Charpente préfabriquée Les charpentes de toit des immeubles comportent normalement des membrures supérieures réunies aux membrures inférieures au voisinage de leur support extérieur, et en outre par des âmes intermédiaires. Il a été de pratique courante jusqu'à ces dernières années dans la construction des immeubles du type résidentiel de construire la charpente du toit par assemblage ordinaire. On a constaté qu'en fabriquant d'avance les charpentes de toit et en les installant sous forme monobloc sur le chantier, on réalise non seulement une charpente plus économique, mais encore que la charpente préfabriquée est plus résis tante et peut supporter des charges plus fortes que celles qui sont construites de la manière habituelle.
Suivant une forme de charpente préfabriquée con nue, on dispose les éléments de la charpente en les superposant à leurs extrémités réunies entre elles. Les joints qui réunissent les éléments de la charpente sont formés par un ensemble d'un boulon et d'une bague fendue, dont le boulon passe par des trous appropriés percés dans les extrémités se recouvrant des éléments de la charpente. La charpente assemblée par des joints de ce type non seulement est volumi neuse à manutentionner à cause de l'épaisseur sup plémentaire des joints formés par les extrémités qui se recouvrent, mais encore à cause des éléments accessoires nécessaires à l'assemblage, de sorte que l'assemblage de la charpente prend beaucoup de temps et exige des efforts considérables.
Un autre type de joint à utiliser dans une charpente préfabri quée consiste en deux plaques ou goussets en métal ou en contre-plaqué, qui sont fixés sur les éléments par un grand nombre de clous et/ou par de la colle, les plaques recouvrant les bords adjacents des éléments de la charpente en contact de butée entre eux.
La résistance des joints formés par des plaques métalliques de ce type de charpente dépend de divers facteurs, tels que la profondeur des dents, leur forme et leur profil, le fini de surface du métal, l'angle d'attaque des dents dans le bois, la précision et l'âge de la matrice de formation des dents, le type de machine faisant pénétrer les dents dans les éléments de charpente en bois, la vitesse de l'opération de compression, la quantité de matières étrangères éven tuelles telles que l'huile, déposées sur les plaques, la qualité et l'épaisseur de la plaque et la sorte de bois choisi.
De grandes précautions doivent être prises au cours de l'opération d'assemblage pour poser les plaques en bonne position, ajuster les éléments avec précision et donner à la charpente la cambrure qui convient. Etant donné que l'angle d'attaque des dents est variable du fait que les plaques ont été maltraitées ou que les matrices ayant servi à les fabriquer étaient usées, la résistance des plaques est variable, en ris quant ainsi de diminuer la résistance de la char pente.
Un autre inconvénient du joint formé par des plaques consiste dans l'obligation de prévoir, pour assembler les éléments de la charpente, des tables spéciales comportant des dispositifs hydrauliques ou mécaniques de retenue de ces éléments dans leur position et des rouleaux ou presses faisant pénétrer les dents des plaques dans les éléments de la char pente. Un autre inconvénient de l'assemblage des éléments de la charpente par des plaques consiste dans le grand nombre de plaques qui doivent être conservées en stock en raison du grand nombre de types de portées en usage.
Il est nécessaire de prévoir pour chaque portée des plaques de types ou dimen sions différents et à cet effet on doit avoir sous la main à chaque instant un grand nombre de plaques différentes.
L'invention a pour but de remédier aux diffi cultés auxquelles donnent lieu les joints des éléments de charpente connus et de permettre de supprimer complètement les plaques ou goussets.
L'objet de la présente invention est une char pente préfabriquée caractérisée en ce qu'elle com prend plusieurs éléments de compression, dans les quels plusieurs dents sont formées dans une zone d'une face latérale verticale, adjacente à une de leurs extrémités, plusieurs éléments de tension, dans les quels plusieurs dents sont formées dans une zone d'une face latérale verticale, adjacente à une de leurs extrémités, la face latérale verticale d'au moins un des éléments de tension recouvrant la face latérale verticale d'un des éléments de compression,
les faces latérales des éléments de tension et de compression se recouvrant étant disposées l'une en face de l'autre et les dents qui y sont formées étant en prise de façon à résister aux efforts combinés de compression et de tension transmis aux éléments qui se recou vrent, le joint ainsi formé résistant à la totalité de l'effort tranchant de ces éléments lorsque la char pente est sous charge, et des dispositifs fixant lesdits éléments en positions relatives de recouvrement et d'enclenchement.
Dans une charpente ainsi agencée les éléments s'enclenchent par les dents formées dans leurs larges faces et transmettent les efforts entre les éléments dans des conditions remarquables. Quoique les dents soient découpées dans le bois, la résistance au cisail lement de chacun des éléments du joint formé par les membrures qui se recouvrent est totale dans la zone du recouvrement. De plus, les joints d'appui formés par le recouvrement des membrures supérieures et des membrures inférieures permettent à la charpente de supporter de plus fortes charges du fait que plus l'inclinaison de la charpente est faible, plus la surface de recouvrement des membrures supérieures et infé rieures est grande et par suite plus la résistance du joint est forte.
Par suite, pour une charge verticale donnée s'exerçant sur la charpente, les efforts dans les éléments augmentent lorsque l'inclinaison de la membrure supérieure diminue et la résistance du joint entre les éléments augmente également pour permettre à la charpente de remplir sa fonction. Diverses formes d'exécution sont également possibles et consistent par exemple à supprimer certains élé ments d'âmes en bois normalement combinés avec les charpentes de toits.
Dans une forme d'exécution décrite ci-après, on fait coopérer des éléments sous tension initiale, en métal, avec les membrures d'en clenchement pour que les dents des zones d'enclen chement ou de recouvrement se serrent plus forte ment l'une contre l'autre, en obtenant ainsi dans les joints la totalité de la résistance au cisaillement de chaque élément dans la zone de recouvrement et une forte résistance sous charge.
Suivant une forme de réalisation de l'invention, les dents des éléments de la charpente ont la forme de dents de scie qui, lorsqu'elles sont en prise, déli mitent une surface de portée et des plans de cisaille ment. Les dimensions des plans de cisaillement sont en principe plus grandes que celles de la surface de portée, puisque la résistance aux efforts tranchants du bois est de beaucoup inférieure à sa capacité de charge de portée.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, des formes d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. 1 est une élévation de face d'une première forme d'exécution, dans laquelle les membrures et âmes d'accouplement comportent des dents d'en clenchement sur leurs surfaces latérales ; la fi,-. 2 est une vue en plan correspondante ; la fig. 3 est une vue en plan par-dessous de la charpente de la fig. 1 ; la fig. 4 est une vue en perspective partielle à plus grande échelle des éléments démontés du joint d'appui du côté gauche de la charpente de la fig. 1 ; la fig. 5 est une vue en plan à plus grande échelle du joint d'appui de la fig. 4 ;
la fia. 6 est une vue en plan à plus grande échelle, d'un joint semblable à celui de la fig. 5, dont les dents ont une autre forme ; la fi-. 7 est une vue en plan à plus grande échelle, d'un joint semblable à celui de la fig. 5, dont les dents ont une forme carrée ; la fig. 8 est une vue en plan d'un joint semblable à celui de la fig. 5, dont les dents ont une forme ondulée ; la fi-. 9 est une vue en plan d'un joint semblable à celui de la fig. 5, présentant une autre forme de dents ;
la fig. 10 représente une autre variante d'un joint dont les éléments qui se recouvrent, travaillent à la compression et dont les dents qui s'enclenchent ont une forme spéciale en vue du joint travaillant à la compression ; la fig. 11 représente un joint semblable à celui de la fi-. 10, mais dont les dents ont une forme convenant à un joint travaillant en tension ; la fig. llca est une vue en plan à plus grande échelle d'un joint travaillant à la compression et comportant des dents d'une autre forme ; la fia. 12 est une élévation de face d'une autre forme d'exécution de la charpente, dans laquelle les éléments d'âme en tension sont en métal sous ten sion initiale ;
la fia. 13 est une coupe suivant la ligne 13-13 de la fig. 12 ; la fig. 14 est une élévation de face partielle d'une charpente comportant des éléments sous tension ini tiale d'une autre forme ; la fig. 15 est une élévation partielle d'une char pente dont un élément sous tension initiale est modi fié et dont l'extrémité passe entre l'âme en compres sion et la membrure inférieure et est fixée sur la partie supérieure de cette membrure ; la fig. 16 est une élévation partielle d'une variante de la forme de construction. de la charpente qui com porte des éléments métalliques verticaux en tension ;
la fig. 17 est une coupe suivant la ligne 17-17 de la fig. 16, et la fig. 18 est une élévation partielle d'une variante de la forme de construction de la charpente qui comporte un élément sous tension vertical, passant par le faite de la charpente et dans la zone de recouvrement des membrures inférieures.
