امنیت سازه
امنیت سازه همواره یکی از مهم‌ترین عناصر در فرآیند ساخت بنا می‌باشد، زیرا عدم توجه به آن می‌تواند سازه را در برابر تنش‌ها و فشارهای مختلف قرار داده و فرد یا افرادی را متحمل خسارات مالی و جانی کند. در این راستا خرپاها وارد عرصه صنعت ساختمان شده‌اند و به دلیل طراحی خاص خود می‌توانند بیش‌تر فشارها و تنش‌های وارده بر یک ساختمان را کنترل کنند. بنابراین همین اهمیت ما را نیز بر آن داشت تا این بار در وبلاگ بایرایرانیان به سراغ خرپا، این اسکلت فلزی پرکاربرد برویم و شما را بیش از پیش با آن آشنا کنیم.
شاید برایتان مفید باشد : سقف عرشه فولادی
خرپا چیست؟
احتمالاً نام خرپا را شنیده‌اید. سازه‌ای که بتواند نیروی فشاری بالایی از اجزای یک سازه را تحمل کند. خرپا در زبان انگلیسی ساختاری صلب از واحدهای مثلثی شکل است که از اتصال اجزای باریک و بلند ساخته می‌شود. در واقع، از آنجایی که فرض می‌شود خرپاها در انتهای خود به سایر اعضا متصل می‌شوند، شکل مثلثی تنها شکل پایدار خواهد بود.
به طور کلی خرپاها از ساده‌ترین سازه‌های باربر هستند که عموماً به عنوان سازه‌های خمشی عمل می‌کنند و در سقف‌ها، پل‌ها و سازه‌های هوایی کاربرد دارند. در این گونه سازه‌ها به دلیل عدم وجود نیروی برشی و لنگر خمشی در هر یک از اعضای خرپا، اتصالات باید به صورت اتصالی مدل شوند.
انواع خرپا در ساخت سازه‌های مختلف
در یک نگاه کلی، انواع مختلف این سازه‌ها را می‌توان در انواع خرپاهای دو بعدی، خرپاهای سه بعدی، خرپاهای چندگانه، خرپاهای پرات، خرپاهای وارن و خرپاهای K دسته‌بندی کرد. با توجه به این تنوع در دسته‌بندی‌ها، در ادامه توضیحات تکمیلی در مورد هر یک از این خرپاها ارائه می‌شود.
1- خرپای دو بعدی (ساده)
به طور کلی یک مثلث از اتصال سه عضو در دو گره به صورت مفصلی تشکیل می‌شود که به آن مثلث پایه خرپا می‌گویند. در طی این فرآیند و توسعه خرپا، هر بار با افزودن دو عضو به شکل سازه، یک گره (به محل تلاقی دو یا چند عضو، گره می‌گویند) تشکیل می‌شود.
در واقع می‌توان پیشنهاد کرد که اعضای جدید در گره جدید به یکدیگر و انتهای دیگر آن‌ها به گره‌های موجود متصل می‌شوند. خرپاهایی که به این شکل ایجاد می‌شوند، خرپا ساده نامیده می‌شوند و از پرکاربردترین انواع خرپا در عملیات ساختمانی هستند.
2- خرپای سه‌گانه
خرپای سه‌گانه یکی از سازه‌هایی است که مجموعه‌ای از اجزا و اتصالات است و طبیعتاً به دلیل پیکربندی خود می‌توانند بار فشاری بیش‌تری را تحمل کنند. در واقع این مشکل یکی از مزیت‌های استفاده از خرپاهای سه بعدی تلقی می‌شود و از سوی دیگر این ویژگی عاملی برای حجیم بودن سازه‌ها می‌باشد.
3- خرپای چندگانه
جالب است بدانید که از این نوع خرپا برای رفع نقاط ضعف و تقویت نقاط قوت سازه استفاده می‌شود. به طور کلی طراحی خرپای چندگانه به این صورت است که پیوندها یا اتصالات میانی به صورت تک بوده و پیوندها یا اتصالات بالا و پایین به صورت دوتایی و چندتایی در سازه قرار می‌گیرند.
