OA18497A - Construction type poteaux et poutres préfabriqués. - Google Patents

Abstract

Un système de construction qui réalise une préfabrication poussée de la structure de bâtiments du type poteaux et poutres, préfabrication qui permet une industrialisation de ce type de construction. Le principal aménagement qui permet de réaliser cet objectif dans les mêmes conditions techniques, voire meilleures que dans le système classique, est le recours massif aux contreventements aussi bien dans le sens vertical que dans le sens horizontal. Un tel système de construction présente un intérêt spécial pour les régions à risque sismique est élevé, car le bâtiment est très léger, constitué d'un ensemble d'unités autosuffisantes structurellement, fortement triangulées et donc très peu déformables, tout ceci à un coût relativement réduit.

Description

La présente invention est relative à la construction de bâtiments type poteaux et poutres préfabriqués, qu'ils soient en bois, en béton armé ou en toute autre matière.

Technique antérieure

Les bâtiments en béton armé du type poteaux - poutres sont plutôt rares, car on il est plus avantageux de réaliser des chaînages horizontaux et verticaux, d’une seule pièce pour chaque étage, dans toute la mesure du possible : ferraillage et coulage du béton. Dans le cadre de la construction en bois par contre, les poteaux et les poutres connaissent une large utilisation. Ils sont toujours préfabriqués et amenés sur sites de construction pour être assemblés â l'aide de diverses pointes et/ou ferrures.

Exposé de l'invention

La présente invention a pour objet une technique de construction en bois, en béton armé ou en toute autre matière, qui consiste à utiliser des poteaux et des poutres préfabriqués en usine, et à réaliser leur liaison sur site de construction, d'une part par un système de contreventements verticaux et horizontaux, et d’autre part par une jonction en béton armé au niveau de leur intersection.

Un rôle central est joué par les contreventements qui maintiennent solidement les poteaux et les poutres dans leur position définitive dès que leur mise en place est terminée. Ils réalisent une liaison que nous qualifions ici de périphérique, par opposition à la liaison centrale réalisée à l'intersection des dits poteaux et poutres.

Les tiges filetées sont le moyen d’assemblage des contreventements aux poteaux et aux poutres le plus adéquat.

La jonction centrale, peut elle-même être coulée sur site ; nous parlons alors de préfabrication partielle, ou préfabriquée, et nous parlons alors de prélabrication totale.

La surface de contact entre un contreventement et un poteau ou une poutre peut être simple, sans aucune disposition particulière. Dans ce cas, s'il y a une force qui tend à ouvrir ou à fermer l’angle formé par le poteau et la poutre, le contreventement va jouer son rôle en s'y opposant. Mais pour que le contreventement ne glisse pas le long du poteau ou de la poutre, la tige d'assemblage va être sollicitée en cisaillement et devra en conséquence être de grande section. Pour remédier à ce problème, on prévoit des aspérités sur lesdites surfaces, une encoche dans le poteau ou la poutre, une encoche dans laquelle rentre une cale prévue à l’extrémité du contreventement, etc. Un tel système empêche tout risque de glissement du contreventement contre le poteau ou 1 contre la poutre en cas de force tendant à modifier l’angle formé par le poteau et la poutre. L'encoche extérieure empêche la fermeture dudit angle, et l’encoche intérieure empêche son ouverture. Pour plus d’efficacité, l’encoche intérieure est plus longue que l’encoche extérieure, et peut même former un angle aigu avec l’axe du poteau ou de la poutre.

Pour prévenir, réduire ou supprimer les feux éventuels entre les éléments préfabriqués, à savoir les poteaux, les poutres, les contreventements et les blocs de jonction, mais aussi pour réaliser une certaine jonction entre les dits éléments, on applique à leur intersection un joint sous forme de mortier de ciment par exemple.

On n’est pas limité dans le nombre ou l’inclinaison des pièces de contreventements, ni dans le nombre ou le type de leur fixation aux poteaux ou aux poutres : boulons, chevilles, rivets, clous, etc. Il en est de même de la liaison entre les blocs de jonction et les extrémités des poteaux et des poutres décrits ci-dessous.

Cas de la préfabrication partielle î coulage de la fonction sur site

Les poutres sont préfabriquées en usine, avec des barres ou fers d’attente qui vont entrer dans les jonctions.

