EP0031804A2

EP0031804A2 - Structure spatiale en treillis

Info

Publication number: EP0031804A2
Application number: EP80870055A
Authority: EP
Inventors: François Pierre Thonard
Original assignee: Utema-Travhydro Sa En Abrege Travhydro
Current assignee: Utema-Travhydro Sa En Abrege Travhydro
Priority date: 1979-12-27
Filing date: 1980-12-17
Publication date: 1981-07-08
Also published as: DE3070682D1; EP0031804A3; EP0031804B1

Abstract

Une structure constituée à partir d'éléments préfabriqués assemblés entre eux par boulonnage pour former des noeuds. Chaque extrémité des membrures (5) aboutissant à un noeud (4) porte un tenon formé par une paroi (6) qui y est soudée et par une cornière (7) dont les ailes de même largeur sont soudées à la paroi et présentent chacune au moins un trou d'assemblage. Chaque noeud se trouve formé d'une part par la superposition deux à deux des ailes des cornières (7) des membrures correspondantes, avec les arêtes de ces cornières alignées pratiquement suivant une même droite normale à la nappe ou au voile formé par la structure, et d'autre part, par le boulonnage des ailes superposées au moyen de boulons (8) traversant les trous d'assemblage coaxiaux.

Cette structure spatiale permet de réaliser des nappes planes aussi bien que des voiles à simple ou à double courbure.