در این راستا با توجه به مزایا و ویژگی‌های خرپای چندگانه می‌توان به ظرفیت بالای آن در تحمل بارهای صفحه و همچنین مقاومت خمشی و کمانشی مناسب در جهات مختلف اشاره کرد. البته لازم به ذکر است که این ویژگی با حفظ ابعاد مناسب در خرپا انجام می‌شود.
4- خرپای کی (K)
خرپای کی که به شکل حرف K انگلیسی است از نظر ساخت پیچیده‌تر از خرپا پرات است که در قسمت آخر به آن اشاره کردیم. در واقع در یک نگاه کلی می‌توان اذعان داشت که تفاوت این دو خرپا در اجزای عمودی آن‌هاست. این ویژگی باعث می‌شود سازه در برابر تنش‌های خمشی مقاومت بیش‌تری داشته باشد. همچنین لازم به ذکر است که یکی از نقاط ضعف اصلی این خرپا کی شکل غیرقابل پیش‌بینی بودن رفتار اجزای خرپا می‌باشد.
یکی از مزایای خرپای K کاهش تنش کششی در اجزای عمودی و کاهش هزینه‌های ساختمان در کنار افزایش راندمان آن است. به طور کلی می‌توان گفت بسیاری از متخصصان این صنعت پیچیدگی ساختاری این خرپا و استفاده از مصالح فراوان در ساخت و ساز و طبیعتاً هزینه‌های سازه‌ای بیش‌تر را از نقاط ضعف این نوع خرپا می‌دانند.
5- خرپای وارن
خرپای وارن یک طرح بسیار متداول برای ساخت پل‌های واقعی و همچنین پل‌های مدل است. جالب است بدانید که برای اولین بار شخصی به نام جیمز وارن در سال ۱۸۴۸ نقشه و طرحی را در انگلستان به ثبت رساند که بسیاری از آن‌ها نام “خرپای وارن” را به آن نسبت می‌دهند. البته لازم به ذکر است که ثبت اختراع وی بیش‌تر در مورد روش ساخت این نوع خرپا بود تا طرح.
صرف نظر از این تاریخچه کوتاه، خرپای وارن از آنجایی که طراحی آن بسیار محبوب بوده و نمونه‌های آن در سراسر جهان یافت می‌شود. زیرا این خرپا از مثلث‌های دو طرفه برای پخش بارهای روی این پل استفاده می‌کند و همانطور که می‌دانید این برعکس خرپای نویل است که از مثلث‌های متساوی‌الساقین استفاده می‌کند. یکی از نقاط ضعف خرپای وارن عدم امکان استفاده از آن در سازه هایی است که بارهای متمرکز تنها به یک نقطه اعمال می‌شود. از دیگر نقاط ضعف این نوع خرپا می‌توان به پیچیدگی ساخت و استفاده بیش‌تر از مصالح در ساخت آن اشاره کرد.
6- خرپای شیروانی
خرپای شیروانی یکی از اشکال مختلف خرپا است که معمولاً برای سقف استفاده می‌شود..
7- خرپای وتر موازی
خرپای وتر موازی شکل دیگری از خرپاها است که برای حمایت از خرپاهای سقفی در ساختمان‌های صنعتی و پل‌های دهانه متوسط استفاده می‌شوند. این نوع خرپا در شبکه‌های هم طول استفاده می‌شود که می‌تواند هزینه‌های ساخت را برای دهانه‌های بسیار طولانی کاهش دهد.
8- خرپای پرات
خرپای پرات یکی از نمونه‌های این نوع سازه است که به دلیل شکل خاص در ساخت پل‌ها و سازه‌های طاق مانند استفاده می‌شود. در این نوع سازه‌ها بیش‌ترین فشار در جهت عمودی وارد می‌شود و از این رو ایجاد گره‌های بیش‌تر در جهت عمودی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. از مزایا و ویژگی‌های این نوع خرپا می‌توان به طراحی ساده، وزن سبک خرپا، سهولت در ساخت سازه، کاهش هزینه‌های ساخت و ساز در کنار عملکرد مقرون به صرفه آن اشاره کرد.