Pour les poteaux, on prévoit à la base une zone de l'ordre de 20 cm qui sera bétonnée sur site au moment de leur installation, avec de fers d'attente. Au sommet des poteaux, on prévoit des fers d'attente d’une longueur suffisante pour faire partie de la jonction, et pour servir de fers d’attente en vue de l'assemblage ultérieur du poteau de l’étage supérieur.

Les poteaux et les poutres sont solidement maintenus dans leur position définitive par des contreventements dans le sens horizontal et vertical. Les extrémités des dits poteaux et poutres forment un coffrage perdu au moment du coulage du béton dans la jonction.

Au moment de la pose des poutres en vuo do leur fixation sur les contreventements, il est utile de fixer en premier lieu des supports Intermédiaires amovibles sur le côté et en haut des poteaux, sur lesquels vont reposer les poutres, ce qui facilite l'ajustage et la fixation des contreventements.

Dans la mesure où la jonction dont le béton est coulé sur site occupe une zone peu étendue, on peut se permettre d'utiliser un dosage très élevé du béton, d'utiliser la soudure du ferraillage dans la liaison au lieu du recouvrement habituel par juxtaposition des fers d'attente, etc.

Dans un nœud de la construction se croisent les nombreux fers d'attente du poteau et des poutres adjacentes. Leur positionnement peut constituer un problème au moment de la construction suite à leur grande rigidité et à l’exiguïté de l’espace qu’ils occupent. Pour y remédier le ferraillage de la jonction est préfabriqué, soit intégralement soit partiellement II peut revêtir la forme d'un cadre métallique, de préférence soudé.

Les poteaux et poutres dont le ferraillage entrant dans la jonction est préfabriqué sont prévus avec de petits bouts de fer d’attente sur lesquels sera soudé le ferraillage préfabriqué de la jonction.

Cas de la préfabrication totale : blocs de jonction préfabriqués

Ici on fabrique en usine, pour chaque nœud, un bloc de jonction complet avec autant de branches qu’il y a de poteaux et de poutres dans ce nœud. Les branches dudit bloc de jonction vont être reliées aux extrémités des poteaux et des poutres qui entrent dans le nœud. La zone d’assemblage d’une branche du bloc avec un poteau ou une poutre peut être taillée suivant une ligne oblique c'est à dire en biseau, suivant une ligne droite, suivant une ligne brisée c'est à dire en escalier, etc.

Les blocs de jonction, ainsi que les extrémités des poteaux et des poutres qui forment la jonction sont fabriqués de manière à leur assurer une résistance mécanique élevée : ferraillage dense et du dosage maximal du béton.

Les surfaces de contact ont de profondes rainures ou d’autres formes d’aspérités, destinées à empêcher le mouvement relatif des éléments à relier. Les tiges filetées sont le moyen d’assemblage des poteaux et des poutres aux blocs de jonction le plus adéquat

On peut aussi améliorer la liaison entre ces éléments en augmentant leur surface de contact, d'une part dans le sens longitudinal aux poteaux et aux poutres par une augmentation de la longueur des branches du bloc de jonction préfabriqué, et d’autre part dans le sens orthogonal aux poteaux et aux poutres par une augmentation de la largeur des dites branches. Dans ce dernier cas, c’est comme si le bloc de jonction préfabriqué avait été découpé dans un bâtiment, en sectionnant non seulement les poteaux et les poutres, mais aussi les coins des murs et des planchers adjacents.

Les extrémités des poteaux et des poutres qui entrent dans ce nœud prennent alors la forme d'un T pour correspondre aux dimensions du bloc de jonction ainsi constitué. L'épaisseur des différentes parties du bloc de jonction doit tenir compte de l'épaisseur des extrémités des poteaux et poutres auxquelles elle va être liée, afin que l’épaisseur totale ne diffère pas trop de l’épaisseur des poteaux et des poutres, par exemple 20 cm.

Ainsi, la partie centrale du bloc de jonction, qui n’est accolée à aucune extrémité de poteau ou de poutre garde l'épaisseur des poteaux et des poutres, 20 cm dans notre exemple.

