EP1749137B1 - Dispositif de connexion pour structure composite beton/acier a destination de planchers ou toitures - Google Patents

Dispositif de connexion pour structure composite beton/acier a destination de planchers ou toitures Download PDF

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EP1749137B1
EP1749137B1 EP05750338A EP05750338A EP1749137B1 EP 1749137 B1 EP1749137 B1 EP 1749137B1 EP 05750338 A EP05750338 A EP 05750338A EP 05750338 A EP05750338 A EP 05750338A EP 1749137 B1 EP1749137 B1 EP 1749137B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
structure according
plate
concrete
beams
connectors
Prior art date
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Active
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EP05750338A
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German (de)
English (en)
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EP1749137A1 (fr
Inventor
Richard Kergen
Emmanuel Bortolotti
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ArcelorMittal Construction France SAS
Original Assignee
ArcelorMittal Construction France SAS
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B5/00—Floors; Floor construction with regard to insulation; Connections specially adapted therefor
    • E04B5/16—Load-carrying floor structures wholly or partly cast or similarly formed in situ
    • E04B5/32—Floor structures wholly cast in situ with or without form units or reinforcements
    • E04B5/36—Floor structures wholly cast in situ with or without form units or reinforcements with form units as part of the floor
    • E04B5/38—Floor structures wholly cast in situ with or without form units or reinforcements with form units as part of the floor with slab-shaped form units acting simultaneously as reinforcement; Form slabs with reinforcements extending laterally outside the element
    • E04B5/40—Floor structures wholly cast in situ with or without form units or reinforcements with form units as part of the floor with slab-shaped form units acting simultaneously as reinforcement; Form slabs with reinforcements extending laterally outside the element with metal form-slabs
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B5/00—Floors; Floor construction with regard to insulation; Connections specially adapted therefor
    • E04B5/16—Load-carrying floor structures wholly or partly cast or similarly formed in situ
    • E04B5/17—Floor structures partly formed in situ
    • E04B5/23—Floor structures partly formed in situ with stiffening ribs or other beam-like formations wholly or partly prefabricated
    • E04B5/29—Floor 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

Definitions

  • the present invention relates to a metal structure with connector elements and possibly with shutters equipping, preferably in a partially prefabricated manner, profiled sheet metal slabs or roof slabs, preferably of periodic trapezoidal section and steel, in order to join them with a main bearing structure made of beams or beams.
  • the invention also has a very advantageous application in the construction of car parks and in particular whenever the implementation of slabs with a range greater than 5 meters is required.
  • metal sheet formworks generally steel, trapezoidal profile advantageously allows to overcome this constraint and achieve several floors at a time.
  • connection of metal sheet trapezoidal profile on a structure is conventionally achieved by simple installation with a fixation on the structure.
  • this method quickly becomes inapplicable as soon as the height of the profiled sheets becomes high. Indeed, on the one hand, it results in a significant height consumption since the height of the final slab is equal to the sum of the heights of the beam and the sheet.
  • the rigidity of the concrete-encased slab is increased by embedding a metal bench in the concrete above the profile, the bench resting on the structural beam by means of dowels.
  • this technique has the disadvantage of requiring a non-standard beam whose lower sole is wider than the upper sole.
  • the height of the beam is limited by the total height of the slab. Because of this restriction, the span of the beam is limited to the same order of magnitude as that of the metal sheet.
  • the diaphragm must be laid on site, which is also an expensive operation.
  • the beam used in this case can be a standard beam without concreting in the cores or a standard beam with concreting of the souls before laying, in the case where the fire requirements are more restrictive. Pre-bent beams are also usable with this device. There is no scope limitation for the beams.
  • BE 773 565 A1 shows a metal structure according to the preamble of claim 1.
  • the present invention aims to provide a solution that does not have the disadvantages of the state of the art.
  • the invention aims to provide a simple, rational, resistant and inexpensive connection of metal trapezoidal sheets, serving as a base for a floor slab or roof resting on a main structure made of beams or beams.
  • Another object of the invention is to provide a device for connecting plates to beams, independent of the differences in tolerances existing between these two types of structural elements.
  • the invention has the complementary purpose of providing a connection device that can be mounted on the sheet metal in a prefabrication workshop.
  • the invention also aims to provide shutters for drowning concrete core beams of the main structure, and thus increase the fire resistance.
  • the invention also aims to provide a connection device for preventing the fall of said sheets in case of accidental spacing of the beams in the case where the concrete is non-existent or liquid.
  • each end connector is in the form of a profile provided at said protruding end of a flap. lateral of length determined in the longitudinal direction, acting as a positioning stop for said individual sheet.
  • the connectors are prefixable by mechanical means such as nailing, clinching or riveting, by fusion or gluing, or by a combination of at least two of these means, in the upper part of the sheet, directly on the face bottom of the sole or on the soul of it.
  • the connectors have a longitudinal extension less than the length of the sheet, preferably less than half the length of the sheet.
  • the connectors comprise a solid bar machined in the mass or a tube, preferably of square or rectangular section, or a piece formed, by cutting and folding, from a flat sheet.
  • the prefixable connectors at the end of the sheet have a height of at least 10 mm relative to the thickness of the sheet, preferably are doubled, arranged one on the other on both sides of the sheet and possibly joined together.
  • connection device comprises a hinge between a first and a second lower support element, said hinge being preferably of hem, hinge or articulated interlocking type and being able to take over the load of floor construction.
  • the first lower support means is mounted in abutment on the floor plate, while the second lower support means is mounted in support on the lower flange of the beam via a stop means, optionally provided with a set screw.
  • the first lower support means comprises a local support means for distributing the load on the connectors and openings to be threaded on said connectors.
  • the first lower support means is further provided with flaps for sealing against the floor during a concrete pour.
