EP0328986B1 - Poutre mixte noyée dans le plancher - Google Patents

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EP0328986B1
EP0328986B1 EP89102015A EP89102015A EP0328986B1 EP 0328986 B1 EP0328986 B1 EP 0328986B1 EP 89102015 A EP89102015 A EP 89102015A EP 89102015 A EP89102015 A EP 89102015A EP 0328986 B1 EP0328986 B1 EP 0328986B1
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EP
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composite girder
webs
holes
concrete
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EP89102015A
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EP0328986A1 (fr
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Jean-Baptiste Schleich
Jules Mathieu
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Arcelor Luxembourg SA
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Arbed SA
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E04BUILDING
    • E04CSTRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C3/00Structural elongated elements designed for load-supporting
    • E04C3/02Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces
    • E04C3/04Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces of metal
    • E04C3/08Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces of metal with apertured web, e.g. with a web consisting of bar-like components; Honeycomb girders
    • E04C3/083Honeycomb girders; Girders with apertured solid web
    • E04C3/086Honeycomb girders; Girders with apertured solid web of the castellated type
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E04BUILDING
    • E04BGENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B5/00Floors; Floor construction with regard to insulation; Connections specially adapted therefor
    • E04B5/16Load-carrying floor structures wholly or partly cast or similarly formed in situ
    • E04B5/17Floor structures partly formed in situ
    • E04B5/23Floor structures partly formed in situ with stiffening ribs or other beam-like formations wholly or partly prefabricated
    • E04B5/29Floor structures partly formed in situ with stiffening ribs or other beam-like formations wholly or partly prefabricated the prefabricated parts of the beams consisting wholly of metal
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E04BUILDING
    • E04CSTRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C3/00Structural elongated elements designed for load-supporting
    • E04C3/02Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces
    • E04C3/29Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces built-up from parts of different material, i.e. composite structures
    • E04C3/293Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces built-up from parts of different material, i.e. composite structures the materials being steel and concrete

Definitions

  • the invention relates to a composite beam embedded in the floor, comprising steel profiles, reinforcing elements, as well as concrete and at least one of the profiles of the outer face of the wing exposed.
  • studs When using such composite beams as a floor support, studs are usually welded to the upper wing of the steel profile and wooden formwork is placed in the space between the wings of two beams. After pouring the floor, the studs are embedded in the concrete while the composite beams are found entirely in the open air, once the formwork has been removed. For constructions where clearly visible rows of beams do not fit harmoniously into the architectural style, these are hidden using a false ceiling. Although the space occupied by this false ceiling is not completely wasted, which can house, for example, a lighting system, in the case of premises for commercial use, or air conditioning, water, d electricity etc., it is the basis of an increase in the total height of a floor.
  • the present invention aims to provide a composite beam which integrates harmoniously into the concrete floor, has a reduced footprint and has facilities for prefabrication and assembly.
  • the construction must have reduced thermal diffusibility, easy shaping, good resistance to instability and low values of the form factor (ratio between the surfaces exposed to fire of an element and its volume ).
  • This object is achieved by the composite beam according to the invention as characterized in claim 1.
  • Preferential alternative embodiments are described in the dependent claims.
  • the advantages which flow from the invention are, apart from the reduced height of the floor - in fact a total height which only moderately exceeds the height of the slab - excellent fire resistance (greater than F120).
  • the assembly is fast and easy: there is only one beam (cut out) in steel, from where light construction.
  • precast concrete slabs are used, the total mass of poured concrete is reduced.
  • pouring concrete performs in a single operation the filling of the hollow of the steel beam and the connection of precast slab - concrete beam.
  • the adjacent sides of the wings, which lie in the same plane, are joined by means of a welding bead 17.
  • the webs 4 and 5 of the profiles are parallel and have on their opposite sides to those where the wings are located, a thick sheet 15.
  • This sheet is provided with recesses 6 which can be circular or elongated.
  • the recesses 6 allow the space delimited by the profiles 2 and 3 and the thick sheet 15 to be easily filled with concrete. They also improve the steel-concrete interaction. Filling with concrete is also favored by recesses 7 provided between the sheet and the profiles. These recesses 7 preferably have a shape as explained with the aid of FIG. 2.
  • a particularly elegant way of proceeding consists in taking a beam 20 obtained by rolling - for example of the IPEA and HEAA type - and cutting it along of a trapezoidal line 19 in two equivalent parts.
  • the wings can be joined at the factory by weld beads 17.
  • the thick sheet 15 can be provided with studs on the floor side. These studs 8 improve the anchoring and guarantee a pronounced interaction between the composite beam, the continuity reinforcements 9 and the concrete 10. This interaction is also favored by connecting reinforcements. 14 which pass through the recesses 7 provided in the webs of the sections 2 and 3. To increase the rigidity of the sections, flat irons 11 can be welded to the webs. It is also possible to have in the workshop additional reinforcements 16 inside the box, of course providing a correct fixing for their retention in place during concreting. We also distinguish in Fig. 1 of the prefabricated tiles, one of which (ref. 12) has a rectangular section and the other (ref. 13) is profiled so as to be able to house lighting bodies.
  • the composite beam 1 can be used with prefabricated slabs, formwork sheets or wooden formwork, but the use of prefabricated slabs is advised, because it provides savings in material and labor costs. In addition, during construction, the lower floor is not encumbered by the supports of the formwork of the upper slab.
  • the T-sections 2 and 3 are secured in the workshop; the sheets 15, provided with studs 8 and holes 6 are welded to the webs of the profiles.
  • the assembly is transported to the site and fixed at its ends to the posts.
  • the prefabricated tiles 12, 13 are placed on the wings of the profiles.
  • the concrete 10 is poured. Good distribution of the concrete in the space delimited by the sections 2, 3 and the sheet 15, is obtained by vibration.

