OSSATURE NOTAMMENT POUR LA CONSTRUCTION D'UN BATIMENT
La présente invention concerne une ossature, notamment pour la construction d'un bâtiment, définissant le squelette de différentes parties principales dudit bâtiment, telles qu'un plancher, des murs, un plafond et une toiture.
Mieux que quiconque, c'est la nature qui nous enseigne l'art de bien bâtir en étant économe de matière première. La nature qui nous entoure est toute entière tournée vers une recherche d'efficacité, la légèreté étant mise au service de la solidité et la fragilité apparente au service de la beauté. Ainsi, une simple toile d'araignée est d'une légèreté diaphane mais d'une incroyable résistance.
En matière de construction, l'Homme a mis un certain temps à s'inspirer de ce modèle. Pendant des siècles a prévalu le principe illusoire suivant lequel bâtir solide nécessitait de bâtir massif. Ce n'est que grâce aux lents progrès réalisés dans le domaine des mathématiques et de celui de la physique des matériaux que les bâtisseurs se sont peu à peu affranchis de cette contrainte, pour parvenir à concevoir des structures de plus en plus légères et élancées.
Curieusement, l'un des domaines où ces évolutions ont été les moins appliquées est celui de la construction de maisons individuelles. Bien que les structures se soient considérablement allégées depuis l'époque des châteaux forts, il n'en demeure pas moins vrai que le principe "bâtir massif pour bâtir solide "n'est que peu remis en question à notre époque, et cela particulièrement en ce qui concerne les maisons à ossature bois.
Pourtant, à l'heure actuelle, les constructions à ossature, et plus particulièrement les maisons à ossature bois connaissent un très grand succès en raison notamment de leurs atouts écologiques et surtout économiques par rapport aux maisons "traditionnelles".
En raison du principe "bâtir massif pour bâtir solide", les maisons individuelles à ossature bois comprennent une poutre de bois massif qui constitue la "brique" de base de toute bonne ossature et de toute bonne charpente. Cette poutre de bois massif représente cependant des inconvénients: rigidité, poids élevé, tendance à fissurer, coût économique et écologique élevé, etc. De plus, ces dernières années, l'amélioration de l'isolation a toujours été au centre des préoccupations.
Ce n'est qu'avec de grands moyens que l'on arrive a construire correctement un ensemble sol-mur-plafond-toiture en respectant les normes du bâtiment qui sont de plus en plus en contraignantes.
La suppressions des ponts thermiques nécessite de grands efforts. Les poutres de forte sections sont lourdes, se dilatent beaucoup et nécessitent beaucoup d'énergie pour être asséchées. La formation de fissures et la forte dilatation des poutres de forte section handicapent fortement la construction de maisons à faible déperdition d'énergie.
Les poutres en lamellé-collé résolvent les deux problèmes susnommés mais la problématique de l'assemblage sol-mur-plafond-toiture demeure.
D'autre part, pour chaque maison il faut établir une liste des éléments dont les longueurs et les sections diffèrent. Cette étape est longue et nécessite beaucoup d'efforts.
La nécessité d'avoir une bonne isolation en voulant employer des poutres de forte section ne permet plus d'obtenir un résultat idéal. La présence des différentes poutres conduit à des complications lors de la mise en place des différentes installations (sanitaire, électrique...). Un mur supplémentaire recouvrant les installations serait une solution coûteuse sans résoudre les problèmes au niveau des intersections.
Par ailleurs, la préparation et le montage des divers éléments ne peut se faire que par des gens du métier.
L'idée a donc été de développer des constructions réalisées à partir d'éléments modulaires identiques. Par exemple, les publications FR-A-2 597 526 et FR-A-2 746 130 décrivent des éléments modulaires constitués de deux pyramides inversées assemblées au moyen de noeuds selon un "motif particulier. Cependant, dans le premier cas, le "motif est tel que des ouvertures à 45° ne sont pas possibles. De plus, les noeuds se superposent de sorte la répartition des forces n'est pas optimale. D'autre part, les modules ne sont pas constitués à partir de mêmes éléments de base puisqu'ils utilisent d'une part des tubes pour réaliser les pyramides et d'autre part des montants verticaux.