  • the second lower support means is provided with at least one flap for sealing with respect to the floor and flaps on each of its lateral sides to ensure the connection between said second contiguous means, this connection being feasible by mechanical means such as nailing, clinching or riveting, fusion or gluing.
  • the lower support means is provided with a tab constituting a stop element relative to the lower flange of the beam.
  • the metal structure comprises a plurality of structural beams or beams on which a plurality of profiled sheets, preferably having a height / thickness ratio greater than 100, rest.
  • the structure further comprises a plurality of shutters at the end of the sheet to ensure the sealing during concreting of a composite slab and / or the webs of the beams.
  • said connectors and / or shutters can be mounted on the sheets in the prefabrication workshop before use on site.
  • the structure further comprises a cap frame covering each junction between a beam and a sheet, intended to be embedded in a cast concrete after mounting of the structure, as well as longitudinal reinforcements.
  • a floor, a roof and a parking space comprising a concrete slab cast on a metal structure as described above.
  • the shutters are placed on the sheets in prefabrication workshop, prior to the routing and assembly of the floors on site.
  • the figure 1.a schematically shows, in a perspective view, the floor structure according to the present invention having upper and lower bearing connectors.
  • the figure 1.b represents schematically, in a sectional view in a transverse axis with respect to the beams, the floor structure of the figure 1.a .
  • the figure 1.c schematically represents the floor structure of the figure 1.a , according to a sectional view in a longitudinal axis with respect to the beams.
  • the figure 2 schematically shows, in an exploded view and in perspective, the connecting device for the floor structure according to the present invention.
  • FIGS. 3.a to 3.c schematically represent a preferred embodiment where connectors and shutters have been preassembled on a floor plate.
  • the figure 4 schematically represents the various possible constituents for producing the connection device according to the present invention.
  • the present invention proposes a new technique and a device for attaching profiled metal sheets 1, hereinafter referred to as "floor”, preferably made of steel and of trapezoidal section, of relatively high height, on beams or beams 2.
  • floor preferably made of steel and of trapezoidal section, of relatively high height
  • the profiled metal sheets 1 constitutive of the aforementioned floors are generally in the form of steel tanks which will advantageously be galvanized or pre-painted to have good resistance against corrosion.
  • suspension connectors 3 are used, directly fixed on the sheet 1.
  • connectors 3 have one end projecting longitudinally of the sheet 1 which will serve as an upper bearing on the beam 2.
  • the connection of the upper bearing with the beam 2 is provided either by mechanical means, for example Hilti nail ® or by fusion, for example spot welding, or else by gluing.
  • a self-punch riveting fastener will also be used.
  • connection device has a piece that can act as a shutter comprising a first lower support member 7 pivotally mounted about a hinge 13, for example of the hem or hinge type, on a second element lower support 8.
  • the first element 7 of the shutter is supported on the floor plate 1, while the second element 8 of the shutter is based on the lower flange of the beam 2.
  • the element 8 is provided with a stop element 18 as shown, supplemented optionally by a set screw 19, or any other stop means such as a wedge, so as to adjust the load distribution between the lower supports and superior, thanks to the variable inclination of element 8.
  • the figure 2 shows an exploded view of the floor of the invention which has preassembled connectors 3 acting as upper supports, as well as attached shutter elements 7 and 8, interconnected by the hinge 13.
  • the element 7 is also provided with a local support element 12 for distributing the load on the connectors 3 and openings 11 to be threaded on mounting on the same connectors 3.
  • the element 7 is further provided with flaps 14 to seal against the floor 1 when pouring concrete ( Figure 4 ).
  • the element 8 is provided with a flap 15 for sealing against the floor 1 and flaps 16 on each of its lateral sides to ensure the connection between adjacent elements 8 ( Figure 4 ). This connection is made for example by bolting, spot welding, mechanical stapling, clinching, etc.
  • the element 8 is terminated by the tab 18 constituting the stop element relative to the bottom flange of the beam 2.
  • the articulated parts 7 and 8 constituting the lower support of the device of the invention are mounted on the floor before installation by simply threading on the connectors 3 through the openings 11.
  • the connectors 3 are preferably secured to the sheet 1 by prefabrication in the workshop, which avoids performing the operation on site.
  • the junction (not shown) with the sheet 1 is for example a spot weld, a mechanical assembly, etc.
  • the connection with the beam 2 is carried out during the assembly of the floor, for example in the form of a spot weld, a Hilti ® nail, etc.
  • the connectors 3 may for example be machined in the mass from a solid bar, consist of a tube to which a bracket is welded or consist of a piece obtained by cutting and folding.
  • the connectors 3 will consist of metal profiles, preferably high-strength steel having, at their end protruding from the sheet 1 and to rest on the beam 2, a side flap 30 of determined length.
  • the flap 30 may very simply consist of a folding of the sheet constituting the profile.
  • the length of the flap corresponds exactly to the portion of the connector that protrudes from the sheet 1 after being secured thereto.
  • the flap will therefore act as a positioning stop for the very simple sheet.
  • the assembly will be carried out as follows in the prefabrication workshop. The sheet 1 is brought against the flap acting as a stop.
  • the connector 3 is fixed on the sheet 1, for example by means of two self-drilling screws.
  • a template is very productive because it requires no measurement and prevents any positioning error.
  • the connectors 3 are fixed in the upper zone of the sheet 1, either directly on the underside of the upper flange folded adequately to receive the connectors, or on the soul.
  • the sheet 1 provided with connectors 3 is placed on the beam 2 on the same site.
  • the protruding tabs of the connectors 3 and initially secured to the sheet can then be fixed to the beam by mechanical means such as a nail, by melting or by gluing.
  • Fixing the connectors 3 on the beam advantageously allows the recovery of horizontal forces. This operation makes it possible to ensure the continuity of the sheet / beam connection, which makes it possible to use the diaphragm effect (recovery of the horizontal forces) of the sheet in order to limit the dumping of the beams in the absence of concrete. or in the construction phase.