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Description

  • L'invention concerne une poutre mixte noyée dans le plancher, comportant des profilés en acier, des éléments d'armature, ainsi que du béton et dont au moins un des profilés a la face externe de l'aile à découvert.
  • La construction mixte béton-acier a de tout temps été bien adaptée à des sollicitations statiques et dynamiques exceptionnelles. A côté des propriétés mécaniques, il est aujourd'hui exigé des structures portantes qu'elles présentent une résistance au feu judicieusement adaptée au type de bâtiment et susceptible de se maintenir dans le temps. Des poutrelles composites pouvant être utilisées comme poteau ou support de plancher et présentant une excellente résistance au feu, ont par exemple été décrites dans les brevets LU 84.772 et LU 84.966. La masse de remplissage en béton est reliée à l'âme du profilé par des armatures, tels que des treillis, des fers en T ou des goujons à tête. La section du profilé en acier, la section du béton et la section d'armature contribuent selon leurs propriétés mécaniques ― qui sont fonction de la température ― et leur pourcentage de section, à la transmission des charges. En cas d'incendie, il se produit, à mesure que la température augmente, un déplacement continu de la fonction d'absorption de la charge de la section du profilé en acier à la section du béton armé. Des essais d'incendie en laboratoire ont montré que malgré la haute conductivité thermique de l'acier, de telles poutrelles conservent leur force portante au delà des 90 minutes (F90) requises.
  • Lorsqu'on emploie de telles poutrelles composites comme support de plancher, on soude habituellement des goujons sur l'aile supérieure du profilé en acier et on dispose dans l'espace entre les ailes de deux poutrelles un coffrage en bois. Après la coulée du plancher, les goujons sont noyés dans le béton alors que les poutrelles composites se retrouvent en entier à l'air libre, une fois le coffrage enlevé. Pour des constructions où des rangées de poutrelles bien visibles ne s'intègrent pas harmonieusement dans le style architectural, on cache celles-ci à l'aide d'un faux-plafond. Bien que l'espace occupé par ce faux-plafond ne soit pas totalement perdu, pouvant abriter par exemple un système d'éclairage, lorsqu'il s'agit de locaux à usage commercial, ou des conduits de climatisation, d'eau, d'électricité etc., il est à la base d'une augmentation de la hauteur totale d'un étage.
  • La présente invention a comme but de proposer une poutre mixte qui s'intègre harmonieusement dans le plancher en béton, a un encombrement réduit et présente des facilités de préfabrication et d'assemblage. En outre, il faut que la construction présente une diffusibilité thermique réduite, une mise en forme aisée, une bonne résistance à l'instabilité et de faibles valeurs du facteur de forme (rapport entre les surfaces exposées au feu d'un élément et son volume). Ce but est atteint par la poutre mixte selon l'invention telle qu'elle est caractérisée dans la revendication 1. Des variantes d'exécution préférentielles sont décrites dans les revendications dépendantes.
  • Les avantages qui découlent de l'invention sont, à part la hauteur réduite du plancher ― en fait une hauteur totale ne dépassant que modérément la hauteur de la dalle ―, une excellente résistance au feu (supérieure à F120). Le montage est rapide et facile: on a une seule poutrelle (découpée) en acier, d'où construction légère. Lorsque des dalles en béton préfabriquées sont utilisées, la masse totale de béton coulé est réduite. D'un autre côté, la coulée du béton effectue en une seule opération le remplissage des creux de la poutre en acier et la liaison dalle préfabriquée ― béton poutrelle.
  • L'invention sera mieux comprise à l'aide de dessins qui en montrent de manière non-limitative une forme d'exécution possible. Il est représenté
    • ― en Fig. 1 une coupe schématique à travers une poutre conforme à l'invention et
    • ― en Fig. 2 une vue de côté d'une poutrelle découpée, pouvant être utilisée pour réaliser la poutre.
  • On distingue en Fig. 1 une poutre 1, constituée par deux profilés 2 et 3 en T. Les côtés adjacents des ailes, qui se trouvent dans un même plan, sont réunis par l'intermédiaire d'un cordon de soudage 17. Les âmes 4 et 5 des profilés sont parallèles et comportent sur leurs côtés opposés à ceux où se trouvent les ailes, une tôle épaisse 15. Cette tôle est pourvue d'évidements 6 qui peuvent être circulaires ou allongés. Les évidements 6 permettent un remplissage aisé par du béton de l'espace délimité par les profilés 2 et 3 et la tôle épaisse 15. Ils améliorent en outre l'interaction acier-béton. Le remplissage par du béton est également favorisé par des évidements 7 prévus entre la tôle et les profilés. Ces évidements 7 ont de préférence une forme telle qu'expliquée à l'aide de la Fig. 2. Bien qu'il soit parfaitement possible d'employer des profilés en T reconstitués, une façon de procéder particulièrement élégante consiste à prendre une poutrelle 20 obtenue par laminage ― par exemple du type IPEA et HEAA ― et de découper celle-ci le long d'un tracé trapezoïdal 19 en deux parties équivalentes. Les ailes peuvent être réunies à l'usine par des cordons de soudure 17.
  • La tôle épaisse 15 peut être pourvue côté plancher de goujons 8. Ces goujons 8 améliorent l'ancrage et garantissent une interaction prononcée entre la poutre mixte, les armatures de continuité 9 et le béton 10. Cette interaction est également favorisée par des armatures de liaison 14 qui traversent les évidements 7 prévus dans les âmes des profilés 2 et 3. Pour augmenter la rigidité des profilés, des fers plats 11 peuvent être soudés aux âmes. On peut également disposer en atelier des armatures supplémentaires 16 à l'intérieur du caisson, en prévoyant bien sûr une fixation correcte pour leur maintien en place pendant le bétonnage. On distingue également en Fig. 1 des dalles préfabriquées dont l'une (réf. 12) a une section rectangulaire et l'autre (réf. 13) est profilée de manière à pouvoir abriter des corps d'éclairage. La poutre mixte 1 peut être employée avec des dalles préfabriquées, des tôles de coffrages ou des coffrages en bois, mais l'emploi de dalles préfabriquées est conseillé, car il procure des gains en coût de matériaux et de main d'oeuvre. De plus, lors de la construction, l'étage inférieur n'est pas encombré par les supports du coffrage de la dalle supérieure.
  • Lors de la construction d'un immeuble, on peut procéder avantageusement de la manière suivante: Les profilés en T 2 et 3 sont solidarisés en atelier; les tôles 15, munies de goujons 8 et de trous 6 sont soudées aux âmes des profilés. L'ensemble est transporté sur le chantier et fixé par ses extrémités aux poteaux. Les dalles préfabriquées 12, 13 sont posées sur les ailes des profilés. Après la pose des armatures 9 et 14 le béton 10 est coulé. Une bonne distribution du béton dans l'espace délimité par les profilés 2, 3 et la tôle 15, est obtenue par un vibrage.

