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 encadrer les ponts, les toits, les planchers, les sous-planchers et de nombreuses autres structures. La meilleure conception de ferme dépend généralement de l’application.
Une conception en treillis plan est utilisée pour les ponts et les toits à charpente. 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 sont appelés membrures. Des poutres solides pour supporter la charge sur un pont augmenteraient considérablement le poids et le coût; la ferme supporte la charge à des degrés divers, en fonction de l’espacement des cordes.
Les conceptions de fermes planes éprouvées comprennent la ferme Pratt – avec des boîtes qui contiennent un élément diagonal par boîte – et la ferme à poteau central – avec un élément vertical et deux éléments angulaires se connectant au sommet de la verticale. Les fermes de poteaux Queen ont deux membres verticaux et une membrure supérieure comprenant une boîte qui sont soutenues par un membre incliné sur chaque verticale. Les fermes lenticulaires, couramment observées sur les ponts, ont la membrure supérieure de la ferme en forme d’arche douce, donnant ainsi une forme de lentille à chaque structure de la ferme.
Pour une ferme spatiale, un tétraèdre ou une forme pyramidale est la conception de ferme la plus courante. Des fermes spatiales plus complexes relieront et configureront les tétraèdres de diverses manières pour répartir les forces de charge, de torsion, de compression et de traction. Des conceptions de fermes spatiales peuvent être observées dans des structures, telles que des pylônes de lignes à haute tension. En outre, les toiles de fermes spatiales sont utilisées pour les structures de toit de bâtiments commerciaux.
L’analyse des conceptions de fermes est un processus complexe, mais l’analyse est généralement effectuée au niveau des joints ou des charnières de la structure plutôt que sur la longueur des éléments. La charge qui est exercée par une voiture ou un train qui passe, par exemple, est considérée comme un moment dans lequel les contraintes sont principalement sur les articulations et les contraintes exercées le long des longueurs des membres 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 eux-mêmes. Pour examiner plus en détail ces types de charges, des formules telles que la méthode analytique de Ritter peuvent être utilisées.