EP0031804B1

EP0031804B1 - Structure spatiale en treillis

Info

Publication number: EP0031804B1
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: 1985-05-22
Also published as: DE3070682D1; EP0031804A2; EP0031804A3

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, la nappe ou le voile étant formé d'une résille de membrures assemblées en des noeuds par boulons.
Dans une structure spatiale de ce genre, la direction axiale des membrures par rapport aux noeuds d'assemblage dépend des caractéristiques géométriques du voile, et il apparaît donc logique de réaliser les noeuds à l'aide de pièces sphériques sur lesquelles sont assemblées des membrures convergeant vers le centre de la sphère en chaque noeud. Il existe plusieurs réalisations de charpentes dont les membrures sont ainsi assemblées sur des pièces sphériques, mais cela oblige le constructeur à souder ou visser les membrures sur place, ce qui est peu pratique.
Beaucoup de constructeurs ont tenté de remplacer les pièces d'assemblage sphériques par des tenons d'assemblage soudés aux extrémités des membrures et qui sont assemblés entre eux. Il est cependent difficile d'assembler un grand nombre de membrures et un même noeud, aussi les constructeurs ont-ils adoptés des compromis visant par exemple à limiter le nombre de membrures assemblées en un même noeud ou à allonger les tenons d'assemblage, déforçant ainsi l'assemblage et empêchant même dans certains cas une concentricité adéquate des axes des membrures assemblées en un noeud.
Dans un exemple particulier (FR-A-2143644), le tenon d'assemblage comprend une corniche soudée à une extrémité d'un premier fer plat dont l'autre extrémité est soudée orthogonalement à un second fer plat. Un tel tenon n'est pas rigide et se comporte dynamiquement comme une rotule. Il en résulte qu'un réseau de membrures (nappe ou voile) utilisant un tel élément de jonction manque de continuité flexionnelle et torsionnelle et partant de rigidité.
Si l'on utilise des éléments de jonction selon ce document pour réaliser un voile courbe, c'est-à-dire en y connectant des tubes inclinés obliquement par rapport aux seconds fers plats, les axes des tubes assemblés en un noeud de jonction convergent vers un point décalé extérieurement . par rapport à la position géométrique du noeud sur la courbe du voile. Ce décalage est cause de l'instabilité d'un voile ainsi réalisé et impose en conséquence la nécessité d'entretoiser ce voile avec un second voile.
L'invention a pour objet une nouvelle structure spatiale dans laquelle les noeuds sont conçus et réalisés de manière à remédier aux inconvénients des réalisations connues utilisant des tenons d'assemblage soudés aux extrémités des membrures de la structure spatiale.
Ce but est atteint selon l'invention par une structure spatiale dans laquelle chaque tenon d'assemblage est constitué d'une pièce rigide prismatique creuse ayant une section transversale en forme de triangle isocèle et ayant son axe longitudinal orienté transversalement à la direction axiale de la membrure qui la porte, une face latérale du tenon étant fixée à une extrémité de la membrure transversalement à la direction axiale de ladite membrure, l'angle que forme la direction axiale de la membrure sur ladite face latérale étant approprié au type de la structure spatiale, et chacune des autres faces latérales du tenon étant fixée sur une face d'un tenon similaire d'une autre membrure.
Généralement, le tenon rigide creux est constitué d'un fer plat ayant ses bords verticaux soudés sur les bords terminaux des ailes d'une cornière. Dans une forme de réalisation particulière, le tenon rigide creux est constitué de trois fers plats soudés deux à deux le long de leurs bords parallèles à l'axe longitudinal du tenon.
Dans la nouvelle structure spatiale selon l'invention, la fixation ferme des tenons par rapport aux membrures d'une part, et la superposition et la boulonnage directs des tenons 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 réduit également les moments de flexion de ces membrures en augmentant la résistance à la flexion de la nappe ou du voile. D'autre part, l'assemblage direct de ces tenons 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 standardisées et au moyen de boulons. Une telie réalisation est particulièrement économique.
Dans le cas d'une structure spatiale comportant un voile sous forme de sphère, les arêtes au sommet des dièdres constituant les deux tenons de la membrure sont convergentes au centre de la surface sphérique en étant coplanaires avec l'axe de la membrure.
Dans le cas d'une structure spatiale comportant un voile sous forme de cylindre ou de paraboloïde hyperbolique, les arêtes au sommet des dièdres constituant les deux tenons de la membrure sont gauches entre elles.
Pour augmenter la résistance des noeuds de la nouvelle structure spatiale, le tenon rigide creux peut être renforcé à mi-hauteur par un raidisseur triangulaire soudé à ses ailes et à la paroi de ce tenon.
Dans le cas où la structure spatiale selon l'invention comprend au moins deux nappes planes ou deux voiles courbes entretoisés 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 parois superposées de deux tenons rigides creux du noeud correspondant et est fixée à ces parois par un ou des boulons d'assemblage.
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, faite en se référant aux 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 perspective de la nappe plane;
la figure 3 est une vue en perspective d'un noeud d'un voile en forme de cylindre ou de paraboloïde hyperbolique d'une structure spatiale selon l'invention;
la figure 4 est une vue en perspective du voile en forme de cylindre ou de paraboloïde 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 paraboloïde 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 formées 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. La cornière 7, qui comporte deux ailes identiques ou de même largeur faisant entre elles par exemple un angle droit, est soudée par les bords de ses ailes le long des bords verticaux du plat 6 pour former une pièce d'assemblage prismatique creuse ayant une section transversale triangulaire. Entre ses ailes, la cornière 7 est légèrement chanfreinée. La cornière 7 présente son arête au sommet 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 au sommet des cornières 7, 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 au sommet des cornières 7, cette droite commune d'alignement étant perpendiculaire à la surface plane de la nappe 1. 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 coaxiale- ment.
Dans le cas d'un voile 2 sous forme de cylindre ou de paraboloïde 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 génératrice 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 une diagonale 9 comme base et deux membrures 5 voisines comme côtés égaux. 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 figure 1. Dans chaque membrure 5 pourvue de ses deux tenons d'extrémité, les arêtes au sommet des dièdres constituant les deux tenons d'assemblage sont gauches entre elles.
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 correspondants coaxiaux des ailes et du plat 12.
Dans le cas d'un voile sphérique 3 (figures 5 et 6), chaque noeud 4 assure l'assemblage des extrémités de quatre membrures convergentes 5 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 le 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, les arêtes au sommet des dièdres constituant les deux tenons d'assemblage de la membrure sont convergentes au centre de la surface sphérique en étant coplanaires avec l'axe de la membrure.
Lorsque la structure spatiale comprend deux nappes planes superposées ou deux voiles courbes superposés, les nappes ou les voiles sont reliés entre eux par des diagonales dont les extrémités sont aplaties et perforées. La figure 8 illustre une structure comprenant deux nappes planes 1 reliées par des diagonales 13. Au montage, l'extrémité inférieure aplatie d'une diago_- nale 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 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 . voiles courbes par des diagonales se fait d'une manière similaire.
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. Quoiqu'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'idée le prisme rigide pourrait être obtenu par soudure de trois plats soudés le long de leurs bords parallèles à l'axe longitudinal du tenon. 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 que 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 formé d'une résille de membrures ayant à leurs extrémités un tenon d'assemblage, les membrures étant assemblées en des noeuds par boulonnage mutuel desdits tenons, caractérisée en ce que chaque tenon d'assemblage est constitué d'une pièce rigide prismatique creuse (6-7) ayant une section transversale en forme de triangle isocèle et ayant son axe longitudinal orienté transversalement à la direction axiale de la membrure (5) qui la porte, une face latérale (6) du tenon étant fixée à une extrémité de la membrure transversalement à la direction axiale de ladite membrure, l'angle que forme la direction axiale de la membrure sur ladite face latérale étant approprié au type de la structure spatiale, et chacune des autres faces latérales (7) du tenon étant fixée sur une face d'un tenon similaire d'une autre membrure.

2. Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que le tenon rigide creux est constitué d'un fer plat (6) ayant ses bords verticaux soudés sur les bords terminaux des ailes d'une cornière (7).

<3. Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que le tenon rigide creux est constitué de trois fers plats soudés deux à deux le long de leurs bords parallèles à l'axe longitudinal du tenon.

4. Structure spatiale selon la revendication 1, caractérisée en ce que, dans le cas d'un voile (3) sous forme de sphère, les arêtes au sommet des dièdres constituant les deux tenons de la membrure (5) sont convergentes au centre de la surface sphérique en étant coplanaires avec l'axe de la membrure.

5. Structure spatiale selon la revendication 1, caractérisée en ce que, dans le cas d'un voile (2) sous forme de cylindre ou de paraboloïde hyperbolique, les arêtes au sommet des dièdres constituant les deux tenons de la membrure (5) sont gauches entre elles.

6. Structure spatiale selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le tenon rigide creux est renforcé à mi-hauteur par un raidisseur triangulaire soudé à ses ailes et à la paroi (6) du tenon.

7. Structure spatiale selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 et comprenant au moins deux nappes planes ou deux voiles courbes 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 parois superposées de deux tenons rigides creux du noeud correspondant (4) et étant fixée auxdites parois par le ou les boulons d'assemblage (8).