EP0393740B1

EP0393740B1 - Noeud rigide pour constructions en bois et structures de charpente en bois tridimensionnelles, et structures pourvues de tels noeuds

Info

Publication number: EP0393740B1
Application number: EP19900200796
Authority: EP
Inventors: Frans De Medts
Original assignee: Individual
Current assignee: DE MEDTS, FRANS
Priority date: 1989-04-21
Filing date: 1990-04-03
Publication date: 1994-12-07
Anticipated expiration: 2010-04-03
Also published as: BE1003245A6; DE69014698D1; EP0393740A1

Description

C'est bien connu que l'emploi des structures de charpente en bois dans l'industrie du bâtiment donne bien des avantages. Ces avantages mettent l'accent sur la simplicité et la vitesse dont ces structures de charpente peuvent être dressées, et dans certains cas sur leur légèreté et leur facilité de transport, ce qui fait qu'elles peuvent être réalisées par un minimum de personnes non spécialisées. Il s'agit alors toujours de structures de liaison telles quelles, où les structures obtiennent leur rigidité et leur résistance mécanique grâce à leur ensemble. Par conséquent, dans ces cas, il faut presque toujours utiliser des traverses horizontales et diagonales pour répartir et absorber les forces et moments apparaissants et pour donner suffisamment de capacité de charge à la construction.
Par conséquent, pour de telles constructions, on a besoin d'un grand nombre et d'une grande diversité d'éléments de construction, ce qui fait monter le prix d'achat et enlever la simplicité souhaitable de la construction.
Dans les constructions en bois, on a cherché à atteindre une réduction du poids des éléments de contruction, en employant des membrures, par exemple, selon le document FR-A-413 672.
Le document FR-A-413672 décrit une liaison de poutres en bois pour l'exécution de structures en bois, cette liaison étant constituée de deux éléments de construction, qui s'étendent perpendiculairement l'une à l'autre. Chaque élément de construction est formé d'un certain nombre d'éléments ou barres, groupés en forme de carré ou de rectangle, avec un certain jeu entre les différents éléments, qui sont reliés entre eux au moyen de tiges métalliques. La liaison entre deux de ces éléments de construction ou membrures peut s'effectuer en enfilant les éléments dont se compose l'une des membrures dans les espaces libres réservés entre les éléments de l'autre membrure, les deux membrures étant ensuite réunies au moyen de tiges de métal, qu'on chasse à travers des éléments des deux membrures.
Une telle liaison (un noeud rigide) a la capacité d'absorber des moments parce que chaque poutre obient au moins 2 points de liaison fixes, dont les projections horizontales et verticales sur des plans qui coupent la poutre dans le sens longitudinal ou transversal, se trouvent à une certaine distance l'une de l'autre. Ainsi, chaque poutre est capable d'absorber des moments horizontaux et verticaux situés sur des plans qui coupent la poutre dans le sens longitudinal ou transversal, de même que chaque composition de tels moments horizontaux ou verticaux. Ce principe connu est illustré par la figure 1 en annexe. L'emploi de noeuds rigides donne l'avantage que les traverses horizontales et diagonales ne sont pas, ou beaucoup moins nécessaires que pour les structures en bois traditionnelles.
En prenant des mesures pour simplifiér ou pour réduire le poids de ces structures, on n'a jamais fait aucune différence entre les éléments horizontales et les éléments verticales, au point de vue de la résistance nécessaire aux charges de la construction.
Le but de l'invention a été de réaliser une liaison de poutres horizontales et verticales en bois, par l'exécution de structures en bois effectuée en noeud rigide, de façon à ce que le matériel nécessaire soit réduit, sans qu'on réduit la rigidité de la liaison, et de façon à ce que la liaison donne la résistance nécessaire à une structure en bois, et soit simplifiée.
D'une analyse des forces dans les éléments de construction dans une structure en bois, assemblée au moyen de noeuds rigides, résulte que les moments de flexion, ainsi que les forces de cisaillement, sont plus grandes dans les éléments verticales, que dans les éléments horizontales de la construction.
Le bois a une bonne résistance aux forces normales, mais n'a qu'une faible résistance aux forces de cisaillement.
Par conséquent, quand on emploie des noeuds rigides dans une structure en bois, ce sont les éléments de construction verticales qui se trouvent dans les conditions les plus défavorables, en ce qui concerne leur charge.
