FR2673963A1

FR2673963A1 - Prefabricated structural panel having wood/concrete interaction (collaboration) and its method of manufacture

Info

Publication number: FR2673963A1
Application number: FR9103032A
Authority: FR
Inventors: Laplane Jerome
Original assignee: PARIS OUEST ENTREPRISE
Current assignee: PARIS OUEST ENTREPRISE
Priority date: 1991-03-13
Filing date: 1991-03-13
Publication date: 1992-09-18
Anticipated expiration: 2011-03-13
Also published as: FR2673963B1

Abstract

A set of connecting pieces (30, 38) is provided for attaching a concrete slab (plate) (2) having wooden members (10, 12). It includes connecting tubes (30) in order to transmit loads which are exerted between these members and this slab in the plane of this slab. The invention applies especially to the construction of buildings.

Description

Panneau de construction préfabriqué à collaboration bois béton et son procédé de fabrication.Prefabricated construction panel with wood-concrete collaboration and its manufacturing process.

La présente invention concerne la construction de bâtiments à l'aide de panneaux préfabriqués. Ces derniers sont destinés à être fixés sur une structure précedemment édifiée. Un tel type de construction présente souvent l'avantage d'être relativement économique. The present invention relates to the construction of buildings using prefabricated panels. These are intended to be fixed on a previously built structure. This type of construction often has the advantage of being relatively economical.

Typiquement de tels panneaux sont utilisés pour constituer les murs paroi extérieures d'un bâtiment. Un panneau est alors généralement vertical et maintenu à partir de ses bords supérieur et inférieur. Dans ces conditions il supporte des efforts qui lui sont notamment appliqués par le vent et qui le font fléchir tantôt vers l'intérieur tantôt vers l'extérieur du bâtiment. Il peut aussi avoir à supporter des efforts verticaux ou horizontaux qui lui sont appliqués par l'intermédiaire des éléments auxquels il est fixé. Il a du d'autre part supporter des efforts de manutention parfois plus importants entre sa fabrication et sa mise en place. Typically such panels are used to constitute the exterior wall walls of a building. A panel is then generally vertical and maintained from its upper and lower edges. Under these conditions it supports forces which are applied to it in particular by the wind and which cause it to flex sometimes inwards and outwards of the building. It may also have to support vertical or horizontal forces which are applied to it by means of the elements to which it is fixed. On the other hand, it has to withstand sometimes greater handling efforts between its manufacture and its installation.

Il a été déjà proposé, pour permettre à de tels panneaux de résister à ces efforts, d'utiliser une collaboration bois béton. Un panneau ainsi réalisé comporte
- Une plaque de béton, typiquement destinée à venir en facade d'un bâtiment à construire.To allow such panels to withstand these efforts, it has already been proposed to use a wood-concrete collaboration. A panel thus produced comprises
- A concrete slab, typically intended to come in front of a building to be constructed.

- Des membrures de bois s'étendant au contact d'une face postérieure de cette plaque. Ces membrures sont typiquement destinées à être verticales dans leur disposition définitive. - Wooden frames extending in contact with a rear face of this plate. These members are typically intended to be vertical in their final arrangement.

Cette face postérieure peut être orientée vers l'intérieur de ce bâtiment. Des couches d'isolation sont alors habituellement disposées contre cette face entre ces membrures. La face postérieure.peut cependant aussi être disposée vers l'extérieur d'un bâtiment.This rear face can be oriented towards the interior of this building. Insulation layers are then usually placed against this face between these members. The rear face, however, can also be arranged towards the outside of a building.

- Et des pièces de liaison métalliques liant ces membrures à cette plaque. - And metal connecting pieces connecting these members to this plate.

La présente invention a pour but de permettre la réalisation de tels panneaux d'une manière qui procure l'un au moins des avantages suivants
- bonne résistance du panneau aux efforts en raison d'une collaboration parfaite entre le bois et le béton,
- faible coût de fabrication du panneau,
- faible coût de manutention et de fixation du panneau lors de la construction d'un bâtiment.The present invention aims to allow the realization of such panels in a manner which provides at least one of the following advantages
- good resistance of the panel to stresses due to a perfect collaboration between wood and concrete,
- low cost of manufacturing the panel,
- low cost of handling and fixing the panel during the construction of a building.

