انواع خرپا در ساختمان سازی و عمران و اهمیت آن ها

 Vote: 1 person
انواع خرپا در ساختمان سازی و عمران و اهمیت آن ها

خرپا مجموعه‌ای از سازه‌های مثلثی شکل فلزی یا چوبی است در کارهای عمرانی، با هدف کنترل نیروهای فشاری و برشی راه اندازی شده و از سازه در برابر خمش محافظت می‌کند. بار مرده و زندۀ ساختمان (سازه)، نیروی باد و نیروی زلزله، از جمله نیروهایی است که خرپا باید تحمل کند. دو روش برای تحلیل نیرو در خرپاها وجود دارد که شامل محاسبه بار در مفاصل و محاسبه بار در مقاطع است. خرپاها انواع مختلفی دارند: خرپای ساده، مرکب، سقفی و شیب‌دار و انواع مسطح و صفحه‌ای. همچنین در شکل‌ها و مدل‌های مختلفی ساخته می‌شوند؛ مدل‌هایی از قبیل: وارن، عصایی، فینک و پرات. قابلیت استفاده و اجرا در سازه‌های با دهانه‌های بسیار بزرگ و با مسافت طولانی (مثل فرودگاه‌ها و استادیوم‌ها) بهترین و مهمترین مزیت خرپا است. نیاز به فضای زیاد برای اجرای آن (به دلیل حجیم و بزرگ بودن) از محدودیت‌ها و معایب آن محسوب می‌شود.

خرپا چیست؟

به مجموعه‌ای از سازه‌های مثلثی شکل که در کنار هم قرار گرفته و به عنوان یک شیء واحد عمل می‌کنند، خرپا گفته می‌شود. توزیع یکنواخت وزن و کنترل تنش و فشار بدون خم شدگی یا برش مهمترین وظایف این سازه‌ها به شمار می‌آیند. المان‌های مورد استفاده در خرپا تماما صاف و بدون انحنا هستند و شکل‌های مثلثی به وجود می‌آورند. چرا که از نظر هندسی، مثلث نسب به سایر اشکال مانند چهار ضلعی و چند ضلعی پایدارتر است. احتمال برش در سایر اشکال هندسی چند ضلعی نسبت به مثلث بیشتر بوده و برای جلوگیری از این امر، باید گوشه‌های آن‌ها به جایی ثابت و محکم شود.

المان‌های صاف و بدون انحنا که واحدهای مثلی را تشکیل می‌دهند، در اتصالاتی مفصلی با عنوان گره به هم متصل می‌شوند. به خاطر همین اتصالات مفصلی در انتهای المان‌های خرپا، نیروی گشتاور در آن تاثیر نداشته و در نتیجه سازه‌های این چنینی نقش باربری را بسیار مناسب اجرا می‌کنند. این سازه‌ها در صنایع و حوزه‌های گوناگونی مورد استفاده قرار گرفته و کاربرد گسترده‌ای دارند. بیشترین کاربرد آن‌ها، استفاده در پروژه‌های عمرانی مانند اجرای سازه نگهبان خرپایی، ساخت پل‌ها، سقف‌ها و سوله‌ها است. خرپاها انواع مختلفی دارند که توان تحمل نیرو و میزان پایداری هر کدام با سایرین فرق دارد. در ادامۀ مطلب، به انواع آن‌ها اشاره شده است.

خرپا چیست و چه کاربردی دارد؟

مهاربندی خرپا

المان‌ها و اعضای سازه‌های خرپایی لنگر خمشی را تحمل نکرده و وظیفه پایداری اعضاء در این سازه بر عده گره‌ها یا همان محل‌های اتصال است. از این رو می‌توان هنگام ساخت اعضا و المان‌ها از متریال نازک‌تر استفاده کرد. این موضوع هم موجب پایداری ارتجاعی سازه گردیده و هم از نظر اقتصادی مقرون به صرفه‌تر خواهد بود. در این موارد، استفاده از مهاربند در جهت جانبی خرپا راه حلی مناسب برای افزایش مقاومت و استحکام آن می‌باشد.