Les zones du bloc de jonction auxquelles sont accolées une seule extrémité de poteau 5 ou de poutre ont une épaisseur de l'ordre de 10 cm dans notre exemple, moitié de l'épaisseur de la structure de la construction. Il en est de même, mutatis mutandis, des zones du bloc de jonction qui sont traversées par deux extrémités.

Il va de soi que l'épaisseur d'une extrémité d'un poteau ou d'une poutre doit à son tour tenir compte de l'épaisseur des autres extrémités et de la branche du bloc de jonction 10 avec lesquelles elles vont être en contact dans le nœud, pour faire une épaisseur totale de 20 cm dans notre exemple.

Cas de la construction en bols

Habituellement, l'assemblage des poteaux et poutres se fait généralement à l'aide de diverses ferrures. Mais dans le cadre de la présente invention, la jonction est en béton 15 armé. Il s'agit alors de fixer solidement des barres d'acier aux extrémités des poteaux et des poutres, pour qu'ils présentent des fers d'attente qui vont participer ô la réalisation de ladite jonction.

La présente invention tire également profit du clouage croisé pour une bonne fixation des contreventements en bois, sur les poteaux et les poutres également en bois. Les 20 zones qui risquent de fissurer ou d’éclater suite à un clouage intensif sont ceinturées par des ferrures de contention, ce qui augmente en même temps la pression exercée sur les clous utilisés et améliore d'autant la liaison réalisée.

Description sommaire des dessins

La figure 1/20 représente la vue en coupe, de la fondation et du chaînage inférieur (2) 25 du bâtiment en construction.

On distingue la fondation du bâtiment (1 ), le chaînage inférieur (2), ainsi que les fers d’attente pour la pose d’un poteau du premier niveau ou rez-de-chaussée (3).

La figure 2/20 représente une vue en coupe de la pose d’un poteau en cas de préfabrication partielle.

On distingue la zone préfabriquée du poteau à poser (4), les fers d’attente dans la zone du poteau à bétonner sur site (5).

La figure 3/20 représente le poteau au moment de sa pose sur le chaînage inférieur. On distingue les fers d'attente de la fondation ou de l'étage inférieur et du poteau (5), les contreventements (6), ainsi que les tiges d'assemblage pour la liaison des contreventements avec les poteaux et les poutres (7).

La figure 4/20 montre un poteau dont la jonction avec le chaînage Inférieur est déjà bétonnée : la liaison est terminée.

La figure 5/20 représente la pose des poutres qui vont former le chaînage supérieur de l'étage.

On distingue une poutre (8), ainsi que le ferraillage de la jonction (9) constitué par les 10 fers d’attente de la poutre de gauche, ceux de la poutre de droite et ceux de l'extrémité supérieure du poteau.

La figure 6/20 montre les mêmes éléments que la figure précédente, mais après le bétonnage de la jonction : la réalisation de la jonction est donc terminée.

La figure 7/20 représente une vue en coupe de l’ensemble des liaisons dans un nœud 15 de la construction, en mettant en évidence les parties bétonnées sur site.

La figure 8/20 représente un bloc de jonction préfabriqué pour la liaison des différents poteaux et poutres qui entrent dans le nœud, en cas de préfabrication totale.

On distingue deux branches pour la liaison de deux poteaux, et deux branches pour la liaison de deux poutres, ainsi que des trous (10) d'attente pour le passage des tiges 20 d'assemblage.

La figure 9/20 représente un bloc de jonction qui est déjà fixé au poteau. On distingue une tige d'assemblage (11), et deux poutres (12) en attente de fixation sur le bloc.

La figure 10/20 représente un bloc de jonction élargi. On distingue les zones du bloc de jonction élargi aux coins des murs et des planchers adjacents (13).

La figure 11/20 représente un bloc do jonction élargi qui est déjà fixé au poteau. On distingue trois tiges d’assemblage (11), et deux poutres (12) en attente de fixation sur le bloc.

La figure 12/20 représente le schéma d’un assemblage d’une poutre avec un contreventemenl Aucune disposition particulière n’a été prise pour la zone de contact.

En cas de force tendant à ouvrir ou à fermer l’angle formé par le poteau et la poutre, le corrtreventement va s'y opposer. La tige d'assemblage va être sollicitée au cisaillement et devra être fortement dimensionnée.

