FR2708299A1 - Mixed construction method employing steel and concrete, with recovery of energy - Google Patents
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- E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
- E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
- E04B1/62—Insulation or other protection; Elements or use of specified material therefor
- E04B1/74—Heat, sound or noise insulation, absorption, or reflection; Other building methods affording favourable thermal or acoustical conditions, e.g. accumulating of heat within walls
Abstract
Description
L'invention est relative à un procédé de construction industrialisée mixte acier-béton permettant une récupération énergétique des apports thermiques entre les milieux extérieurs et intérieurs. Il vise principalement des applications dans le cadre d'élaboration de logements individuels ou d'immeubles de taille moyenne. The invention relates to an industrialized mixed steel-concrete construction process for energy recovery of heat input between the exterior and interior environments. It mainly targets applications in the development of individual housing or medium-sized buildings.
Les procédés existants recherchent à isoler l'Homme de son environnement, en le coiffant d'une enveloppe isolante réalisée soit à partir d'un assemblage et entassement d'une pluralité d'éléments unitaires tels que notamment briques, parpaings, pierres de taille, soit à partir de panneaux préfabriqués en de plus grandes dimensions, notamment en béton, en plâtre, rapportés sur une ossature souvent élaborée grâce à des profilés de béton précontraint. Existing processes seek to isolate man from his environment, by covering him with an insulating envelope produced either from an assembly and piling up of a plurality of unitary elements such as in particular bricks, concrete blocks, cut stones, either from prefabricated panels in larger dimensions, in particular concrete, plaster, attached to a framework often developed using prestressed concrete profiles.
On connaît également d'autres procédés de construction, couramment rencontrés dans le cadre d'élaboration d'immeubles ou de tours de grande hauteur pour un usage industriel et tertiaire, ces derniers mettent en oeuvre tout d'abord une ossature généralement métallique, en bois ou béton précontraint, qui est comblée dans un deuxième temps par des pans en amianteciment, en bois, en béton, en verre ..... Cependant, ce type de réalisation ne peut pas être transféré à des logements de moindre surface habitable ; car à l'origine, ces procédés ont été développés pour des réalisations pratiquement unitaires. Other construction methods are also known, commonly encountered in the context of the elaboration of tall buildings or towers for industrial and tertiary use, these first of all use a generally metallic framework, made of wood. or pre-stressed concrete, which is then filled in with asbestos-cement, wood, concrete, glass sections, etc. However, this type of construction cannot be transferred to dwellings with less living space; because at the beginning, these processes were developed for practically unitary realizations.
L'industrialisation de ces techniques a mis en évidence la rapidité d'obtention de panneaux préfabriqués à des coûts moindres par rapport à un mode de construction traditionnelle, mais en même temps, a fait apparaître des inconvénients liés aux contraintes d'utilisation de moule et de coffrage dont la taille ne pouvait pas être augmentée indéfiniment, ce qui engendre une limitation dans la taille et dans la masse des panneaux ainsi obtenus. The industrialization of these techniques has demonstrated the speed of obtaining prefabricated panels at lower costs compared to a traditional construction method, but at the same time, has revealed drawbacks linked to the constraints of using molds and formwork whose size could not be increased indefinitely, which creates a limitation in the size and mass of the panels thus obtained.
Le procédé, objet de l'invention, vise à pallier les inconvénients des techniques antérieures, en proposant une préfabrication industrielle de panneaux collaborants destinés à s'adapter sur des ossatures de poutrelles et profilés métalliques de grande diffusion, préalablement solidarisés aux fondations. The method, object of the invention, aims to overcome the drawbacks of the prior techniques, by proposing an industrial prefabrication of collaborating panels intended to be fitted on frameworks of beams and metal profiles of wide distribution, previously secured to the foundations.
