EP0015213B1 - Toiture autoportante pour bâtiments, composée d'éléments modulaires en forme de voûte - Google Patents
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- EP0015213B1 EP0015213B1 EP80400257A EP80400257A EP0015213B1 EP 0015213 B1 EP0015213 B1 EP 0015213B1 EP 80400257 A EP80400257 A EP 80400257A EP 80400257 A EP80400257 A EP 80400257A EP 0015213 B1 EP0015213 B1 EP 0015213B1
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- E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
- E04B7/00—Roofs; Roof construction with regard to insulation
- E04B7/08—Vaulted roofs
- E04B7/10—Shell structures, e.g. of hyperbolic-parabolic shape; Grid-like formations acting as shell structures; Folded structures
- E04B7/107—Folded structures
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Definitions
- the present invention relates to a self - supporting roof, in particular for industrial buildings, formed of long - span modular elements, in the form of an arch, in accordance with the preamble of claim 1.
- roof elements with oblique planes, comprising a self-supporting outer shell or wall conferring mechanical resistance to the element, a layer of thermal insulation and an inner wall supporting the layer insulation and carried by the outer wall, the latter being further stiffened by metal elements, such as "omega" irons welded to the shell.
- the roof elements are prefabricated in the factory, the work remaining to be done on the site essentially consists of putting the elements in place and assembling them to form the total roof.
- FR-A 2147866 describes a roof of the same type as that of FR-A 1558925, specifying that it is composed of longitudinal elements resting on a horizontal structure and each consisting of an inverted V hull, and folded transverse stiffening frames so as to present a geometry congruent to the cross section of the shell.
- the patent FR-A-1494733 describes a self-supporting structural element comprising two ribbed sheets arranged face to face and joined together by insulating rods.
- the roof thus produced can be flat or composed of vaults.
- the invention specifically aims to increase the bending moment of the roof and reduce the dead weight to bear while avoiding the existence of thermal bridge between the two inner and outer walls.
- the inner wall is, like the outer wall, self-supporting and arranged parallel to it and that the longitudinal edges of the two walls and the edges of the stiffeners are fixed to bars of longitudinal stress.
- the stiffeners are tubes of rectangular section filled with a thermal insulator, for example a foam of synthetic material, to prevent them from forming a thermal bridge.
- a thermal insulator for example a foam of synthetic material
- the stiffeners are formed by spaced sections fixed respectively to the inner and outer walls, between which are fixed at intervals spacer pieces.
- the roofing elements according to the invention have the shape of a vault, the walls being formed for example of curved ribbed sheets.
- FIG. 1 shows two elements 1 of a freestanding roof for an industrial building.
- Each element has in section a substantially semicircular shape open upwards, with a width which can be around 2 meters, and can have a length of up to 30 meters.
- the elements are supported at their ends by supports symbolized in A, which can be constituted by the front walls of the building.
- Each element includes an outer wall 2 and an inner wall 3 curved identically and with the same mechanical strength. Between these walls are arranged, at regular intervals in the longitudinal direction, transverse stiffeners conforming to the shape of the walls (see FIG. 5 for this arrangement) and one of which is shown in section in FIG. 2a.
- the stiffeners 4 of FIG. 2a is a square section tube which is fixed, on the one hand, to the external wall 2 and, on the other hand, to the internal wall 3 by any suitable means, preferably by self-tapping screws. -drills and self-tapping symbolized by the mixed lines.
- thermal insulator 5 for example glass wool.
- the stiffeners 4 are themselves filled with a thermal insulator 6, for example a polyurethane foam formed in place, in order to prevent the stiffeners 4 from forming thermal bridges.
- thermal insulator 6 for example a polyurethane foam formed in place
- FIG. 2b shows a variant with respect to the embodiment of FIG. 2a, in which the irons 10, 11 having spread wings are fixed respectively to the walls 2 and 3, and between the irons 10 and 11 are placed at regular intervals from the pads 12 of rigid thermally insulating material, for example of wood or of rigid plastic.
- the connection between the bars 10 and 11 is ensured by clamping pieces 13, 14 respectively enclosing the pads 12 and connected by blocking a nut 15 on a bolt 16.
- the walls 2 and 3 are, in the embodiment of Figure 1, made of steel trays, that is to say of ribbed steel sheets. These containers are commercially available and each wall will be formed from one or more of these containers, depending on the required width. If a wall includes several tanks, the connection will be obtained by covering the waves (or ribs) and fixing by screws. _____
- longitudinal profiles 17 are provided, housed in the last wave of the outer wall 2, and likewise longitudinal profiles 18 housed in the last wave of the inner wall 3.