Claims (8)

1. Poutre mixte (1) noyée dans le plancher, comportant des profilés en acier, des éléments d'armature, ainsi que du béton et dont au moins un des profilés a la face externe de l'aile à découvert, caractérisée en ce qu'elle est constituée par deux profilés (2, 3) en T de dimension comparable et juxtaposés de manière à avoir les ailes dans un même plan et les âmes parallèles, situées au-dessus de ce plan, en ce que les côtés adjacents des ailes sont fixés ensemble, de préférence par soudage (17), en ce qu'une tôle épaisse (15) est fixée perpendiculairement aux âmes (4, 5) des profilés, sur les côtés opposés à ceux où se trouvent les ailes et en ce que les profilés comportent des évidements (7) dans les âmes, au voisinage de la tôle épaisse (15).
2. Poutre selon la revendication 1, caractérisée en ce que la tôle épaisse (15) est pourvue d'évidements (6) qui peuvent être circulaires ou allongés.
3. Poutre selon la revendication 1, caractérisée en ce que les évidements (7) prévus entre la tôle (15) et les profilés (2, 3) ont une forme trapézoïdale.
4. Poutre selon les revendications 1 ou 3, caractérisée en ce que les évidements (7) prévus dans un des profilés (2) sont disposés vis-à-vis des évidements prévus dans l'autre profilé (3).
5. Poutre selon la revendication 1, caractérisée en ce que la tôle épaisse est munie de goujons (8).
6. Poutre selon la revendication 1, caractérisée en ce que les âmes des profilés (4, 5) sont munis de fers plats (11) sur au moins une partie de leur longueur.
7. Poutre selon la revendication 1, caractérisée en ce que des armatures supplémentaires (16) sont placées à l'intérieur du caisson.
8. Poutre selon la revendication 1, caractérisée en ce que des armatures (14) traversent les évidements (7) prévus dans les âmes (4, 5) des profilés (2, 3).
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