9- خرپای هاو
به طور کلی می‌توان اذعان داشت که خرپای هاو شکل دیگری از خرپاها هستند که معمولاً برای سقف استفاده می‌شوند و برای دهانه تا ۳۰ مناسب هستند.
10- خرپای فینک
این نوع خرپا بیش‌تر در سقف استفاده می‌شود و برای دهانه‌های ۲۰ متری مناسب است. خرپاهای فینک اغلب از فولاد ساخته می‌شوند.
11- خرپای قوسی
خرپایی با قطری است که به ۳۰ متر هم می‌رسد و در سقف انبار و گاراژ مورد استفاده قرار می‌گیرد.
12- خرپای پارکر
جالب است بدانید که از دیگر اشکال خرپا، نوع پارکر است که معمولا برای پل‌سازی استفاده می‌شود و برای دهانه‌های حدود ۵۰ تا ۱۰۰ متر قابل استفاده است.
13- خرپای نردبانی
به طور کلی این نوع خرپا به صورت خرپایی تخت است و به صورت دو خط یا دو تیر موازی ساخته می‌شود و داخل آن با اتصالات تقویت می‌شود و معمولاً برای استفاده بهینه به صورت کج روی ستون‌ها نصب می‌شود تا از سقف محافظت نماید.
14- خرپای بالتیمور
شکل دیگری از خرپا است که برای ساخت پل‌هایی با دهانه‌های بیش از ۱۰۰ متر مناسب است.
مزایای خرپا
همانطور که تاکنون در این مقاله در مورد سازه متوجه شدید، خرپاها جزء لاینفک معماری مدرن هستند و از آنجایی که خرپا وزن زیادی را تحمل می‌کند، به سازندگان این امکان را می دهد که هزینه‌ها را تا حد امکان کاهش دهند. فواصل زیاد را به راحتی با خرپا پوشش دهید، بار را به طور یکنواخت روی سازه منتقل کنید.
همچنین استفاده از انواع خرپاهای مناسب برای نوع کار یا پروژه، مصرف مواد اضافی را کاهش داده و سازه‌هایی را فراهم می‌کند که نگهداری آن‌ها آسان باشد. بنابراین در یک نگاه کلی می‌توان تمامی مزایای استفاده از خرپا این سازه ضروری را به صورت زیر ارائه کرد که عبارتند از:
- به یاد داشته باشید که وقتی خرپا به درستی طراحی شود، روشی کارآمد برای طی کردن مسافت‌های طولانی و در عین حال استفاده از حداقل مواد است. به همین دلیل بارهای داخلی اعضا به صورت محوری، فشاری یا کششی القا می‌شود.
- در طی این روش و با استفاده از انواع خرپا می‌توان از مصالح کم‌تری در حین ساخت استفاده کرد و در عین حال از یک سیستم کلی کارآمد بهره برد.
- خرپاها برای اکثر سازه‌ها در مناطق شهری مناسب بوده و اجرای آن‌ها در هر شرایطی بسیار انعطاف پذیر است.
- با استفاده از خرپا می‌توان نیروی سازه را در تمام طول سازه پخش کرد و از فشار اضافی ناشی از بار سازه بر سازه اصلی جلوگیری کرد.
- جالب است بدانید که خرپاها قابل استفاده مجدد هستند و همچنین لازم به ذکر است که اجرای خرپا ساده بوده و برای اجرا در پروژه نیاز به دستگاه تخصصی ندارد.
جمع بندی
همانطور که در این مقاله از بایرایرانیان با ما همراه بودید، به این اطلاعات رسیدیم که خرپا سازه فلزی و حتی گاهی چوبی است که اعضای تشکیل دهنده آن مثلث‌های متصل به هم هستند و این مجموعه مثلث‌ها به صورت یک جسم واحد عمل می‌کنند.
وظیفه خرپا توزیع یکنواخت وزن، کنترل کشش و فشار بدون خمش و برش است. خرپا یکی از کاربردی‌ترین سازه‌های فلزی در صنعت ساختمان است و به دلیل مزایایی که دارد، استفاده و کاربرد آن در سازه‌ها همواره از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.