La charpente des fig. 1 à 5 est désignée d'une manière générale par 10 et comporte des membrures supérieures 11 et 12, des membrures inférieures 14 et 16, des éléments d'âme en compression 18 et 20 et des éléments d'âme en tension. 22 et 24. Les éléments de membrures supérieurs et inférieurs et les éléments d'âme, sont formés de préférence par des pièces de bois normalisées, la longueur et la largeur de la section étant dans le rapport de deux à un, et réunies entre elles de la manière décrite plus loin.
Les membrures supérieures 11 et 12 sont inclinées et se réunissent à une de leurs extrémités de façon à former un joint de faite, désigné d'une manière générale par 26, tandis que les membrures inférieures 14 et 16 peuvent être réunies entre elles au centre de la charpente et sont encore réunies aux membrures supérieures 11 et 12 respectives à leurs extrémités extérieures de façon à former des joints d'appui désignés d'une manière générale par 28 et 29. Quoique certaines formes de construction des charpentes ne comportent qu'une seule membrure inférieure, on peut dire que d'une manière générale le nombre des membrures inférieures est le même que celui des membrures supérieures.
Ainsi qu'il a déjà été dit, les membrures sont formées chacune de préférence par une pièce de bois normalisée, et une surface latérale ou une large surface de chacune d'elles adjacente à ses extrémités extérieures est entaillée de façon à former plusieurs dents dont les pointes suivent une direction générale verticale lorsque les membrures occupent leur posi tion d'assemblage dans la charpente. Quoique les pointes des dents des éléments de la charpente soient dirigées dans le sens général vertical lorsque les éléments de la charpente occupent leur position d'assemblage, il est prévu dans certains cas d'incliner la direction des dents par rapport à la verticale, en particulier dans les joints d'appui, pour renforcer l'action d'enclenchement exercée par les dents.
L'an gle d'inclinaison dépend du pas de la charpente et peut varier en fonction des conditions de charge pour rendre les membrures plus efficaces à l'usage. Il doit être bien entendu que les dents inclinées fonctionnent identiquement de la même manière que les dents verticales et par suite la description et la représentation des dents verticales doivent être consi dérées comme s'appliquant aussi aux dents inclinées. On voit (fig. 4 et 5) de quelle manière coopèrent les dents des membrures 11 et 14, le joint d'appui 28 étant choisi à titre d'exemple.
La membrure supé rieure<B>Il</B> (fig. 4) est inclinée sur l'horizontale par rapport à la membrure inférieure 14 et comporte un bord supérieur relativement étroit 30 et une surface intérieure ou face 31 relativement large. Un bord inférieur étroit correspondant 32 et une surface laté- rale opposée 33 complètent la membrure supé rieure 11. La membrure inférieure 14 est formée de la même manière que la membrure supérieure 11 et comporte des bords supérieur et inférieur 34 et 35 étroits et des faces intérieure et extérieure larges 36 et 37.
Plusieurs dents 38 en forme de dents de scie sont découpées dans la face intérieure large 31 de la membrure supérieure 11 et des dents de scie complémentaires formées de la même manière 39 sont découpées dans la face intérieure large 36 de la meimbrure inférieure 14. Etant donné que le bord extérieur de la membrure supérieure 11 est destiné à surplomber l'extrémité extérieure de la membrure inférieure 14, les dents 38 ne se prolongent pas jusqu'au bord extérieur de la membrure supérieure, tandis que les dents 39 qui sont découpées dans la face 36 se prolongent jusqu'à l'extrémité de la mem brure inférieure.
Avant de découper les dents 38 et 39 dans les membrures, on détermine d'abord le pas de la charpente, de sorte que lorsque les membrures se recouvrent à leurs extrémités, les dents viennent s'enclencher correctement et automatiquement en donnant la certitude que les membrures occupent la position qui convient à la ferme de construction pré vue de la charpente.
Les faces larges 31 et 36 (fig. 4) se recouvrent au voisinage de leurs extrémités extérieures et les dents 38 et 39 sont en prise entre elles dans la zone de recouvrement. La forme des dents 38 et 39 est choisie de façon à faire acquérir au joint d'appui une capacité de charge maximale et à compenser les forces combinées de compression et de tension qui s'exercent dans les membrures supérieure et inférieure respectives lorsque la charpente est sous charge.
La surface de portée de chaque dent, repré sentée par la lettre B (fig. 5) est perpendiculaire à la direction des efforts de tension et de compression indiqués par les flèches T et C et par suite fait naître l'effort de portée total nécessaire dans les éléments dans leur zone de recouvrement lorsque la charpente est sous charge. Etant donné que le pou voir portant du plan de cisaillement de chaque dent, représenté par la lettre S, est inférieur à celui de la surface de portée B lorsque le joint d'appui est sous tension et compression, l'étendue de ce plan est un peu plus grand que celle de cette surface de portée B.
La relation entre le plan de cisaillement S et'la surface de portée B est indiquée sur la fig. 5, la cote Y étant un peu plus grande que la cote X. En donnant au plan de cisaillement S cette forme, on répartit d'une manière efficace les efforts tran chants dans les membrures supérieure et inférieure, dans la matière desquelles sont formées les dents qui supportent les charges dans la zone @de recou vrement et on fait acquérir à chaque élément la résistance au cisaillement maximale dans cette zone.
Le joint décrit ci-dessus a encore l'avantage d'augmenter la capacité de charge de la charpente lorsque son inclinaison diminue. En effet, plus la pente de la charpente est faible, plus 'la zone de recouvrement est étendue dans les membrures supé rieure et inférieure et par suite plus la résistance du joint est forte. On voit donc que pour une charge verticale donnée quelconque de la charpente, les efforts dans les éléments augmentent lorsque la pente de la membrure supérieure diminue et par suite la résistance des joints d'appui augmente aussi suivant les conditions à remplir par la charpente.
Le joint d'appui 28 (fig. 1) correspond au joint d'appui du côté gauche de la charpente 10. Bien entendu le joint d'appui du côté droit 29 est formé de la même manière, la membrure supérieure 12 et la membrure inférieure 16 comportent une zone de recouvrement dans laquelle les dents 40 de la mem brure inférieure 16 sont en prise avec les dents correspondantes 42 de la membrure supérieure 12. Le joint de faite 26 est formé par un joint d'enclen chement semblable au joint 28 et comporte plusieurs dents 44 formées sur la surface large intérieure de la membrure supérieure 11 et des dents 45 formées sur la surface intérieure de la membrure 12. Les dents des membrures supérieures et inférieures 11 et 12 sont donc en prise dans le joint de faite 26 et délimitent une zone de recouvrement des mem brures supérieures.
