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Qu'est-ce qu'une ferme? Types courants de fermes en ingénierie structurelle

Table des matières

Définition d'une ferme: Qu'est-ce qu'une ferme?

Une ferme est un type de structure important en ingénierie structurelle qui peut être défini comme un système triangulé de membres qui sont structurés et reliés de telle sorte qu'ils n'encourent que force axiale. Ces membres sont considérés comme des membres à deux forces car les forces ne sont appliquées qu'à l'une ou l'autre extrémité de l'élément, résultant en une force de compression ou de tension. Ils sont couramment utilisés comme conceptions de pont, compte tenu de leur capacité à couvrir efficacement de longues distances. Une ferme typique pourrait ressembler à quelque chose comme ça:

Qu'est-ce qu'une ferme (que sont les fermes) exemple de treillis pour la définition d'un treillis
Les articulations sont généralement connexions épinglées, de telle sorte qu'aucune force de cisaillement ou de moment ne soit transférée d'un membre à l'autre. C'est un majeur, mais souvent mal compris, la différence entre les structures en treillis et à ossature. Un élément de cadre prendra généralement une combinaison de cisaillement, axial, et forces de flexion; alors qu'un membre de ferme ne prendra qu'une force axiale.

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.

Qu'est-ce qu'une ferme (que sont les fermes) exemple de treillis pour la définition d'un treillis
La source: Calculatrice de fermes de toit

Types de fermes

Pour maximiser l'efficacité de la structure (qui est souvent mesurée dans le matériau utilisé ou la main-d'œuvre), un type de ferme approprié doit être sélectionné pour la conception et la construction. Aujourd'hui, nous allons explorer quels types de ponts en treillis existent et comment ils peuvent bénéficier à votre conception.

Pratt Truss

Une ferme Pratt a été utilisée au cours des deux derniers siècles comme méthode efficace de ferme. La verticale membres 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.

Pratt Truss, types de structures en treillis, types de pont en treillis
Pratt Truss, types de structures en treillis, types de pont en treillis
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.

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ferme de la garenne, types de fermes, types de structures en treillis, types de pont en treillis

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.

Ferme en K, types de fermes, types de structures en treillis, types de pont en treillisFerme en K, types de fermes, types de structures en treillis, types de pont en treillisAvantages 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.

Comparaison des fermes Howe, types de fermes, types de structures en treillis, types de pont en treillis

Une ferme Pratt (au dessus) et une ferme Howe (au dessous de)

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.

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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.

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Un Fink (Haut), un Double Fink (milieu), et une ferme de ventilateur (bas)

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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.

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Calculatrice de treillis SkyCiv

Nous espérons que vous avez trouvé ce tutoriel utile. Visitez notre Calculateur de ferme gratuit SkyCiv à utiliser pour vous-même, et expérimentez le fonctionnement des fermes.

Notre Truss Calculator est un outil de conception de fermes qui génère les forces axiales, et réactions de structures en treillis ou chevrons 2D entièrement personnalisables. Il a une large gamme d'applications, y compris être utilisé comme calculateur de fermes en bois, calculatrice de fermes de toit, calculatrice de chevrons de toit, calculatrice de ferme de ciseaux, calculateur de ferme de grenier, ou pour charpente.

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