- Each of these profiles working in compression since the arch is open upwards is placed between two stiffeners 4 consecutive and is fixed by its ends on plates 19 welded on the stiffeners 4.
- connecting bars 20 Between two adjacent roofing elements are arranged connecting bars 20 forming spacers, which are fixed to the exposed ends of the stiffeners 4. Above the connecting bars 20 is placed a sealed ridge 21, and under the bars 20 is a sub-ceiling 22 supported by the upper face of the compression profiles 18. A layer of thermal insulation 23 is placed on the sub-ceiling 22.
- a simple translucent skylight could also be placed between two adjacent roof elements.
- the inner wall 3 contributes by its own resistance to the rigidity of the roof, instead of forming a dead weight than the wall exterior must support, as in the prior art mentioned above. This makes it possible to increase the range of an element or, for a given range, to reduce the thickness of the walls.
- the roof elements 1 are prefabricated in the factory and the only operations remaining to be carried out on the site are the installation of the elements 1 on the support walls and the installation of the connecting bars, the ridge, etc. ., between elements 1.
- FIG. 4 shows an alternative embodiment in which two compression profiles are provided, constituted by tubes of square section 25, 26 extending continuously over the entire length of the roofing element, instead of d 'be placed between the stiffeners in the waves of the walls, as shown in Figure 3.
- all the stiffeners 27 have their ends fixed respectively to the profiles 25, 26.
- the profiles 25, 26 are also, like the tubular stiffener of Figure 2a, filled with a thermal insulation foam formed in place.
- the stiffeners also have a different structure from what has been described above. They are each formed of two T sections 28a, 28b fixed respectively to the outer wall and to the inner wall, preferably by means of self-tapping screws, not shown. The sections 28a, 28b are separated and joined at intervals by metal parts 29 welded to the cores of the sections 28a, 28b. Such an embodiment has the advantage of great simplicity of implementation.
Description
- La présente invention concerne une toiture autoportante, en particulier pour bâtiments industriels, formée d' éléments modulaires de grande portée, en forme de voûte, conformément au préambule de la revendication 1.
- Il est connu du FR-A-1558925 d'utiliser des éléments de toiture modulaires à plans obliques, comprenant une coque ou paroi extérieure autoportante conférant la résistance mécanique à l'élément, une couche d'isolation thermique et une paroi intérieure supportant la couche d'isolation et portée par la paroi extérieure, celle-ci étant en outre raidie par des éléments métalliques, tels que des fers «oméga» soudés à la coque. Les éléments de toiture sont préfabriqués en usine, le travail restant à faire sur le chantier consistant essentiellement à mettre en place les éléments et à les assembler pour former la toiture totale.
- Le FR-A 2147866 décrit une toiture du même type que celle du FR-A 1558925 en précisant qu'elle est composée d'éléments longitudinaux reposant sur une structure horizontale et constitués chacun par une coque en V renversée, et de cadres raidisseurs transversaux pliés de manière à présenter une géométrie congruente à la section droite de la coque.
- Le brevet FR-A-1494733 décrit un élément de structure autoportante comprenant deux tôles nervurées disposées face à face et réunies entre elles par des baguettes isolantes. La toiture ainsi réalisée peut être plane ou composée de voûtes.
- Aucun des documents antérieurs ci-dessus n'assurent à la structure une rigidité parfaite en évitant notamment un déplacement relatif des deux parois qui constituent cette structure.
- L'invention vise précisément à augmenter le moment fléchissant de la toiture et à réduire le poids mort à supporter tout en évitant l'existence de pont thermique entre les deux parois intérieure et extérieure.
- A cet effet, il est prévu conformément à l'invention que la paroi intérieure est, comme la paroi extérieure, autoportante et disposée parallèlement à celle-ci et que les bords longitudinaux des deux parois et les bords des raidisseurs sont fixés à des barres de sollicitation longitudinales.
- L'association ainsi réalisée des deux parois, de leurs raidisseurs et des barres de sollicitation, conduit à une structure unitaire autoportante qui ne se retrouve pas dans les documents cités plus haut et qui assure une bonne répartition des efforts d'une paroi à l'autre, donc fait participer la paroi intérieure à la résistance d'ensemble de l'élément de toiture.