De ce qui précède découle que l'emploie d'éléments de construction, composées de plusieurs poutres, est beaucoup plus nécessaire dans les éléments verticales, que dans les éléments horizontales, de cette structure. Puisque les forces auxquelles le bois a le moins de résistance, sont les plus grandes dans ces éléments verticales, on a intérêt à partager ces forces entre plusieurs poutres, de façon à ce que ces forces soient réduites dans chaque poutre individuelle. Les forces auxquelles le bois a le moins de résistance, sont moins grandes dans les éléments horizontales, et l'emploie de poutres simples est suffisant pour résister aux forces.
L'objet de l'invention est une liaison de poutres horizontales et verticales en bois pour l'exécution de structures en bois, charactérisée en ce que cette liaison est composée, d'une part, de seulement quatre poutres verticales parallèles, placées deux par deux à une certaine distance, de façon à ce que l'espace délimité par ces poutres forme une poutre composée, et, d'autre part, de seulement deux poutres horizontales liées en forme de croix, perpendiculairement l'une sur l'autre ou à une certaine distance l'une au-dessus de l'autre avec la croisée dans l'espace libre entre les quatre poutres verticales tandis que chacune des poutres horizontales s'étend entre les poutres verticales, de manière à ce que deux poutres verticales se trouvent de chaque côté de chaque poutre horizontale et que chaque poutre verticale est liée mécaniquement avec les deux poutres horizontales.
L'objet de l'invention est également une structure en bois, ou l'on utilise cette manière de liaison.
L'avantage de l'invention se trouve dans le fait qu'on peut former une structure en bois avec la même indéformabilité, rigidité, stabilité et capacité de charge, qu'une telle construction connue, mais avec moins de matériaux, et d'une manière plus simple, plus facile et plus rapide.
Les autres caractéristiques, possibilités d'application et avantages pratiques de la liaison selon l'invention et des structures de charpente en bois, seront plus clairs après la description ci-après d'une manière d'exécution possible d'une liaison, selon l'invention et d'une structure de charpente en bois tridimensionnelle en utilisant cette liaison, sans pour cela limiter l'invention à cette forme d'exécution. Ces descriptions sont illustrées par les figures 2 à 6 en annexe.
La figure 1 illustre le principe connu du noeud rigide, au moyen d'une représentation en perspective du noeud rigide fait avec trois poutres qui s'entrecroisent perpendiculairement, sur trois plans différents situés dans l'espace et liées mutuellement.
La figure 2a est une représentation perspective d'une forme d'exécution possible d'une liaison selon l'invention où les différentes poutres sont directement en contact mutuel.
La figure 2b est une représentation perspective d'une autre forme d'exécution possible d'une liaison selon l'invention où les différentes poutres ne sont pas directement en contact mutuel.
La figure 3 est une représentation en perspective d'une structure de charpente en bois tridimensionnelle, utilisant des liaisons, selon l'invention.
Les figures 4 et 5 montrent une vue d'en haut d'une partie d'une structure de charpente en bois selon l'invention, comme illustration d'une application de telles structures de charpente en bois pour l'appui de parois extérieures et intérieures.
La figure 6 est une représentation en perspective d'une petite charpente pliable à deux dimensions, comme base facilement transportable pour la construction d'une liaison, suivant l'invention.
Pour une forme d'exécution possible d'une liaison de poutres suivant l'invention, représentée sur la figure 2a, on a quatre poutres (1) placées parallèlement à une certaine distance mutuelle a et a', de telle manière que l'espace entouré par les poutres forme une poutre composée avec une longueur et une largeur respectivement égales à : a + c + d où c et d sont égales aux largeurs des poutres (1) placées à une distance a l'une de l'autre, et à a' + c' + d' ou c' et d' sont égales aux largeurs des poutres (1) placées à une distance à l'une de l'autre. En outre, deux poutres (2) et (3), mises perpendiculairement l'une sur l'autre en forme de croix, dont les largeurs b et b' correspondent à peu près aux distances a et a' mentionnées ci-dessus, et situées sur un plan qui se trouve perpendiculairement aux autres poutres (1), de façon que les 2 poutres (2) et (3), mises perpendiculairement l'une sur l'autre en forme de croix, se trouvent chacune penpendiculaire aux 2 côtés de la poutre composée par les poutres (1), avec la croisée dans l'espace libre entre les quatres poutres (1), de manière à ce que le plan supérieur de la poutre supérieure mise en forme de croix (3) corresponde au (sur la figure 2a ne pas tenir compte des parties des poutres (1) dessinées au pointillé continuant vers le haut) ou se trouve au-dessous (sur la figure 2a bien tenir compte des parties des poutres (1) dessinées au pointillé continuant vers le haut) du plan formé par une des extrémités de chacune des quatre poutres parallèles (1).