Les membrures inférieures 14 et 16 se recouvrent aussi au milieu ou au voisinage de leur milieu et les portions de recouvrement com portent des dents en prise 46 et 48 qui coopèrent pour faire acquérir la résistance au cisaillement maximale nécessaire dans la zone de recouvrement des membrures. On remarquera que les dents de scie 46, 48 suivent une direction opposée à celle des dents de scie 44 et des dents de scie corres pondantes en prise 45, puisque le joint d'attache des membrures inférieures 14 et 16 est un joint en tension, tandis que le joint de faite 26 est un joint en compression. Il convient de se reporter à ce pro pos aux fig. 2 et 3.
Les éléments d'âme en compression 18 et 20 sont fixés sur les membrures inférieures respectives 14 et 16 par les dents respectives, semblables en prise, 50 et 52, qui sont découpées dans leurs faces intérieures. Mais (fig. 1), l'élément d'âme en com pression 18 est disposé à l'intérieur de la membrure inférieure 14, tandis que l'élément d'âme en com pression 20 est en contact avec la membrure infé rieure 16 sur sa face extérieure. En conséquence, les dents 54 sont formées sur la surface intérieure de la membrure inférieure 14, tandis que les dents 56 sont formées sur la surface extérieure de la mem brure inférieure 16. Ainsi qu'on le verra plus loin, il est important que les dents ne fassent pas diminuer la section des portions intermédiaires des membrures supérieures.
Par suite, les extrémités supérieures des éléments d'âme en compression 18 et 20 sont fixées sur les membrures supérieures 11 et 12 sans recou vrement et des plaques 57, qui recouvrent les mem brures supérieures et les éléments d'âme en com pression servent à fixer ces éléments en compression dans leur position. Les éléments d'âme en tension 22 et 24 sont aussi en prise avec les membrures supé rieures et inférieures et sont disposés respectivement entre la membrure supérieure 12 et la membrure inférieure 14, d'une part, et entre la membrure supé rieure 11 et la membrure inférieure 16, d'autre part.
Les éléments d'âme en tension comportent chacun des dents supérieures et inférieures dans leurs sur faces du côté des membrures et viennent en prise avec des dents formées de la même manière dans les membrures supérieures et inférieures. Par exem ple, les dents inférieures 58 formées dans l'élément en tension 24 sont en prise avec les dents 56 for mées dans la membrure inférieure 16, tandis que les dents supérieures 60 sont en prise avec des dents 62 formées dans la membrure supérieure 11. De même, des dents supérieures et inférieures 64 et 66 formées dans l'élément d'âme en tension 22 sont en prise avec des dents 68 et 54 formées respec tivement dans les membrures supérieures et infé rieures 12 et 14.
Les dents de scie en prise 60, 62 et les dents de scie en prise 64, 68 (fig. 2) suivent une direction opposée à celle des dents de scie en prise 44, 45 du joint de faite 26 puisque les joints formés par les éléments d'âme en tension 22, 24 et les membrures supérieures respectives 11 et 12 sont en tension, tandis que le joint formé par les mem brures supérieures 11, 12 au faite de la charpente est en compression.
Quoiqu'on ne le voie pas sur le dessin, les élé ments d'âme en tension 22 et 24 viennent en prise d'une certaine manière dans leur zone de recouvre ment. Des dents verticales peuvent être taillées dans la zone de recouvrement de chacun des éléments d'âme en tension et venir en prise de la manière décrite ci-dessus, ou si on le désire on peut former des feuillures dans la moitié de la largeur de chacun des éléments d'âme en tension dans la zone de recou vrement et monter les feuillures l'une dans l'autre.
On peut fixer d'abord entre eux les éléments des membrures et les âmes en les assemblant par un dispositif de retenue approprié, tel que des clous ou des crampons, mais ce dispositif de fixation extérieur ne modifie pas la répartition des efforts dans la zone de recouvrement des dents, ainsi qu'il a été dit. Une colle peut aussi servir à réunir les éléments qui se recouvrent et à résister aux efforts dirigés en sens inverse en contribuant à rendre le joint plus efficace avec les dents d'une autre forme.
A ce pro pos, la colle sert à empêcher les joints de s'ouvrir latéralement. Etant donné que tous les éléments de la charpente se recouvrent à leurs extrémités et s'en clenchent par leurs dents en prise, l'épaisseur totale de l'ensemble de la charpente reste constante dans tous les joints et cette disposition a pour effet de sim plifier l'emballage.
La charpente décrite présente encore l'avantage de former par les dents taillées dans ses éléments, un joint bois sur bois, qui permet d'utiliser d'une manière plus efficace la matière qui constitue les éléments. Les dents sont disposées dans les éléments de la charpente aux points où les efforts combinés sont plus faibles que dans les zones qui ne comportent pas de dents. Les seuls efforts qui s'exercent donc dans le joint d'appui sont les efforts directs, tels que l'effort de tension dans les membranes inférieures et l'effort de compression dans les membrures supérieures. Les efforts de flexion dus à la charge constante du toit s'exercent entre les joints d'appui et de faite et des efforts directs s'exercent aussi en ces points.
Par suite, étant donné que la section des membrures ne diminue pas entre leurs extrémités, les efforts combinés les plus considérables s'exercent aux points où la totalité de la surface du bois peut les supporter. On a constaté par le calcul à ce propos qu'au joint de faîte, par exemple, où les dents sont taillées dans les membrures supérieures, les efforts de flexion sont d'environ 30 % inférieurs à ceux qui s'exercent en un point intermédiaire de la membrure supérieure.
Les efforts directs qui s'exercent dans le joint de faite sont aussi sensiblement plus faibles que dans la portion de l'extrémité inférieure de la membrure supérieure, dont la section n'est pas réduite en y taillant des dents. La quantité de bois des membrures supérieures est donc plus que suffisante pour supporter les charges qui s'exercent sur elles, même après que les dents ont été taillées dans leurs extrémités extérieures. De même, les dents sont taillées à l'endroit du joint d'assemblage dans les membrures inférieures au point où les efforts de flexion sont plus faibles qu'en tout autre point de la membrure et où les efforts directs (de tension et de compression) sont plus faibles qu'à leurs extrémités extérieures.
On voit donc que les efforts critiques s'exercent dans la charpente aux points où il n'existe pas de dents susceptibles de diminuer le pouvoir portant du bois, et les joints entre les éléments établissent en fait entre les éléments de la charpente une continuité quia pour effet de diminuer les flèches, et de rendre la construction plus économique. Les éléments ainsi enclenchés résistent aux efforts de flexion ainsi qu'aux efforts directs, à l'encontre des joints de charpentes préfabriquées dans lesquelles les plaques ou goussets en métal n'opposent pas de résistance efficace aux efforts de flexion.
Les fig. 6 à llcc représentent plusieurs variantes de la forme des dents d'enclenchement, étant entendu que la charpente de la forme de construction 10 de la fig. 1 peut comporter n'importe laquelle des variantes des dents. Les dents de la fig. 6 sont des dents droites 70 dont les côtés ont les mêmes dimensions. Le plan de cisaillement des dents de cette forme, représenté par la lettre S, est relativement long, mais il n'existe pas de surface de portée directe en raison de l'inclinaison des côtés des dents. Une couche de colle est prévue sur les surfaces des dents de cette forme pour empêcher le joint de s'ouvrir par tension ou compression.