- Dans une forme de réalisation, les raidisseurs sont des tubes de section rectangulaire remplis d'un isolant thermique, par exemple d'une mousse de matière synthétique, pour les empêcher de former un pont thermique.
- Dans une autre forme de réalisation, les raidisseurs sont formés par des profilés écartés fixés respectivement aux parois intérieure et extérieure, entre lesquels sont fixées par intervalles des pièces d'entretoisement.
- Les éléments de toiture selon l'invention présentent la forme d'une voûte, les parois étant formées par exemple de tôles nervurées cintrées.
- L'invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante, faite en référence aux dessins annexés. Dans les dessins:
- - la figure 1 montre en coupe la structure d'une toiture autoportante selon l'invention, formée d'éléments cintrés;
- - la figure 2a est une vue partielle en coupe suivante le plan III-III de la figure 1, montrant la forme d'un raidisseurs;
- - la figure 2b montre une variante par rapport à la réalisation de la figure 2a;
- - la figure 3 est une vue de détail à grande échelle de l'extrémité d'un élément de toiture selon la figure 1;
- - la figure 4 montre en coupe un élément de toiture cintré selon une variante de réalisation;
- - la figure 5 montre l'élément de toiture de-la figure 4 en vue de côté;
- - la figure 6 est une vue en coupe de détail montrant la forme d'un raidisseur.
- On a représenté à la figure 1 deux éléments 1 d'une toiture autoportante pour bâtiment industriel.
- Chaque élément a en section une forme sensiblement semicirculaire ouverte vers le haut, avec une largeur qui peut être d'environ 2 mètres, et peut avoir une longueur allant jusqu'à 30 mètres. Les éléments sont supportés à leurs extrémités par des appuis symbolisés en A, qui peuvent être constitués par les murs de façade du bâtiment.
- Chaque élément comprend une paroi extérieure 2 et une paroi intérieure 3 cintrée de façon identique et de même résistance mécanique. Entre ces parois sont disposés, à intervalles réguliers dans le sens longitudinal, des raidisseurs transversaux épousant la forme des parois (voir la figure 5 pour cette disposition) et dont l'un est représenté en coupe à la figure 2a.
- Le raidisseurs 4 de la figure 2a est un tube de section carrée qui est fixé, d'une part, à la paroi extérieure 2 et, d'autre part, à la paroi intérieure 3 par tout moyen approprié, de préférence par des vis auto-perceuses et auto-taraudeuses symbolisées par les traits mixtes.
- Entre les parois 2 et 3 est placée une couche d'isolant thermique 5, par exemple de la laine de verre. Les raidisseurs 4 sont remplis eux-mêmes d'un isolant thermique 6, par exemple une mousse de polyuréthane formée en place, afin d'éviter que les raidisseurs 4 forment des ponts thermiques. Pour améliorer l'isolation, on interpose en outre, lors de la fabrication de l'élément, une couche de laine de verre entre le raidisseurs et les parois, cette couche se trouvant ensuite écrasée lorsqu'on réalise la fixation comme indiqué par le repère 7.
- On a représenté à la figure 2b une variante par rapport à la réalisation de la figure 2a, dans laquel- les des fers 10, 11 ayant des ailes écartées sont fixés respectivement aux parois 2 et 3, et entre les fers 10 et 11 sont placés à intervalles réguliers des tampons 12 en matière rigide thermiquement isolante, par exemple en bois ou en matière plastique rigide. La liaison entre les fers 10 et 11 est assurée par des pièces de serrage 13, 14 enserrant respectivement les tampons 12 et reliées par blocage d'un écrou 15 sur un boulon 16.
- Les parois 2 et 3 sont, dans la réalisation de la figure 1, constituées de bacs en acier, c'est-à-dire de tôles d'acier nervurées. Ces bacs se trouvent dans le commerce et chaque paroi sera formée d'un ou plusieurs de ces bacs, suivant la largeur requise. Si une paroi comprend plusieurs bacs, la liaison sera obtenue par recouvrement des ondes (ou nervures) et fixation par vis. ____
- Pour renforcer la résistance aux sollicitations longitudinales des parties d'extrémité de l'élément de toiture, on prévoit, comme le montre la figure 3, des profilés longitudinaux 17 logés dans la dernière onde de la paroi extérieure 2, et de même des profilés longitudinaux 18 logés dans la dernière onde de la paroi intérieure 3. Chacun de ces profilés travaillant en compression puisque la voûte est ouverte vers le haut est placé entre deux raidisseurs 4 consécutifs et est fixé par ses extrémités sur des platines 19 soudées sur les raidisseurs 4.