  • This connection also improves safety and prevents the falling of the sheets in the case of an accidental spacing of the beams.
  • the invention takes advantage of the shutter function of the parts 7, 8, allowing simultaneous concreting of the slab and beams of the beams 2 On the worksite. These shutters therefore avoid the need for concreting on the ground of the souls of the beams since the operation is simultaneous with that of concreting the slab.
  • prefabricated shutters can be designed to make the stackable floors in the form of bundles, which facilitates their handling and transport.
  • the shutter consists of at least two parts 6, 10 preassembled on the floor or laid at the time of construction.
  • the support is only higher thanks to the connectors 3.
  • These parts 6, 10 are flanges that can be preassembled on the sheet 1 in the workshop with the supports 3.
  • the flange 6 closes the wave of the sheet.
  • the shutters 6 are presented in a detailed view of the figure 4 .
  • the flanges 6 have a certain angle of inclination of the closure face to allow stacking of prefabricated floors, the stacking step being the thickness of the connectors 3.
  • the underside of the connectors 3 coincides with the lower plane 20 of the closure piece 10, shown in FIG. figure 4 .
  • complementary reinforcements 21, 22 may be provided in the case of a composite slab, as shown in FIGS. Figures 1.a to 1.c and 2 .
  • overloads solicit the slab, which increases the effort to transmit the slab to the beam.
  • the upper support assembled to the sheet is in principle not dimensioned for such overloads. It is therefore necessary to strengthen the existing system.
  • Advantageously used for this purpose is a "hat frame” 21 and transverse frames 22.
  • the cap frame is a frame in the upper part of the slab, folded as shown on the figure 2 .
  • a hat frame 21 is provided for each rib of the floor. These are placed at the same time as the longitudinal reinforcement 22, before pouring the concrete in which they will be embedded. This hat reinforcement thus prevents the risk of falling of the floor slab and increases the ability to redistribute efforts in the structure in case of accidental solicitations.

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Description

    Objet de l'invention
  • La présente invention se rapporte à une structure métallique avec des éléments connecteurs et possiblement avec des obturateurs équipant, de préférence selon un mode partiellement préfabriqué, des dalles de plancher ou toiture à base de tôle profilées, de préférence à section trapézoïdale périodique et en acier, en vue de la jonction de celles-ci avec une structure porteuse principale réalisée en poutres ou poutrelles.
  • L'invention trouve aussi une application très avantageuse dans la réalisation de parkings et en particulier chaque fois que la mise en oeuvre de dalles de portée supérieure à 5 mètres est requise.
    • Arrière-plan technologique et état de la technique
  • Il est bien connu que la réalisation par coffrage de dalles de plancher en béton, en appui sur une structure de poutres, nécessite la pose d'étais. Lors de la réalisation d'immeubles à étages, cet étayage est contraignant dans la mesure où le montage d'un étage supplémentaire requiert l'étayage à l'étage immédiatement inférieur, dont le plancher doit déjà être complètement solidifié.
  • L'utilisation de coffrages en tôles métalliques, généralement en acier, à profil trapézoïdal permet avantageusement de s'affranchir de cette contrainte et de réaliser plusieurs étages à la fois.
  • La connexion de tôles métalliques à profil trapézoïdal sur une structure est classiquement réalisée par simple pose avec une fixation sur la structure. Dans le cas de dalles de portée supérieure à 4-5 mètres, cette méthode devient rapidement inapplicablé dès que la hauteur des tôles profilées devient élevée. En effet, d'une part, il en résulte une consommation de hauteur importante puisque la hauteur de la dalle finale est égale à la somme des hauteurs de la poutre et de la tôle. D'autre part, il apparaît des problèmes de résistance dus à la localisation de la réaction d'appui, lors de la phase de bétonnage pendant laquelle la tôle reprend seule les charges dues au poids du béton et à la mise en oeuvre.
  • Différentes sortes de connecteurs ont été développés pour pallier ces inconvénients.
  • Dans la demande DE-A-30 04615 , la rigidité de la dalle enrobée de béton est augmentée en noyant une paillasse métallique dans le béton au-dessus du profilé, la paillasse reposant sur la poutre de structure au moyen de chevilles.
  • Par ailleurs, dans le brevet US-A-6,112,482 , on a proposé l'utilisation d'un diaphragme local comme appareil d'appui, reposant sur la semelle inférieure de la poutre support. Cette pièce complémentaire a une fonction de renforcement de la résistance de la structure, dans la mesure où elle permet de reprendre l'effort par le haut, en sommet d'onde. La tôle en métal est donc déposée sur cet appareil, ce qui a le mérite d'éviter la ruine locale par excès de compression dans la zone d'appui, tout en réduisant la hauteur totale de la dalle. Pour les structures composites en béton, ce diaphragme est directement utilisé comme obturateur pour lé béton en phase liquide. Ce dispositif présente en outre l'avantage de noyer la poutrelle de béton dans le cas d'un tel plancher mixte acier/béton, avec comme avantage supplémentaire d'augmenter la résistance au feu de la structure.
  • Cependant, cette technique présente le désavantage de nécessiter une poutrelle non standard dont la semelle inférieure est plus large que la semelle supérieure. De plus, la hauteur de la poutre se trouve limitée par la hauteur totale de la dalle. En raison de cette restriction, la portée de la poutre est limitée au même ordre de grandeur que celle de la tôle en métal. En outre, le diaphragme doit être posé sur chantier, ce qui représente également une opération coûteuse.