Les dents 72 de la fig. 7 sont de forme carrée. Les surfaces de portée B des dents de cette forme résistent aux efforts de tension et de compression, mais le plan de cisaillement S est moins étendu. Les dents de cette forme peuvent être choisies lorsque les conditions de résistance aux efforts sont un peu moins rigoureuses qu'avec les dents de scie.
Les dents 74 de la fig. 8 sont de forme ondulée. Etant donné que les dents de cette forme ne compor tent pas de surface de portée droite, on applique aussi une couche de colle sur les surfaces d'enclenchement des dents pour contribuer à les dmpêcher de se séparer sous les efforts de tension et de compression. En l'absence de surfaces de portée droites, les condi tions de résistance aux efforts sont moins rigoureuses, quoique les portions ondulées augmentent l'étendue du plan de cisaillement.
Les dents 76 de la variante de la fig. 9 sont des dents de scie tronquées, qui comportent une surface inclinée 78 ainsi qu'une surface de portée B. Mais étant donné que le bord extérieur droit 80 diminue l'étendue du plan de cisaillement S, on peut appliquer une couche de colle sur le bord 80 pour augmenter la résistance du plan de cisaillement et empêcher ainsi le joint de s'ouvrir sous l'effet des divers efforts tranchants.
Les dents des fig. 10 et 11 peuvent être taillées dans un quelconque des éléments sur les deux côtés de façon à le faire venir en prise avec l'autre élément sans diminuer sensiblement la résistance de la char pente pour les raisons données plus haut. Le joint de la variante de la fig. 10 comporte un élément 82 qui est destiné à être introduit entre les éléments 84 et 86 qui se recouvrent. La forme des dents des éléments 82, 84 et 86 est choisie de façon à former un joint travaillant à la compression entre les éléments qui se recouvrent.
Celle des dents de la fia. 11 est choisie de façon à former un joint travaillant à la traction, les dents étant formées dans un élément 88 et dans des éléments 90 et 92 qui se recouvrent et étant dirigées en sens inverse des dents du joint travaillant à la compression de la fig. 10. Quoique les joints des fi-. 10 et 11 soient destinés à une charpente de toit, cette forme de joints peut aussi servir dans des colonnes en bois réglables, qui doivent posséder un pouvoir portant considérable. Les joints de cette nature conviennent parfaitement à une colonne réglable de l'étançonnage d'une construction.
La fig. l la représente une autre variante de la forme des dents qui peut être choisie lorsqu'il est nécessaire d'augmenter la résistance à des efforts dirigés en sens inverse. Les dents de la fig. 1 I a comportent chacune une base délimitée par une surface latérale relativement longue 85, une surface inclinée 87 et une surface latérale relativement courte 89 se raccordant à la surface inclinée 87. Les extrémités extérieures de la surface latérale relati vement longue 85 et de la surface inclinée 87 forment un sommet 91 délimité par des surfaces latérales parallèles, dont l'une coïncide avec la longue surface latérale 85 et l'autre, qui est désignée par 93, se raccorde à la surface inclinée 87.
On voit que les surfaces 85, 89 et 93 remplissent la fonction de surfaces de portée et ont tendance à résister aux efforts de compression. Le plan de cisaillement, relativement étendu et délimité par la base de chaque dent, coopère avec les surfaces de portée de façon à résister d'une manière efficace aux efforts tranchants lorsque le joint est sous charge.
On voit de plus que le sommet 91 de chaque dent délémité par la surface 93 et par la surface 85 a tendance à résister par sa forme aux efforts inverses et, lorsque le joint sert de joint de faite, il résiste aux efforts dirigés de bas en haut tels que ceux qui s'exercent pendant les tempêtes et ouragans. Ainsi qu'il a déjà été dit à propos des autres formes de dents, les sommets 91 des dents de la fig. l la suivent une direction générale verticale et les dents sont taillées dans les surfaces latérales des membrures, ces surfaces étant disposées dans un plan général vertical.
La variante de la forme de construction de la charpente de la fig. 12 est désignée d'une manière générale par 94. Elle comporte des membrures supérieures 96 et 98 et des membrures inférieures 100 et 102, qui comportent toutes au voisinage de leurs extrémités des dents qui viennent en prise dans leur zone de recouvrement, ainsi qu'il a été décrit à propos de la charpente des fig. 1 à 5. La charpente de la fig. 12 comporte encore des éléments d'âme en compression 104 et 106, mais qui ne viennent pas en contact avec la surface intérieure des membrures supérieures.
En revanche, les extrémités des éléments d'âme en compression sont entaillées ou rainurées de façon qu'une portion de leur épaisseur vienne recouvrir les membrures supérieures et inférieures correspondantes, les membrures 96 et 100 (fig. 13) étant disposées de façon à se recouvrir l'une l'autre à une certaine distance et étant séparées par l'élément en compression 104. Les éléments d'âme en tension ordinaires en bois ont été remplacés dans la char pente de la forme de construction modifiée 94 par un fil ou bande métallique 108, fixé sur des agrafes métalliques 110 et 112, qui sont directement réunies aux membrures inférieures respectives 100 et 102.
Le fil métallique 108 passe sur l'extrémité inférieure d'une agrafe de tension initiale 114 qui traverse le faîte de la charpente et est retenue entre les dents formées dans les membrures supérieures 96 et 98 à l'endroit du joint de faîte. L'agrafe de tension initiale 114 qui délimite un joint de faîte modifié comporte des portions en surplomb 116 qui sont en contact avec les bords adjacents des membrures supérieures 96 et 98 et y sont fixées par des éléments de fixation, tels que des clous, vis, etc. L'agrafe de tension initiale 114 est destinée à mettre sous tension initiale le fil métallique 108 de façon à mettre sous tension initiale l'ensemble de la charpente.
Les élé ments métalliques 108, 110 et 112 étant mis sous tension initiale, les dents de tous les joints en bois de la charpente viennent en prise plus complètement et plus fortement, en particulier du fait que les efforts dus à la tension initiale des joints sont du même type et sont dirigés dans le même sens que ceux qui résultent des conditions de charges normales. Le dispositif de mise sous tension initiale permet encore à la charpente de supporter une charge déterminée dirigée en sens inverse, si la forme de construction de la charpente l'exige. Cette charge dirigée en sens inverse peut être formée par un effort du vent dirigé de bas en haut et s'exerçant sur une charpente de toit normalement construite de façon à supporter des charges verticales.
L'âme ou fil métallique 108 est également avantageux, car il est beaucoup moins coûteux que le bois, mais possède des caractéristiques de résistance semblables. Etant donné que la charge dirigée en sens inverse risque de faire naître des efforts de compression de faible importance dans l'âme métallique 108, si on fait subir au métal un effort initial légèrement supérieur à l'effort de com pression prévu, on a la certitude que l'élément d'âme métallique ne subit jamais d'efforts de compression une fois fabriqué et assemblé. La mise sous tension initiale de l'élément d'âme métallique donne encore la certitude que les joints de l'ensemble de la charpente assemblée restent parfaitement serrés, même s'ils subissent des efforts de manutention risquant de provoquer leur ouverture.
Les fig. 14 à 18 représentent diverses variantes des éléments d'âme sous tension initiale. Par exemple, l'agrafe 114 a été supprimée sur la fig. 14 et des éléments d'âme séparés sous tension initiale<B>118</B> et 120 sont réunis directement aux membrures infé rieures respectives 100 et 102. Les éléments d'âme 118 et 120 passent à travers les dents en prise des membrures supérieures 96 et 98 et se rabattent pour se réunir aux extrémités supérieures des mem brures supérieures par des éléments de fixation appropriés tels que des crampons ou des clous.