Pour une autre forme d'exécution possible d'une liaison de poutres, suivant l'invention, illustrée par la figure 2b, les poutres sont positionnées suivant le même principe, avec comme différence que les distances a et a' entre les poutres (1) sont beaucoup plus grandes que les largeurs respectives b et b' des poutres (2) et (3) placées perpendiculairement en forme de croix, et que ces deux poutres ne se trouvent pas l'une sur l'autre, mais à une certaine distance l'une au-dessus de l'autre, en forme de croix, de façon qu'aucune des six poutres soit en contact direct avec une ou plusieurs des autres poutres, comme c'est bien le cas pour la forme d'exécution, illustrée par la figure 2a.
Les poutres (1), (2) et (3) peuvent être liées mutuellement de la manière suivante. Les 2 poutres en forme de croix (2) et (3) sont unies au moyen d'une vis taraudée, d'un boulon et un écrou, ou de n'importe quel autre moyen de liaision. La vis est enfilée dans un trou amorcé à travers le centre (4) de la croisée de ces poutres suivant la figre 2a, et suivant l'axe (12) sur la figure 2b. La liaison entre les quatre poutres parallèles (1) et les poutres en forme de croix (2) et (3) est effectuée au moyen de boulons et d'écrous, ou de tout autre moyen de liaison.
On applique deux boulons aux positions indiquées par (5), sur la figure 2a et suivant les axes (13) sur la figure 2b, parallèlement l'un avec l'autre, perpendiculairement au sens de la poutre inférieure croisante (2), de telle manière qu'on assure, par boulon, une liaison entre deux des poutres parallèles (1), et la poutre inférieure croisante (2). On applique également deux boulons aux positions indiquées par (6), sur la figure 2a suivant les axes (14) sur la figure 2b, parallèlement l'un avec l'autre, perpendiculairement au sens de la poutre supérieure croisante (3), de façon qu'on assure, par boulon une liaison entre deux des poutres parallèles (1) et la poutre supérieure croisante (3). Ces quatre boulons sont enfoncés comme une goupille dans un trou amorcé avec un diamètre un peu plus petit que le boulon même. Finalement, on applique les quatre écrous.
Une structure de charpente en bois tridimensionnelle, avec des liaisons, suivant l'invention, représentée sur la figure 3, est réalisée grâce à un nombre de liaisons, dont la forme d'exécution suivant la figure 2a ou 2b en trois dimensions est combinée comme suit.
La structure de charpente en bois reçoit ses dimensions horizontales, largeur et profondeur, par le fait que deux ou plusieurs liaisons, suivant les figures 2a ou 2b sont construites l'un à côté de l'autre, mais à une telle distance l'une de l'autre qu'une des deux poutres (2) ou (3) des figures 2a ou 2b placée en forme de croix soit commune à tous les liaisons se trouvant dans un même plan vertical, ou que ces deux poutres, pour deux liaisons voisines, soient liées entre elles de manière à former un ensemble rigide et puissent être considérées comme une seule poutre.
La structure de charpente en bois obtient sa dimension verticale, par le fait que deux ou plusieurs liaisons, suivant les figures 2a ou 2b, sont contruites l'une au-dessus de l'autre de façon que, pour tous les liaisons qui se trouvent perpendiculairement l'une au-dessus de l'autre, les quatres poutres parallèles et verticales (1) des figures 2a ou 2b, soient communes, ou que ces poutres, pour deux liaions situées l'une au-dessus de l'autre, soient liées mutuellement de façon à former un seul ensemble rigide, et puissent être considérées comme une seule poutre. De cette manière, on obtient un châssis spatial tridimensionnel en bois, suivant l'invention, dont on a représenté une forme d'exécution à la figure 3.
Les structures de charpente de bois, suivant l'invention, sont surtout mises en application dans l'industrie du bâtiment, mais elles offrent en outre d'autres possibilités comme la réalisation de parois garnies de placards, de meubles, de jouets, etc.... Les structures sont particulièrement appropriées à l'industrie du bâtiment grâce à la caractéristique spécifique de chaque liaison qui, en soi, est capable d'absorber des moments, ce qui donne à la construction de l'indéformabilité, de la rigidité, de la stabilité et de la capacité de charge, par la technique de liaison même de la structure de la charpente en bois. Il en résulte que par l'emploi de la structure d'une charpente en bois suivant l'invention, les renforts au-dessous et au-dessus des baies, au-dessus des portes et des portails et au-dessous des chrevrons, ne sont pas ou beaucoup moins nécessaires que pour les structures de charpente en bois traditionnelles. Une application d'une liaison suivant l'invention, en combinaison avec un chevron (15) a été illustrée en pointillé sur la figure 2a.