  • Une autre possibilité, proposée dans le document DE-A-42 15686 , consiste à suspendre la tôle à des barrettes solidarisées à là semelle supérieure des poutre(lle)s et dépassant de celle-ci en porte-à-faux pour permettre précisément l'accrochage des tôles métalliques profilées de hauteur importante. Ces barrettes peuvent être soudées en atelier de préfabrication des poutrelles, avec un espacement régulier de telle sorte que la tôle en acier soit déposée directement sur ces barrettes au cours de la phase de chantier. D'autres systèmes de solidarisation tels que le rivetage, le soudage ou le sanglage des barrettes peuvent aussi être utilisés. Ce système permet d'éviter le poinçonnement local puisque la tôle est suspendue à la structure. Il possède également l'avantage de présenter une faible hauteur combinée totale puisque la hauteur de la tôle est reprise par la poutre, à l'exception de la hauteur des barrettes. La poutre utilisée dans ce cas peut être une poutre standard sans bétonnage dans les âmes ou une poutre standard avec bétonnage des âmes avant pose, dans le cas où les exigences au feu sont plus restrictives. Des poutres préfléchies sont également utilisables avec ce dispositif. Il n'y a donc pas de limitation de portée pour les poutres.
  • Dans le cas des structures mixtes acier/béton, des obturateurs doivent être disposés sur chantier. Les barrettes étant soudées directement sur la poutrelle, la manutention des poutrelles préfabriquées est rendue plus difficile. En effet, ces barrettes peuvent être abîmées lors du transport et du montage in situ. L'espacement des barrettes, déterminé en atelier de préfabrication, pose également certains problèmes de tolérance lors de la pose de la tôle sur la structure puisque les tolérances exigées à la préfabrication des poutres, qui sont faibles, diffèrent habituellement des tolérances dimensionnelles de fabrication de la tôle, qui sont assez élevées. Ces inconvénients nécessitent parfois de corriger les défauts constatés sur le chantier, ce qui représente un surcoût.
  • Encore une autre possibilité, relevée dans l'état de la technique, et décrite dans le brevet américain US-A-3,108,662 , est d'utiliser des tôles profilées présentant des flancs d'onde relevés et recourbés vers l'intérieur des tôles le long des bords supérieurs longitudinaux, de manière à permettre le passage, sur toute la longueur de la tôle, de renforts tels que tubes ou ronds à béton, qui s'appuient en outre sur des poutrelles ou des murs de structure. Ce type de renfort permet d'augmenter sensiblement la résistance en flexion des tôles, de diminuer la flèche et par conséquent de supporter une charge totale de dalle plus élevée. Cette solution présente le désavantage d'être coûteuse dans la mesure où les tubes de renfort doivent s'étendre sur toute la longueur de la tôle profilée.
  • Le système par simple pose, avec fixation, ne constitue pas une liaison continue entre tôle et poutre. La tôle ne peut donc pas contreventer la poutre contre le déversement, grâce à un effet diaphragme tel que décrit dans le document US-A-6,112,482 . Ainsi, que ce soit.dans le cas d'une structure sèche en l'absence de béton, soit dans la phase de construction dans laquelle le béton coulé n'est pas encore en résistance, avec une tendance au flambement de la poutre, ce manque de continuité n'exclut pas le risque de chute des tôles dans le cas d'un écartement accidentel des poutres avec rupture des connecteurs.
  • Dans le document US-A-2,284,923 , on propose un coffrage en tôle sous forme de bacs, pour la réalisation de dalles mixte acier/béton, en appui supérieur sur des poutres de structure grâce à des tenons dépassants soudés sous les semelles supérieures des tôles. Ainsi les tôles sont suspendues à leurs extrémités, ce qui permet la réalisation d'un coffrage métallique rigide pour la réception du béton.
  • BE 773 565 A1 montre une structure métallique selon le préambule de la revendication 1.
    • Buts de l'invention
  • La présente invention vise à fournir une solution qui ne présente pas les inconvénients de l'état de la technique.
  • Plus particulièrement, l'invention a pour but de fournir un dispositif simple, rationnel, résistant et bon marché de connexion de tôles trapézoïdales en métal, servant de base à une dalle de plancher ou toiture reposant sur une structure principale faite de poutres ou poutrelles.
  • L'invention a encore pour but de fournir un dispositif de connexion de tôles à des poutrelles, indépendant des différences de tolérances existant entre ces deux types d'éléments structuraux.
  • L'invention a pour but complémentaire de fournir un dispositif de connexion pouvant être monté sur les tôlés en atelier de préfabrication.
  • L'invention a encore pour but de fournir des obturateurs permettant de noyer de béton l'âme des poutrelles de la structure principale, et ainsi augmenter la résistance au feu.
  • L'invention a encore pour but de fournir un dispositif de connexion permettant d'éviter la chute desdites tôles en cas d'écartement accidentel des poutrelles dans le cas où le béton est inexistant ou encore liquide.
    • Principaux éléments caractéristiques de l'invention
  • Un premier objet de la présente invention se rapporte à une structure métallique selon la revendication 1.
    • Selon une modalité préférée de l'invention, le dispositif de connexion comporte en outre des moyens d'appui inférieur destinés à reposer sur une semelle inférieure de la poutre et montés pivotants autour d'une articulation.
  • Selon une modalité préférée de l'invention, chaque connecteur en bout se présente sous la forme d'un profilé muni à ladite extrémité dépassante d'un rabat latéral de longueur déterminée dans le sens longitudinal, faisant office de butée de positionnement pour ladite tôle individuelle.
  • Toujours avantageusement, les connecteurs sont préfixables par un moyen mécanique tel que clouage, clinchage ou rivetage, par fusion ou par collage, ou par une combinaison d'au moins deux de ces moyens, dans la partie supérieure de la tôle, directement sur la face inférieure de la semelle ou sur l'âme de celle-ci.
  • De préférence, les connecteurs ont une extension longitudinale inférieure à la longueur de la tôle, de préférence inférieure à la demi-longueur de la tôle.