Dans l'autre cas. les ouvertures à 90° pour former des fenêtres ou des portes ne sont pas réalisables. La structure ne peut donc être utilisée que comme charpente et non pour réaliser d'autres parties d'un bâtiment, telles que des murs. De même dans le brevet FR-A-2 159 235, la construction décrite ne concerne que des charpentes et n'est pas adaptée à la réalisation de la totalité d'une maison puisque l'agencement des motifs ne permet pas de réaliser des ouvertures à 90° pour les portes et les fenêtres.
La présente invention vise à pallier ces inconvénients en proposant des ossatures constituées d'éléments de structure ultra-légère possédant une grande résistance physique et qui assure l'autoportée des éléments entre eux. Ces ossatures permettent une grande économie de bois, une fabrication automatisée des pièces, un montage simple sans nécessiter de connaissances ni de matériels spécifiques. Les ossatures selon l'invention peuvent être présentées sous forme d'ensemble prêt à monter, d'où un transport aisé jusqu'au chantier.
Dans ce but. l'invention concerne une ossature du genre indiqué en préambule. caractérisée en ce que le squelette d'au moins une desdites parties principales est constitué de plusieurs éléments de base de section identiques assemblés au moyen de
noeuds de manière à former un réseau tridimensionnel, lesdits noeuds étant agencés pour recevoir au plus huit éléments de base disposés dans un même plan et au plus quatre éléments de base disposés au moins d'un côté dudit plan et inclinés de 45° par rapport à ce plan. En outre, le noeud peut être agencé pour recevoir au plus quatre éléments de base disposés de l'autre côté dudit plan et inclinés de 45° par rapport à ce plan.
De préférence, toutes les parties principales du bâtiment sont réalisées à partir du même réseau tridimensionnel. Ainsi, il n'existe plus de séparation entre lesdites parties principales. Il n'y a donc plus par exemple de problème de fissurations au niveau de la jonction des différentes parties.
D'une manière particulièrement avantageuse, les éléments de base sont disposés de manière à former des canaux pour le passage de gaines techniques, lesdits canaux ayant une forme prismatique de section triangulaire et des directions parallèles.
D'une manière particulièrement simple, la section des éléments de base est choisie parmi les formes carrée, ronde, hexagonale ou octogonale.
D'une manière avantageuse, les éléments de base comportent à chacune de leurs extrémités une rainure longitudinale, utilisée pour l'assemblage avec un noeud, comprenant un socle agencé pour recevoir au plus huit éléments de base, au plus quatre branches disposées à angle droit les unes par rapport aux autres et perpendiculairement à une face du socle, et au plus quatre branches disposées à angle droit les unes par rapport aux autres et perpendiculairement à l'autre face du socle, le socle et les branches étant agencés pour s'emboîter dans les ramures prévues sur les éléments de base.
A cet effet, les branches dudit noeud et les éléments de base peuvent présenter des trous correspondants pour recevoir des moyens de fixation.
Le socle peut présenter la forme d'une étoile à huit branches ou être circulaire. Il peut présenter en son centre un tube creux, les quatre branches étant alors disposées d'un même côté autour dudit tube creux.
De préférence, la branche du noeud présente un évidement inférieur permettant de recevoir l'extrémité de l'élément de base sous-jacent assemblé sur le socle.
Pour terminer la construction, le squelette est recouvert d'un revêtement intérieur et extérieur. Enfin, les espaces vides créés à l'intérieur du squelette sont comblés de matières isolantes.
La présente invention et ses avantages apparaîtront mieux dans la description suivante de plusieurs exemples de réalisation, en référence aux dessins annexés, dans lesquels:
la figure la et lb représentent une vue partielle en perspective d'une ossature selon l'invention. la figure 2 est une vue de Z d'une partie d'un élément principal, la figure 3 est une vue en perspective d'une partie d'un élément principal, - la figure 4 représente un noeud selon l'invention, la figure 5 est vue éclatée du noeud de la figure 4, les figures 6 et 7 représentent des éléments de base selon l'invention, les figures 8 et 9 représentent les différentes étapes de montage de certains éléments de base selon l'invention, - la figure 10 représente des éléments de base montés sur un noeud selon l'invention, la figure 11 représente une autre construction réalisée avec une ossature selon l'invention, la figure 12 représente un autre noeud selon l'invention. - la figure 13 représente d'autres formes d'éléments de base selon l'invention.
la figure 14 montre un assemblage de ces éléments, la figure 15 est une vue en coupe d'un assemblage selon l'invention, et les figures 16 et 17 représentent d'autres formes de noeuds.