Description

La présente invention est relative à une structure spatiale en treillis constituée d'au moins une nappe plane ou un voile à simple ou double courbure.
Dans une telle structure, la nappe ou le voile est formé par des éléments constitués chacun par une barre, un cadre ou une pyramide. Ces éléments préfabriqués sont assemblés entre eux aux extrémités de leurs membrures constitutives en des noeuds par boulonnage mutuel de ces extrémités.
Il existe déjà plusieurs systèmes de réalisation des noeuds des membrures faisant partie d'une nappe plane ou d'un voile courbé. Parmi ces différents systèmes de réalisation connus, il en est un qui met en oeuvre des pièces d'about rapportées respectivement aux extrémités des membrures. A chaque noeud, les pièces d'about des membrures correspondantes prennent appui deux à deux l'une contre l'autre et sont solidarisées entre elles des deux côtés de la nappe ou du voile, par deux plaques de recouvrement qui y sont boulonnées. En fait, chaque pièce d'about comprend un bout de tube et plusieurs plaques. Le bout de tube est destiné à être emboité sans jeu appréciable et boulonné par rapport à l'extrémité de la membrure. Une plaque carrée est soudée à l'extrémité du bout de tube perpendiculairement à son axe. Du côté opposé au bout de tube, deux plaques polygonales identiques sont soudées le long des bords supérieur et inférieur de la plaque carrée parallèlement entre elles et à l'axe susdit. En outre, une plaque intermédiaire rectangulaire est soudée à la plaque carrée et aux plaques polygonales et assure l'entretoisement de ces dernières. Chaque plaque polygonale présente une pointe à bords isocèles du côté opposé au bout du tube.
Lors de l'assemblage d'un noeud dans cette structure, les bords isocèles supérieur et inférieur des plaques polygonales de chaque pièce d'about prennent appui respectivement contre les bords adjacents des plaques similaires des deux pièces d'about voisines. Ensuite, les plaques de recouvrement sont posées contre les plaques polygonales supérieures et inférieures et y sont boulonnées par des boulons engagés à travers des trous correspondants de toutes ces plaques.
Ainsi, dans ce système connu, les pièces d'about sont rapportées par des boulons sur les extrémités des membrures et sont assemblées entre elles par l'intermédiaire des plaques de recouvrement parallèles. Il y a donc à chaque noeud de ce système, une double liaison mécanique par boulons tous dirigés parallèlement entre eux et perpendiculairement aux axes des membrures. De plus, il n'y a aucune solidarisation mutuelle directe des pièces d'about entre elles. De ce fait, ce système ne peut réaliser que des noeuds nécessitant des pièces détachées,à savoir les plaques de recouvrement,et présentant des caractéristiques d'encastrement limitées.
L'objet de l'invention est une nouvelle structure spatiale dans laquelle les noeuds sont conçus et réalisés pour remédier aux inconvénients précités de la technique connue.
A cet effet, dans la structure spatiale selon l'invention, chaque extrémité des membrures aboutissant à un noeud porte un tenon formé par une paroi qui y est soudée et par une cornière dont les ailes de même largeur sont soudées à la paroi et présentent chacune au moins un trou d'assemblage. De la sorte, chaque noeud est formé d'une part, par la superposition deux à deux des ailes des cornières des membrures correspondantes, avec les arêtes de ces cornières alignées pratiquement suivant une même droite normale à la nappe ou au voile , et d'autre part, par le boulonnage de ces ailes superposées au moyen de boulons traversant leurs trous d'assemblage coaxiaux.
Dans la nouvelle structure spatiale, la fixation ferme des cornières par rapport aux membrures d'une part, et la superposition et le boulonnage directs de ces cornières d'autre part, assurent un degré très élevé d'encastrement de ces membrures aux noeuds. Un tel encastrement réduit non seulement la longueur de flambage des membrures en augmentant leur raideur et la stabilité au voilement de la nappe ou du voile, mais aussi les moments de flexion de ces membrures en augmentant la résistance à la flexion de cette nappe ou de ce voile. D'autre part, l'assemblage direct de ces cornières élimine toute pièce intermédiaire indépendante des membrures. En somme, la nappe ou le voile est réalisé uniquement à l'aide de membrures complètement préfabriquées et avantageusement normalisées, et au moyen de boulons. Une telle réalisation est particulièrement économique.
Généralement, dans la structure spatiale selon l'invention, le tenon précité comprend me paroi qui est par exemple formée par un plat carré ou rectangulaire, et une cornière dont l'arête est parallèle au plat.
Selon une particularité importante de cette nouvelle structure spatiale, un plan particulier passant par l'axe longitudinal d'une membrure dont les deux extrémités sont pourvues respectivement de deux tenons, coupe suivant des angles égaux, les arêtes des cornières de ces deux tenons et ainsi, après assemblage, les arêtes des cornières des tenons relatifs aux deux noeuds correspondants.
Dans le cas d'une structure spatiale comportant une nappe plane, les arêtes des cornières des deux tenons de la membrure sont parallèles entre elles dans le plan particulier susdit passant par l'axe longitudinal de cette membrure, en sorte que les angles de coupe de ces arêtes par ce plan soient nuls. Dans le cas d'une structure spatiale comportant un voile sous forme de sphère, les arêtes des cornières des deux tenons de la membrure sont convergentes au centre de la surface sphérique dans le plan particulier susdit. Dans le cas d'une structure spatiale comportant un voile sous forme de cylindre ou de parabololde hyperbolique, les arêtes des cornières des deux tenons de la membrure sont gauches entre elles et se trouvent hors du plan particulier susdit.
Pour augmenter la résistance des noeuds de la structure spatiale selon l'invention, la cornière du tenon est renforcée. à mi-hauteur par un raidisseur triangulaire soudé à des ailes et à la paroi de ce tenon.
Dans le cas où la structure spatiale comprend deux nappes planes superposées entretoisées par des diagonales tubulaires, les extrémités de chaque diagonale sont aplaties et présentent chacune au moins un trou d'assemblage. En outre, chaque extrémité est insérée entre deux ailes superposées de deux cornières du noeud correspondant et est boulonnée à ces ailes par le ou les boulons d'assemblage de ces dernières.
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description et des dessins ci-annexés qui illustrent schématiquement et à titre d'exemple seulement, plusieurs formes de réalisation de l'invention:

La figure 1 est une vue en perspective d'un noeud d'une nappe plane d'une structure spatiale selon l'invention;
la figure 2 est une vue en perpective de la nappe plane;
la figure 3 est une vue en perspective d'un noeud d'un voile en forme de cylindre ou de paraboloide hyperbolique d'une structure spatiale selon l'invention;
la figure 4 est une vue en perspective du voile en forme de cylindre ou de parabololde hyperbolique;
La figure 5 est une vue en perspective d'un noeud d'un voile en forme de sphère d'une structure spatiale selon l'invention;
la figure 6 est une vue en perspective du voile en forme de sphère;
la figure 7 est une vue en perspective d'un noeud d'une nappe plane et de diagonales de liaison de celle-ci à une nappe plane adjacente dans une structure spatiale selon l'invention;
la figure 8 est une vue en perspective des deux nappes planes et des diagonales de liaison;
la figure 9 est une vue en perspective d'un autre noeud d'une nappe plane d'une structure spatiale selon l'invention.