  • Encore de préférence, les connecteurs comprennent une barrette pleine usinée dans la masse ou un tube, de préférence de section carrée ou rectangulaire, ou encore une pièce formée, par découpe et pliage, à partir d'une tôle plate.
  • De manière particulièrement avantageuse, les connecteurs préfixables en bout de tôle ont une hauteur d'au moins 10 mm par rapport à l'épaisseur de la tôle, de préférence sont doublés, disposés l'un sur l'autre de part et d'autre de la tôle et solidarisés éventuellement entre eux.
  • Selon une autre modalité préférée de l'invention, le dispositif de connexion comprend une articulation entre un premier et un deuxième élément d'appui inférieur, ladite articulation étant de préférence de type ourlet, charnière ou emboîtement articulé et étant apte à reprendre la charge de construction du plancher.
  • Selon une autre modalité préférée de l'invention, le premier moyen d'appui inférieur est monté en appui sur la tôle de plancher, tandis que le deuxième moyen d'appui inférieur est monté en appui sur la semelle inférieure de la poutre via un moyen d'arrêt, muni éventuellement d'une vis de réglage.
  • Avantageusement, le premier moyen d'appui inférieur comprend un moyen d'appui local pour répartir la charge sur les connecteurs et des ouvertures pour être enfilé sur lesdits connecteurs.
  • Toujours avantageusement, le premier moyen d'appui inférieur est en outre muni de rabats pour assurer l'étanchéité par rapport au plancher lors d'une coulée de béton.
  • Encore avantageusement, le deuxième moyen d'appui inférieur est muni d'au moins un rabat pour assurer l'étanchéité par rapport au plancher et de rabats sur chacun de ses côtés latéraux pour assurer la liaison entre desdits deuxièmes moyens contigus, cette liaison étant réalisable par un moyen mécanique tel que clouage, clinchage ou rivetage, par fusion ou par collage.
  • De préférence, le moyen d'appui inférieur est muni d'une patte constituant un élément d'arrêt par rapport à la semelle inférieure de la poutre.
  • De préférence, la structure métallique comprend une pluralité de poutres ou poutrelles de structure sur lesquelles s'appuient une pluralité de tôles profilées, de préférence de rapport hauteur/épaisseur supérieure à 100.
  • Avantageusement la structure comporte en outre une pluralité d'obturateurs en bout de tôle pour assurer l'étanchage lors du bétonnage d'une dalle composite et/ou des âmes des poutres.
  • De préférence, lesdits connecteurs et/ou obturateurs sont montables sur les tôles en atelier de préfabrication avant l'utilisation sur chantier.
  • Toujours de préférence, la structure comprend en outre une armature chapeau recouvrant chaque jonction entre une poutre et une tôle, destinée à être noyée dans un béton coulé après montage de la structure, ainsi que des armatures longitudinales.
  • D'autres objets de l'invention se rapportent à un plancher, une toiture et un parking comportant une dalle en béton coulée sur une structure métallique telle que décrite ci-dessus.
  • Un autre objet encore de la présente invention concerne un procédé de fabrication d'une structure métallique ou composite béton/métal, la structure métallique étant telle que décrite ci-dessus, caractérisé au moins par les étapes suivantes :
    • des connecteurs en bout faisant office de moyens d'appui supérieur sont positionnés en atelier de préfabrication dans le sens longitudinal sur des tôles métalliques profilées de rapport hauteur/épaisseur supérieur à 100, en utilisant les butées précitées et fixés par un moyen mécanique, par exemple par clouage, clinchage ou rivetage, de préférence en utilisant un gabarit pour la réalisation sans mesure de la fixation mécanique, ou par fusion ou par collage, de préférence dans la partie supérieure de la tôle, directement sur la face inférieure de la semelle ou sur l'âme de celle-ci ;
    • lesdites tôles munies de leurs moyens d'appui sont acheminées sur chantier et mises en place sur une ou plusieurs poutres ;
    • des obturateurs de l'onde des tôles comprenant des flasques sont mis en place au voisinage de la jonction des poutres et des tôles ;
    • les connecteurs des tôles sont fixés aux poutres par un moyen mécanique, par fusion ou par collage ;
    • les obturateurs sont fixés aux poutres et/ou entre eux par un moyen mécanique, par fusion ou par collage ;
    • un bétonnage des dalles de plancher ou toiture est réalisé pour les dalles mixtes à béton coulé présentant des exigences élevées de résistance au feu.
  • Selon une modalité avantageuse de réalisation du procédé, celui-ci est tel que :
    • des moyens d'appui inférieur faisant également office d'obturateurs, pour le bétonnage des âmes des poutres, sont fixés en outre de manière transverse en bout de plancher, par un moyen mécanique, par fusion ou par collage ;
    • lesdits moyens sont mis en place au voisinage de la jonction des poutres et des tôles ;
    • éventuellement, lesdits moyens sont fixés aux poutres et/ou entre eux par un moyen mécanique, par fusion ou par collage, de préférence en réglant la répartition de charge entre les appuis supérieur et inférieur ;
    • un bétonnage simultané des âmes des poutres et des dalles de plancher ou toiture est réalisé dans le cas des dalles mixtes à béton coulé présentant des exigences élevées de résistance au feu.
  • Toujours avantageusement, les obturateurs sont mis en place sur les tôles en atelier de préfabrication, préalablement à l'acheminement et au montage des planchers sur chantier.
    • Brève description des figures
  • La figure 1.a représente schématiquement, selon une vue en perspective, la structure de plancher selon la présente invention, présentant des connecteurs à appuis supérieur et inférieur.
  • La figure 1.b représente schématiquement, selon une vue en coupe dans un axe transversal par rapport aux poutres, la structure de plancher de la figure 1.a.
  • La figure 1.c représente schématiquement la structure de plancher de la figure 1.a, selon une vue en coupe dans un axe longitudinal par rapport aux poutres.