En référence aux figures la et lb, l'ossature 10 selon l'invention correspond au squelette d'un bâtiment, tel qu'une maison d'habitation, qui comprend les différentes parties principales que l'on trouve dans toutes les constructions, à savoir un plancher 2, des murs 3, un plafond (non représenté) et une toiture 17. Plus spécifiquement en référence aux figures 2 et 3, le squelette de l'ensemble de ces parties principales est réalisé en assemblant les uns aux autres plusieurs éléments de base 1, l' au moyen de noeuds 5 de manière à former un réseau tridimensionnel, les noeuds étant agencés pour recevoir au plus huit éléments de base 1, l' disposés sur un même plan et au plus quatre éléments de base disposés au moins d'un même côté dudit plan et inclinés de 45° par rapport à ce plan. Il peut également être prévu quatre éléments de base sur l'autre côté de ce plan.
Plus précisément, chaque partie principale comporte un plateau supérieur 6 et un plateau inférieur 6' parallèles entre eux et formés par des éléments de base 1 disposés en carrés 7. 7' dont les côtés sont parallèles deux à deux, les carrés 7, 7' étant décalés l'un par rapport à l'autre de sorte que le coin d'un carré 7 du plateau 6 correspond au centre d'un carré 7' du plateau 6'.
Entre les deux plateaux 6, 6' sont disposés des éléments de base 1 de manière à former un réseau tridimensionnel. Par exemple, de chaque coin d'un carré 7 partent quatre éléments de base 1 en direction des quatre coins d'un carré 7 de manière à obtenir une pyramide régulière ayant comme base le carré 7' et comme sommet le coin du carré 7. On obtient ainsi entre les deux plateaux 6, 6' selon deux directions perpendiculaires des rangées parallèles de pyramides régulières qui forment entre elles et à l'intérieur d'elles-mêmes des canaux 8 de forme prismatique de section triangulaire. Ces canaux 8 sont disposés tête-bêche parallèlement les uns aux autres
selon les deux directions perpendiculaires des côtés des carrés 7, 7'. Ces canaux 8 peuvent constituer avantageusement des passages pour des gaines techniques. Pour terminer la partie principale, il n'est disposé que trois éléments de base partant du coin d'un carré 7. Pour compléter cette structure, deux éléments de base l' (non représentés sur les figures 2 et 3) sont disposés perpendiculairement l'un à l'autre selon les diagonales de chaque carré 7, 7. Ces éléments de base l' qui sont disposés dans les diagonales des carrés 7, 7 sont représentés sur les figures la, lb. Pour une meilleure lisibilité des dessins, seuls les éléments de base 1 constituant les côtés des carrés 7, 7 ont été représentés sur les figures 2 et 3.
Le réseau tridimensionnel formé pour une partie principale est poursuivi pour former une autre partie principale. Ainsi, l'ossature 10 selon l'invention est constituée d'une seule pièce. Il n'existe aucune séparation entre les différentes parties principales. Le mur 3 par exemple est réalisé en prolongeant le plancher 2 vers le haut dans une direction perpendiculaire. Pour cela, on fait partir des coins des derniers carrés 7 mais vers le haut par rapport à la réalisation ci-dessus trois éléments de base 1 pour reconstituer deux plateaux verticaux entre lesquels sont formées des pyramides régulières. Le réseau est poursuivi de la même façon entre le mur 3, le plancher et la toiture 17.
Comme le montre la figure lb, on utilise pour réaliser la toiture 17 des éléments de base V dont la longueur est égale à celle des éléments de base l' disposés dans les diagonales des carrés 7, 7.