Sur ces différentes figures, les mêmes notations de référence désignent des éléments identiques.
La structure spatiale selon l'invention peut comprendre généralement une ou plusieurs nappes planes 1 superposées, un ou plusieurs voiles 2 superposés sous forme de cylindre ou de parabololde hyperbolique ou un ou plusieurs voiles 3 superposés sous forme de sphère. En substance, la structure spatiale est une construction en treillis formée par des éléments successifs assemblés entre eux en des noeuds 4. Dans les exemples représentés, les éléments constitutifs de la structure spatiale sont chaque fois des membrures formée chacune par une barre constituée par exemple d'un tube rond, cette barre pouvant être un autre profilé. Cependant, dans des variantes, les éléments constitutifs en question peuvent être des cadres ou des pyramides formés de plusieurs membrures.
Dans le cas d'une seule nappe plane 1 (figures 1 et 2) chaque noeud 4 assure par exemple l'assemblage des extrémités de quatre membrures 5 convergentes. Dans la nappe 1, les membrures 5 sont parallèles deux à deux et forment des rectangles ou des carrés réguliers. Chaque extrémité d'une membrure 5 quelconque porte un tenon comprenant une paroi plane 6 et une cornière 7. La paroi 6 pourrait être bombée. Dans le cas considéré, la paroi plane 6 présente sensiblement une configuration carrée ou rectangulaire. Le plat 6 est soudé à l'extrémité de la membrure 5 et est disposé pour présenter deux bords verticaux et deux bords horizontaux.
D'autre part, la cornière 7 comporte deux ailes identiques ou de même largeur faisant entre elles par exemple un angle droit. Entre ses ailes, la cornière 7 est légèrement chanfreinée. En fait, la cornière 7 est soudée par les bords de ses ailes, le long des bords verticaux du plat 6. Ainsi, la cornière 7 présente son arête fictive dirigée verticalement. Dans chaque membrure 5 pourvue de ses tenons d'extrémité, le plan vertical passant par l'axe longitudinal de la membrure 5 contient les arêtes fictives des cornières 7 et coupe donc celles-ci suivant des angles nuls, ces arêtes étant d'ailleurs parallèles entre elles dans ce plan vertical. Dans chaque noeud 4, les plans verticaux relatifs aux membrures 5 passent tous par la droite commune d'alignement des arêtes fictives des cornières 7 et font des angles nuls avec cette droite commune, laquelle est perpendiculaire à la surface plane de la nappe 1. Par ailleurs, les ailes des quatre cornières 7 sont superposées et boulonnées deux à deux, par des boulons 8 traversant des trous d'assemblage prévus dans ces ailes et alignés coaxialement.
Dans le cas d'un seul voile 2 sous forme de cylindre ou de parabololde hyperbolique (figures 3 et 4), chaque noeud 4 assure par exemple l'assemblage des extrémités de quatre membrures 5 et de deux diagonales 9, toutes convergentes. Dans le voile 2, les diagonales 9 sont alignées respectivement suivant des droites équidistantes parallèles à la génératice de la surface cylindrique, tandis que les membrures 5 sont parallèles deux à deux chaque fois uniquement entre deux séries rectilignes de diagonales 9. Le voile 2 est ainsi constitué de triangles isocèles bien montrés à la figure 4 et ayant chacun comme base, une diagonale 9 et comme côtés égaux, deux membrures 5 voisines.
A chaque extrémité d'une membrure 5 quelconque est encore soudé un tenon comportant un plat 6 auquel sont soudées les ailes d'une cornière 7 dont l'arête non chanfreinée est parallèle au plat 6. Il s'agit d'un tenon soudé semblable à celui de la première figure. Dans chaque membrure 5 pourvue de ses deux tenons d'extrémité, il existe un plan passant par l'axe longitudinal de la membrure 5 et coupant les arêtes des cornières 7 suivant des angles égaux différents de zéro. Dans le cas du voile 2, les deux arêtes en question sont deux segments de droite gauches disposés de part et d'autre du plan particulier précité.
Dans chaque noeud 4, les plans particuliers relatifs aux membrures 5 coupent la droite commune d'alignement des arêtes des cornières 7 suivant des angles égaux non nuls, cette droite commune étant normale à la surface du voile 2.