  • La figure 2 représente schématiquement, selon une vue éclatée et en perspective, le dispositif de connexion pour la structure de plancher selon la présente invention.
  • Les figures 3.a à 3.c représentent schématiquement une forme d'exécution préférée où des connecteurs et obturateurs ont été préassemblés sur une tôle de plancher.
  • La figure 4 représente schématiquement les différents constituants possibles pour réaliser le dispositif de connexion selon la présente invention.
    • Description d'une forme d'exécution préférée de l'invention
  • La présente invention propose une nouvelle technique et un dispositif d'accrochage de tôles métalliques profilées 1, ci-après appelées "plancher", de préférence en acier et à section trapézoïdale, de hauteur relativement élevée, sur des poutres ou poutrelles 2. Ainsi, les tôles métalliques profilées 1 constitutives des planchers précités ont généralement la forme de bacs en acier qui seront avantageusement galvanisés ou prélaqués pour présenter une bonne résistance contre la corrosion.
  • De la manière la plus générale illustrée sur les figures 1.a à 1.c, on utilise des connecteurs de suspension 3, directement fixés sur la tôle 1.
  • Ces connecteurs 3 ont une extrémité dépassant longitudinalement de la tôle 1 qui va servir d'appui supérieur sur la poutrelle 2. La liaison de cet appui supérieur avec la poutrelle 2 est assurée soit par un moyen mécanique, par exemple clou Hilti®, soit par fusion, par exemple soudure par point, ou soit encore par collage. On utilisera aussi par exemple une fixation par rivets auto-poinçonneurs.
  • D'autre part, le dispositif de connexion présente une pièce pouvant jouer le rôle d'un obturateur comprenant un premier élément d'appui inférieur 7 monté pivotant autour d'une articulation 13, par exemple de type ourlet ou charnière, sur un deuxième élément d'appui inférieur 8. Le premier élément 7 de l'obturateur s'appuie sur la tôle de plancher 1, tandis que le deuxième élément 8 de l'obturateur s'appuie sur la semelle inférieure de la poutrelle 2. L'élément 8 est doté d'un élément d'arrêt 18 tel que représenté, complété éventuellement par une vis de réglage 19, ou de tout autre moyen d'arrêt tel qu'un coin, de manière à ajuster la répartition de charge entre les appuis inférieur et supérieur, grâce à l'inclinaison variable de l'élément 8.
  • La figure 2 montre une vue éclatée du plancher de l'invention qui présente des connecteurs 3 préassemblés faisant office d'appuis supérieurs, ainsi que des éléments obturateurs rapportés 7 et 8, connectés entre eux par l'articulation 13. Comme représenté à la figure 4, l'élément 7 est également doté d'un élément d'appui local 12 pour répartir la charge sur les connecteurs 3 et d'ouvertures 11 pour être enfilé au montage sur les mêmes connecteurs 3. L'élément 7 est en outre muni de rabats 14 pour assurer l'étanchéité par rapport au plancher 1 lors de la coulée de béton (Figure 4). De même, l'élément 8 est doté d'un rabat 15 pour assurer l'étanchéité par rapport au plancher 1 et de rabats 16 sur chacun de ses côtés latéraux pour assurer la liaison entre éléments 8 contigus (Figure 4). Cette liaison est réalisée par exemple par boulonnage, soudage par points, agrafage mécanique, clinchage, etc. Enfin, l'élément 8 est terminé par la patte 18 constituant l'élément d'arrêt par rapport à la semelle inférieure de la poutrelle 2.
  • De préférence, les pièces articulées 7 et 8 constituant l'appui inférieur du dispositif de l'invention sont montées sur le plancher avant la pose par simple enfilage sur les connecteurs 3 par les ouvertures 11.
  • Comme représenté sur les figure 3.a à 3.c, les connecteurs 3 sont de préférence solidarisés à la tôle 1 par préfabrication en atelier, ce qui permet d'éviter de réaliser l'opération sur chantier. Ainsi, le transport et la manutention des poutres préfabriquées 2 ne sont donc pas affectés par la présence d'un appareil d'appui ou de barrettes soudées sur ces dernières, comme dans l'état de la technique. La jonction (non représentée) avec la tôle 1 est par exemple une soudure par points, un assemblage mécanique, etc. Comme mentionné ci-dessus, la connexion avec la poutrelle 2 est réalisée lors du montage du plancher, par exemple sous forme d'une soudure par points, d'un clou Hilti®, etc.
  • Les connecteurs 3 peuvent par exemple être usinés dans la masse à partir d'une barrette pleine, consister en un tube auquel une équerre est soudée ou encore consister en une pièce obtenue par découpe et pliage.
  • De manière particulièrement avantageuse, les connecteurs 3 seront constitués de profilés métalliques, de préférence en acier à haute résistance présentant, à leur extrémité dépassant de la tôle 1 et devant reposer sur la poutre 2, un rabat latéral 30 de longueur déterminée. Le rabat 30 peut très simplement être constitué d'un repliement de la tôle constituant le profilé. La longueur du rabat correspond exactement à la partie du connecteur qui dépasse de la tôle 1 après solidarisation à celle-ci. Le rabat fera donc office de butée de positionnement de la tôle très simple. En effet, le montage s'effectuera comme suit en atelier de préfabrication. La tôle 1 est amenée contre le rabat faisant office de butée. Ensuite, à l'aide d'un gabarit en tôle pliée (non représenté), dont la forme épouse celle de la tôle 1 et qui vient également se positionner à butée contre le bord du rabat 30, on fixe le connecteur 3 sur la tôle 1, par exemple au moyen de deux vis autoperçantes. L'utilisation d'un gabarit est très productive car elle ne requiert aucune mesure et empêche toute erreur de positionnement.