مزیت و نقش خرپاهای فلزی در سوله سازی

سوله‌ها مکان‌هایی بزرگ و مناسب جهت انبار کردن کالاها، تولید، برگزاری رویدادها و موارد این چنینی دیگر هستند که عمدتا نیز سقف‌شان شیب دار است. به منظور پوشش سقف این مکان‌ها عمدتا از خرپا استفاده می‌شود. چرا که نسبت به سایر مصالح مشابه، مزیت‌های فراوانی ایجاد می‌کند. مهمترین مزایای این سازه‌ها در ساخت انواع سوله به شرح ذیل است:

  • صرفۀ اقتصادی و در نتیجه کاهش هزینه ها.
  • وزن پایین تجهیزات و فشار کمتر به سازه به دلیل استفاده از مقاطعی مانند پروفیل Z در ساخت خرپا.
  • امکان نصب، اجرا و بهره برداری سریع و آسان.
  • تنوع بالا در ابعاد و دهانه و عدم وجود محدودیت برای پوشش سقف سوله‌های مختلف.

اتصالات سازه ‌های خرپایی چگونه است؟

از روش‌های گوناگونی جهت اتصال المان‌های خرپا به یکدیگر استفاده می‌شود که جوشکاری، پیچ و پرچ مهمترین آن‌ها به شمار می‌آیند. هر یک از این اتصالات کارایی مختلفی داشته و برای نوع خاصی از سازه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. پرچ را می‌توان ناکارآمدترین روش موجود برای اتصال سازه‌های این چنینی دانست. علاوه بر این، جهت پرچ کاری نیاز به نیروی ماهر و متخصص در این زمینه هم وجود دارد. از این رو استفاده از پرچ برای اتصال المان‌های مختلف خرپا چندان متداول نیست. با این حال، گاه در برخی سازه‌ها مانند پل‌های راه آهن که پدیده خستگی در آن زیاد اتفاق می‌افتد، بالاجبار از پرچ استفاده می‌شود.

جوشکاری و پیچ نسبت به پرچ کارایی بیشتری دارند و مناسب تر هستند. سازه‌های کوچک عمدتا در همان محل پروژه جوشکاری شده یا با استفاده از پیچ به هم متصل خواهند شد. با این حال، بخش‌های مختلف سازه‌های بزرگ در کارگاه با استفاده از جوش یا پیچ به هم متصل شده و سپس جهت نصب به محل پروژه انتقال داده می‌شوند. با توجه به نوع سازه و نیازهای پروژه، امکان طراحی اتصالات خرپا با چند روش گوناگو از جمله سفت و سخت، نیمه سفت و سخت و لولا وجود دارد.

خرپا باید در مقابل چه نیروهایی مقاوم باشد؟

نیروهای وارد بر خرپا در سازه‌های مختلف با هم تفاوت داشته و تا حد زیادی به نوع کاربری سازه بستگی دارد. این نیروها در برخی موارد ثابت بوده و تغییر نمی‌کند. گاه نیز ممکن است سازه در معرض نیروهای متغیر قرار گرفته و در هر بخشی از شبانه روز یا سال، میزان مختلفی نیرو دریافت کند. از طرف دیگر، این امکان هم وجود دارد که ترکیبی از نیروهای ثابت و متغیر بر سازه اعمال شود. به طور کلی، اصلی‌ترین نیروهایی که به خرپاها وارد می‌آید عبارتند از:

  1. بار مرده
  2. بار زنده
  3. نیروی باد
  4. نیروی زلزله

1- بار مرده

این نوع بار عمدتا شامل نیروهایی است که تحت تاثیر وزن خود سازه و مصالحی که در آن به کار می‌روند همچون تیرهای فولادی، تیرچه و انواع بست به آن اعمال می‌شوند. گاهی اوقات، هنگام استفاده از این سازه‌ها در سقف ساختمان‌ها، ممکن است وزن برخی تاسیسات هم بر روی آن قرار گرفته و میزان بار مرده را افزایش دهد. مجاری مربوط به تهویه هوا یا سایر تاسیسات این چنینی مهمترین مواردی هستند که در افزایش بار مرده سازه‌های خرپایی تاثیر دارند.

