یکی از عناصر بسیار مهمی که در ساخت و سازهای مختلف، کاربردهای بسیار وسیعی دارند، سازه‌های خرپایی هستند. خرپا نوعی سازه مثلثی‌‌شکل و فلزی و در بعضی از مواقع چوبی است. در حالت معمول اجرای این سازه‌ها بدون هیچ‌گونه انحنایی است و می‌توان آن‌ها را به شکل یک لولا به یکدیگر متصل کرد. از این سازه‌ها در مواردی استفاده می‌شود که بدون ایجاد خمش و یا برش، بتوان توزیع یکنواخت وزن و کنترل تنش و تراکم را تغییر داد. برای آشنایی بیشتر با خرپا تا انتهای متن با فولادینو همراه باشید.
فهرست این مطلب
خرپا چیست؟
این سازه که در زبان انگلیسی با عنوان Truss شناخته می‌شود، به طورکلی نوعی چارچوب مثلثی به شمار می‌رود که از عناصر سازهای مستقیم تشکیل شده و از اتصال چندین قطعه آهنی (یا در مورادی چوبی) که بلند و باریک هستند به وجود آمده است. اعضای این سازه‌ها این امکان را دارند که نیروهای کششی و یا فشاری را تحمل کنند.
در حقیقت می‌توان گفت این دسته از عناصر، از جمله سازه‌های باربر محسوب می‌شوند که قابلیت حمل آسان را دارند. این سازه‌ها در یک ساختمان مانند یک ساختار خمشی به کار برده می‌شوند. این محصول، در حقیقت نوعی سازه چند عضوی است که اتصالات محکمی میان تمامی بخش‌های آن ایجاد شده است. لذا تنها چیزی که در این سازه وجود دارد نیرو است. این سازه‌ها، در حال حاضر به عنوان یک سیستم فلزی جدید در ساخت اسکلت ساختمان‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. این محصولات از اجزا و بخش‌های مختلفی به وجود آمده‌اند. یکی از مهم‌ترین این اجزا و عناصر، یال تحتانی است. یال فوقانی، محورهای قائم و محورهای قطری، دیگر اجزای تشکیل‌دهنده این سازه‌ها هستند.
علت نامگذاری خرپا
درباره علت نامگذاری خرپا می‌توان اینگونه گفت که واژه خر در زبان فارسی به‌معنای باربر و واژه پا نیز به معنای نگه دارنده یا پایه است. علاوه بر موارد گفته شده با توجه به مثلثی بودن سازه خرپایی و شبیه بودن آن به پاهای حیوانات قوی و باربر، از نام خرپا برای این سازه استفاده می‌شود.
خرپا سقف؛ پرکاربردترین خرپا در ساختمان
یکی از مهم‌ترین و پرکاربردترین انواع سازه خرپایی در ساختمان، خرپا سقف است. استفاده از خرپا سقف معمولا برای پشتیبانی از سقف‌های کوچک و بزرگ انجام می‌شود و منجر تقسیم یکنواخت بار سقف، کاهش وزن سازه و افزایش مقاومت کلی سازه می‌شود. خرپا سقف می‌تواند هم به صورت فلزی و هم به صورت چوبی در سازه پیاده شود. لازم به ذکر است که علاوه بر موارد گفته شده استفاده از خرپا در ساختمان سازی، منجر به اجرای دهانه‌های بزرگتر نیز می‌شود.
کاربرد خرپا
در حالت معمول از این سازه‌ها در مواردی مانند سقف ساختمان‌های صنعتی مثل سوله‌ها با دهانه‌های بزرگِ بدون ستون، در سقف‌های بلند و چند طبقه و یا در پل‌ها استفاده می‌شود. همچنین در سازه‌های فضاکار نیز از خرپا استفاده می‌شود.
علاوه بر بارهای ثقلی، در بسیاری از موارد از خرپا استفاده می‌شود تا مقاومت مناسبی در برابر بارهای جانبی نیز ایجاد شود. برای این منظور از این سازه‌ها در ساختمان‌ها، دیوارهای چند طبقه و همچنین تیرهای افقی، استفاده‌های زیادی به عمل می‌آید.