A cet effet, le procédé d'élaboration de panneaux se caractérise en ce que l'on utilise des pans métalliques, dont la section transversale présente des nervures de profils variés, conformant des canaux selon l'une des directions du pan, les pans métalliques, étant rendus solidaires, notamment au niveau des canaux, à l'ossature métallique d'une habitation afin de réaliser le bardage, les planchers de tous les niveaux, et la toiture, lesdits pans sur l'une des faces étant recouverts d'une couche de béton, éventuellement enrichi de fibres. To this end, the process for producing panels is characterized in that metal sections are used, the cross section of which has ribs of various profiles, shaping channels in one of the directions of the panel, the metal sections , being made integral, in particular at the level of the channels, with the metal framework of a dwelling in order to carry out the cladding, the floors of all the levels, and the roofing, said sections on one of the faces being covered with a layer of concrete, possibly enriched with fibers.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-après, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures
- la figure 1 est une vue en perspective et en coupe, d'un détail d'une habitation réalisée selon la mise en oeuvre du procédé
- la figure 2 est une vue en perspective et en coupe d'une habitation réalisée selon la mise en oeuvre du procédé
- la figure 3 est une vue plane illustrant la récupération d'énergie au niveau du faîtage d'une habitation selon la mise en oeuvre du procédé.Other characteristics and advantages of the present invention will emerge from the description given below, with reference to the appended drawings which illustrate an embodiment thereof devoid of any limiting character. In the figures
- Figure 1 is a perspective view in section, of a detail of a dwelling produced according to the implementation of the method
- Figure 2 is a perspective view in section of a house produced according to the implementation of the method
- Figure 3 is a plan view illustrating the recovery of energy at the ridge of a dwelling according to the implementation of the method.
Selon un mode préféré de mise en oeuvre de ce procédé, on réalise à partir de bobines de tôle en acier, une série d'opérations élémentaires en vue d'obtenir des profilés 1 de différents gabarits et de diverses sections droites 2. Ainsi, on élabore des profilés plats, fermés, ouverts, présentant une surface plane ou nervurée, dont les saillies peuvent avoir un profil brisé tel que notamment en queue d'aronde 3 plus ou moins prononcée, ou un profil arrondi 4 de forme ovoïde ou sphérique. According to a preferred embodiment of this method, a series of elementary operations is carried out from coils of steel sheet in order to obtain profiles 1 of different sizes and various cross sections 2. Thus, develops flat, closed, open profiles, having a flat or ribbed surface, the protrusions of which may have a broken profile such as in particular a more or less pronounced dovetail 3, or a rounded profile 4 of ovoid or spherical shape.
En fonction du type du profilé, on utilise lesdits profilés 1 pour les diverses parties d'un logement qui seront explicitées plus loin dans la description. Cette étape peut être avantageusement réalisée en grande série, en dehors du site de construction des logements, les produits finis étant stockés en fonction de leur destination finale. Ainsi, ces profilés sont destinés à être utilisés pour des panneaux recouvrant la toiture 5, le bardage 6 (murs extérieurs), le plancher 7. Depending on the type of profile, said profiles 1 are used for the various parts of a housing which will be explained later in the description. This step can advantageously be carried out in large series, outside the housing construction site, the finished products being stored according to their final destination. Thus, these profiles are intended to be used for panels covering the roof 5, the cladding 6 (exterior walls), the floor 7.
On réalise ensuite une ossature 9 servant de squelette à l'habitation, cette ossature est préférentiellement obtenue à partir de poutrelles métalliques, de profils normalisés en I, en
U, en L, en H, coopérant entre elles par tous moyens connus (soudage, rivetage, emboîtement...). Selon le gabarit de l'habitation, on divise cette ossature en au moins deux sousensembles, une ossature primaire 10 correspondant à la superstructure de la construction et aux points d'application de l'ensemble des charges résultantes, cette ossature primaire étant en outre solidaire des fondations préférentiellement obtenues à partir de coffrage perdu pour longrine et une ossature secondaire 11 coopérant à la primaire 10 par des moyens similaires.A framework 9 is then produced serving as a skeleton for the dwelling, this framework is preferably obtained from metal beams, with standardized profiles in I, in
U, L, H, cooperating with each other by any known means (welding, riveting, interlocking ...). Depending on the size of the dwelling, this framework is divided into at least two sub-assemblies, a primary framework 10 corresponding to the superstructure of the construction and to the points of application of all the resulting loads, this primary framework also being integral foundations preferably obtained from lost formwork for sill and a secondary frame 11 cooperating with the primary 10 by similar means.