Par ailleurs, chaque extrémité 10 d'une diagonale 9 quelconque est simplement aplatie comme le montre la figure 3. Au montage des quatre membrures 5 et des deux diagonales 9, les extrémités aplaties 10 des deux diagonales 9 sont boulonnées par des boulons 11 sur un plat commun 12. Ce plat 12 s'étend à travers le noeud 4 entre les cornières 7 et est inséré entre ces dernières. En fait, le plat 12 et les ailes des cornières 7 des membrures 5 entre lesquelles se trouvent les diagonales 9 sont boulonnées ensemble par des boulons 8 introduits dans des trous corres_- pondants coaxiaux de ces ailes et de ce plat 12.
Dans le cas d'un seul voile sphérique 3 (figures 5 et 6), chaque noeud 4 assure l'assemblage des extrémités de quatre membrures 5 convergentes par exemple. Dans le voile 3, deux membrures 5 voisines quelconques sont alignées différemment. Le voile 3 est constitué de parallélogrammes déformés s'étendant dans deux plans non parallèles. Chaque extrémité d'une membrure 5 quelconque est encore réalisée comme dans les deux cas précédents avec un tenon formé par un plat 6 et une cornière 7. Dans chaque membrure 5 pourvue de ses deux tenons d'extrémité, il existe un plan particulier passant par l'axe longitudinal de la membrure et par les arêtes des cornières 7 de ces tenons. Ce plan coupe donc suivant des angles nuls ces arêtes dont les prolongements se coupent au centre de la surface sphérique du voile 3. Dans chaque noeud 4, les plans particuliers relatifs aux membrures 5 passent tous par la droite commune d'alignement des arêtes des cornières 7, cette droite commune étant normale à la surface sphérique du voile 3.
Lorsque la structure spatiale comprend deux nappes planes 1 superposées comme montré à la figure 8, les nappes 1 constituées et réalisées comme dans le premier cas sont reliées entre elles par des diagonales 13 dont les extrémités sont aplaties et perforées. Au montage, l'extrémité inférieure aplatie d'une diagonale 13 est insérée entre deux ailes adjacentes de deux cornières 7 d'un noeud 4 de la nappe inférieure 1 et est boulonnée avec ces ailes. En outre, l'extrémité supérieure aussi aplatie de la diagonale 13 est insérée entre les deux ailes contiguës de deux cornières 7 d'un noeud 4 de la nappe supérieure et est boulonnée avec ces ailes. Les nappes 1 étant parallèles, les diagonales 13 d'un noeud 4 sont toutes semblablement inclinées par rapport à la droite d'alignement des arêtes des cornières 7 relatives à ce noeud 4. La figure 7 illustre clairement l'assemblage des . extrémités des membrures 5 et des diagonales 13 à un noeud 4 quelconque de la nappe inférieure. Il en est de même pour la nappe supérieure.
La liaison de deux nappes planes 1 par des diagonales 13 peut se faire comme dans le cas de deux voiles 2 et 3 superposés.
Ainsi que le montre la figure 9, un même plat 6 peut être commun, en y étant soudé, à deux extrémités de deux membrures 5 ou éventuellement d'une membrure et d'une diagonale, au lieu de l'être à l'extrémité d'une seule membrure 5. En outre, l'angle des ailes de chaque cornière 7 vaut 120° au lieu de 90°. En théorie, chaque noeud 4 comporte des cornières 7 dont le nombre est égal à celui des plats 6 et dont les ailes délimitent entre elles des angles égaux à 360° divisés par ce nombre.Quoi qu'il en soit, l'assemblage par superposition des ailes des cornières 7 et par boulonnage de ces ailes est pareil aux cas précédents.
Comme décrit ci-avant, chaque extrémité de chaque membrure 5 est équipée d'un tenon formé par un plat 6 et une cornière 7, ce tenon soudé formant un prisme creux et rigide, de section transversale triangulaire et isocèle. Cette façon de réaliser un tel prisme rigide à l'aide du plat 6 et de la cornière 7 est pratique, rapide et rationnelle, mais elle pourrait être différente. Dans cet ordre d'idées, le prisme rigide pourrait être obtenu par soudure de trois plats soudés le long de leurs bords disposés deux à deux l'un près de l'autre. Il est à noter que pour augmenter la résistance du prisme, la cornière est renforcée à mi-hauteur par un raidisseur triangulaire soudé à ses ailes et au plat.
Il est évident aue l'invention n'est pas exclusivement limitée aux formes de réalisation représentées et que bien des modifications peuvent être apportées dans la forme, la disposition et la constitution de certains des éléments intervenant dans leur réalisation pourvu que ces modifications ne soient pas en contradiction avec l'objet des revendications.