Des motifs peuvent ne pas être formés dans le réseau pour laisser des espaces pour des fenêtres 9, des portes, des escaliers 11 , etc. Du fait de l'agencement des éléments de base 1, l' à angle droit et à 45°, les espaces vides peuvent être réalisés soit selon les mêmes axes que les murs par exemple, soit tournés de 45°.
Comme le montre la figure 6, les éléments de base 1, l' sont de forme parallélépipédique et de section carrée. L'élément de base l' utilisé pour le toit 17 est bien évidemment plus long que l'élément de base 1 pour réaliser les côtés des carrés 7, 7 puisque les éléments de base l' sont de même longueur que ceux utilisés dans les diagonales desdits carrés 7, 7. Ces éléments de base l' sont également utilisés par exemple pour arrêter le réseau afin de terminer un élément principal ou de former des ouvertures.
Les éléments de base l' disposés dans les diagonales des carrés 7, 7 présentent une construction particulière de manière à former une croix qui constitue les diagonales des carrés 7, 7. Pour cela, et en référence aux figures 7 à 9, l'élément de base la comporte en son centre une encoche 19 sur chacune de ses faces inférieure et supérieure. Les éléments de base lb constituent des moitiés d'élément de base la prises dans l'axe longitudinal et présentent également en leur centre une encoche 19. Ainsi, l'élément de base la s'encastre entre deux éléments de base lb de manière à former une croix, l'intersection des éléments la et lb correspondant au centre des carrés 7, 7.
Les éléments de base 1,1' comportent à chacune de leurs extrémités une rainure longitudinale 13 présentant une certaine profondeur. Au niveau de cette rainure 13 sont prévus des trous 14 pour recevoir des moyens de fixation, tels que des vis (non représentées).
En référence aux figures 4 et 5, le noeud 5 comprend un socle en forme d'étoile à huit branches 5a ainsi que quatre branches 5b, 5c disposées d'un même côté perpendiculairement les unes par rapport aux autres et par rapport au socle 5 a. Les branches 5b et 5c sont agencées de telle sorte que les éléments de base 1. l' fixés sur ces branches sont inclinés d'un angle de 45° par rapport au socle 5a. Les noeuds 5 sont placés aux quatre coins des carrés 7. 7 et les branches 5a. 5b. 5c ont chacune une direction différente pour constituer le réseau tridimensionnel selon l'invention.
Les huit branches 5a du socle sont dans un même plan pour constituer le point de départ de quatre carrés 7, 7, et de quatre diagonales, et les quatre branches 5b, 5c constituent le point de départ des quatre arêtes des pyramides régulières disposées entre les panneaux 6, 6'.
Le noeud 5 peut être réalisé en acier, par découpage. Comme le montre la figure 5. les deux branches 5b et les deux branches 5c peuvent former respectivement une seule pièce. Les branches 5b et 5c comportent chacune une encoche 15 pour s'emboîter l'une sur l'autre. Les branches 5b et 5c présentent sensiblement la forme d'un V avec un évidement inférieur de sorte l'on peut facilement placer l'élément de base sous-jacent assemblé sur le socle. Le socle comprenant les branches 5a comprend en son centre une rainure en forme de croix 18 pour recevoir les branches 5b et 5c. Les branches 5a, 5b, 5c ont une épaisseur légèrement inférieure à la rainure 13 des éléments de base 1, l' de sorte que les branches 5a, 5b, 5c sont insérées dans les rainures 13 de manière à assembler les éléments de base 1, l' sur le noeud 5 comme le montre la figure 10. Les branches 5a, 5b, 5c comportent à leur extrémité libre des trous 16 correspondant aux trous 14 des éléments de base 1. l' pour recevoir des moyens de fixation. Ensuite l'extrémité libre restante des éléments de base 1. l' est assemblée au noeud 5 suivant.
