1. and resiliently forming an upper chord and a lower chord each of which has an identical construction and is' constituted
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by a cold-formed elementary chord provided with a central triangular part 12, with at the top of the triangle
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opposite wings 13, ending in perpendicular termitna%, C flanges 14.
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The àreprés-3ntée beam is of the type with raised ends supports, the. lower chord 11 being shorter than the upper chord;>, i = o 10 as diaprés la -a3-tielle.
,, r ', 11 which connects .81: .1f: to 1 other the, upper chord
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the lower chord is formed by a tubular element '15 'bent in opposite directions so as to constitute a series of V or angular portions 16 and 17 directed. in opposite directions.
The upper angles 16 of the web of the beam are welded, at the places designated by 18 to the triangular part 12 of the upper chord, while the lower angles 17 are welded, at the places designated by 19, to the triangular part 12 of the lower chord.
A backing plate generally designated 20 'is connected to each overhanging end portion of the top chord. This support plate 20 may consist of a steel plate or sheet of suitable thickness and width; it comprises a part 21 in the form of an inverted gutter, welded to the centrale.triangulaire part 12 of the upper chord, as indicated at 22. and horizontal flanges 23 folded outwards.
As shown in Figs, 1 and 2, the end parts of the tubular core 15 are folded outwards, as shown at 24. and are housed in the parts 21 in the form of an inverted gutter of the support plates. ; they are welded there as shown in 25.
The first node of the lower chord provided at .. each end is reinforced by the addition of a vertical terminal post 26qui can also be formed. by a tubular part. The lower end of this terminal upright is welded to the web 15 at the location of the first V or angle 17. as shown at 27.
and its upper end is likewise welded to the lower face of the triangular part 12 of the upper chord, as shown
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in 28,
Under the action of the loads, the stresses and fatigue of the upper 10 and lower 11 chords are of equal value, so that the beam works uniformly as a whole from the point of view of angular deformations, inclinations and deflection due to flection.
These members have superior strength because they are cold formed, resulting in greater strength, and their shape resists buckling or warping. The tubular web and the members have characteristics of rigidity (length divided by the moment of inertia) which prevent any pivoting in line with the nodes.
The first node of the bottom chord at each end of the beam is reinforced by the vertical end posts. The chords can be nailed; each has a nailing groove 29, provided at the top of the triangular part 12, The edges of this groove are maintained at a predetermined spacing by weld points 30 provided at points, spaced at the mouth of the groove,
In the construction variant which is represented by FIGS. 5 to 8, the upper and lower chords are designated as a whole by 10 'and 11'.
These frames are of identical construction;. Each of them is constituted by a cold-formed element, the triangular central part of which 12 'is provided with opposite wings 13' at the top of the triangle, these wings ending in terminal edges perpendicular 14 '.
The beam shown in fig. 5 is of type
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with raised end supports, the bottom chord 11 'having a shorter length than the top chord 10' and terminating at each end at points spaced inwardly from adjacent ends of the top chord, as is practice usual in the construction of framing elements of this type
The web which connects the upper chord to the lower chord comprises a tubular element 12 ;. which is bent in opposite directions to form a succession of V or angles 16 'and 172 directed in opposite directions.
The upper angles 16 = of this web are welded to the triangular part 12 'of the upper chord 10'. while the lower angles 17 'are welded in the same way to the triangular part
12 'of the lower chord, as shown in 19'.
Support plates designated as a whole by
20 'are connected to each overhanging or cantilever end portion of the top chord 10'. Each backing plate 20 'may be a sturdy steel plate or sheet of suitable weight and thickness and includes a portion 21' forming an upturned gutter, * which is welded to the triangular portion 12 'of the chord. upper, as indicated in 22 '. and 23 '¯ horizontal wings folded outwards,
The end portions of the tubular web 15 'are welded to the triangular portion 12' of the lower chord
11 'at opposite ends thereof, as shown at 31.
A vertical terminal post 26 'is placed at each end of the bottom chord. It is welded to the triangular part 12 'thereof, near the corresponding end of the core 15'. as shown in 27 ', and it is
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further welded at its upper end to the underside of the triangular portion 12 'of the top chord, as shown at 28'.
Each end of the lower chord 11 'is connected to the neighboring support plates 20' by two bars or tubes 32.
One of the bars 32 is fixed at its lower end to
The end of the lower chord; on each side of its 'triangular part 12'. in particular by a welded joint 33, its upper end being fixed to the support plates located on the same side of the gutter-shaped part 21 ', as indicated at 34. In this way, the bars 32 form the extension of the core at each end of the beam. The web is therefore reinforced at each end of the beam.
A nailing groove 29 'is provided in each member; it is maintained at a predetermined spacing by spaced welded joints 30 '. The tubular core gives greater rigidity to the entire beam, reducing the risk of defromation The tube supports compressive forces more effectively, so that a lighter weight core is able to withstand the same charge.
The terminal posts absorb the additional stresses imposed by manufacturing needs on the nodes of the terminal panels; they allow greater manufacturing tolerances at this location, and decrease strain by reducing pivoting of the end nodes while still allowing the compression working beam isolation to be used at full capacity.
Conventional methods of constructing frame members or trusses intended to find
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their use in various constructions' consist in providing an upper chord significantly larger than the lower chord, so that the force exerted on the first as a result of the loads imposed on the structural members of the construction is equal to the force which concerns the lower chord.
The conventional construction drawings assume that the upper chord, which is subjected to a compressive force, will have to be larger and heavier than the lower chord, in order to support an equivalent force, since the lower chord works in tension; a thin metal wire, for example; will support a suspended load which could easily cause a relatively thick bar to collapse if the same load were balanced on the top of the bar by causing it to work in compression.
The invention, as it has just been described; relates to a framing member or a beam intended to enter into the construction of various industrial or other buildings, capable of supporting a higher load, per kilogram of steel employed, than the braced truss beams of the conventional type, whereas by generally accepted manufacturing criteria, it would be less effective in this regard. This result is due to the fact that the bottom chord is much heavier than necessary due to conventional calculations.
The combination of cold-formed steel members and tubes forming the steel core, also cold-formed, allows, through an interaction effect, a resistance per kilogram not less than or equal.
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but higher than what can be obtained using conventional materials and conventional methods. In fact the strength of the beam exceeds the individual capacities of its constituent elements, as can be verified by various tests.
It should be understood that, in the foregoing description, certain expressions have been used for the sake of brevity and clarity in the exposition, but that the use of these expressions does not imply any limitation on the possibilities of achieving the object of the invention compared to the prior art.
The construction details can moreover be modified in various ways, without departing from the invention, in the field of mechanical equivalences.
CLAIMS
1 - Composite steel beam, comprising an identical upper chord and lower chord, as well as a tubular bracing element forming the web, bent in opposite directions and connected at spaced points to the upper chord and the lower chord .