On voit donc que les éléments d'âme sous tension 118 et 120 délimitent aussi un joint de faîte modifié et non seulement sont mis sous tension initiale pour faire subir des efforts aux joints de recouvrement des membrures, mais encore permettent de supprimer l'agrafe au joint de faîte, en diminuant ainsi le temps et la dépense de l'opération d'assemblage. La fig. 15 représente une variante de l'élément d'âme métallique sous tension 122, qui se prolonge en passant entre l'élément d'âme en compression 106 et la membrure inférieure avec laquelle il s'enclenche.
L'extrémité inférieure 124 de l'élément d'âme en tension 122 est fixée sur la partie supérieure de la membrure infé rieure 102 par un dispositif quelconque approprié, tel que des crampons ou analogues, en supprimant ainsi les agrafes métalliques de la fig. 12. L'élément en bois en compression 104 de la fig. 16 est disposé entre la membrure supérieure 96 et la membrure inférieure 100. De plus, un élément d'âme métallique en tension 126 suivant une direction générale verti cale est fixé sur les faces opposées de la membrure supérieure 96 et de la membrure inférieure 100 (fig. 17).
Les extrémités de l'élément en bois en compression 104 comportent aussi une feuillure ou entaille pour loger les membrures supérieures et inférieures 96 et<B>100</B> qui sont disposées en se recou- vrant à une certaine distance, mais sont séparées par l'élément en compression 104.
La fig. 18 représente encore une autre variante du joint de faîte et de l'élément en tension, qui com porte un élément métallique sous tension initiale 128, passant dans le joint de faite délimité par les mem brures supérieures 96 et 98 et dans les dents en prise des membrures inférieures 100 et 102. Des portions rabattues en dehors aux extrémités 130 et 132 peuvent servir à fixer l'élément sous tension initiale 128 dans sa position entre les membrures supérieures et inférieures. Si on le désire, des bandes ou rubans supplémentaires de tension 134 et 136 peuvent être fixés sur l'élément métallique 128 et se prolonger à côté du joint de faite jusqu'aux mem brures inférieures respectives 100 et 102.
L'élément métallique 128 sous tension initiale, ainsi que les bandes de tension 134 et 136 sont destinés à mettre les joints sous tension initiale et par suite l'ensemble de la charpente assemblée. Les dents viennent ainsi en prise plus complètement et plus fortement et tous les joints en bois de la charpente s'établissent puisque les efforts initiaux qui s'exercent dans les joints sont du même type et suivent la même direction que dans les conditions de charge normales. Quoiqu'aucun procédé spécial de mise sous tension initiale des éléments d'âme métalliques ne soit représenté ni décrit, on peut appliquer n'importe quel procédé connu, le procédé de mise sous tension initiale ne faisant pas partie de l'invention.
Les dents peuvent être taillées simplement dans les éléments de la charpente au cours de sa fabrica tion et par suite les charpentes peuvent se fabriquer économiquement en grande série. Deux membrures supérieures identiques et deux membrures inférieures identiques peuvent servir à former une seule char pente assemblée, tandis qu'il suffit de deux entailles dans les deux éléments d'âme en compression, qui par suite peuvent être fabriqués et assemblés sim plement. Etant donné que les éléments se recouvrent, on réalise une sérieuse économie dans l'opération de taille. Le joint étant formé par des dents en prise, aucun matériel spécial n'est nécessaire pour assem bler la charpente et par suite l'opération d'assem blage est beaucoup moins coûteuse que par d'autres procédés connus.
On peut assembler la charpente décrite dans une seule position et il n'est pas néces saire de la retourner comme lorsqu'on opère par d'autres procédés, par lesquels on pose les plaques au marteau à main, avec des craimpons ou avec de la colle. Etant donné que les dents des membrures coopérant entre elles sont formées par le même outil, elles viennent fortement en prise et forment un joint serré sans aucun risque d'affaiblir la charpente. Les dents qui se recouvrent dans les membrures ont encore l'avantage de pouvoir être serrées plus forte ment en prise, en augmentant ainsi la pression exercée sur les éléments de la charpente.
Dans les charpentes monoplan connues, il est nécessaire de prévoir dans le joint d'appui, dans les extrémités des membrures supérieures et inférieures, de longues entailles spéciales, qui si leur angle diffère légèrement de la valeur prévue, font diminuer notablement le pouvoir portant du joint, puisque l'étendue des sur faces de portée entre les membrures diminue. Ces longues entailles qui doivent se correspondre à d'étroites tolérances près sont inutiles ici et comme les dents de chaque élément de la charpente sont taillées d'avance, le montage de la charpente s'effec tue avec précision au prix d'une dépense de temps et de main-d'oeuvre réduite au minimum.
Prefabricated frame The roof frames of buildings normally comprise top chords joined to the bottom chords in the vicinity of their external support, and in addition by intermediate webs. It has been common practice until recent years in the construction of residential type buildings to construct the roof frame by ordinary assembly. It has been found that by fabricating the roof frames in advance and installing them in one-piece form on the site, not only a more economical frame is achieved, but also that the prefabricated frame is more resistant and can withstand more loads. stronger than those built in the usual way.
According to a form of con naked prefabricated frame, the elements of the frame are arranged by superimposing them at their ends joined together. The joints which join the elements of the frame are formed by a set of a bolt and a split ring, the bolt of which passes through suitable holes drilled in the overlapping ends of the elements of the frame. The framework assembled by joints of this type is not only voluminous to handle because of the additional thickness of the joints formed by the ends which overlap, but also because of the accessory elements necessary for the assembly, so that the assembly of the frame takes a long time and requires considerable effort.
Another type of joint to be used in a prefabricated frame consists of two plates or gussets of metal or plywood, which are fixed to the elements by a large number of nails and / or by glue, the plates covering the adjacent edges of the elements of the frame in abutment contact with each other.
The strength of the joints formed by metal plates of this type of frame depends on various factors, such as the depth of the teeth, their shape and profile, the surface finish of the metal, the angle of attack of the teeth in the wood , the precision and age of the tooth-forming die, the type of machine that penetrates the teeth into the timber framing members, the speed of the pressing operation, the amount of any foreign matter such as oil, deposited on the plates, the quality and thickness of the plate and the type of wood chosen.
Great care must be taken during the assembly operation to place the plates in the correct position, adjust the elements with precision and give the framework the correct camber. Since the angle of attack of the teeth is variable due to the fact that the plates were abused or that the dies used to manufacture them were worn, the resistance of the plates is variable, thereby reducing the resistance of the plate. tank slope.
Another drawback of the joint formed by plates consists in the obligation to provide, to assemble the elements of the frame, special tables comprising hydraulic or mechanical devices for retaining these elements in their position and rollers or presses making the teeth of the plates in the elements of the sloping chariot. Another disadvantage of the assembly of the elements of the frame by plates consists in the large number of plates which must be kept in stock due to the large number of types of spans in use.
It is necessary to provide for each span plates of different types or dimensions and for this purpose we must have on hand at all times a large number of different plates.
The object of the invention is to remedy the difficulties to which the joints of known structural elements give rise and to make it possible to completely eliminate the plates or gussets.