Selon une autre variante représentée sur les figures 12 à 14. le noeud 50 comprend un socle circulaire 50a sur lequel sont prévus huit trous 56 répartis régulièrement pour recevoir les moyens de fixation de huit éléments de base. 1, l' assemblés en insérant le socle 50a dans les rainures 53. Au centre du socle 50a est fixé un tube creux 51 servant pour le passage des gaines techniques, telles que câbles du téléphone, du téléviseur, ou des conduites d'air, de gaz, de liquides, etc. (cf. fig. 15). Cette construction permet par exemple de faire descendre directement dans une pièce l'alimentation électrique 59 pour l'éclairage 61 ou une arrivée d'eau pour les buses d'arrosage des systèmes de sécurité incendie. Le noeud 50 n'a alors pas pour seul rôle
d'assembler les éléments de base 1, l' mais il assure également d'autres fonctions. Il permet ainsi de faciliter le travail d'installation nécessaire lors de la construction d'un bâtiment. Ce noeud 50 peut être utilisé seulement à certains endroits du bâtiment, les autres formes de noeud pouvant être utilisées aux endroits où il n'est pas nécessaire de prévoir une installation électrique ou autre.
Le noeud 50 comprend également quatre branches 50b à 50d disposées perpendiculairement les unes par rapport aux autres autour du tube creux 51 et par rapport au socle 50a. Les branches 50b à 50d présentent la forme d'un quart de cercle partiel, un trou 57 pour recevoir les moyens de fixation d'un élément de base étant prévu sur la branche 50b à 50d selon un angle de 45° par rapport au socle 50a. Les branches 50b à 50d présentent un évidement inférieur 58 permettant de recevoir l'élément de base 1, l' sous-jacent assemblé sur le socle 50a comme le montre les figures 14 et 15.
Dans cette variante, l'élément de base 1, l' a une section octogonale, et son extrémité est en forme de pointe à 45° (cf. Fig.13). Cette forme est particulièrement avantageuse puisqu'elle permet d'économiser du bois et de réduire la taille des noeuds, les extrémités de éléments de base 1. l' se juxtaposant les unes aux autres. Le noeud 50 est réalisé en chrome.
La figure 16 représente une autre forme de noeud 60 qui comprend un socle circulaire 60a sur lequel sont prévus huit trous 66 répartis régulièrement. Le noeud 60 comprend également quatre branches 60 b et 60c qui sont réalisées chacune en une seule pièce sous la forme d'un éventail. Les branches 60b et 60c comportent chacune une encoche 65 pour s'emboîter l'une sur l'autre. Le socle 60a comprend en son centre une rainure en forme de croix 68 pour recevoir les branches 60b et 60c.
La figure 17 représente un assemblage avec un noeud "complet" 70. c'est-à-dire agencé pour recevoir seize éléments de base 1. l'. Dans ce cas. le noeud 70 comprend
le socle 70a. quatre branches 70b à 70d disposées d'un même côté par rapport au socle 70a, et quatre autres branches 70e à 70h disposées de l'autre côté du socle 70a, de manière à pouvoir disposer de part et d'autre du socle 70a deux fois quatre éléments de base 1, l' inclinés de 45° par rapport au socle 70a. Un tel noeud -est utilisé par exemple pour doubler ou multiplier l'épaisseur des murs, du sol ou du plafond. L'agencement des noeuds 70 est tel que les forces s'exercent et se répartissent sur l'ensemble des noeuds et sur tous les niveaux. Ainsi, on peut réaliser de grandes surfaces sans avoir besoin de murs porteurs au centre de la pièce. La densité du réseau formé est telle que l'on peut utiliser des éléments de base de faible section.
L'ossature 10 selon l'invention est entièrement montée de cette manière par assemblage des éléments de base 1, l' à des noeuds 5 ou 50. Une personne qui n'est pas un homme du métier de la construction peut ainsi facilement monter son habitation, puisque les éléments de base ainsi que les noeuds sont livrés prêts à assembler. Une fois l'ossature entièrement assemblée, les gaines techniques pour l'installation électrique, les sanitaires et le chauffage sont montées dans les canaux 8 créés ou dans les tubes creux 51. Il n'est donc plus nécessaire de prévoir des aménagements spécifiques pour intégrer ces gaines ni de faire des saignées dans les murs devant par la suite être rebouchées. L'installation des gaines techniques dans l'ossature se fait très rapidement en une seule intervention. Puis, le squelette est recouvert par un revêtement intérieur et extérieur. Plusieurs choix de revêtement intérieur et extérieur sont possibles. Bien entendu il faut respecter les règles de l'art de la construction. Il n'est pas nécessaire que le revêtement participe à la statique de la construction. Les revêtements sont directement montés sur le squelette. Aucun lattage n'est nécessaire.