2- بار زنده

به مجموعه نیروهای غیر سازه‌‌ای که بر ساختمان وارد می آید، بار زنده گفته می‌شود. بارهایی مانند نیروهای ناشی از عبور و مرور ساکنین، وسایل و تجهیزات، و وزن ناشی از اسباب و اثاثیه همگی جزء بارهای زنده هستند. وزن ناشی از انباشت برف بر روی سازه در هوای سرد و زمستانی و بارهای زنده جرثقیل در این سازه‌ها هم جزء بار زنده به شمار می‌آيد. شدت استاندارد بار زنده وارد بر خرپاها بر اساس استاندارد IS: 875 – 1987 محاسبه می‌شود.

3- نیروی باد

نیروی دیگری که به خرپا اعمال شده و باید توان مقاومت در برابر آن را داشته باشد، نیروی باد است. میزان باد و در نتیجه میزان نیروی حاصل از آن، بسته به مکان جغرافیایی سازه متفاوت است. برای مثال، در برخی مناطق میزان وزش باد و شدت آن بیشتر است. از طرف دیگر، در هر منطقه، برخی مکان‌ها مانند بلندی‌ها، بادگیرتر بوده و بیشتر در معرض نیروی باد قرار می‌گیرند. از این رو باید در هر شرایط، پیش بینی‌های لازم جهت مقاوم سازی سازه در برابر این نیرو انجام گیرد.

با توجه به فضای خالی موجود در سقف‌های خرپایی، باد پشت آن به دام افتاده و نیرویی خلاف گرانش را به آن وارد می‌کند. در صورتیکه این سقف‌ها به صورت افقی ایجاد شده باشند، نیروی باد عمدتا به صورت قائم اعمال می‌شود. اما اگر سقف سازه دارای شیب زیادی باشد، امکان وارد شدن نیرو به شکل مورب هم وجود خواهد داشت. نیروی باد گاه از نیروی گرانش بیشتر بوده و به همین خاطر موجب بازگشت نیرو و اعضای خرپا شود.

4- نیروی زلزله

بار ناشی از زلزله به صورت مستقیم به وزن ساختمان بستگی دارد. به همین خاطر، معمولا این بار در طراحی ساختمان ‌های سبک فولادی (سازه LSF) لحاظ نمی‌شود. بار زلزله در ساختمان‌های صنعتی که وزن زیادی را در پشت بام تحمل می‌کنند، محاسبه می‌شود. به طور کلی، نیروی زلزله در تمامی اجزای سازه پخش شده و باید مقاوم سازی برای هر بخش انجام گیرد. خرپا در سقف یا سایر قسمت‌ها هم از این موضوع مستثنی نبوده و باید اقدامات لازم جهت مقاوم سازی آن به‌خصوص در مناطق زلزله خیز انجام گیرد.

روش‌های تحلیل نیرو در خرپا

تحلیل نیرو در سازه‌های این چنینی باید به صورت دقیق انجام گیرد تا در ادامه مشکلاتی از جمله عدم توازن، باعث فروریزی یا آسیب دیدگی آن ها نشوند. انجام این کار عمدتا بر اساس فرمول‌های موجود در مبحث استاتیک و مقاومت مصالح صورت می‌گیرد. به طور کلی، دو روش مختلف در استاتیک جهت تحلیل نیروهای وارده بر خرپا وجود دارد:

  1. محاسبۀ بار در مفاصل
  2. محاسبۀ بار در مقاطع

1- محاسبه بار در مفاصل (Joint)

در این روش باید برآیند نیروها در مفاصل یا محل‌های اتصال که در استاتیک با عنوان گره هم شناخته می‌شوند، به صورت جداگانه محاسبه می‌گردد. بر اساس قوانین استاتیک، برآیند نیروهای وارد شده به هر مفصل باید صفر در نظر گرفته شود. به این ترتیب، امکان بررسی نیروهایی که از قسمت‌ها و المان‌ها مختلف وارد می‌شوند، وجود خواهد داشت. نیروهای وارده بر مفاصل یا گره‌های خرپا خود شامل نیروهای فشاری و کششی می‌باشند.