On dispose également aux emplacements 12 opportuns de l'ossature métallique, des précadres au droit des ouvertures ces éléments assurent les fonctions suivantes : linteaux, tableaux, seuils ou appuis, dormants pour portes-fenêtres, coffres de volets roulants. There are also at the 12 convenient locations of the metal framework, pre-frames at the right of the openings these elements ensure the following functions: lintels, tables, thresholds or supports, frames for French doors, shutters shutters.
Les espaces libres de l'ossature sont comblés par les différents types de profilés en fonction de leur destination finale. The free spaces of the frame are filled by the different types of profiles according to their final destination.
Ainsi, pour une application aux bardages 6, les profilés 1 présentent préférentiellement un profil nervuré à base de queue d'aronde 3 ou d'ovoïde 4, la face munie de ces formes en saillie étant disposée vers l'extérieur de l'habitation, laissant de ce fait une pluralité de canaux 13 longilignes verticaux dirigés vers l'intérieur de la construction, correspondant aux parties repoussées des queues d'aronde 3 ou des ovoïdes 4, en regard de l'espace intérieur du logement ; néanmoins, on prend soin de faire coopérer lesdits canaux 13 avec l'ossature secondaire 11, surtout en partie haute et basse de cette dernière. Selon les applications requises, on rend étanche ces canaux 13 par leur recouvrement à l'aide de tous moyens connus 14 (papier adhésif, feuille mince...). Thus, for an application to cladding 6, the profiles 1 preferably have a ribbed profile based on a dovetail 3 or an ovoid 4, the face provided with these protruding shapes being disposed towards the outside of the dwelling, thereby leaving a plurality of long, vertical channels 13 directed towards the interior of the construction, corresponding to the repelled parts of the dovetails 3 or of the ovoids 4, facing the interior space of the housing; nevertheless, care is taken to make said channels 13 cooperate with the secondary framework 11, especially in the upper and lower part of the latter. Depending on the required applications, these channels 13 are sealed by covering them with any known means 14 (adhesive paper, thin sheet, etc.).
Pour application de plancher 7 à tous les niveaux, on utilise de préférence un profilé en I dont la section transversale présente des ondulations plus ou moins régulières en amplitude et en fréquence de répétition ; par contre, on opte pour les nervures à sections aplaties pour l'utilisation en toiture 5. For floor application 7 at all levels, an I-profile is preferably used, the cross section of which has more or less regular undulations in amplitude and in repetition frequency; on the other hand, we opt for ribs with flattened sections for use in roofing 5.
Lorsque l'ensemble de ces divers profilés est solidarisé aussi bien aux ossatures primaire 10 que secondaire 11, en respectant bien entendu leur orientation respective vis-à-vis de leur environnement, on dispose d'une part, par pompage une épaisseur de béton 15 sur les profilés horizontaux, le béton venant au moins recouvrir les ondulations, ces dernières servant de points d'ancrage à la dalle une fois le béton pris, et d'autre part, par une projection de béton similaire sur l'enveloppe périphérique du bardage 6 vertical. When all of these various sections are secured to both the primary 10 and secondary 11 frames, of course respecting their respective orientation with respect to their environment, on the one hand, a thickness of concrete is available 15 on the horizontal sections, the concrete coming at least to cover the corrugations, the latter serving as anchoring points for the slab once the concrete has set, and on the other hand, by a projection of similar concrete onto the peripheral envelope of the cladding 6 vertical.
