Comment choisir le meilleur design de treillis?
La ferme est une conception technique qui remonte à des milliers d'années. Une conception de ferme plane est un simple triangle, ou des triangles connectés, tandis qu'une ferme spatiale a des membres qui s'étendent dans une direction différente pour établir une troisième dimension. Les fermes sont utilisées pour les ponts de charpente, les toits, les planchers, les sous-planchers et de nombreuses autres structures. La meilleure conception des fermes dépend généralement de l'application.
Une conception de ferme plane est utilisée pour les ponts et les toits à ossature. Pour un toit, les triangles relient les chevrons du toit et les solives du plafond; la charge est répartie entre les chevrons et les solives. Pour une structure de pont, le haut et le bas de la solive sont parallèles et s'appellent des accords. Des poutres solides pour supporter la charge sur un pont augmenteraient considérablement le poids et le coût; la ferme supporte la charge à différents degrés, en fonction de la distance qui sépare les accords.
Les conceptions éprouvées de fermes planes incluent la ferme Pratt - avec des boîtes contenant un membre diagonal par boîte - et la ferme King Post - avec un membre vertical et deux membres coudés se connectant au sommet de la verticale. Les fermes Queen Post ont deux membres verticaux et une membrure supérieure comprenant une boîte qui sont supportés par un membre coudé sur chaque verticale. Les fermes lenticulaires, que l’on voit couramment sur les ponts, ont la corde supérieure de la ferme qui s’allonge en légère arche, ce qui donne une forme de lentille à chaque structure de la ferme.
Pour une structure spatiale, une forme tétraèdre ou pyramidale est la conception la plus courante. Des structures spatiales plus complexes relieront et configureront les tétraèdres de différentes manières pour répartir les forces de charge, de torsion, de compression et de traction. Les structures en treillis, telles que les pylônes de lignes à haute tension, permettent de visualiser des structures en treillis spatiaux. De plus, les toiles de fermes d'espace sont utilisées pour les structures de toit de bâtiments commerciaux.
L'analyse des structures en treillis est un processus complexe, mais l'analyse se fait généralement au niveau des articulations, ou charnières, de la structure plutôt que sur la longueur des membres. La charge exercée par un wagon ou un train qui passe, par exemple, est considérée comme un moment dans lequel les contraintes sont principalement exercées sur les articulations et les contraintes exercées sur les longueurs des éléments sont négligeables. Des diagrammes graphiques, tels que le diagramme de Cremona ou le diagramme de Culmann, sont utilisés pour calculer les contraintes sur les membres de la ferme. Pour examiner plus en détail ces types de charges, des formules telles que la méthode analytique de Ritter peuvent être utilisées.