2- محاسبه بار در مقاطع (Section)

در این شیوه تحلیل نیرو، بخشی از سازه به عنوان یک سیستم جداگانه در نظر گرفته شده و برآیند نیروهای وارد شده بر آن مورد بررسی قرار می‌گیرد. بر مبنای قوانین استاتیک، برآیند نیروی اعمال شده به این بخش‌های جداگانه هم باید صفر باشد. به این ترتیب، سازه را به چندین بخش مختلف تقسیم کرده و برایند نیرو در هر قسمت برابر صفر قرار داده می‌شود تا نیروهای کششی و فشاری هر المان به شکل جداگانه محاسبه شود.

مزایا و معایب خرپا

این سازه‌ها با توجه به شکل و ساختار ظاهری خاص خود و همچنین ویژگی‌های استاتیکی که دارند، توان تحمل بار را تا چندین برابر سازه‌های معمولی ایجاد می‌کنند. از این رو در صنایع گوناگون بسیار پرکاربرد بوده و مزایای فراوانی هم دارند. البته مانند هر سازه یا تجهیزات دیگری، معایبی هم در ساختار این سازه‌ها دیده می‌شود. بنابراین مصرف کنندگان باید شناخت کاملی از مزایا و معایب خرپا داشته و با بررسی آن‌ها، جهت استفاده از سازه‌های این چنینی تصمیم گیری کنند.

مزیت ها

  • اجرای این سازه‌ها بسیار ساده و آسان است.
  • در برابر تنش‌های محیطی از مقاومت بالایی برخوردار می‌باشد.
  • حمل و جا به جایی تجهیزات لازم برای اجرای این خرپاها راحت است.
  • امکان استفاده از این تجهیزات در انواع سازه‌ها و صنایع گوناگون وجود داشته و تنوع بالایی دارند.
  • بارهای داخلی المان‌های خرپا به صورت محوری منتقل شده و در طراحی نقشی مناسب ایفا می‌کنند.
  • اجرا و نصب سازه‌های این چنینی نیازی به نیروی انسانی ماهر و متخصص یا ابزارآلات و دستگاه‌های پیچیده ندارد.
  • این مصالح امکان استفاده مجدد و خرید و فروش به شکل دست و دوم را دارند. حتی در صورت پایان عمر مفید آن‌ها، امکان بازیافت‌ شان با درصد بالا وجود داشته و مصرف کننده می‌تواند بخش قابل توجهی از هزینه‌ها را با فروش المان‌ها دریافت نماید.
  • نسبت به سایر المان‌های سازه‌ ای تنش و فشرده سازی کمتری داشته و همین امر تا حد زیادی کاهش استفاده از مواد اولیه و در نتیجه کاهش هزینه‌ها را به دنبال دارد. پس از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه است.
  • از مهمترین مزایای خرپا، امکان استفاده از آن در دهانه‌های بسیار بزرگ و با مسافت طولانی است. در همین راستا، این محصول به صورت گسترده در پوشش سقف مکان‌هایی مانند ایستگاه‌های اتوبوس، مترو و فرودگاه، استادیوم‌ها، سقف سوله و سایر مکان‌های این چنینی به کار گرفته می‌شود.
  • استفاده از آن، یک انتخاب مناسب برای ساختمان‌های مرتفع به حساب می‌آید.

معایب خرپا

  • هزینه تعمیر و نگهداری سازه‌های خرپایی نسبتا بالا بوده و باید در دروه‌های زمانی مختلف مورد ارزیابی قرار گیرند.
  • با توجه به اینکه تقریبا تمامی المان‌های مورد استفاده در این سازه‌ها از فلز و عمدتا فولاد ساخته می‌شوند، وزن بالایی دارند. در نتیجه بار مرده وارد بر ساختمان را به میزان قابل توجهی افزایش می‌دهند.
  • زمان اجرای آن‌ نسبت به سایر سازه‌های مشابه تا حدودی بیشتر است.
  • خرپا از جمله سازه‌های حجیم و بزرگ به شمار می‌آید. به همین خاطر برای اجرای آن فضای زیادی لازم است.

لطفا به این مطلب امتیاز دهید و ما را در بهینه کردن مطالب یاری نمایید.
one star rate
%0
two star rate
%0
three star rate
%0
four star rate
%0
five star rate
%100
 میانگین رای: 1 نفر

نظرات ( 0 )


ارسال پیام