The object of the present invention is a prefabricated sloping chariot characterized in that it comprises several compression elements, in which several teeth are formed in an area of a vertical lateral face, adjacent to one of their ends, several teeth. tension elements, in which a plurality of teeth are formed in an area of a vertical lateral face, adjacent to one of their ends, the vertical lateral face of at least one of the tension elements covering the vertical lateral face of one of the compression elements,
the side faces of the overlapping tension and compression elements being disposed opposite each other and the teeth formed therein being engaged so as to withstand the combined compressive and tension forces transmitted to the interlocking elements cover, the seal thus formed resisting all of the shearing force of these elements when the sloping tank is under load, and devices fixing said elements in relative positions of overlap and engagement.
In a framework thus arranged, the elements engage by the teeth formed in their large faces and transmit the forces between the elements under remarkable conditions. Although the teeth are cut from the wood, the shear resistance of each of the elements of the joint formed by the overlapping members is total in the area of the overlap. In addition, the support joints formed by the overlap of the top chords and bottom chords allow the frame to withstand higher loads because the lower the inclination of the frame, the greater the overlap area of the top chords. and lower is greater and consequently the stronger the resistance of the joint.
Consequently, for a given vertical load exerted on the frame, the forces in the members increase as the inclination of the top chord decreases and the resistance of the joint between the members also increases to allow the frame to perform its function. Various embodiments are also possible and consist, for example, in eliminating certain elements of wooden webs normally combined with the roof frames.
In one embodiment described below, elements under initial tension, made of metal, are made to cooperate with the latching members so that the teeth of the latching or overlapping zones tighten together more strongly. one against the other, thus obtaining in the joints the totality of the shear resistance of each element in the overlap zone and a high resistance under load.
According to one embodiment of the invention, the teeth of the elements of the frame have the form of saw teeth which, when engaged, define a bearing surface and shear planes. The dimensions of the shear planes are in principle larger than those of the bearing surface, since the shear resistance of the timber is much less than its bearing load capacity.
The appended drawing represents, by way of example, embodiments of the object of the invention.
Fig. 1 is a front elevation of a first embodiment, in which the mating frames and webs have latching teeth on their side surfaces; the fi, -. 2 is a corresponding plan view; fig. 3 is a plan view from below of the frame of FIG. 1; fig. 4 is a partial perspective view on a larger scale of the dismantled elements of the bearing joint on the left side of the frame of FIG. 1; fig. 5 is a plan view on a larger scale of the bearing seal of FIG. 4;
the fia. 6 is a plan view on a larger scale, of a joint similar to that of FIG. 5, whose teeth have a different shape; the fi-. 7 is a plan view on a larger scale of a joint similar to that of FIG. 5, whose teeth have a square shape; fig. 8 is a plan view of a seal similar to that of FIG. 5, whose teeth have a wavy shape; the fi-. 9 is a plan view of a seal similar to that of FIG. 5, having another shape of teeth;
fig. 10 shows another variant of a seal whose overlapping elements work in compression and whose teeth which engage have a special shape in view of the seal working in compression; fig. 11 shows a seal similar to that of the fi-. 10, but the teeth of which have a shape suitable for a joint working in tension; fig. 11ca is a plan view on a larger scale of a joint working in compression and having teeth of another shape; the fia. 12 is a front elevation of another embodiment of the frame, in which the tension web members are of metal under initial tension;
the fia. 13 is a section taken along line 13-13 of FIG. 12; fig. 14 is a partial front elevation of a frame comprising initially tensioned members of another form; fig. 15 is a partial elevation of a sloping tank, one element under initial tension of which is modified and the end of which passes between the web in compression and the lower chord and is fixed to the upper part of this chord; fig. 16 is a partial elevation of a variation of the construction form. of the frame which comprises vertical metal elements in tension;
fig. 17 is a section taken along line 17-17 of FIG. 16, and fig. 18 is a partial elevation of a variation of the form of construction of the frame which has a vertical tension member, passing through the beam of the frame and into the overlap area of the lower chords.
The frame of fig. 1-5 is generally designated 10 and includes top chords 11 and 12, bottom chords 14 and 16, compressive web members 18 and 20, and tension web members. 22 and 24. The upper and lower chord elements and the web elements are preferably formed by standard pieces of wood, the length and width of the section being in the ratio of two to one, and joined together. as described later.
The upper chords 11 and 12 are inclined and meet at one of their ends so as to form a ridge joint, generally designated by 26, while the lower chords 14 and 16 can be joined together at the center of the frame and are still joined to the upper chords 11 and 12 at their respective outer ends so as to form support joints generally designated by 28 and 29. Although some forms of construction of the frames have only one lower chord, we can say that in general the number of lower chords is the same as that of the upper chords.
As has already been said, the members are each preferably formed by a standard piece of wood, and a side surface or a large surface of each of them adjacent to its outer ends is notched so as to form several teeth of which the points follow a general vertical direction when the members occupy their assembly position in the frame. Although the tips of the teeth of the elements of the frame are directed in the general vertical direction when the elements of the frame occupy their assembly position, it is provided in certain cases to incline the direction of the teeth with respect to the vertical, in particularly in bearing joints, to reinforce the engagement action exerted by the teeth.
The angle of inclination depends on the pitch of the frame and may vary depending on the load conditions to make the frames more efficient in use. It should be understood, of course, that the inclined teeth function identically in the same way as the vertical teeth and hence the description and the representation of the vertical teeth should be considered as also applying to the inclined teeth. It can be seen (fig. 4 and 5) in which way the teeth of the members 11 and 14 cooperate, the bearing seal 28 being chosen by way of example.
The top chord <B> II </B> (Fig. 4) is inclined horizontally with respect to the bottom chord 14 and has a relatively narrow top edge 30 and a relatively wide inner surface or face 31. A corresponding narrow bottom edge 32 and an opposing side surface 33 complete the top chord 11. The bottom chord 14 is formed in the same way as the top chord 11 and has top and bottom edges 34 and 35 and narrow faces. wide interior and exterior 36 and 37.
Several sawtooth-shaped teeth 38 are cut from the wide inner face 31 of the upper chord 11 and similarly formed complementary sawtooths 39 are cut from the wide inner face 36 of the lower rib 14. Given that that the outer edge of the top chord 11 is intended to overhang the outer end of the bottom chord 14, the teeth 38 do not extend to the outer edge of the top chord, while the teeth 39 which are cut in the face 36 extend to the end of the lower mem brure.
Before cutting the teeth 38 and 39 in the frames, the pitch of the frame is first determined, so that when the frames overlap at their ends, the teeth engage correctly and automatically, ensuring that the frames are in the correct position for the intended construction truss seen from the frame.
The wide faces 31 and 36 (FIG. 4) overlap in the vicinity of their outer ends and the teeth 38 and 39 engage with each other in the overlap zone. The shape of the teeth 38 and 39 is chosen so as to make the bearing joint acquire a maximum load capacity and to compensate for the combined compressive and tensile forces exerted in the respective upper and lower chords when the frame is under charge.
The bearing surface of each tooth, represented by the letter B (fig. 5) is perpendicular to the direction of the tension and compression forces indicated by the arrows T and C and consequently gives rise to the total necessary bearing force. in the elements in their overlap zone when the frame is under load. Since the bearing capacity of the shear plane of each tooth, represented by the letter S, is less than that of the bearing surface B when the bearing joint is under tension and compression, the extent of this plane is slightly larger than that of this bearing surface B.
The relation between the shear plane S and the bearing surface B is shown in fig. 5, dimension Y being a little greater than dimension X. By giving the shear plane S this shape, the shearing forces are distributed in an efficient manner in the upper and lower chords, in the material of which the teeth which support the loads in the overlap zone and each element is made to acquire the maximum shear strength in this zone.
