[0001] L'invention est relative à une structure modulaire pour la construction de bâtiments
préfabriqués à base de poutres en bois lamellé collé. Elle trouvera tout particulièrement
son application dans le domaine du bâtiment pour la fabrication de bureaux, édifices
publics ou autres.
[0002] A l'origine, la construction préfabriquée répondait essentiellement à un besoin d'économie.
En effet, ce type de bâtiment peut être réalisé et mis en place avec une économie
de main d'oeuvre très importante. Son utilisation s'est généralisée dans de nombreux
domaines d'activité pour répondre à un besoin urgent. Fréquemment, on assiste à des
déblocages de crédit tardifs, ce qui oblige les constructeurs à devoir répondre avec
des délais très courts.
[0003] Les satisfactions de la clientèle enregistrées au niveau des bâtiments préfabriqués
ont poussé les constructeurs non plus à se cantonner à la construction de bâtiments
préfabriqués économiques mais également des produits de qualité durables, qui conservent
cependant les avantages de la préfabrication à savoir un coût final relativement moindre
par rapport à la construction traditionnelle et surtout une très grande rapidité de
mise en oeuvre. Précisément, sur ce dernier point, de gros progrès ont été accomplis
avec le développement des constructions modulaires. Il s'agit de cellules de base
qui peuvent être associées dans les trois dimensions pour construire un édifice de
dimensions quelconques. C'est pour ce créneau qu'a été réalisée la présente invention.
[0004] Il faut partir d'une structure modulaire qui constitue la cellule de base de l'édifice.
On associe les différentes structures par juxtaposition verticale et horizontale pour
former l'ensemble de l'armature du bâtiment puis il faut habiller l'extérieur de l'armature
à l'aide de cloisons, plancher et toiture pour aboutir à un produit fini.
[0005] Le constructeur peut préparer les structures modulaires standards avec une fabrication
en série économique puis il lui suffit de fixer les parois, plancher et toiture en
usine en fonction du bâtiment à construire. Les structures modulaires partiellement
équipées sont ensuite acheminées sur le chantier où à l'aide d'un engin de levage
approprié, elles sont directement mises en place. Les travaux de génie civil sont
également extrêmement réduits puisque, généralement, les structures modulaires peuvent
être simplement posées sur une longrine béton et plots, spécialement coulés à cet
effet.
[0006] Actuellement, la grande majorité des constructeurs de bâtiments préfabriqués utilise
pour la construction de la structure modulaire des éléments métalliques. Ce matériau
offre quelques avantages en particulier au niveau des fixations et raccordements,
les profilés peuvent être soudés ou fixés à l'aide de moyens de liaison facilement
mis en place. On connaît également des panneaux de béton autoporteurs qui présentent
cependant l'inconvénient d'être lourds et limités à deux dimensions. Les cellules
en béton sont nécessairement monoblocs et leur juxtaposition impose la présence d'une
paroi intermédiaire.
[0007] Les structures modulaires à base de profilés métalliques sont largement répandues
mais souffrent de défauts, notamment inhérents à la corrosion, ce qui oblige à prévoir
des frais d'entretien importants et une longévité du bâtiment nécessairement limitée.
Par ailleurs, le métal est un bon conducteur de la chaleur et il faut prévoir une
isolation externe renforcée. Enfin, même pour des modifications de dimensions mineures
de la structure modulaire, il est nécessaire avec les éléments métalliques de prévoir
des remplacements ou modifications d'outillage fort coûteux. C'est pourquoi la structure
modulaire de la présente invention se limite à l'utilisation de poutres en bois lamellé
collé. Il s'agit d'un produit moderne qui offre de nombreux avantages tant sur le
plan de l'esthétique que technique. En particulier, le bois lamellé collé peut supporter
des contraintes très importantes, il offre une très grande rigidité et une excellente
longévité sans entretien. Toute la difficulté d' utilisation de ce matériau se rencontre
au niveau de fixations. Il est en effet impératif d'assurer au niveau des points de
fixation une excellente diffusion des contraintes. Cette caractéristique est spécifique
au bois et ne se rencontre par exemple pas avec les profilés métalliques où des soudures
ponctuelles, boulonnages ou autres peuvent assurer des cohésions très rigides entre
les pièces malgré une localisation poussée des contraintes.
[0008] Jusqu'à présent, les poutres en bois lamellé collé ont été plus spécialement utilisées
pour la construction de grands édifices avec une architecture galbée où elles demeurent
sans égal. On les rencontre également dans certaines constructions où les liaisons
travaillent en appui. Dans de telles configurations, les moyens d'assemblage jouent
un rôle secondaire étant donné que les contraintes prépondérantes au niveau des zones
de fixation sont du type compression.
