Table des matières
- Qu'est-ce qu'un treillis
- Composants de ferme et terminologie
- Avantages d'une ferme
- Types de fermes
- Calculatrice de fermes gratuite
Définition d'une ferme: Qu'est-ce qu'un treillis?
En ingénierie structurelle, une ferme est un type de structure important caractérisé par un système triangulé d'éléments. Ces éléments sont structurés et reliés de manière à ne subir qu'une force axiale. Les membres d'une ferme sont considérés comme des membres à deux forces parce que les forces ne sont appliquées qu'à chaque extrémité du membre, résultant en une force de compression ou de tension. Les fermes sont couramment utilisées dans conceptions de pont en raison de leur capacité à couvrir efficacement de longues distances. Voici un exemple de conception de ferme typique:
Composants de ferme et terminologie
Les fermes suivent généralement une structure assez générale et commune, composé de divers composants. Vous trouverez ci-dessous une liste des parties pertinentes d'une ferme:
- (1) Accord supérieur – la poutre d'une ferme s'étendant sur la longueur de la ferme
- (2) Corde inférieure – la poutre inférieure s'étendant sur toute la longueur de la ferme
- (3) la toile – ce sont les membres internes d'une ferme
- (4) Point de lancement – le point où les membres inclinés (accord supérieur) se connecte à la membrure inférieure
- (5) Sommet/pic – point le plus élevé d'une ferme
Avantages d'une ferme
Comme nous l'avons expliqué la définition d'un treillis, explorons ses avantages. Conçu correctement, les fermes sont un moyen efficace de couvrir de longues distances tout en minimisant la quantité de matériau utilisé. En effet, les charges internes des éléments sont induites axialement (en direction du membre) sous forme de compression ou de tension. Cela signifie que moins de matériau peut être utilisé, et le système dans son ensemble est plus efficace, car la force est répartie entre un certain nombre de membres.
Source: Calculatrice de fermes de toit
Types de fermes
Un type de ferme approprié doit être choisi pour la conception et la construction afin de maximiser l'efficacité de la structure (qui se mesure souvent par la quantité de matière utilisée ou de main-d'œuvre). Dans cet article, nous examinerons les différents types de ponts en treillis et comment ils peuvent aider votre conception.
Voici la liste des types courants de fermes:
- Ferme de Pratt
- Warren Truss
- K Truss
- Howe Truss
- Fink Truss
- Ferme Gambrel
Pratt Truss
Une ferme Pratt a été utilisée au cours des deux derniers siècles comme méthode efficace de ferme. Les éléments verticaux sont en compression, tandis que les éléments diagonaux sont en tension. Cela simplifie et produit une conception plus efficace puisque l'acier dans les éléments diagonaux (en tension) peut être réduit. Cela a quelques effets – il réduit le coût de la structure grâce à des éléments plus efficaces, réduit le poids propre, et facilite la constructibilité de la structure.
Ce type de ferme est le plus approprié pour les travées horizontales, où la force est principalement dans la direction verticale.
Les fermes Pratt sont les plus étroitement liées à la ferme Howe, où les éléments diagonaux sont dans la direction opposée (provoquant un comportement inverse compression/tension dans les membrures).
Il est également important de noter que dans Pratt Truss Design, et la plupart des conceptions Truss d'ailleurs, est que les membres ont leurs fixités d'extrémité définies sur épinglées. Cela garantit que la force est entièrement transférée en compression ou en tension, Avec peu (théoriquement, rien) transféré sous la forme d'un moment de flexion.
Voici un exemple d'une ferme Pratt, construit et analysé à l'aide de notre Calculatrice de treillis SkyCiv. Les éléments compressifs sont indiqués en vert et la tension en rouge.
Avantages de Pvolant
- Conscient du comportement du membre – les membres diagonaux sont en tension, éléments verticaux en compression
- Ce qui précède peut être utilisé pour concevoir une structure rentable
- Conception simple
- Conception bien acceptée et utilisée
Inconvénients de Pvolant
- Pas aussi avantageux si la charge n'est pas verticale
Meilleur utilisé pour:
- Lorsqu'une conception rentable est requise
- Lorsqu'un mélange de charges est appliqué
- Là où une structure simple est requise
Warren Truss
Le Warren Truss est un autre système de structure en treillis très populaire et est facilement identifié par sa construction à partir de triangles équilatéraux. L'un des principaux avantages d'un Warren Truss est sa capacité à répartir la charge uniformément sur un certain nombre de membres différents; c'est cependant généralement pour les cas où la structure subit une charge étendue (une charge répartie). Son principal avantage est aussi la cause de son inconvénient – la structure en treillis subira une force concentrée sous une charge ponctuelle. Dans ces scénarios de charge concentrée, la structure n'est pas aussi efficace pour répartir la charge uniformément sur ses membres. Par conséquent, le type de poutre Warren est plus avantageux pour les charges étendues, mais ne convient pas lorsque la charge est concentrée en un seul point ou nœud.