The joint described above also has the advantage of increasing the load capacity of the frame when its inclination decreases. In fact, the lower the slope of the frame, the more 'the overlap zone is extended in the upper and lower chords and consequently the stronger the resistance of the joint. It can therefore be seen that for any given vertical load of the frame, the forces in the elements increase when the slope of the upper chord decreases and consequently the resistance of the bearing joints also increases depending on the conditions to be fulfilled by the frame.
The support joint 28 (fig. 1) corresponds to the support joint on the left side of the frame 10. Of course the support joint on the right side 29 is formed in the same way, the upper chord 12 and the chord lower 16 have an overlap zone in which the teeth 40 of the lower member 16 engage with the corresponding teeth 42 of the upper chord 12. The ridge joint 26 is formed by an interlocking joint similar to the joint 28 and has a plurality of teeth 44 formed on the inner wide surface of the top chord 11 and teeth 45 formed on the inner surface of the chord 12. The teeth of the top and bottom chords 11 and 12 are therefore engaged in the ridge joint 26 and delimit a zone of overlap of the upper limbs.
The lower chords 14 and 16 also overlap in or near their midpoint and the overlap portions have engaging teeth 46 and 48 which cooperate to acquire the maximum shear strength required in the overlap zone of the chords. It will be noted that the saw teeth 46, 48 follow a direction opposite to that of the saw teeth 44 and the corresponding saw teeth in engagement 45, since the attachment joint of the lower chords 14 and 16 is a tension joint, while the ridge seal 26 is a compression seal. Reference should be made to this in fig. 2 and 3.
The compression web members 18 and 20 are secured to the respective lower chords 14 and 16 by the respective similarly engaged teeth 50 and 52 which are cut in their inner faces. But (fig. 1), the compressed web member 18 is disposed inside the lower chord 14, while the compressed web member 20 is in contact with the lower chord 16. on its outer face. Accordingly, teeth 54 are formed on the inner surface of lower chord 14, while teeth 56 are formed on the outer surface of lower chord 16. As will be seen later, it is important that the teeth do not reduce the section of the intermediate portions of the upper chords.
As a result, the upper ends of the compression web members 18 and 20 are fixed to the top chords 11 and 12 without overlap and plates 57, which cover the top chords and the compressed web members serve to. fix these elements in compression in their position. The web tension members 22 and 24 are also engaged with the upper and lower chords and are disposed respectively between the upper chord 12 and the lower chord 14, on the one hand, and between the top chord 11 and the lower chord 16, on the other hand.
The tension web members each have upper and lower teeth in their faces on the chord side and engage similarly formed teeth in the upper and lower chords. For example, the lower teeth 58 formed in the tension member 24 mesh with the teeth 56 formed in the lower chord 16, while the upper teeth 60 engage with teeth 62 formed in the upper chord 11. Likewise, upper and lower teeth 64 and 66 formed in the tension web member 22 mesh with teeth 68 and 54 formed respectively in the upper and lower chords 12 and 14.
The meshed saw teeth 60, 62 and the meshed saw teeth 64, 68 (Fig. 2) follow a direction opposite to that of the meshed saw teeth 44, 45 of the ridge joint 26 since the joints formed by the tension web elements 22, 24 and the respective upper chords 11 and 12 are in tension, while the joint formed by the upper members 11, 12 at the edge of the frame is in compression.
Although not seen in the drawing, the tension web elements 22 and 24 engage in some way in their overlap area. Vertical teeth can be cut into the overlap area of each of the tensioned web members and engage as described above, or if desired, rabbets can be formed half the width of each. web elements in tension in the overlap area and fit the rebates one into the other.
The elements of the frames and webs can first be fixed to each other by assembling them by an appropriate retaining device, such as nails or crampons, but this external fixing device does not modify the distribution of the forces in the zone of covering the teeth, as has been said. A glue can also be used to join the elements which overlap and to resist the forces directed in the opposite direction while helping to make the joint more effective with the teeth of another shape.
In this respect, the glue serves to prevent the joints from opening sideways. Since all the elements of the frame overlap at their ends and engage with their engaged teeth, the total thickness of the whole frame remains constant in all joints and this arrangement has the effect of sim fold the packaging.
The framework described also has the advantage of forming, by the teeth cut in its elements, a wood-to-wood joint, which makes it possible to use the material which constitutes the elements more effectively. The teeth are arranged in the elements of the frame at the points where the combined forces are lower than in the zones which do not have teeth. The only forces which are therefore exerted in the bearing joint are the direct forces, such as the tensile force in the lower membranes and the compressive force in the upper chords. The bending forces due to the constant load of the roof are exerted between the support and ridge joints and direct forces are also exerted at these points.
As a result, since the section of the members does not decrease between their ends, the greatest combined forces are exerted at the points where the entire surface of the timber can support them. It was found by calculation in this regard that at the ridge joint, for example, where the teeth are cut in the upper chords, the bending forces are about 30% less than those exerted at an intermediate point. of the top chord.
The direct forces exerted in the ridge joint are also appreciably lower than in the portion of the lower end of the upper chord, the section of which is not reduced by cutting teeth therein. The quantity of wood in the top chords is therefore more than sufficient to support the loads exerted on them, even after the teeth have been cut at their outer ends. Likewise, teeth are cut at the location of the assembly joint in the lower chords at the point where the bending forces are lower than at any other point on the chord and where the direct forces (tension and compression ) are weaker than at their outer ends.
It can therefore be seen that the critical forces are exerted in the framework at the points where there are no teeth liable to reduce the load-bearing power of the wood, and the joints between the elements in fact establish between the elements of the framework a continuity which has the effect of reducing the arrows, and making the construction more economical. The elements thus engaged resist bending forces as well as direct forces, against the joints of prefabricated frameworks in which the metal plates or gussets do not offer effective resistance to bending forces.
Figs. 6 to 11cc show several variations of the shape of the interlocking teeth, it being understood that the frame of the construction form 10 of FIG. 1 can include any of the variants of the teeth. The teeth of fig. 6 are straight teeth 70 whose sides have the same dimensions. The shear plane of teeth of this shape, represented by the letter S, is relatively long, but there is no direct bearing surface due to the inclination of the sides of the teeth. A layer of glue is provided on the surfaces of teeth of this shape to prevent the joint from opening by tension or compression.
The teeth 72 of FIG. 7 are square in shape. The bearing surfaces B of teeth of this shape resist tensile and compressive forces, but the shear plane S is less extensive. Teeth of this shape can be chosen when the conditions of resistance to forces are a little less rigorous than with saw teeth.
The teeth 74 of fig. 8 are wavy in shape. Since teeth of this shape do not have a straight seating surface, a layer of glue is also applied to the engaging surfaces of the teeth to help prevent them from separating under tension and compression. In the absence of straight bearing surfaces, the stress resistance conditions are less stringent, although the corrugated portions increase the extent of the shear plane.
The teeth 76 of the variant of FIG. 9 are truncated saw teeth, which have an inclined surface 78 as well as a bearing surface B. But since the right outer edge 80 decreases the extent of the shear plane S, a layer of glue can be applied over the edge 80 to increase the resistance of the shear plane and thus prevent the joint from opening under the effect of the various cutting forces.
The teeth of fig. 10 and 11 may be cut from any of the elements on both sides so as to engage the other element without substantially reducing the strength of the sloping tank for the reasons given above. The seal of the variant of FIG. 10 comprises an element 82 which is intended to be inserted between the elements 84 and 86 which overlap. The shape of the teeth of the elements 82, 84 and 86 is chosen so as to form a seal working in compression between the elements which overlap.