La structure de charpente en bois tridimensionnelle, suivant l'invention, peut être transportée en pièces détachées vers le chantier, sous forme d'une sorte de kit. Une autre possibilité, illustrée par la figure 6, est la fabrication de petits châssis en deux dimensions, pliables grâce au caractère de la structure, pour autant qu'elle soit en deux dimensions et d'ajouter une troisième dimension sur le chantier. Quand on fait des trous amorcés dans les poutres il est possible de réaliser un mesurage parfait sur le chantier, ce qui favorise la précision et la simplicité de la construction.
La construction est légère et ne nécessite que peu de main-d'oeuvre non spécialisée pour la dresser; les fondations peuvent être exécutées légèrement. Il est possible de démonter à tout moment la structure d'une charpente en bois dressée suivant l'invention. Tout cela rend les structures de charpente en bois très attirantes pour les bricoleurs.
La possibilité de dresser très vite une structure de charpente en bois tridimensionnelle stabile du bâtiment complet a comme avantage supplémentaire, que quand il fait mauvais, on peut employer la structure comme support de bâches, de panneaux ou d'autres couvertures pour assurer la protection provisoire du bâtiment en construction.
Une fois la structure construite, elle peut être terminée rapidement avec la garniture de façade et les parois intérieures, isolée et pourvue de placards, de conduites et de tuyaux qui, tant en ce qui concerne le sol, les parois ou le plafond, peuvent être placés de façon continue.
Pour ce qui concerne l'application des parois intérieures et extérieures, il y a deux possibilités. Cette explication est illustrée par les figures 3, 4 et 5 en annexe. Les figures 4 et 5 montrent une vue d'en haut d'une partie de la structure de charpente en bois soutenant une paroi verticale suivant l'invention et suivant la figure 2.
Ou bien on applique suivant la figure 3 et la figure 4 la paroi intérieure (7) et la paroi extérieure (8) le long des deux côtés d'une série de pieds-droits (9) de quatre poutres verticales (1) dont les axes de symétrie (10) se trouvent dans un seul plan vertical (11). Ensuite on applique les couches de finition contre ces parois (7) et (8).
L'épaisseur de cette structure de charpente en bois qui soutient la paroi égale a' + c' + d' (ou a + c + d, si les pieds-droits (9) font partie d'une structure d'appui verticale, placée perpendiculairement à celle dessinée sur la figure 4).
Plus spécifiquement, si toutes les poutres ont une section carrée avec un côté de 5 cm., l'épaisseur totale de la structure de charpente de bois soutenant les parois est de 15 cm. + une petite marge.
Ou bien suivant la figure 3 et la figure 5, on applique la paroi intérieure (7) le long du côté intérieur d'une série de pieds-droits (9) de quatre poutres verticales (1) dont les axes de symétrie (10') se trouvent dans un seul plan vertical (11'), et la paroi extérieure le long du côté extérieur d'une autre série de pieds-droits (9) de quatre poutres verticales (1) dont les axes de symétrie (10) se trouvent dans un autre plan vertical (11), parallèlement au plan vertical (11') et à une centaine distance. Finalement on applique les couches de finition contre ces parois (7) et (8).
L'épaisseur de la structure de charpente en bois qui soutient la paroi égale 2.a' + 2.c' + 2.d' et e (ou 2a + 2c + 2d + e si les pieds-droits (9) font partie d'une structure d'appui verticale située perpendiculairement à celle dessinée sur la figure 5).
Plus spécifiquement, si toutes les poutres ont une section carrée avec un côté de 5 cm., l'épaisseur totale de la structure de charpente en bois soutenant les parois est de 30 cm. + e + une petite marge.
Il est évident que les poutres (2) et/ou (3) peuvent être placées ou sciées de telle façon qu'elles ne gênent pas la fonctionnalité de la contruction, pour autant que les caractéristiques de la liaison, suivant l'invention, ne soient pas perdues.
La figure 3 montre comment on peut obtenir ainsi un évidement libre de la structure.