انواع خرپا از لحاظ شکل سازه
در این بخش با انواع خرپا با توجه به شکل آن‌ها آشنا می‌شوید:
1- خرپا فلزی ساده
این نوع از سازه‌ها از یک عنصر مثلثی شکل به وجود آمده‌اند که دارای ۲ عضو مستقیم و بدون انحنا است. از طرف دیگر از یک مفصل و یا گره نیز استفاده شده است. در حالت معمول این محصولات در ساخت سقف قاب‌بندی شده کاربرد دارند.
2- خرپا فلزی صفحه‌ای
اعضای این سازه‌ها، در یک صفحه دوبعدی واقع می‌شوند. این سازه‌های صفحه‌ای و یا مسطح از برخی اعضای تحتانی و فوقانی موازی نیز به وجود آمده‌اند و در حالت معمول به صورت پشت سر هم مورد استفاده قرار می‌گیرند. این نوع از سازه‌ها در ساخت سقف‌ها، پل‌ها و دیگر سازه‌های مکانیکی از قبیل دوچرخه کاربرد دارند.
3- خرپا فلزی فضائی
این دسته از سازه‌ها نوعی شبکه سه‌بعدی محسوب می‌شوند و از چندین مثلث به هم متصل، به وجود آمده‌اند. این سازه‌ها مقاومت بسیار مناسبی دارند و لذا مورد استفاده بیشتر کارفرمایان قرار می‌گیرند. برای ساخت سقف نمایشگاه‌ها، استخرها و یا کارخانه‌ها از این نوع از سازه‌ها استفاده می‌شود. در حالت معمول جنس این محصولات از آهن، فولاد و یا آلومینیوم است و به صورت لولایی به یکدیگر متصل شده‌اند.
4- خرپا فلزی مرکب
در مواقعی که دو یا چند خرپای فلزی ساده را با یکدیگر ترکیب کنید، یک سازه مرکب ایجاد خواهد شد. این نوع از خرپا با توجه به مقاومت بسیار بالایی که دارد، کاربردهای وسیعی هم در پروژه‌های ساختمانی پیدا کرده است.
انواع خرپا از لحاظ انتقال بار
در این بخش با انواع خرپا با توجه به نحوه‌ی انتقال بار آشنا می‌شویم:
1- خرپا وتر موازی
این نوع از سازه‌ها در حالت معمول، برای حمایت و یا پشتیبانی از سازه‌های سقف به ویژه در ساختمان‌های صنعتی استفاده می‌شود و یا می‌توان آن‌ها را در پل‌های با دهانه متوسط به کار برد. در حالت کلی، از این نوع محصولات، در شبکه‌هایی استفاده می‌کنند که طول یکسانی دارند.
2- خرپا پرات
در مواقعی که قصد داشته باشند به ساخت پل اقدام نمایند و یا برخی از سازه‌های طاق مانند را ایجاد کنند از سازه‌های پرات استفاده می‌کنند. چراکه این نوع از سازه‌ها می‌توانند در برابر فشارهایی که در راستای عمودی وارد می‌شوند، مقاومت بسیار خوبی داشته باشند. در حالت معمول از این نوع از سازه‌ها برای دهانه‌هایی استفاده می‌کنند که طول آن‌ها چیزی در میان ۳۰ تا ۶۰ متر است.
3- خرپا وارن
سازه‌های وارن، به یک مثلث متساوی‌الاضلاع شباهت دارند. این سازه‌ها این امکان را دارند که بارهای وارد شده بر اجزاء مختلف را توزیع نمایند. این سازه‌ها در حالت معمول، برای دهانه‌هایی مورد استفاده قرار می‌گیرند که چیزی در حدود ۶۰ متر طول دارند.
4- خرپا کی K
این دسته از محصولات این امکان را دارند که سازه مورد نظر را در برابر تمامی تنش‌های خمشی، مقاوم‌سازی و پشتیبانی نمایند. پیچیدگی ساختاری این سازه‌ها یکی از ویژگی‌های اصلی آن‌ها است. برای ساخت این تجهیزات از مصالح و متریال زیادی استفاده می‌شود. این سازه‌ها قابلیت کاربرد در دهانه‌های بیشتر از ۱۰۰ متر را دارند.