That of the teeth of the fia. 11 is chosen so as to form a joint working in traction, the teeth being formed in an element 88 and in elements 90 and 92 which overlap and being directed in the opposite direction to the teeth of the joint working under compression of FIG. 10. Although the joints of the fi. 10 and 11 are intended for a roof frame, this form of joints can also be used in adjustable wooden columns, which must have considerable bearing power. Joints of this nature are ideal for an adjustable column of the shoring of a construction.
Fig. 1 la shows another variant of the shape of the teeth which can be chosen when it is necessary to increase the resistance to forces directed in the opposite direction. The teeth of fig. 1 a each have a base bounded by a relatively long side surface 85, an inclined surface 87 and a relatively short side surface 89 connecting to the inclined surface 87. The outer ends of the relatively long side surface 85 and the surface inclined 87 form an apex 91 delimited by parallel side surfaces, one of which coincides with the long side surface 85 and the other, which is denoted by 93, connects with the inclined surface 87.
It can be seen that the surfaces 85, 89 and 93 fulfill the function of bearing surfaces and tend to resist compressive forces. The shear plane, relatively extended and delimited by the base of each tooth, cooperates with the bearing surfaces so as to effectively resist the shearing forces when the joint is under load.
It can also be seen that the top 91 of each end tooth by the surface 93 and by the surface 85 has a tendency to resist by its shape to the reverse forces and, when the joint serves as a made joint, it resists the forces directed from the bottom to the bottom. high such as those exercising during storms and hurricanes. As has already been said with regard to the other shapes of teeth, the tops 91 of the teeth of FIG. The follow a generally vertical direction and the teeth are cut in the side surfaces of the members, these surfaces being arranged in a general vertical plane.
The variant of the form of construction of the frame of FIG. 12 is generally designated by 94. It comprises upper chords 96 and 98 and lower chords 100 and 102, all of which have in the vicinity of their ends teeth which engage in their overlap zone, as well as it has been described with regard to the frame of FIGS. 1 to 5. The frame of fig. 12 further comprises compression web elements 104 and 106, but which do not come into contact with the inner surface of the upper chords.
On the other hand, the ends of the web elements in compression are notched or grooved so that a portion of their thickness covers the corresponding upper and lower chords, the chords 96 and 100 (fig. 13) being arranged so as to overlap. overlapping each other at a distance and being separated by the compression member 104. The ordinary wooden tension web members have been replaced in the sloping chariot of the modified construction form 94 by wire or metal band 108, fixed on metal clips 110 and 112, which are directly joined to the respective bottom chords 100 and 102.
Wire 108 passes over the lower end of an initial tension clip 114 which passes through the ridge of the frame and is retained between the teeth formed in the top chords 96 and 98 at the ridge joint. The initial tension clip 114 which defines a modified ridge joint has overhanging portions 116 which contact the adjacent edges of the top chords 96 and 98 and are secured thereto by fasteners, such as nails, screws. , etc. The initial tension clip 114 is intended to initially tension the metal wire 108 so as to initially tension the whole of the frame.
With the metal elements 108, 110 and 112 under initial tension, the teeth of all the timber joints of the frame engage more fully and more strongly, particularly since the forces due to the initial tension of the joints are of the same type and are directed in the same direction as those resulting from normal load conditions. The initial tensioning device still allows the frame to support a determined load directed in the opposite direction, if the form of construction of the frame requires it. This load directed in the opposite direction can be formed by a force of the wind directed from bottom to top and being exerted on a roof frame normally constructed to support vertical loads.
The core or wire 108 is also advantageous because it is much less expensive than wood, but has similar strength characteristics. Given that the load directed in the opposite direction risks giving rise to small compressive forces in the metal core 108, if the metal is subjected to an initial force slightly greater than the expected compressive force, we have the certainty that the metal core element never undergoes compressive forces once manufactured and assembled. The initial tensioning of the metal core element still gives the certainty that the joints of the whole of the assembled frame remain perfectly tight, even if they are subjected to handling forces which risk causing them to open.
Figs. 14 to 18 show various variations of the core elements under initial tension. For example, the clip 114 has been omitted in FIG. 14 and separate web members under initial tension <B> 118 </B> and 120 are joined directly to the respective bottom chords 100 and 102. The web members 118 and 120 pass through the engaging teeth of the chords 96 and 98 and fold down to meet at the upper ends of the upper limbs by suitable fasteners such as spikes or nails.
It can therefore be seen that the web elements under tension 118 and 120 also delimit a modified ridge joint and not only are put under initial tension in order to subject the overlapping joints of the frames to forces, but also make it possible to eliminate the staple at the end. ridge joint, thus reducing the time and expense of the assembly operation. Fig. 15 shows a variation of the tensioned metal core member 122, which extends between the compressive core member 106 and the bottom chord with which it engages.
The lower end 124 of the tension web member 122 is secured to the upper part of the lower chord 102 by some suitable device, such as studs or the like, thereby eliminating the metal clips of FIG. 12. The wooden element in compression 104 of FIG. 16 is disposed between the top chord 96 and the bottom chord 100. In addition, a tensioned metal web member 126 in a generally vertical direction is fixed to the opposite faces of the top chord 96 and the bottom chord 100 ( fig. 17).
The ends of the wooden compression member 104 also have a rebate or notch to accommodate the upper and lower chords 96 and <B> 100 </B> which are arranged overlapping at a certain distance, but are separated. by the compression element 104.
Fig. 18 shows yet another variation of the ridge joint and the tension member, which comprises a metallic element under initial tension 128, passing through the ridge joint delimited by the upper members 96 and 98 and into the engaging teeth. lower chords 100 and 102. Portions tucked out at the ends 130 and 132 can be used to secure the initial tension member 128 in its position between the upper and lower chords. If desired, additional tension bands or ribbons 134 and 136 can be attached to the metal member 128 and extend alongside the ridge joint to the respective lower members 100 and 102.
The metal element 128 under initial tension, as well as the tension bands 134 and 136 are intended to put the joints under initial tension and consequently the whole of the assembled frame. The teeth thus engage more fully and more strongly and all the wooden joints of the frame are established since the initial forces exerted in the joints are of the same type and follow the same direction as under normal load conditions. . Although no special method of initial stressing of the metal core members is shown or described, any known method can be applied, the method of initial stressing not being part of the invention.
The teeth can be cut simply from the elements of the frame during its manufacture and consequently the frames can be produced economically in large series. Two identical top chords and two identical bottom chords can be used to form a single assembled sloped tank, while two notches are sufficient in the two compression web members, which can therefore be fabricated and assembled simply. Since the elements overlap, a serious economy is achieved in the pruning operation. The joint being formed by engaging teeth, no special equipment is necessary to assemble the frame and therefore the assembly operation is much less expensive than by other known methods.
The frame described can be assembled in a single position and it is not necessary to turn it over as when operating by other methods, by which the plates are laid with a hand hammer, with hooks or with glue. Since the teeth of the members cooperating with each other are formed by the same tool, they engage strongly and form a tight joint without any risk of weakening the frame. The teeth which overlap in the frames have the further advantage of being able to be clamped more strongly in engagement, thus increasing the pressure exerted on the elements of the frame.
In known monoplane frames, it is necessary to provide in the support joint, in the ends of the upper and lower chords, long special notches, which if their angle differs slightly from the expected value, significantly reduce the bearing power of the joint, since the extent of the span faces between the members decreases. These long notches which must correspond to close tolerances are unnecessary here and since the teeth of each member of the frame are pre-cut, the erection of the frame is carried out with precision at the cost of an expense of time and labor reduced to a minimum.