[0009] Le but principal de la présente invention est de présenter une structure modulaire
pour la construction de bâtiments préfabriqués à base de poutres en bois lamellé collé,
qui permet de créer des ossatures éventuellement à un étage, uniquement posées au
sol. Aucune fondation de génie civil n'est nécessaire, seule la mise en place de semelles
filantes ou plots en béton légèrement armé doit être prévue. Ces travaux peuvent être
très rapidement exécutés ce qui permet d'abaisser sensiblement le coût de la construction.
Des poutres à grande portée peuvent être employées pour la réalisation de cellules
de construction de dimensions importantes.
[0010] D'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description
qui va suivre, qui n'est cependant donnée qu'à titre indicatif et qui n'a pas pour
but de la limiter.
[0011] La structure modulaire pour la construction de bâtiments préfabriqués à base de poutres
en bois lamellé collé, qui forment des traverses, longerons et colonnes à longue portée,
est caractérisée par le fait qu'elle présente des moyens d' accrochage traversant
les différentes poutres intérieures et qui leur permettent de se fixer en angle.
[0012] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante, accompagnée
de dessins en annexe, parmi lesquels :
- la figure 1 schématise les structures modulaires de cellules de rez de chaussée et
d'étage,
- la figure 2 représente la liaison d'une colonne et d'une traverse,
- la figure 3 schématise la fixation d'un longeron sur une colonne,
- la figure 4 montre la fixation d'une traverse supérieure sur une colonne,
- la figure 5 représente la fixation d'une cellule d'étage sur une cellule de rez de
chaussée.
[0013] La présente invention vise une structure modulaire pour la construction de bâtiments
préfabriqués à base de poutres en bois lamellé collé. Elle concerne l'industrie du
bâtiment préfabriqué.
[0014] De nombreux locaux industriels sont actuellement construits selon le procédé de la
préfabrication. Outre l'économie réalisée par des gains en main d'oeuvre, les bâtiments
préfabriqués offrent l'avantage de pouvoir être installés très rapidement pour répondre
à des besoins quasi immédiats. Des gains encore plus importants peuvent être réalisés
en ajoutant à l'avantage de la préfabrication, la modularité. Il s'agit pour celà
de construire une cellule de base qui peut s'assembler dans les deux dimensions. Ainsi,
l'armature d'un édifice est construite par juxtaposition de cellules modulaires qui,
ensuite, doivent être revêtues de parois extérieures, plancher et toiture, pour former
une construction complète. Avec un tel procédé de construction, il est possible d'envisager
de réaliser les édifices les plus divers pour remplir des fonctions très variées avec,
à l'origine, une contruction industrielle standard.
[0015] C'est dans ce cadre que se situe la présente invention, qui se distingue essentiellement
des constructions préfabriquées actuelles en ce qu'elle utilise comme élément de base
des poutres en bois lamellé collé au lieu de profilés métalliques traditionnels. Les
avantages du bois lamellé collé sont un faible entretien et une bonne esthétique.
La difficulté réside dans la liaison des différents éléments.
[0016] La figure 1 schématise la structure modulaire de base (1) conçue selon la présente
invention. Dans l'exemple choisi, elle permet de réaliser soit un bâtiment en rez
de chaussée ou éventuellement avec une cellule (2)superposée pour créer un étage.
L'édifice à construire sera entièrement réalisé par juxtaposition de cellules de base
(1) et éventuellement (2). Bien entendu, le bâtiment devra, à l'extérieur, être garni
de panneaux fixés sur la structure modulaire (1 et 2) et également de planchers et
toiture. En ce qui concerne ces derniers points, il s'agit d'une mise en place à la
portée de l'Homme de l'Art et qui ne sera pas détaillée dans la description suivante.
[0017] Les structures modulaires (1 et 2) sont, selon la présente invention, entièrement
fabriquées à base de poutres en bois lamellé collé. Ces poutres forment les traverses
(3), les longerons (4) et les colonnes (5). Ceci permet de créer une structure modulaire
parallélèpipédique qui définit la cellule de base.