- aspect agréable tant depuis l'intérieur que depuis l'extérieur de ce bâtiment. - pleasant appearance both from the inside and from the outside of this building.

Et, dans ce but elle a notamment pour objet un panneau de construction préfabriqué à collaboration bois béton dans lequel un ensemble de pièces de liaison est prévu pour accrocher une plaque de béton à des membrures de bois, ce panneau étant caractérisé par le fait que cet ensemble comporte des tubes connecteurs pour transmettre des efforts entre ces membrure et cette plaque dans le plan de cette plaque. And, for this purpose, it has in particular a prefabricated construction panel with wooden concrete collaboration in which a set of connecting pieces is provided for hanging a concrete plate on wooden frames, this panel being characterized by the fact that this assembly includes connector tubes for transmitting forces between these members and this plate in the plane of this plate.

A l'aide des figures schématiques ci-jointes, on va décrire ci-après comment la présente invention peut être mise en oeuvre, étant entendu que les éléments et dispositions mentionnés et représentés ne le sont qu'à titre d'exemples non limitatifs. Using the attached schematic figures, we will describe below how the present invention can be implemented, it being understood that the elements and arrangements mentioned and represented are only by way of nonlimiting examples.

Lorsqu'un même élément est représenté sur plusieurs figures il y est désigné par le même signe de référence.When the same element is represented in several figures, it is designated therein by the same reference sign.

La figure 1 représente une vue en perspective d'un panneau selon la présente invention. Figure 1 shows a perspective view of a panel according to the present invention.

La figure 2 représente une vue de ce panneau en coupe par un plan horizontal II-II de la figure 1. FIG. 2 represents a view of this panel in section through a horizontal plane II-II of FIG. 1.

La figure 3 représente une vue d'une partie basse de ce panneau en coupe par un plan vertical, ce panneau étant fixé sur un élément d'appui bas. FIG. 3 represents a view of a lower part of this panel in section through a vertical plane, this panel being fixed on a low support element.

La figure 4 représente une vue en perspective d'un tube connecteur de ce panneau. FIG. 4 represents a perspective view of a connector tube of this panel.

La figure 5 représente une vue de côté d'une pièce d'accrochage de ce panneau. Figure 5 shows a side view of a hooking part of this panel.

La figure 6 représente une vue en coupe d'un coffrage utilisé pour la fabrication d'un tel panneau. Figure 6 shows a sectional view of a formwork used for the manufacture of such a panel.

Les éléments du panneau donné en exemple forment trois groupes principaux. The elements of the panel given as an example form three main groups.

Un premier groupe est constitué par une plaque de béton 2 s 'étendant selon une surface de panneau dans des directions longitudinale X et transversale Y. Cette plaque présente deux faces antérieure 4 et postérieure 6 séparées par l'épaisseur 5 de cette plaque. Elle est percée de deux fenêtres telles que 3. Elle est constituée de béton vibré renforcé par une armature interne formée par un treillis d'acier 8. Typiquement sa longueur, selon la direction X, est comprise entre 2m40 et 12 m, sa largeur selon la direction Y entre 0,3m et 2,70 m et son épaisseur selon une direction Z entre 6 et 12 cm. A first group is constituted by a concrete plate 2 extending along a panel surface in longitudinal X and transverse Y directions. This plate has two anterior 4 and posterior 6 faces separated by the thickness 5 of this plate. It is pierced by two windows such as 3. It consists of vibrated concrete reinforced by an internal reinforcement formed by a steel lattice 8. Typically its length, in the direction X, is between 2m40 and 12 m, its width according the direction Y between 0.3m and 2.70 m and its thickness in a direction Z between 6 and 12 cm.

Pour la description du panneau on considèrera parfois ci-après qu'il est fixé dans sa position définitive c'est-à-dire que la direction longitudinale X est verticale. For the description of the panel we will sometimes consider below that it is fixed in its final position, that is to say that the longitudinal direction X is vertical.