مزایا و معایب خرپا
استفاده از این سازه‌ها، روشی بسیار مناسب برای دهانه‌های طولانی است و امکان استفاده از کم‌ترین میزان مواد را فراهم می‌کنند. این سیستم‌ها بسیار کارآمد هستند و در حال حاضر بخشی غیرقابل تفکیک از معماری مدرن محسوب می‌شوند. چرا که می‌توانند وزن بسیار زیادی را تحمل کنند. سازندگان با استفاده از انواع این سازه‌ها می‌توانند فواصل زیادی را پوشش دهند و بار و میزان فشار و نیرو را به صورت مساوی بر روی سازه منتقل سازند.
اما این سازه‌ها معایبی نیز دارند. از جمله معایب این محصولات می‌توان به این مورد اشاره کرد که ساخت این سازه‌ها به مکان بسیار وسیعی نیازمند است و نیاز به دقت بسیار بالایی هم دارد. لذا در بسیاری از موارد، مراحل ساخت آن سرعت کمی پیدا می‌کند. هزینه‌های تعمیر و نگهداری بالا، یکی دیگر از معایب این محصولات است.
بیشتر بخوانید: با معروف ترین سازه‌های فلزی جهان آشنا شوید
محاسبات خرپا
همان‌طور که می‌دانید در پروسه طراحی، برخی از فرضیات مهم وجود دارند که در هنگام طراحی و ساخت خرپاها نیز باید مورد توجه قرار بگیرند. ساخت خرپا با این فرضیات باید سازگاری داشته باشد تا بتواند بار و نیرو را توزیع کند. باید بدانید که اعضای این سازه، تنها می‌توانند نیروهای محوری را تحمل کنند. لذا اتصالات اعضا یا گره‌ها به صورت پین شده هستند تا از این طریق، نیرو و یا فشار در لحظه، به اعضای سازه انتقال پیدا نکند.
تمامی فشارها تنها بر روی گره‌ها اعمال خواهند شد. از طرف دیگر این سازه‌ها باید در یک صفحه قرار بگیرند.
در بیشتر موارد اعضای این محصولات با مقاطع I، مقاطع لوله، مقاطع مربع و یا کانال، ساخته می‌شوند. مقطع I، بهینه‌تر است؛ چراکه می‌تواند نیروهای ساختاری بیشتری را تحمل کند. اعضای این سازه‌ها نمی‌توانند لنگر خمشی را تحمل کنند. بنابراین پایداری این اعضا به وسیله اتصالات آن‌ها انجام می‌گیرد. لذا در برخی مواقع، اعضای این محصولات را با استفاده از پروفیل‌هایی می‌سازند که نازک‌ترند تا پایداری ارتجاعی صورت بگیرد. برای پایداری این سازه‌ها در جهت جانبی نیز از مهاربند استفاده می‌کنند. اعضای این سازه‌ها، با استفاده از جوش، پیچ و مهره و یا به کارگیری پرچ به یکدیگر پیوند و اتصال داده می‌شوند. این اتصالات به شکل‌های سفت، نیمه سفت و یا لولا طراحی می‌شوند.
اصول ساخت خرپا
یکی از فرضیات اساسی در زمینه سازه‌های مورد نظر این است که اعضای این محصولات در انتهای خود به دیگر اعضا متصل و لولا شده‌اند. بنابراین شکل مثلثی، تنها شکل پایدار خواهد بود. اگر شبکه در یک صفحه واقع شده باشد سازه مورد نظر، صفحه‌ای است و اگر فضایی باشد سازه به دست‌آمده با عنوان فضایی شناخته می‌شود.
خرپاهای مثلثی با وارد شدن نیرو، شکلشان را تغییر نمی‌دهند. به جز در مواردی که یکی از اعضاء این سازه‌ها، دچار آسیب‌هایی از قبیل خم‌شدگی شوند و یا بشکنند. شبکه‌هایی که دارای ۴ عضو و یا بیشتر از این میزان باشند پایداری کافی را نخواهند داشت و اگر نیرو و یا فشار قابل توجهی به آن‌ها وارد شود، فرو خواهند ریخت.