Il est clair que les poutres employées peuvent être appliquées dans toutes les formes et sections possibles, suivant la portée et la fonction spécifique.
L'avantage de la structure de la charpente en bois tridimensionnelle, suivant l'invention, est de pouvoir réaliser une construction stable de façon rapide, à bon marché et rationnelle, avec une très grande utilité, tandis qu'une architecture libre reste garantie et qu'en outre on offre une réponse au phénomène connu sous le nom de "support-encastrement".
Parmi les applications possibles de la structure de la charpente en bois tridimensionnelle, suivant l'invention, nous pensons aux meubles, aux jouets, à la réhabilitation d'immeubles, aux structures mitoyennes pour les contructions accolées, à la construction de logements et même à la construction à plusieurs étages, sans pour cela exclure d'autres possibilités d'application.

Claims

Liaison de poutres horizontales et verticales en bois pour l'exécution de strutures en bois, charactérisée en ce que cette liaison est composée, d'une part, de seulement quatre poutres verticales (1) parallèles, placées deux par deux à une certaine distance (a), (à), de façon à ce que l'espace délimité par ces poutres (1) forme une poutre composée, et, d'autre part, de seulement deux poutres horizontales (2), (3) liées en forme de croix, perpendiculairement l'une sur l'autre ou à une certaine distance l'une au-dessus de l'autre avec la croisée dans l'espace libre entre les quatre poutres verticales (1) tandis que chacune des poutres horizontales (2),(3) s'étend entre les poutres verticales (1), de manière à ce que deux poutres verticales (1) se trouvent de chaque côté de chaque poutre horizontale (2),(3), et que chaque poutre verticale (1) est liée mécaniquement avec les deux poutres horizontales (2), (3).
Liaison de poutres en bois, suivant la revendication 1, caractérisée en ce que chacune des quatre poutres verticales (1) est liée mécaniquement aux deux poutres verticales (1) qui s'étendant à côté de cette poutre, à une distance (a), (à).
Liaison de poutres en bois, suivant les revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les poutres sont liées par une vis taraudée et/ou boulons et écrous.
Liaison de poutres en bois, suivant la revendication 3, caractérisée en ce que les poutres verticales (1) sont liées par des vis taraudées et/ou des boulons et écrous, qui traversent la poutre horizontale (2) ou (3) qui s'étend entre ces poutres verticales.
Structure de charpente en bois tridimensionnelle caractérisée en ce qu'elle est pourvue d'une ou plusieurs liaisons de poutres en bois, suivant une ou plusieurs des revendications précédentes.
Structure de charpente en bois tridimensionnelle suivant la revendication 5, caractérisée en ce que deux ou plusieurs liaisons de poutres en bois, suivant une ou plusieurs des revendications 1 à 4, se trouvent en une ligne, de façon à ce que une des deux poutres horizontales (2) ou (3) soit commune à deux ou plusieurs liaisons voisines, ou que les poutres horizontales (2) ou (3) de deux ou plusieurs liaisons voisines soient liées entre elles de manière à former un ensemble rigide.
Structure de charpente en bois tridimentionnelle suivant les revendications 5 ou 6 caractérisée en ce que deux ou plusieurs liaisons de poutres en bois, suivant une ou plusieurs des revendications 1 à 4, se trouvent l'une au dessus de l'autre, de façon à ce que les quatres poutres verticales (1) soient communes à deux ou plusieurs liaisons superposées, ou que les poutres verticales (2) ou (3) de deux ou plusieurs liaisons superposées soient liées entre elles de manière à former un ensemble rigide.
Bâtiment dressé sur une structure de charpente en bois tridimensionnelle suivant les revendications 5 à 7.
Bâtiment suivant la revendication 8 caractérisé en ce que la paroi extérieure est appliquée du côté extérieur d'une serie de pieds-droits (9) de quatre poutres verticales (1) dont les axes de symétrie (10) se trouvent dans un même plan vertical (11).
Bâtiment suivant la revendication 8 ou 9 caractérisé en ce que la paroi intérieure est appliquée du côté intérieur d'une série de pieds-droits (9) de quatre poutres verticales (1) dont les axes de symétrie (10') se trouvent dans un même plan vertical (11').
Bâtiment suivant les revendications 8 à 10 caractérisé en ce que l'espace entre deux parois suivant les revendications 9 et 10 soit rempli de matériaux isolant, pourvu ou non de placards, de conduites, de tuyaux, etc...