Enfin, les espaces vides créés à l'intérieur du squelette sont remplis de matières isolantes telles que la cellulose par la technique de soufflage. Les différents éléments de base de la structure maintiennent la cellulose en place. Il n'y a plus d'opération
fastidieuse pour combler les éléments creux. Toutes les gaines techniques des installations électriques et sanitaires sont isolées de manière optimale grâce à la présence de la cellulose qui les entoure parfaitement. De plus, elles sont suffisamment éloignées du revêtement de surface pour être bien protégées. ~
Grâce à cette construction, la maison obtenue se caractérise par une très faible consommation d'énergie. Dans l'avenir, un ordinateur pourra gérer la répartition de l'énergie au sein de la maison. Une telle ossature est autoportante et présente une grande stabilité. Elle est en particulier antisismique et résiste aux cyclones. Elle présente également un très bon comportement pour la répartition des efforts. Ceci permet, comme dans une construction en béton armé, de réaliser des ouvertures dans les murs, plafonds et toiture. En cas de défaillance d'un élément de base, les efforts se répartissent sur les éléments de base voisins. Comme le réseau tridimensionnel qui la constitue forme une seule pièce et qu'il n'y a pas de séparation entre les parties principales, il n'y a pas de problèmes d'assemblage, d'isolation, de dilatation ou de fissures, problèmes que l'on rencontre fréquemment dans les constructions traditionnelles. De plus, il n'est pas nécessaire de changer de matériaux ou de techniques de construction entre les sols, murs, plafonds et toitures.
Les éléments de base et de renfort utilisés ont une petite section par rapport aux poutres utilisées traditionnellement. Cela apporte notamment les avantages de supprimer le travail du bois. Les dimensions ne varient donc pas. De plus, les éléments de base étants courts et de faible sections, il est donc facile d'obtenir des éléments dépourvus de tout défaut (nœud, fissure, etc.). Les éléments sont donc de première qualité. Les contraintes nominales sont par conséquent supérieures de 15% par rapport à des éléments de deuxième choix.
D'autre part, le faible nombre d'éléments de base (éléments composant la croix. élément de base simple, nœud) sont fabriqués à l'avance et livrés dès la commande.
Les éléments de base peuvent présenter une section comprise dans un certain intervalle, par exemple de 24 mm à 40 mm, tout en pouvant être assemblés au moyen d'un même noeud. L'épaisseur des noeuds peut également varier par exemple entre 1,5 mm et 2 mm. L'ensemble des pièces étant simple, le montage du réseau peufse faire par de la main d'œuvre non qualifiée.
L'ossature selon l'invention est de préférence réalisée en bois, tel que le sapin ou le hêtre. C'est une construction légère ( environ 10 kg/m2) car elle ne consomme que 5,5 % de bois. Elle peut donc être transportée facilement par exemple par hélicoptère pour être placée dans des endroits peu accessibles. De même, les pièces étant chargées et livrées sur des palettes, l'ensemble des pièces avant montage est peu encombrant par rapport aux constructions traditionnelles.
Enfin, le réseau tridimensionnel créé servant également de base aux diverses installations (sanitaire, électrique, etc.), ceci a pour avantage de permettre la mise en place des diverses gaines techniques et câbles au sein même de ce réseau. Ce travail peut être fait en une seule intervention.
La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits mais s'étend à toute modification et variante évidente pour un homme du métier. Notamment, ce type de construction tridimensionnelle peut être utilisé pour réaliser seulement quelques éléments de construction ou des plates-formes, telles que le montre la figure 11. D'autre part, il est bien évident que pour réaliser les coins d'un bâtiment, on utilise des noeuds partiels, c'est-à-dire des noeuds avec seulement deux branches et dont le socle présente par exemple la forme d'un demi-cercle ou d'un quart de cercle.