Un deuxième groupe comporte deux membrures de bois 10, 12 s'étendant selon la direction longitudinale sur cette face postérieure 6. Chacune de ces membrures 10 a une épaisseur 14 selon laquelle elle fait saillie sur cette face postérieure et une largeur 16 qui s'étend selon la direction transversale. Elle présente une face antérieure 18 en regard de la face postérieure de la plaque de béton, une face postérieure 20 opposée à cette face antérieure, et deux faces latérales 22 et 24. A second group comprises two wooden members 10, 12 extending in the longitudinal direction on this rear face 6. Each of these members 10 has a thickness 14 according to which it projects on this rear face and a width 16 which extends in the transverse direction. It has an anterior face 18 facing the posterior face of the concrete slab, a posterior face 20 opposite this anterior face, and two lateral faces 22 and 24.

Plus particulièrement cette épaisseur et cette largeur sont typiquement comprises entre 11 et 20 cm et la face antérieure 18 est en appui par contact direct sur la face postérieure de la plaque 2. More particularly, this thickness and this width are typically between 11 and 20 cm and the front face 18 is in contact by direct contact on the rear face of the plate 2.

Une lisse basse 26 en bois s'détend transversalement au bas des membrures 10 et 12 au-dessus du bord inférieur de la plaque 2 à laquelle elle est fixée par des vis telles que 28. La partie basse de la plaque de béton 2, c'est-à-dire celle qui est dépourvue de membrures, a pour rôle de couvrir et de cacher une structure d'appui 29 sur laquelle la lisse 26 vient reposer lors du montage du panneau pour y être ensuite fixée. Des membrures telles que 10 et 12 pourraient se prolonger au-dela des bords de la plaque 2 pour réaliser une liaison du panneau à distance de ces bords. A low wooden beam 26 extends transversely at the bottom of the members 10 and 12 above the lower edge of the plate 2 to which it is fixed by screws such as 28. The lower part of the concrete plate 2, c 'that is to say that which is devoid of frames, has the role of covering and hiding a support structure 29 on which the rail 26 comes to rest during assembly of the panel to then be fixed. Frames such as 10 and 12 could extend beyond the edges of the plate 2 to make a connection of the panel at a distance from these edges.

Un troisième groupe comporte, de manière générale, un ensemble de pièces de liaison qui se succèdent longitudinalement le long de chaque membrure pour lier la plaque de béton 2 à cette membrure. A third group comprises, in general, a set of connecting parts which follow one another longitudinally along each member to link the concrete plate 2 to this member.

Chacune de ces pièces présente une étendue selon une direction de liaison Z perpendiculaire à la surface de panneau. Elle comporte un tronçon antérieur lié à la plaque de béton et un tronçon postérieur lié à la membrure. Ce tronçon postérieur porte au moins une surface d'appui sur bois pour prendre appui sur cette membrure. Les projections des surfaces d'appui de cet ensemble selon la direction longitudinale définissent des aires d'appui longitudinal sur bois, les projections de ces surfaces d'appui selon la direction de liaison définissant des aires d'accrochage au bois lorsque ces surfaces regardent vers la plaque de béton.Each of these parts has an extent in a direction of connection Z perpendicular to the panel surface. It has an anterior section linked to the concrete slab and a posterior section linked to the frame. This rear section carries at least one bearing surface on wood to bear on this member. The projections of the bearing surfaces of this assembly in the longitudinal direction define areas of longitudinal support on wood, the projections of these bearing surfaces in the direction of connection defining areas of attachment to the wood when these surfaces look towards the concrete slab.

Les aires d'appui longitudinal sont prévues pour la transmission des efforts longitudinaux entre le béton et le bois. The longitudinal support areas are provided for the transmission of longitudinal forces between concrete and wood.

Les aires d'accrochage sont nécessaires pour résister aux efforts d'arrachement qui tendent à écarter les membrures de la plaque de béton.The attachment areas are necessary to resist the tearing forces which tend to spread the members of the concrete slab.

Selon une disposition générale propre à la présente invention celles desdites surfaces d'appui sur bois qui définissent les aires d'appui longitudinal sur bois sont au moins majoritairement constituées par les surfaces externes de tubes connecteurs tels que 30 qui font partie de l'ensemble des pièces de liaison. Chacun de ces tubes a un axe 32 dont la direction est au moins relativement proche de la direction de liaison Z. Son tronçon antérieur 34 est encastré dans la plaque de béton 2. Son tronçon postérieur 36 pénétre dans la face antérieure d'une membrure 10 ou 12, à distance des deux faces latérales de celle-ci, sur une fraction seulement de l'épaisseur de celle-ci. According to a general arrangement specific to the present invention, those of said support surfaces on wood which define the longitudinal support areas on wood are at least mainly constituted by the external surfaces of connector tubes such as 30 which form part of all of the connecting pieces. Each of these tubes has an axis 32 whose direction is at least relatively close to the connecting direction Z. Its front section 34 is embedded in the concrete plate 2. Its rear section 36 penetrates into the front face of a frame 10 or 12, at a distance from the two lateral faces thereof, over only a fraction of the thickness thereof.