Afin d'augmenter la cohésion du béton 15 sur les profilés horizontaux et verticaux, on incorpore dans ce dernier des fibres 16 en matière plastique, notamment en polypropylène. Par ailleurs, l'adjonction des ces fibres alliée à la faible quantité d'eau contenue dans ce mélange réduisent les phénomènes de retraits d'une manière très significative ; on note également que le profil accidenté des pans métalliques participe à la répartition des contraintes et à au rattrapage des déplacements relatifs entre la couche de béton et la partie métallique. In order to increase the cohesion of the concrete 15 on the horizontal and vertical sections, fibers 16 made of plastic, in particular polypropylene, are incorporated into the latter. Furthermore, the addition of these fibers combined with the small amount of water contained in this mixture reduce the withdrawal phenomena in a very significant way; it is also noted that the uneven profile of the metal sections participates in the distribution of the stresses and in the catching up of the relative displacements between the layer of concrete and the metal part.
Le béton 15 ainsi projeté et enrichi de fibres 16 permet de conserver et de préserver les propriétés mécaniques de la paroi et également la finition des divers parements incorporés, tout en améliorant grandement leur mise en oeuvre comparée à des solutions classiques (coulage de béton entre des banches puis mise en vibration du mélange liquide). The concrete 15 thus sprayed and enriched with fibers 16 makes it possible to conserve and preserve the mechanical properties of the wall and also the finish of the various incorporated facings, while greatly improving their implementation compared to conventional solutions (pouring concrete between formwork then vibration of the liquid mixture).
Selon une autre caractéristique essentielle du procédé, objet de 1 l'invention, on utilise les canaux 13 présents sur l'ensemble de l'enveloppe intérieure du bardage 6 afin de récupérer l'énergie calorifique stockée par accumulation thermique dans les parois. On réalise ainsi une mise en communication au niveau de la portion inférieure 17 des canaux 13 avec un collecteur 18 intérieur qui assure une admission d'air frais et on prévoit de disposer sur ce collecteur 18 un certain nombre d'organes de réglage, notamment conformés en volets, permettant à l'utilisateur de régler le débit d'air entrant. L'air admis dans ce collecteur 18 est entraîné par dépression à l'intérieur desdits canaux 13 vers la toiture 5. According to another essential characteristic of the process which is the subject of the invention, the channels 13 present on the entire interior of the cladding 6 are used in order to recover the heat energy stored by thermal accumulation in the walls. This establishes a communication at the lower portion 17 of the channels 13 with an internal manifold 18 which provides a fresh air intake and provision is made to have on this manifold 18 a number of adjusting members, in particular shaped in shutters, allowing the user to adjust the incoming air flow. The air admitted into this manifold 18 is drawn by vacuum inside said channels 13 towards the roof 5.
Dans son ascension verticale et/ou horizontale, le fluide se réchauffe au contact de la paroi et emmagasine les calories stockées dans l'ensemble des parements intérieurs de la construction, récupérant ainsi une partie de l'énergie solaire.In its vertical and / or horizontal ascent, the fluid heats up in contact with the wall and stores the calories stored in all the interior facings of the building, thus recovering part of the solar energy.
Le fluide caloporteur est récupéré au faîtage au sein d'un collecteur 19 en liaison avec l'aspiration d'une ventilation 20 double flux, étant bien entendu que cette dernière peut être éventuellement munie de dispositifs de régulation de débit.The heat transfer fluid is recovered at the ridge in a manifold 19 in connection with the aspiration of a double flow ventilation 20, it being understood that the latter can optionally be provided with flow control devices.
Ainsi, des thermostats adapteront les quantités d'air pompé de l'extérieur et redistribué vers l'intérieur ou vers l'atmosphère en fonction des besoins (saisons, conditions climatiques).Thus, thermostats will adapt the quantities of air pumped from the outside and redistributed towards the inside or towards the atmosphere according to the needs (seasons, climatic conditions).