Claims

1. Structure spatiale en treillis constituée d'au moins une nappe ou un voile à simple ou double courbure, cette nappe ou ce voile étant formé par des éléments constitués chacun par une barre, un cadre ou une pyramide, ces éléments préfabriqués étant assemblés entre eux aux extrémités de leurs membrures constitutives en des noeuds par boulonnage mutuel de ces extrémités, caractérisée en ce que chaque extrémité des membrures (5) aboutissant à un noeud (4) porte un tenon formé par une paroi (6) qui y est soudée et par une cornière (7) dont les ailes de même largeur sont soudées à la paroi et présentent chacune au moins un trou d'assemblage, en sorte que chaque noeud (4) soit formé d'une part, par la superposition deux à deux des ailes des cornières (7) des membrures correspondantes. (5), avec les arêtes de ces cornières (7) alignées pratiquement suivant une même droite normale à la nappe (1) ou au voile (2) ou (3), et d'autre part, par le boulonnage de ces ailes superposées au moyen de boulons (8) traversant leurs trous d'assemblage coaxiaux.

2. Structure spatiale selon la revendication 1, caractérisée en ce que le tenon comprend une paroi qui est formée par un plat (6) carré ou rectangulaire, et une cornière (7) dont l'arête est parallèle audit plat (6).

3. Structure spatiale selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'un'plan particulier passant par l'axe longitudinal d'une membrure (5) dont les deux extrémités sont pourvues respectivement de deux tenons, coupe suivant des angles égaux, les arêtes des cornières (7) de ces deux tenons et ainsi, après assemblage, les arêtes des cornières (7) des tenons relatifs aux deux noeuds correspondants (5).

4. Structure spatiale selon la revendication 3, caractérisée en ce que, dans le cas d'une nappe plane (1), les arêtes des cornières (7) des deux tenons de la membrure (5) sont parallèles entre elles dans le plan particulier passant par l'axe longitudinal de cette membrure (5) en sorte que les angles de coupe de ces arêtes par ce plan soient nuls.

5. Structure spatiale selon la revendication 3, caractérisée en ce que, dans le cas d'un voile (3) sous forme de sphère, les arêtes des cornières (7) des deux tenons de la membrure (5) sont convergentes au centre de la surface sphérique dans ledit plan particulier.

6. Structure spatiale selon la revendication 3, caractérisée en ce que, dans le cas d'un voile (2) sous forme de cylindre ou de paraboloïde hyperbolique, les arêtes des cornières (7) des deux tenons de la membrure (5) sont gauches entre elles et se trouvent en dehors dudit plan particulier.

7. Structure spatiale selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la cornière (7) du tenon est renforcée à mi-hauteur par un raidisseur triangulaire soudé à ses ailes et à la paroi (6) du tenon.

₈. Structure spatiale selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 et comprenant au moins deux nappes planes ou deux voiles courbés entretoisés par des diagonales tubulaires, caractérisée en ce que les extrémités de chaque diagonale (13) sont aplaties et présentent chacune au moins un trou d'assemblage, chaque extrémité étant insérée entre deux ailes superposées de deux cornières (7) du noeud correspondant (4) et étant boulonnée auxdites ailes par le ou les boulons d'assemblage (8) de ces dernières.