L'utilisation de tels tubes connecteurs a déjà été proposée pour la réalisation d'un "plancher à collaboration bois béton" dans la demande de brevet européen publiée EP-A nOO 280 228 (Entreprise
Paris Ouest) et le brevet américain correspondant 4 841 703 (FO 15 768). Dans un tel plancher aucun effort d'arrachement n'est à prendre en compte.The use of such connector tubes has already been proposed for the production of a "wooden concrete collaboration floor" in the European patent application published EP-A nOO 280 228 (Company
Paris Ouest) and the corresponding US patent 4,841,703 (FO 15,768). In such a floor, no lifting force is to be taken into account.

Un tel tube connecteur est avantageusement constitué d'acier et il présente une section circulaire de manière à en permettre une fabrication simple et à permettre une réalisation facile de son encastrement dans une membrure de bois. Son diamètre est de préférence compris entre 30 et 80 % de la largeur de la membrure dans laquelle il pénètre. Sa longueur, qui s'étend selon la direction de liaison Z, est typiquement comprise entre 60 et 150 mm. Son tronçon antérieur 34 a été noyé dans le béton de la plaque 2. Son tronçon postérieur 36 a été engagé à force dans une rainure ou un trou circulaire creusé préalablement dans la membrure. A partir de la face antérieure de celle-ci ce tronçon s'étend sur une fraction avantageusement comprise entre 20 % et 50 % de l'épaisseur de la membrure. Such a connector tube is advantageously made of steel and it has a circular section so as to allow a simple manufacture and to allow an easy realization of its embedding in a wooden frame. Its diameter is preferably between 30 and 80% of the width of the member into which it enters. Its length, which extends in the direction of connection Z, is typically between 60 and 150 mm. Its front section 34 was embedded in the concrete of the plate 2. Its rear section 36 was forcibly engaged in a groove or a circular hole previously dug in the frame. From the front face thereof, this section extends over a fraction advantageously between 20% and 50% of the thickness of the member.

Les tubes connecteurs tels que 30 se succèdent le long de la membrure avec un intervalle entre axes qui est typiquement compris entre 30 et 60 cm. The connector tubes such as 30 follow one another along the frame with an interval between axes which is typically between 30 and 60 cm.

Selon une disposition avantageuse celles desdites surfaces d'appui sur bois qui définissent les aires d'accrochage au bois sont au moins majoritairement constituées par des surfaces de pièces d'accrochage 38 qui font elles aussi partie de l'ensemble des pièces de liaison mais qui sont distinctes des tubes connecteurs 30. Ces pièces d'accrochage présentent des raidéurs en flexion moindres que celles de ces tubes. Elles sont interposées entre ces tubes le long de chaque membrure 10. Plus particulièrement ces pièces sont des vis ou des clous dont un fût comporte un tronçon postérieur fileté ou cranté 40 qui est engagé dans la face antérieure de la membrure à distance des faces latérales 22, 24 de celle-ci. Un tronçon antérieur 42 de ce fût et une tête élargie 44 munie d'une rondelle 45 sont encastrées dans la plaque de béton 2.Plus particulièrement encore ces pièces sont des vis d'acier 38 du genre dit tirefond. According to an advantageous arrangement, those of said bearing surfaces on wood which define the areas for hanging on to the wood are at least mainly constituted by surfaces of hanging pieces 38 which also form part of the set of connecting pieces but which are distinct from the connector tubes 30. These attachment parts have less flexural stiffnesses than those of these tubes. They are interposed between these tubes along each frame 10. More particularly, these parts are screws or nails, a barrel of which has a threaded or notched rear section 40 which is engaged in the front face of the frame at a distance from the lateral faces 22 , 24 thereof. An anterior section 42 of this barrel and an enlarged head 44 provided with a washer 45 are embedded in the concrete plate 2.More particularly still, these parts are steel screws 38 of the so-called lag screw type.