  • Afin d'éviter la ruine locale par excès de compression à l'appui, les connecteurs 3 sont fixés dans la zone supérieure de la tôle 1, soit directement sur la face inférieure de la semelles supérieure pliée de manière adéquate pour recevoir les connecteurs, soit sur l'âme.
  • La tôle 1 munie de connecteurs 3 est posée sur la poutre 2 sur le chantier même. Les pattes dépassantes des connecteurs 3 et solidaires initialement de la tôle peuvent alors être fixées sur la poutre par un moyen mécanique tel qu'un clou, par fusion ou encore par collage. La fixation des connecteurs 3 sur la poutre permet avantageusement la reprise des efforts horizontaux. Cette opération permet d'assurer la continuité de la liaison tôle/poutrelle, ce qui permet d'utiliser l'effet diaphragme (reprise des efforts horizontaux) de la tôle afin de limiter le déversement des poutrelles en l'absence de béton ou en phase de construction. Cette connexion améliore également la sécurité et évite la chute des tôles dans le cas d'un écartement accidentel des poutres.
  • Dans le cas d'exigences particulières à l'incendie et pour les dalles mixtes acier/béton, l'invention tire profit de la fonction d'obturation des pièces 7, 8, autorisant le bétonnage simultané de la dalle et des âmes des poutres 2 sur chantier. Ces obturateurs évitent donc la nécessité d'un bétonnage au sol des âmes des poutrelles puisque l'opération est simultanée avec celle de bétonnage de la dalle. En outre, des obturateurs préfabriqués peuvent être conçus pour rendre les planchers empilables sous forme de fagots, ce qui facilite leur manutention et leur transport.
  • Selon encore une autre modalité d'exécution préférée de l'invention, illustrée sur les figures 3 à 3.c, l'obturateur est constitué d'au moins deux pièces 6, 10 préassemblées sur le plancher ou posées au moment du chantier. Dans ce cas, l'appui est uniquement supérieur grâce aux connecteurs 3. Ces pièces 6, 10 sont des flasques qui peuvent être préassemblés sur la tôle 1 en atelier avec les appuis 3. Le flasque 6 obture l'onde de la tôle. Les obturateurs 6 sont présentés en vue détaillée sur la figure 4. Avantageusement, les flasques 6 présentent un certain angle d'inclinaison de la face d'obturation pour permettre un empilage des planchers préfabriqués, le pas d'empilage étant l'épaisseur des connecteurs 3. Par ailleurs, la face inférieure des connecteurs 3 coïncide avec le plan inférieur 20 de la pièce d'obturation 10, représentée à la figure 4.
  • Enfin, des armatures complémentaires 21, 22 peuvent être prévues en cas de dalle mixte, comme représenté sur les figures 1.a à 1.c et 2. En effet, en phase d'exploitation, des surcharges sollicitent la dalle, ce qui augmente l'effort à transmettre de la dalle à la poutre. L'appui supérieur assemblé à la tôle n'est en principe pas dimensionné pour de telles surcharges. Il faut donc renforcer le système existant. On utilise avantageusement à cet effet une "armature chapeau" 21 et des armatures transversales 22. L'armature chapeau est une armature dans la partie supérieure de la dalle, pliée comme montré sur la figure 2. On prévoit une armature chapeau 21 à chaque nervure du plancher. Celles-ci sont placées en même temps que les armatures longitudinales 22, avant de couler le béton dans lequel elles seront noyées. Cette armature chapeau prévient ainsi le risque de chute de la dalle de plancher et augmente la capacité à redistribuer les efforts dans la structure en cas de sollicitations accidentelles.

Claims (23)

  1. Structure métallique comprenant une poutre ou poutrelle de structure (2) sur laquelle s'appuie et est fixée une pluralité de tôles métalliques profilées (1), constituant un plancher, au moyen d'un dispositif de connexion de la poutre (2) à chaque tôle (1), comprenant des moyens d'appui supérieur (3), de préférence préassemblés sur le plancher et destinés à être fixés sur une semelle supérieure de la poutre (2), ces moyens d'appui supérieur (3) ayant la forme d'au moins un connecteur en bout (3) solidarisé à chaque tôle individuelle (1), caractérisée en ce que ledit connecteur (3) présente à une extrémité dépassant de la tôle (1) une butée (30) qui forme un appui dans le sens longitudinal du connecteur pour le positionnement de ladite extrémité contre la tôle, ledit connecteur (3) étant une pièce droite configurée pour dépasser longitudinalement de la tôle d'une longueur correspondant exactement à la longueur de la butée (30) dans le sens longitudinal du connecteur.
  2. Structure selon la revendication 1,
    caractérisé en ce que le dispositif de connexion comporte en outre des moyens d'appui inférieur (7,8) destinés à reposer sur une semelle inférieure de la poutre (2) et montés pivotants autour d'une articulation (13).
  3. Structure selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque connecteur en bout (3) se présente sous la forme d'un profilé muni à ladite extrémité dépassante longitudinalement d'un rabat latéral (30) de longueur déterminée dans le sens longitudinal, faisant office de butée de positionnement pour ladite tôle individuelle (1).
  4. Structure selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que les connecteurs (3) sont préfixés par un moyen mécanique tel que clouage, clinchage ou rivetage, par fusion ou par collage, ou par une combinaison d'au moins deux de ces moyens, dans la partie supérieure de la tôle (1), directement sur la face inférieure de la semelle ou sur l'âme de celle-ci.
  5. Structure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les connecteurs (3) ont une extension longitudinale inférieure à la longueur de la tôle, de préférence inférieure à la demi-longueur de la tôle.
  6. Structure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les connecteurs (3) comprennent une barrette pleine usinée dans la masse ou un tube, de préférence de section carrée ou rectangulaire, ou encore une pièce formée, par découpe et pliage, à partir d'une tôle plate.