[0018] Selon l'invention, la structure modulaire (1 et 2) présente des moyens d'accrochage
traversant les différentes poutres inférieures et qui leur permettent de se fixer
en angle. Dans les liaisons en angle connues, il est relativement commun d'utiliser
une pièce intermédiaire qui se fixe sur l'un des éléments à raccorder par une fixation
traversante, toutefois dans ce cas, l'autre élément à fixer l'est en bout. Une fixation
traversante obligerait à le transpercer de part en part dans le sens de la longueur,
ce qui est inacceptable. Dans le cadre de la présente invention, les deux poutres
à associer sont réunies par un élément de liaison intermédiaire qui se fixe sur chacune
des poutres par une fixation traversante. Pour les traverses supérieures, cette caractéristique
n'a pas à être strictement respectée quoiqu'elle demeure applicable car l'effort rencontré
par l'appui de la traverse supérieure sur la colonne est de type compression pour
laquelle l'élément de liaison joue essentiellement un rôle de centrage sans que les
contraintes ne la traversent.
[0019] En ce qui concerne les colonnes (5), telles qu'illustrées à la figure 2, les moyens
d'accrochage se présentent sous la forme d'un profilé (6) en L fixé par des boulons
traversants non illustrés (7) sur la colonne (5). La cornière (6) en L est fixée du
côté externe de la structure (1) et déborde en dimensions la base de la colonne (5).
Pour faciliter la mise en place des boulons de liaison (7), des lamages sont pratiqués
dans la colonne (5) pour noyer écrou et rondelle dans ladite colonne (5). Le profilé
en L (6) coopère avec une fixation placée en bout de traverse (3), tel qu'illustré
à la figure 2. La fixation en bout de traverse (3) se présente sous la forme d'une
équerre (8) dont une aile (9) est fixée à la base de la traverse (3) à l'aide de boulons
(10) traversants non illustrés, ladite aile (9) étant, dans l'exemple choisi, réalisée
par un profil en forme de U. L'autre aile (11) située en bout de la traverse (3) est
écartée de l'extrémité de celle-ci pour permettre l'introduction de boulons de liaison
(12) non illustrés avec la partie inférieure de la cornière (6).
[0020] L'équerre (8) pourra avantageusement être renforcée par la présence d'une patte (13)
solidaire de l'aile (1) et qui vient se fixer à la partie supérieure de l'extrémité
de la traverse (3) à l'aide des mêmes boulons traversants (10) qui servent à la fixation
de l'aile (9). Ainsi, l'extrémité de la traverse (3) est en quelque sorte pincée entre
la patte (13) et l'aile (9), ce qui assure une excellente répartition des contraintes
au sein de la poutre. L'aile (11) permet d'assurer une fixation en bout de traverse
(3), de type traversant sans qu'il soit nécessaire de traverser la traverse (3) dans
le sens de la longueur.
[0021] On peut noter sur la figure 2 la présence d'un patin (14) présent sur la partie inférieure
de la traverse (3), qui permet à celle-ci de bénéficier d'un point d'appui supplémentaire
pour minimiser son fléchissement sous la contrainte. Avec une telle disposition, il
est nécessaire de prévoir au niveau des fondations une bande d'appui sous l'élément
de liaison (8) qui repose sur le sol et également une dalle d'appui sous le patin
(14). Les fondations sont par conséquent très réduites puisqu'elles se localisent
en forme de bande de repos et non plus, comme cela se rencontre traditionnellement,
sous la forme d'une dalle pleine d'appui.
[0022] Pour la fixation des longerons (4) sur les traverses (3) et colonnes (5), on utilise
de préférence une liaison similaire à celle décrite pour la traverse (3), telle qu'illustrée
à la figure 3. Le longeron (4) est fixé sur une pièce de liaison (15) qui prend la
forme d'une équerre dont l'aile inférieure (16) est fixée sous le longeron (4) à l'aide
de boulons traversants (17). Cette aile (16) est de préférence formée par un profilé
en forme de U éventuellement surmonté par une semelle (18) formée d'un méplat inférieur.
L'autre aile (19) de l'équerre (15) est fixée sur la cornière (6) de la colonne à
l'aide de boulons traversants (20). Pour cela, l'aile (19) est écartée légèrement
de l'extrémité du longeron (4) pour faciliter l'introduction du boulon de liaison.
L'équerre (15) est renforcée par la présence d'une patte supérieure (21) fixée à l'extrémité
de l'aile (19) et qui vient recouvrir la partie supérieure du longeron (4) auquel
elle est fixée à l'aide des mêmes boulons traversants (17).
[0023] En ce qui concerne la fixation de la traverse supérieure (3) sur la colonne (5),
telle qu'illustrée à la figure 4, comme cela a été déclaré précédemment, étant donné
que les contraintes enregistrées sont de type compression, il est possible de s'affranchir
de l'équerre de liaison placée en bout de traverse.
