Dans l'architecture et l'ingénierie modernes, Ferme en acier est largement utilisé pour son excellente résistance, stabilité et flexibilité. Qu'il s'agisse de grandes installations industrielles, de stades ou d'infrastructures telles que des ponts, les fermes en acier jouent un rôle essentiel. Cependant, pour concevoir des fermes en acier sûres, fiables et efficaces, plusieurs facteurs clés doivent être pris en compte.
1. Analyse de charge
La charge est la base de la conception des fermes en acier. Au cours du processus de conception, diverses charges pouvant agir sur la ferme doivent être déterminées avec précision, notamment les charges mortes (telles que le poids de la structure elle-même), les charges vives (telles que le poids du personnel, de l'équipement, de la cargaison, etc.), charges de vent, charges de neige, effets sismiques, etc. Grâce à une analyse détaillée des charges, la contrainte et la déformation maximales auxquelles la ferme doit résister peuvent être déterminées, fournissant ainsi une base pour la conception structurelle ultérieure.
Pour différents scénarios d'application, la valeur et la combinaison des charges seront également différentes. Par exemple, dans les installations industrielles, il peut être nécessaire de prendre en compte la charge vibratoire des gros équipements ; Dans la conception des ponts, les charges des véhicules et l'impact du débit d'eau sont des considérations importantes.
2. Sélection de la forme structurelle
Les formes structurelles des fermes en acier sont variées et les plus courantes sont les fermes triangulaires, les fermes trapézoïdales, les fermes à membrures parallèles, etc. Le choix d'une forme structurelle appropriée nécessite une prise en compte approfondie des exigences fonctionnelles du bâtiment, de la portée, de la hauteur, des conditions de construction et d'autres facteurs.
La ferme triangulaire présente les caractéristiques d'une bonne stabilité et d'une répartition uniforme des forces internes, et convient aux bâtiments avec des portées plus petites ; la ferme trapézoïdale fonctionne bien dans les structures de grande portée et peut fournir un espace plus grand ; la ferme à membrures parallèles est simple à réaliser et facile à installer, mais des mesures de renforcement sont nécessaires lorsque la portée est grande.
De plus, des formes spéciales de fermes, telles que les fermes cintrées et les fermes spatiales, peuvent être conçues en fonction de besoins spécifiques pour répondre à la forme unique et aux exigences fonctionnelles du bâtiment.
3. Sélection des matériaux
La qualité et les performances de l’acier affectent directement la résistance, la durabilité et la fiabilité des fermes en acier. Lors de la sélection de l'acier, des facteurs tels que son degré de résistance, sa ténacité, sa soudabilité et sa résistance à la corrosion doivent être pris en compte.
En général, l'acier à haute résistance peut réduire la taille de la section transversale de la ferme et réduire le poids mort de la structure, mais un contrôle de processus plus strict est requis pendant le soudage et le traitement. Parallèlement, pour les fermes en acier utilisées dans des environnements difficiles, comme à proximité du bord de mer ou d'usines chimiques, il est également nécessaire de sélectionner un acier ayant une bonne résistance à la corrosion ou de prendre des mesures anticorrosion.
4. Conception des nœuds
Le nœud est un élément clé de la structure en treillis d'acier et la rationalité de sa conception est directement liée à la sécurité et à la stabilité de l'ensemble de la structure. La conception des nœuds doit prendre en compte des facteurs tels que la méthode de connexion des tiges, la qualité des soudures et la résistance de la connexion boulonnée.
Les méthodes courantes de connexion de nœuds incluent le soudage, la connexion boulonnée et la connexion par broches. La connexion soudée présente les avantages d’une rigidité élevée et d’une bonne intégrité, mais présente des exigences élevées en matière de processus de soudage ; la connexion boulonnée est facile à installer et à démonter, mais la résistance et le couple de serrage des boulons doivent être garantis ; la connexion par broches convient aux nœuds supportant des charges importantes, mais les exigences de précision de traitement sont élevées.
Dans le processus de conception du nœud, il est également nécessaire de prendre en compte les conditions de contrainte du nœud pour éviter la concentration des contraintes afin d'améliorer la capacité portante et la fiabilité du nœud.
5. Faisabilité des travaux
La conception des fermes en acier doit non seulement tenir compte de la sécurité et de la fonctionnalité de la structure, mais également de la faisabilité de la construction. Au cours de la phase de conception, une coopération étroite doit être établie avec l'unité de construction pour comprendre le processus de construction et les conditions de l'équipement afin de garantir que la conception de la ferme puisse être construite en douceur.
Par exemple, pour les fermes en acier de grande portée, il peut être nécessaire d'adopter une méthode de construction de production segmentée et d'assemblage sur site, ce qui nécessite de prendre en compte la rationalité de la segmentation et la commodité de l'assemblage lors de la conception. Dans le même temps, des mesures de soutènement temporaires et de sécurité pendant la construction doivent être prises en compte pour garantir la sécurité et la fiabilité du processus de construction.
6. Économie
Dans le cadre du respect des exigences structurelles et fonctionnelles en matière de sécurité, l’économie est également un facteur important à prendre en compte dans la conception des fermes en acier. L'économie des fermes en acier peut être améliorée en optimisant la forme structurelle, en sélectionnant raisonnablement les matériaux et en réduisant les coûts de construction.
Pendant le processus de conception, un logiciel de conception avancé peut être utilisé pour l'optimisation structurelle afin de réduire la quantité d'acier utilisée ; dans le même temps, le choix d'un plan de construction et d'une séquence de construction raisonnables peut également réduire les coûts de construction.
La conception des fermes en acier est un projet complexe et systématique qui nécessite une prise en compte approfondie de plusieurs facteurs clés tels que l'analyse des charges, la sélection de la forme structurelle, la sélection des matériaux, la conception des nœuds, la faisabilité de la construction et l'économie. Ce n'est qu'en prenant pleinement en compte ces facteurs qu'une structure en treillis d'acier sûre, fiable, économique et esthétique peut être conçue pour fournir un soutien solide à l'architecture et à la construction technique modernes.