  7. Structure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les connecteurs (3) préfixés en bout de tôle ont une hauteur d'au moins 10 mm par rapport à l'épaisseur de la tôle, de préférence sont doublés, disposés l'un sur l'autre de part et d'autre de la tôle (1) et solidarisés éventuellement entre eux.
  8. Structure selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que le dispositif de connexion comprend une articulation (13) entre un premier et un deuxième élément d'appui inférieur (7,8), ladite articulation étant de préférence de type ourlet, charnière ou emboîtement articulé et étant apte à reprendre la charge de construction du plancher.
  9. Structure selon la revendication 8, caractérisé en ce le premier moyen d'appui inférieur (7) est monté en appui sur la tôle de plancher (1), tandis que le deuxième moyen d'appui inférieur (8) est monté en appui sur la semelle inférieure de la poutre (2) via un moyen d'arrêt (18), muni éventuellement d'une vis de réglage (19).
  10. Structure selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le premier moyen d'appui inférieur (7) comprend un moyen d'appui local (12) pour répartir la charge sur les connecteurs (3) et des ouvertures (11) pour être enfilé sur lesdits connecteurs (3).
  11. Structure selon la revendication 8, 9 ou 10, caractérisé en ce que le premier moyen d'appui inférieur (7) est en outre muni de rabats (14) pour assurer l'étanchéité par rapport au plancher (1) lors d'une coulée de béton.
  12. Structure selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que le deuxième moyen d'appui inférieur (8) est muni d'au moins un rabat (15) pour assurer l'étancheité par rapport au planchers (1) et de rabats (16) sur chacun de ses côtés latéraux pour assurer la liaison entre desdits deuxièmes moyens (8) contigus, cette liaison étant réalisable par un moyen mécanique tel que clouage, clinchage ou rivetage, par fusion ou par collage.
  13. Structure selon la revendication 12, caractérisé en ce que le moyen d'appui inférieur (8) est muni d'une patte (18) constituant un élément d'arrêt par rapport à la semelle inférieure de la poutre (2).
  14. Structure selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une pluralité de poutres ou poutrelles de structure (2) sur laquelle s'appuie et est fixée une pluralité de tôles métalliques profilées (1), de préférence de rapport hauteur/épaisseur supérieur à 100.
  15. Structure selon la revendication 14, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre une pluralité d'obturateurs (6,7,6,10) en bout de tôle (1) pour assurer l'étanchage lors du bétonnage d'une dalle composite et/ou des âmes des poutres.
  16. Structure selon la revendication 14 ou 15, caractérisée en ce que lesdits connecteurs (3) et/ou obturateurs (6,7,8,10) sont montables sur les tôles (1) en atelier de préfabrication avant l'utilisation sur chantier.
  17. Structure selon l'une quelconque des revendications 14 à 16, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une armature chapeau (21) recouvrant chaque jonction entre une poutre (2) et une tôle (1), destinée à être noyée dans un béton coulé après montage de la structure, ainsi que des armatures longitudinales (22).
  18. Plancher comportant une dalle en béton coulée sur une structure métalliques selon l'une quelconque des revendications 24 à 17.
  19. Toiture comportant une dalle en béton coulés sur une structure métallique selon l'une quelconque des revendication 14 à 17.
  20. Parking comportant une dalle en béton coulée sur une structure métallique selon l'une quelconque des revendications 14 à 17.
  21. Procédé de fabrication d'une structure métallique ou composite béton/métal, la structure métallique étant selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé au moins par les étapes suivantes :
    - des connecteurs en bout (3) faisant office de moyens d'appui supérieur sont positionnés en atelier de préfabrication dans le sens longitudinal sur des tôles métalliques profilées (1) de rapport hauteur/épaisseur supérieur à 100, en utilisant les butées précitées (30) et fixés par un moyen mécanique, par exemple par clouage, clinchage ou rivetage, de préférence en utilisant un gabarit pour la réalisation sans mesure de la fixation mécanique, ou par fusion ou par collage, de préférence dans la partie supérieure de la tôle (1), directement sur la face inférieure de la semelle ou sur l'âme de celle-ci ;
    - lesdites tôles (1) munies de leurs moyens d'appui (3) sont acheminées sur chantier et mises en place sur une ou plusieurs poutres (2) ;
    - des obturateurs de l'onde des tôles (1) comprenant des flasques (6, 10) sont mis en place au voisinage de la jonction des poutres (2) et des tôles (1) ;
    - les connecteurs (3) des tôles (1) sont fixés aux poutres (2) par un moyen mécanique, par fusion ou par collage ;
    - les obturateurs (6,10) sont fixés aux poutres (2) et/ou entre eux par un moyen mécanique, par fusion ou par collage ;
    - un bétonnage des dalles de plancher ou toiture est réalisé pour les dalles mixtes à béton coulé présentant des exigences élevées de résistance au feu.
  22. Procédé selon la revendication 21, caractérisé en ce que :
    - des moyens d'appui inférieur (7,8), faisant également office d'obturateurs pour le bétonnage des âmes des poutres (2), sont fixés en outre de manière transverse en bout de plancher, par un moyen mécanique, par fusion ou par collage ;
    - lesdits moyens (7,8) sont mis en place au voisinage de la jonction des poutres (2) et des tôles (1) ;
    - éventuellement, lesdits moyens (7,8) sont fixés aux poutres (2) et/ou entre eux par un moyen mécanique, par fusion ou par collage, de préférence en réglant la répartition de charge entre les appuis supérieur et inférieur ;
    - un bétonnage simultané des âmes des outres et des dalles de plancher ou toiture est réalisé dans le cas des dalles mixtes à béton coulé présentant des exigences élevées de résistance au feu.
  23. Procédé selon la revendication 21 ou 22, caractérisé en ce que les obturateurs (6,7,8,10) sont mis en place sur les tôles (1) en atelier de préfabrication, préalablement à l'acheminement et au montage des planchers (1) sur chantier.
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