Le fluide réchauffé est redistribué dans l'ensemble des pièces par un réseau 21 approprié venant compléter en parallèle les moyens de chauffage classiques de l'habitation. On prévoit également de disposer sur l'ensemble de ce réseau une pluralité de filtres à poussière. Ce système garantit en outre les règles d'élaboration d'une construction, qui font obligation de ventiler l'intervalle, situé entre les sous-faces de couverture (ardoise, terre cuite, métal, etc...) et le volume intérieur isolant de la construction. The heated fluid is redistributed in all of the rooms by an appropriate network 21 which complements the conventional heating means of the house in parallel. It is also planned to have a plurality of dust filters on the entire network. This system also guarantees the rules for developing a construction, which make it necessary to ventilate the gap, located between the undersides of the roof (slate, terracotta, metal, etc.) and the insulating interior volume. construction.
Ce mode de construction d'habitation garantit une mise hors d'eau de l'ensemble du volume habitable, ce qui permet aux différents corps de métier de commencer les travaux de finition intérieurs dans des délais les plus courts. Ainsi, l'ossature métallique revêtue de son enveloppe de panneaux béton enrichipans métalliques, reçoit dans un premier temps la pluralité de cloisons isolantes et plafonds délimitant la surface habitable l'ensemble des réservations préalablement établies dans les panneaux est libéré afin de permettre l'intégration des pieuvres préfabriquées destinées aux réseaux de chauffage, de plomberie, d'électricité, et le montage au sein des précadres de l'ensemble des portes et fenêtres. This method of residential construction guarantees that the entire living space is put out of water, which allows the various trades to start interior finishing work as quickly as possible. Thus, the metal frame coated with its envelope of metal enriched concrete panels, firstly receives the plurality of insulating partitions and ceilings delimiting the living area. All the reservations previously established in the panels are released in order to allow integration. prefabricated octopuses intended for the heating, plumbing, electricity networks and the assembly within the pre-frames of all doors and windows.
Par ailleurs, étant donné que la toiture 5 est étanche, l'utilisation de panneaux 1 métalliques à des fins de toiture, permet à l'Homme de l'Art de s'affranchir d'un certain nombre de contingences qu'il aurait mises en oeuvre avec des moyens de couverture classiques ; il peut ainsi diminuer la densité de remplissage en ardoise ou en tuile, ces éléments abandonnant leur fonction de protection de l'habitation, au profit seulement de leur rendu esthétique. Furthermore, given that the roof 5 is waterproof, the use of metal panels 1 for roofing purposes, allows the skilled person to overcome a certain number of contingencies that he would have put implemented with conventional covering means; it can thus reduce the density of slate or tile filling, these elements abandoning their function of protecting the home, for the sole benefit of their aesthetic rendering.
Le procédé tel qu'il vient d'être décrit, outre sa grande simplicité de mise en oeuvre - la majorité des composants pouvant être fabriquée en dehors du site de construction et en grande série - donne au coffrage collaborant dont le profil transversal lui permettra une fonction supplémentaire de maintien du béton en faisant l'économie d'un coffrage double. The method as just described, in addition to its great simplicity of implementation - the majority of the components that can be manufactured outside the construction site and in large series - gives the collaborating formwork whose transverse profile will allow it additional function of holding concrete while saving on double formwork.
Par ailleurs, les propriétés mécaniques des pans métalliques autorisent des réalisations architecturales complexes ; on peut ainsi les cintrer en plan sur de grands rayons de courbure, sans nuire aux habitudes de construction. On envisage donc d'étendre ce procédé d'élaboration à des constructions de dimensions beaucoup plus importantes, telles que notamment gymnase, salle polyvalente etc... Furthermore, the mechanical properties of the metal sections allow complex architectural realizations; they can thus be bent in plan over large radii of curvature, without harming building habits. It is therefore envisaged to extend this development process to constructions of much larger dimensions, such as in particular a gymnasium, multipurpose room, etc.
Il demeure bien entendu que la présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et représentés cidessus, mais qu'elle en englobe toutes les variantes. It remains to be understood that the present invention is not limited to the embodiments described and shown above, but that it encompasses all variants thereof.
Claims (9)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20080331 |