La figure 13/20 représente le schéma du même assemblage poutre - contrevenlement dans lequel on a prévu dans la poutre, une encoche dans laquelle rentre une cale 5 prévue sur le contreventement, pour empêcher le glissement du contreventement contre la poutre, et les forces de cisaillement qui en résulteraient pour la tige d’assemblage.

La figure 14/20 représente le schéma du même assemblage poutre - contreventement dans lequel l'encoche intérieure de blocage du contreventement est plus profonde que l'encoche extérieure.

La figure 15/20 représente le schéma du même assemblage poutre - contreventement dans lequel l'encoche prévu dans le poteau ou la poutre est Inférieur à 90^e.

La figure 16/20 représente une vue en coupe d’une jonction type de la construction.

On distingue le poteau (4), une poutre (8), un contreventement (6), et le ferraillage de la jonction (9).

La figure 17/20 représente une vue en coupe d'un ferraillage de la jonction préfabriqué. On distingue le ferraillage de la jonction préfabriqué (14).

La figure 18/20 représente une vue en coupe d’un nœud type de la construction, avant la pose du ferraillage préfabriqué.

On distingue le poteau (4), une poutre (8), et le support intermédiaire amovible (15).

La figure 19/20 représente en détail l’extrémité d’une poutre en cas d'utilisation d'un ferraillage préfabriqué.

On distingue la poutre (8), ainsi que les bouts de fers d’attente sur lequel sera soudé le ferraillage préfabriqué (16).

La figure 20/20 représente l’assemblage du ferraillage préfabriqué sur les poutres.

On distingue une poutre (8), et le ferraillage préfabriqué (14).

Meilleure manière de réaliser l’invention

La meilleure manière de réaliser l'invention est décrite α'-après :

1^e Fabrication en usine de tous les poteaux, poutres et contreventements.

On prévoit sur les poutres des bouts de fers d'attente d’environ 4 cm de longueur, sur lesquels seront soudés les ferraillages des jonctions eux aussi préfabriqués (Fig.19/20). Par contre les poteaux seront prévus avec des fers d’attente d'environ 20 cm de long à la base, et des fers d’attente d'environ 40 cm au sommet (Fig. 2/20).

2* Construction d’une fondation classique pour une construction en béton armé.

On prévoit des fers d’attente pour les futurs poteaux (Rg. 1/20).

3^e Pose des poteaux du premier niveau de la construction.

Les fers d’attente de leur base se croisent avec les fers d'attente prévus dans la fondation. Les poteaux sont retenus en position verticale par les contreventements reliant les dits poteaux au chaînage inférieur (Fig. 3/20). On fixe les contreventements horizontaux reliant les poutres constituant le chaînage inférieur, adjacentes à chaque poteau. Après le contrôle de la verticalité des poteaux, on procède au coffrage et au bétonnage de cette partie des poteaux. Dans la mesure où les poteaux sont solidement maintenus dans leurs positions définitives par le système de contreventements, les travaux de construction peuvent se poursuivre peu de temps après le coulage du béton dans les jonctions, ou même avant ledit coulage.

4° Pose des poutres qui formeront le chaînage supérieur de l’étage.

Pour ce faire on fixe d’abord des supports amovibles latéralement sur la partie supérieure des poteaux, ensuite les poutres, puis les contreventements (Fig. 18/20). Après la fixation des contreventements verticaux et horizontaux, les supports amovibles sont retirés et les travaux de construction peuvent se poursuivre.

5° Fixation des ferraillages des jonctions préfabriqués.

Les ferraillages préfabriqués sont soudés aux fers d’attente des poteaux et des poutres (Fig. 20/20). On réalise ensuite le coffrage là où cela est nécessaire, c'est-à-dire dans les nœuds qui comprennent deux ou trois poutres, en gardant en mémoire que les extrémités des poteaux et des poutres constituent un coffrage perdu, puis on coule le béton dans la jonction.

6° On réalise la dalle, puis on recommence l'étape 3’ pour la poursuite de la construction de l’étage suivant. '

Il y a lieu de noter qu’il est possible de couler le béton dans les jonctions une fois pour toutes, à la fin des travaux de construction de toute la structure.