[0024] A la figure 4, la liaison est assurée à l'aide d'une cornière (22) fixée sur la colonne
(5) par des boulons traversants (23) non représentés ou par des vis. De même, la cornière
(22) est fixée à l'extrémité de la traverse (3) par des vis (24). La fixation est
renforcée grâce à la présence d'un sabot (25) clouté sur les deux pièces (3 et 5).
Si la structure modulaire inférieure (1) est destinée à recevoir une structure modulaire
d'étage (2), de préférence on fixe à la partie supérieure de la traverse (3) une butée
de centrage (26). Et l'extrémité supérieure de la cornière (22) est terminée par une
plaquette perforée (27) qui servira à la mise en place d'un boulon de liaison.
[0025] Précisément, un exemple de liaison est illustré à la figure 5 entre une structure
modulaire inférieure de rez de chaussée (1) et une structure d'étage (2). L'aile inférieure
(9) de la cornière de liaison (8) entre la traverse (3) et la colonne (5) de la structure
supérieure (2) est centrée par rapport à la traverse (3) de la structure modulaire
de rez de chaussée par la butée de centrage (26) présente à la partie supérieure de
la traverse (3). Par ailleurs, la cornière (6) de liaison entre la traverse (3) et
la colonne (5) de la structure d'étage (2) comporte une plaque perforée (28) à sa
partie inférieure, qui permet la mise en place d'un boulon de liaison (29) non illustré,
traversant ladite plaque (28) et la plaque (27) fixée à la partie supérieure de la
cornière (22) de liaison de la colonne (5) et de la traverse (3) de la structure modulaire
de rez de chaussée (1).
[0026] Les différentes liaisons évoquées précédemment assurent une excellente transmission
des contraintes dans les poutres en bois lamellé collé. Par ailleurs, elles sont indépendantes
de la longueur desdites poutres.
[0027] D'autres mises en oeuvre de la présente invention, à la portée de l'Homme de l'Art,
auraient également pu être envisagées sans pour autant sortir du cadre de celle-ci.
1. Structure modulaire pour la construction de bâtiments préfabriqués, à base de poutres
en bois lamellé collé, qui forment des traverses, longerons et colonnes à longue portée,
caractérisée par le fait qu'elle présente des moyens d'accrochage traversant les différentes poutres
inférieures (3, 4, 5) et qui leur permettent de se fixer en angle.
2. Structure modulaire pour la construction de bâtiments préfabriqués, selon la revendication
1, caracté risée par le fait que les moyens se présentent sous la forme de profilés en L (6) fixés
par des boulons traversants (7) sur les colonnes (5) qui coopèrent avec une fixation
(8) en bout de traverse (3).
3. Structure modulaire pour la construction de bâtiments préfabriqués, selon la revendication
2, caracté risée par le fait que la fixation en bout se présente sous la forme d'une équerre (8) dont
l'aile (11) en bout de traverse (3) est écartée de celle-ci pour permettre l'introduction
d'une liaison (12).
4. Structure modulaire pour la construction de bâtiments préfabriqués, selon la revendication
3, caracté risée par le fait que l'équerre (8) est renforcée par une patte (13) solidaire de l'aile
(11) en bout de traverse (3) et qui est fixée à celle-ci par les boulons traversants
(10).
5. Structure modulaire pour la construction de bâtiments préfabriqués, selon la revendication
4, caracté risée par le fait qu'une équerre (15) renforcée est également utilisée pour fixer les longerons
(4) sur les cornières (6) en L des colonnes (5).
6. Structure modulaire pour la construction de bâtiments préfabriqués, selon la revendication
2, caracté risée par le fait que les cornières (6, 22) de colonne (5) comportent à leur extrémité
une plaque perforée (27, 28) pour la mise en place d'une liaison (29).
7. Structure modulaire pour la construction de bâtiments préfabriqués, selon la revendication
1, caracté risée par le fait que les traverses supérieures (3) comportent une butée (26) de centrage.
8. Structure modulaire pour la construction de bâtiments préfabriqués, selon la revendication
1, caracté risée par le fait que les traverses (3) inférieures comportent des patins (14) d'appui
intermédiaire.
9. Structure modulaire pour la construction de bâtiments préfabriqués, selon la revendication
1, caracté risée par le fait que la liaison des colonnes (5) sur les traverses (3) supérieures est
renforcée par la présence d'un sabot (25) clouté.
10. Structure modulaire pour la construction de bâtiments préfabriqués, selon la revendication
3, caracté risée par le fait que l'aile inférieure (9) de l'équerre (8) de liaison de la traverse
(3) sur la colonne (5) est profilée en U.