Les faces antérieures des filets de ces vis définissent lesdites aires d'accrochage. La permanence de la qualité de l'accrochage qui est réalisé grâce à ces vis est liée à la présence des tubes connecteurs qui sont très raides et s'opposent à tout déplacement longitudinal des membures par rapport à la plaque de béton. En l'absence de ces tubes connecteurs les fûts de ces vis fléchiraient dans le bois en l'écrasant et en le déformant de manière irréversible, notamment en présence des efforts de flexion alternés qui sont appliqués au panneau. La répétition de ces déformations finirait par faire disparaître la résistance des vis aux efforts d'arrachement.Il est de plus clair qu'une absence de résistance aux efforts d'arrachement, que cette absence résulte d'une absence de telles vis, ou d'une disparition de leur résistance à l'arrachement, entraînerait un déchaussement au moins partiels des tubes connecteurs, ce qui ferait disparaître la collaboration entre le bois et le béton et entraînerait la ruine du panneau. Le risque d'une telle ruine est particulièrement grand dans le cas non représenté où les membrures s'étendent au-delà des bords de la plaque de béton. The front faces of the threads of these screws define said attachment areas. The permanence of the quality of the attachment which is achieved by means of these screws is linked to the presence of the connector tubes which are very stiff and which prevent any longitudinal movement of the members relative to the concrete plate. In the absence of these connecting tubes, the barrels of these screws would flex in the wood, crushing it and deforming it irreversibly, in particular in the presence of alternating bending forces which are applied to the panel. The repetition of these deformations would eventually make the resistance of the screws to tearing forces disappear. It is moreover clear that an absence of resistance to tearing forces, that this absence results from an absence of such screws, or d 'a disappearance of their resistance to tearing, would lead to at least partial loosening of the connector tubes, which would make the collaboration between wood and concrete disappear and would cause the panel to fail. The risk of such a ruin is particularly great in the not shown case where the members extend beyond the edges of the concrete slab.

On peut remarquer par ailleurs que les tubes connecteurs 30 assurent la transmission d'efforts transversaux (selon la direction Y) lorsque le panneau reçoit, par l'intermédiaire de ses membrures, et à partir de la structure qui le porte, des efforts orientés dans son plan, le panneau assurant alors une fonction de raidisseur. It can also be noted that the connector tubes 30 ensure the transmission of transverse forces (in the direction Y) when the panel receives, through its members, and from the structure which carries it, forces oriented in its plan, the panel then ensuring a stiffening function.

Les vis 38 pénètrent dans les membrures telle que 10 sur une fraction avantageusement comprise entre 20 % et 80 % de l'épaisseur de cette membrure. Le diamètre maximal de leur fût est typiquement compris entre 6 et 20 mm. The screws 38 penetrate into the members such as 10 over a fraction advantageously between 20% and 80% of the thickness of this member. The maximum diameter of their barrel is typically between 6 and 20 mm.

Les tronçons antérieurs 34 et 42 des pièces de liaison constituées par les tubes 30 et les vis 38 pénètrent dans la plaque de béton 2 sur une distance qui est avantageusement comprise entre 20 % et 70 % de .de l'épaisseur de celle-ci. Ils peuvent être soudés au treillis 8. The front sections 34 and 42 of the connecting pieces formed by the tubes 30 and the screws 38 penetrate into the concrete plate 2 over a distance which is advantageously between 20% and 70% of the thickness of the latter. They can be welded to the mesh 8.

Un procédé de fabrication d'un tel panneau comporte de manière générale les étapes suivantes - on encastre les tronçons postérieurs 36, 40 des pièces de liaison 30 et 38 dans les membrures 10 et 12, - on positionne ces membrures par rapport à un coffrage 46 prévu pour le coulage de la plaque de béton 2 de manière que les tronçons antérieurs 34 et 42 de ces pièces de liaison soient placés dans l'espace prévu pour le béton, - et on coule du béton dans ce coffrage. A method of manufacturing such a panel generally comprises the following steps - the rear sections 36, 40 of the connecting pieces 30 and 38 are embedded in the members 10 and 12, - these members are positioned relative to a formwork 46 provided for pouring the concrete plate 2 so that the front sections 34 and 42 of these connecting pieces are placed in the space provided for concrete, - and concrete is poured into this formwork.