Un exemple d'une ferme Warren, et ses forces axiales sous une charge répartie sont indiquées ci-dessous. La structure a été construite et analysée en utilisant Calculatrice de treillis SkyCiv. Les éléments compressifs sont indiqués en vert et la tension en rouge.
Avantages de Warren Truss
- Répartit la charge assez uniformément entre les membres
- Conception assez simple
Inconvénients de Warren Truss
- Mauvaises performances sous des charges concentrées
- Constructibilité accrue grâce à des membres supplémentaires
Meilleur utilisé pour:
- Structures à longue portée
- Où une charge uniformément répartie doit être prise en charge
- Là où une structure simple est requise
K Truss
Le K Truss est une version légèrement plus compliquée du Pratt Truss. Sa principale différence est que les membres verticaux se sont raccourcis – améliorant sa résistance au flambage. Cela fait, toutefois, ont des avantages et des inconvénients similaires au Pratt Truss et bien qu'il ne soit pas largement utilisé, c'est un design fort. L’un de ses principaux inconvénients est que les membres ne se comportent pas toujours comme prévu. Un élément peut être en compression sous un scénario de charge et en tension sous un autre. Cela peut signifier que la structure peut ne pas être conçue de manière optimale – puisque
Un exemple de configuration K-Truss et sa réaction sous une charge appliquée est illustré ci-dessous. Les éléments compressifs sont indiqués en vert et la tension en rouge.
Avantages de K Truss
- Réduction de la compression dans les éléments verticaux
- Réduction possible de l'acier et du coût si conçu efficacement
Inconvénients de K Truss
- Un peu plus complexe
- Constructibilité accrue grâce à des membres supplémentaires
Howe Truss
Les fermes Howe sont essentiellement le contraire des fermes Pratt en termes de géométrie. En réalité, regarder une ferme Pratt à l'envers visualisera une sorte de ferme Howe. La structure entière est toujours relativement la même, mais les accolades diagonales occupent maintenant l'opposé ou les joints inoccupés. Cet interrupteur en position des éléments diagonaux a un effet structurellement très important.
Une ferme Pratt (au dessus) et une ferme Howe (ci-dessous)
Précédemment, nous avons discuté de la façon dont les fermes Pratt ont leurs éléments verticaux en compression et les éléments diagonaux en tension lors de l'application de charges de gravité aux joints de la membrure supérieure. Pour les fermes Howe, l'inverse devient vrai lorsque les éléments diagonaux sont maintenant en compression, pendant que les charges verticales sont en tension.
Comme leur structure est similaire à celle des fermes Pratt, leurs utilisations sont généralement les mêmes. Pour maximiser l'efficacité de la ferme, la ferme peut être chargée aux joints de la membrure inférieure. Les fermes de toit peuvent être chargées avec une charge de plafond par exemple.
Une autre chose à noter est que, en fonction de la géométrie et du chargement, Les fermes Pratt peuvent avoir plus de membres déchargés que les fermes Howe.
Fink Truss
La ferme Fink dans sa forme la plus basique a des membres Web qui suivent un modèle en V qui peut être répété plusieurs fois. Comme les accords supérieurs sont en pente vers le bas à partir du centre, le motif en V devient sensiblement plus petit. Comme les fermes Fink reposent davantage sur des éléments diagonaux, ils peuvent être très efficaces pour transmettre les charges au support.
Les dérivés de la ferme Fink incluent les types de fermes Double Fink et Fan. Les fermes Double Fink sont essentiellement des fermes Fink qui répètent le motif deux fois de chaque côté. Si la ferme Fink la plus basique peut être caractérisée par un double V, alors un double fink ressemblerait à un double-W. Les treillis en éventail sont essentiellement des treillis Fink dont les membres de l'âme se déploient à partir des joints en bas., généralement avec l'ajout d'éléments verticaux.
Un Fink (Haut), un Double Fink (milieu), et une ferme de ventilateur (bas)
Ferme Gambrel
A l'extérieur, une ferme de gambrel a deux pentes différentes, où la pente devient plus raide depuis le centre. En raison de sa forme saillante vers l'extérieur, les fermes de gambrel peuvent effectivement être équipées d'un centre creux, qui peut être utilisé comme zone de stockage. En tant que tel, la partie supérieure d'une grange est généralement en forme de gambrel. Dans le cas d'une grange, car les membres sont généralement construits en bois, la structure agit plus comme un cadre que comme une ferme. Les dérivés du gambrel incluent le toit Mansard, qui s'appelle aussi un toit français, d'où sa popularité en France.
Calculatrice de treillis SkyCiv
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