- Entre deux éléments de toiture adjacents sont disposées des barres de liaison 20 formant entretoises, qui sont fixées sur les extrémités découvertes des raidisseurs 4. Au-dessus des barres de liaison 20 est placé un faîtage étanche 21, et sous les barres 20 se trouve un sous-plafond 22 supporté par la face supérieure des profilés de compression 18. Une couche d' isolant thermique 23 est posée sur le sous plafond 22.
- Un simple lanterneau translucide pourrait également être placé entre deux éléments de toiture adjacents.
- Les avantages de la toiture selon l'invention sont les suivants.
- Grâce à la liaison rigide établie entre les parois intérieure et extérieure par les raidisseurs 4, et par les profilés de compression, la paroi intérieure 3 contribue par sa résistance propre à la rigidité de la toiture, au lieu de former un poids mort que la paroi extérieure doit supporter, comme dans l'état de la technique mentionné plus haut. Cela permet d'augmenter la portée d'un élément ou, pour une portée donnée, de réduire l'épaisseur des parois.
- D'autre part, les éléments de toiture 1 sont préfabriqués en usine et les seules opérations restant à effecteur sur le chantier sont la mise en place des éléments 1 sur les murs d'appui et la pose des barres de liaison, du faîtage, etc., entre les éléments 1.
- On a représenté à la figure 4 une variante de réalisation dans laquelle il est prévu deux profilés de compression constitués par des tubes de section carrée 25, 26 s'étendant de façon continue sur toute la longueur de l'élément de toiture, au lieu d'être placés entre les raidisseurs dans les ondes des parois, comme représenté à la figure 3. Dans cette variante, tous les raidisseurs 27 ont leurs extrémités fixées respectivement aux profilés 25, 26.
- Une telle variante renforce le rôle de transmission des efforts entre les parois joué par les profilés de compression. Les profilés 25, 26 sont par ailleurs, tout comme le raidisseur tubulaire de la figure 2a, remplis d'une mousse d'isolation thermique formée en place.
- Les raidisseurs ont également une structure différente de ce qu'on a décrit précédemment. Ils sont formés chacun de deux profilés en T 28a, 28b fixés respectivement à la paroi extérieure et à la paroi intérieure, de préférence au moyen de vis autotaraudeuses, non représentées. Les profilés 28a, 28b sont écartés et réunis par intervalles par des pièces métalliques 29 soudées sur les âmes des profilés 28a, 28b. Une telle réalisation présente l'avantage d'une grande simplicité de réalisation.
Claims (3)
1. Toiture autoportante pour bâtiment, composée d'éléments modulaires en forme de voûte comprenant chacun une paroi extérieure (2) autoportante et une paroi intérieure (3) de même forme s'étendant longitudinalement entre deux appuis, de raidisseurs (4, 27) de forme correspondant à la section droite formée par les parois extérieure (2) et intérieure (3) disposés transversalement à intervalles entre les deux parois (2, 3) et fixés à celles-ci, et une-couche d'isolation thermique (5) disposée entre les parois (2, 3) et supportée par la paroi intérieure (3), caractérisée par lé fait que la paroi intérieure (3) est elle aussi autoportante et disposée parallèlement à celle de la paroi extérieure (2), qu'il est prévu des barres de sollicitation (17, 18) longitudinales auxquelles sont fixés les bords longitudinaux des deux parois (2, 3) et les bords des raidisseurs (4, 27).
2. Toiture selon la revendication 1, caractérisée par le fait que des tampons d'entretoisement (12) en matière isolante sont logés entre des fers (10, 11) à ailes écartées qui forment les raidisseurs (4), lesdits fers (10, 11) étant fixés respectivement aux parois intérieure (3) et extérieure (2) et des pièces de serrage (13, 14) reliées l'une à l'autre sont placées de part d'autre des tampons (12) contre l'extérieur desdites ailes des fers (10, 11).
3. Toiture selon la revendication 1, caractérisée par le fait que chaque raidisseurs est formé par deux profilés (28a, 28b) à section en T écartés l'un de l'autre, fixés respectivement aux parois intérieure (3) et extérieure (2) et reliés, par intervalles, par des plaques (29).
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