Possibilités d’application Industrielle

Le but premier de l’invention est une préfabrication le plus poussée possible de la structure de bâtiments du type poteaux et poutres, préfabrication qui permet une industrialisation de ce type de construction. Le principal aménagement qqi permet de réaliser cet objectif dans les mêmes conditions techniques, voire meilleures que dans le système classique, est le recours massif aux contreventements aussi bien dans le sens vertical que dans le sens horizontal. Ils constituent une jonction périphérique et solide qui relie les poteaux et les poutres d’une part et les poutres entre elles d’autre part.

La jonction centrale, qui a lieu à l’intersection des poteaux et des poutres peut être réalisée sur site ou préfabriquée, et donc industrialisée, ou pour le moins fortement standardisée.

Que ce soit en cas de réalisation des jonctions sur site ou en cas d’utilisation de blocs de jonctions préfabriqués, tout est pratiquement fait en usine, avec les avantages qui en résultent : standardisation de la fabrication, qualité et rapidité d’exécution, réduction des coûts et des délais de construction.

De plus, le poids du bâtiment en sera, lui aussi, réduit, car pour une même résistance aux charges verticales et horizontales, cette structure modulaire en treillis est plus légère qu’une structure classique. La principale contrainte du système est que les contreventements occupent l'axe des murs pour plus d'efficacité, ce qui empêche ou réduit l’utilisation des matériaux habituels dans la construction des murs comme les briques et les blocs de toutes sortes. Mais cela va pousser les constructeurs à adopter plus souvent les murs et parois adaptés à ce type de structure, par exemple les panneaux utilisés actuellement dans la construction en bols.

Finalement cette contrainte va être largement compensée par les nombreux avantages additionnels qui vont résulter de l'utilisation des murs et parois légers, à tel point que l’on pourrait même parier d'effet multiplicateur en termes de réduction de poids, de coût et de délais de réalisation de la construction.

Un tel système do construction présente un intérêt spécial pour les régions à risque sismique est élevé, car le bâtiment est léger, constitué d'un ensemble d'unités autosuffisantes structurellement, fortement triangulées et donc très peu déformables, tout ceci â un coût relativement modeste.

Claims (8)

1. Une technique de construction du type poteaux et poutres préfabriqués qu’ils soient en bols, en béton armé ou en toute autre matière, caractérisée par une préfabrication systématique et modulaire des poteaux et des poutres, leur liaison ayant lieu sur site de construction d’une part par un système de contreventements verticaux et horizontaux, et d’autre part par une jonction en béton armé à leur intersection, l'extrémité Inférieure des poteaux étant toutefois bétonnée sur site pour assurer leur liaison avec les nœuds sur lesquels ils s’appuient car ces derniers ont été fabriqués au moment de la construction de la fondation ou de l’étage inférieur.

2. Une technique de construction selon la revendication précédente, où la jonction n’est pas réalisée sur site, mais préfabriquée en usine sous forme de bloc de jonction auquel seront reliés les extrémités de poteaux et des poutres.

3. Un système de construction selon la revendication précédente, où le bloc de jonction préfabriqué est élargi aux coins des murs et des planchers adjacents, les extrémités de poteaux et des poutres qui s’y attachent étant élargis en conséquence.

4. Un système de construction selon la première revendication, où 1e ferraillage d’une jonction est préfabriqué séparément des poteaux et des poutres et revêt la forme d’un cadre métallique soudé, lequel ferraillage préfabriqué sera soudé aux extrémités du ferraillage des poteaux et / ou dos poutres sur site de construction.

5. Un système de construction selon la première ou la quatrième revendication, où des supports intermédiaires amovibles sont placés latéralement sur la partie supérieure des poteaux, et sur lesquels vont reposer les poutres avant ou pendant la fixation des contreventements.

6. Un système de construction selon une quelconque des revendications antérieures, caractérisé par l’utilisation de joints, par exemple sous forme de mortier de ciment, pour prévenir, réduire ou supprimer les jeux éventuels entre les différents éléments de construction préfabriqués, et aussi pour réaliser une certaine liaison entre les dits éléments.

I

7. Un système de construction suivant une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les poteaux, les poutres et les contrcvcntcments sont munis de dispositifs anti-glissements, comme des encoches, des cales et des ergots.

8. Une technique selon une quelconque des revendications précédentes dans le cadre 5 de la construction en bois, caractérisée par la pose de ferrures de contention dans les zones où un élément risque de subir des fissurations ou des éclatements suite à un clouage intensif.