ساخت خرپا با قوطی
در حالت معمول، این سازه‌ها با استفاده از چند روش ساخته می‌شوند. از جمله این روش‌ها می‌توان به ساخت سازه مورد نظر با استفاده از تیر ورق اشاره کرد که در این صورت با استفاده از ورق‌های فولادی، سازه ساخته می‌شود. در برخی از موارد نیز ساخت این سازه‌ها از طریق به‌کارگیری قوطی و یا پروفیل صورت می‌گیرد. ساخت این تجهیزات، با قوطی در حال حاضر رواج زیادی پیدا کرده است. اما در این شرایط، باید سازه مورد نظر با قوطی صنعتی ساخته شود. از طرف دیگر ضخامت قوطی نباید از ۴ میلی‌متر کمتر باشد.
لازم به ذکر است که قوطی نمی‌تواند در برابر زلزله مقاومت کند. همچنین این امکان وجود دارد که در برابر حوادث جوی از قبیل باد، دچار پیچش و یا فروریزی شود.
باید این نکته را نیز در نظر داشته باشید که فرایند ساخت خرپا با قوطی، باید در شرایط آب هوایی خاصی انجام شود. برای نمونه نمی‌توان در مناطقی که رطوبت آن نسبتاً بالا است، این ساختار را پیاده‌سازی و اجرا کرد. این عامل به این دلیل است که داخل قوطی، غیر قابل رنگ کردن است. این عامل نیز باعث می‌شود تا خوردگی در قوطی اتفاق بیفتد. همین عامل نیز سبب فروریزی سازه خواهد شد. لازم است به این نکته نیز توجه داشته باشید که سازه‌هایی که با استفاده از قوطی صنعتی ساخته می‌شوند از انواع محصولات بسیار سبک وزن به شمار می‌روند.
نکات اجرایی خرپا
در هنگام پیاده‌سازی و اجرای چنین سازه‌هایی لازم است نکاتی را مدنظر قرار دهید. برای نمونه لازم است اتصالات و گره‌ها به صورت کاملاً دقیق و تخصصی انجام شوند. مقاومت این سازه‌ها، باید به نحوی باشد که این امکان و قابلیت را پیدا کنند که تمام نیروها و بارهای وارد شده را خنثی نمایند. از طرف دیگر در چنین شرایطی نباید دچار تغییر در شکل و فرم شوند.
قیمت خرپا
قیمت خرپا با در نظر گرفتن چند عامل مهم تعیین می‌شود. یکی از عوامل مؤثر بر تعیین قیمت این سازه‌ها نوع مصالح به کار رفته در ساخت آن‌ها است. از طرف دیگر کیفیت این مصالح نیز قیمت این سازه‌ها را تغییر می‌دهد.
در چنین شرایطی توجه به سایز و ابعاد مصالح موجود در سازه نیز حائز اهمیت است. در این سازه‌ها توجه به سایز میلگردها نکته حائز اهمیتی است. قیمت این محصولات با توجه به شرکت سازنده آن‌ها نیز متفاوت. چراکه محصولات هر کدام از کارخانه‌ها و برندها، ویژگی‌ها و مشخصات مخصوص به خود را دارند.
جمع‌بندی
خرپا عنوان سازهای است که از چندین مثلث تشکیل‌شده است. این مثلث‌ها با استفاده از پیچ، پین و … به یکدیگر متصل شده‌اند. این محصولات می‌توانند وزن یک سازه را به طور کاملاً یکنواخت، توزیع و پخش کنند. لذا کاربردهای وسیعی به ویژه در ساخت انواع سوله‌ها، سقف‌ها، پل‌ها و … دارند.
انواع مختلفی از این سازه‌ها وجود دارند که هر کدام می‌توانند به نحوی نیروهای فشاری وارد شده به یک سازه را تحمل کنند. از جمله انواع خرپاها می‌توان خرپاهای ساده، مرکب، صفحه‌ای، پرات، کی و … را نام برد.
شما می‌توانید به منظور سفارش انواع محصولات فولادی و همچنین مطالعه مقالات مرتبط به وب‌سایت فولادینو مراجعه کرده و از خدمات این وب‌سایت استفاده کنید.