Ce coffrage est avantageusement horizontal, les membrures étant placées au-dessus. This formwork is advantageously horizontal, the members being placed above.

Ce procédé peut être mise en oeuvre soit dans un atelier prévu pour cela, soit de façon foraine c'est-à-dire sur le site même de la construction du bâtiment dans lequel le panneau doit être incorporé. This process can be carried out either in a workshop provided for this, or in a fairground fashion, that is to say on the site of the construction of the building in which the panel is to be incorporated.

Claims

1 - Prefabricated construction panel with wood-concrete collaboration in which a set of connecting pieces (30, 38) is provided for hanging a concrete plate (2) on wooden frames (10, 12), this panel being characterized by the fact that this assembly comprises connector tubes (30) for transmitting forces between these members and this plate in the plane of this plate.

2 - Panel according to claim 1 comprising - a concrete plate (2) extending along a panel surface in longitudinal (X) and transverse (Y) directions and having two separate anterior (4) and posterior (6) faces by the thickness of this plate, - wooden members (10, 12) extending in the longitudinal direction on this rear face (6), each of these members (10) having a thickness (14) according to which it makes projection on this rear face and a width (16) in said transverse direction, and having an anterior face (18) facing this rear face of the concrete slab, as well as a rear face (20) opposite this anterior face , and two lateral faces (22, 24), - and a set of connecting parts which follow one another longitudinally along each said frame to link the concrete plate (2) to this frame, each of these pieces having an extent according to a directi one of connection (Z) perpendicular to said panel surface, and comprising a front section linked to the concrete slab and a rear section linked to this frame, this rear section carrying at least one bearing surface on wood to rest on this member, the projections of the bearing surfaces on wood of this assembly in the longitudinal direction defining longitudinal bearing areas on wood, the projections of these bearing surfaces on wood in the connecting direction defining hooking areas to wood when these surfaces look towards the concrete slab, - this panel being characterized in that those of said support surfaces on wood which define said longitudinal support areas on wood are at least mainly constituted by the external surfaces of tubes connectors (30) which form part of said set of connecting parts, each of these tubes having an axis (32) whose direction is at least relative ment close to the connection direction (Z) and comprising an anterior section (34) embedded in the concrete slab (2) and a posterior section (36) penetrating into the anterior face (18) of a member spaced from the faces lateral (22, 24) thereof, over only a fraction of the thickness (14) thereof.

3 - Panel according to claim 2 characterized in that those of said support surfaces on wood which define the areas of attachment to the wood are at least mainly constituted by surfaces of attachment pieces (38) which are part of said assembly connecting parts, which have lower flexural stiffnesses than those of the connector tubes (30) and which are interposed between these tubes along each member (10).

4- Panel according to claim 3 characterized in that said attachment parts are screws (38) or nails of which a threaded or notched barrel is engaged in the front face of said frame (10) at a distance from the lateral faces (22 , 24) of this frame, and of which an enlarged head is embedded in said concrete plate (2).

4 - Panel according to claim 2, wherein the diameter of said connector tube (14) is sufficient to allow the concrete to penetrate without substantial segregation into the interior space of said anterior section (34) of this tube during the pouring of said plate of concrete (8).

6- Panel according to claim 2, wherein said connector tube (30) has a circular section so as to allow a simple manufacture and to allow easy realization of its embedding in said frame (2).

7- Panel according to claim 6, wherein the diameter of said connector tube (30) is between 30 and 80% of the width of said frame (10).

8 - Panel according to claim 3, characterized in that said rear sections of the connector tubes (30) and hooking parts penetrate into the front face of said wooden frame (10) on fractions between 20 and 50% and between 20% and 80% of the thickness (14) of this member, respectively.

9 - A method of manufacturing a panel according to claim 2 above, this method comprising the following steps - it embeds said rear sections (36, 44) of the connecting pieces (30, 38) in said members (10, 12 ), - these members are positioned relative to a formwork (46) provided for pouring said concrete plate (2) so that said front sections (34, 42) of these connecting pieces are placed in the space provided for concrete, - and concrete is poured into this formwork.

10 - A method according to claim 9 characterized in that said formwork (46) extends along a horizontal plane, said members (10, 12) being placed above this formwork.