خرپا (Truss) یک نوع ساختار مهم در مهندسی سازه است. این سیستم، یک ساختار مثلثی شکل است که به‌طور منظم و متصل طراحی شده است.
اعضای خرپا به‌عنوان اعضای دو نیرو در نظر گرفته می‌شوند، زیرا نیروها تنها در انتهای هر عنصر اعمال می‌شوند و در نتیجه نیروهای فشاری یا کششی ایجاد می‌کنند.
برای دانلود این مقاله به صورت PDF، اینجا کلیک کنید.
خرپا (Truss) سازه‌ای صلب و مثلثی شکل است که اعضای آن مستقیم و بدون انحنا بوده و اتصالات آن با یکدیگر به‌صورت مفصل (لولا) طراحی شده‌اند.
واحد هندسی اصلی در خرپا، مثلث است. مثلث یک شکل ثابت است که فرم آن بدون تغییر طول اضلاع، حتی با اتصالات مفصلی نیز تغییر نمی‌کند.
اتصالات در سایر چندضلعی‌ها (مانند مستطیل) غیرپایدار هستند.
اگر کابلی بین دو نقطه کشیده شود، نیروی افقی به‌وسیله تکیه‌گاه‌های ثابت خنثی می‌شود. اما اگر وضعیت به‌گونه‌ای تغییر کند که یکی از تکیه‌گاه‌ها مفصلی و تکیه‌گاه دیگر غلتکی شود، سیستم غیرپایدار خواهد شد.
زیرا هر دو تکیه‌گاه می‌توانند عکس‌العمل نیروی عمودی را تحمل کنند، اما تکیه‌گاه غلتکی به‌وسیله نیروی افقی کابل به سمت مرکز کشیده می‌شود.
این مجموعه به‌عنوان یک خرپای ساده با هندسه مثلثی و دارای اتصالات گیر دار و مقاومت درونی عمل می‌کند.
خرپاها توانایی تحمل نیروهای کششی و فشاری را دارند و تحت تأثیر نیروهای وارد شده، تغییر هندسی نمی‌دهند؛ مگر آنکه یکی از اعضای آن خم شود یا بشکند. به‌دلیل نوع اتصال مفصلی اعضای خرپا به یکدیگر، نیروی گشتاور در آن‌ها تأثیری ندارد. به همین دلیل، خرپاها جزء سازه‌های ساده باربر محسوب می‌شوند و در پل‌ها، سقف‌ها، سوله‌ها با دهانه‌های بلند و سازه‌های هوافضا کاربرد گسترده‌ای دارند.
اگر مجموعه خرپا معکوس شود، نیروهای کششی و فشاری نیز معکوس خواهند گردید. توجه داشته باشید که در این حالت، واحد اصلی هندسی به شکل مثلث باقی می‌ماند.
اعضای بالایی و پایینی خرپا به‌ترتیب “میلۀ فوقانی” و “میلۀ تحتانی” نامیده می‌شوند. تمامی اعضای بین میلۀ فوقانی و تحتانی، اعضای جان خرپا هستند.
در خرپاهای مسطح، تمامی اعضا در یک سطح قرار دارند، در حالی که خرپاهای فضایی در سه بعد، دارای این اعضا هستند.
در هر دو نوع خرپای ذکرشده، دهانه‌ها در یک جهت قرار گرفته‌اند. هدف ما قرار دادن سازه در بیرون ساختمان است تا به بیشترین انعطاف‌پذیری در فضاهای ساختمان دست یابیم.
اگرچه به نظر می‌رسد این حالت سازه عمر کوتاه‌تری نسبت به ساختمان دارد، اما این تفکر همیشه صحیح نیست.
اگر اعضا همگی در یک صفحه موجود باشند، به آن “خرپای صفحه‌ای” می‌گویند. آنچه که به ساختار بصری ساختمان اهمیت می‌بخشد، بافت نما، مقیاس و جزئیات بصری را تعیین می‌کند.
قاب خرپایی، سازه اصلی است که بر روی سه عضو دیگر اثر می‌گذارد. اتصالات گیر دار به‌طور گسترده‌ای جهت ایجاد تأثیر بصری مطلوب و پاسخ به بارگذاری مناسب در مقیاس بزرگ و حرکت ناشی از تغییرات دما مورد استفاده قرار می‌گیرند.
ساختمان شامل کل اجزای سازه، از جمله اعضای اتصالات و اسکلت حجیم فولادی است که تیرهایی از آن به‌وسیله قلاب‌هایی آویزان شده‌اند. این سیستم به سازه و کل ساختمان انرژی و پویایی می‌بخشد.
ساختار اولیه خرپا
قاب‌ها به‌وسیله دال‌های کف به یکدیگر متصل می‌شوند و با استفاده از میلۀ فولادی متقاطع در برابر نیروهای جانبی مهاربندی می‌گردند.
قطر ستون‌های اصلی ۸۵۰ میلی‌متر است و به‌عنوان پایه‌های اصلی، این ستون‌های لوله‌ای شکل فولادی با ضخامت زیاد برای محافظت در برابر آتش‌سوزی با آب پر شده‌اند. این ستون‌ها با اتصالات قاب فولادی ضخیم متصل می‌شوند که خود نیز برای محافظت در برابر آتش‌سوزی با آب پر شده‌اند.
ستون‌ها با اتصالات قاب فولادی اصلی، دارای اتصالات گیردار هستند. قلاب‌ها در بخش بیرونی انتهای محور اصلی، توسط یک میلۀ عمودی به قطر ۲۰۰ میلی‌متر تثبیت شده‌اند و گوشه‌های داخلی خرپای اصلی را نگاه می‌دارند.
خرپاها به دلیل سه‌عضوی و مثلثی بودن، پایدار هستند. در مقابل، اشکالی که دارای چهار عضو یا بیشتر باشند، ناپایدار بوده و تحت اثر نیروهای وارد شده ممکن است فرو بریزند.
به دلیل توانایی خرپاها در پوشش دهانه‌های طولانی، معمولاً از آن‌ها در طراحی پل‌ها استفاده می‌شود. اتصالات در خرپاها معمولاً از نوع قلاب‌دار هستند؛ به‌طوری که هیچ نیروی برشی یا لنگر از یک عنصر به عنصر دیگر منتقل نمی‌شود. این ویژگی، تفاوت عمده‌ای بین خرپا و قاب است.
در سازه‌های قاب، اعضا معمولاً ترکیبی از نیروهای برشی، محوری و خمشی را تحمل می‌کنند؛ در حالی که اعضای خرپا تنها نیروی محوری را در نظر می‌گیرند.
مزایای خرپا چیست
در طراحی صحیح، خرپا روشی کارآمد برای پوشش مسافت‌های طولانی با کمترین میزان استفاده از مواد است. دلیل این کارایی، نحوه توزیع بارهای داخلی اعضا به صورت محوری (در جهت عضو) و القای فشردگی یا کشش در آن‌هاست. به این معنا که می‌توان از مواد کمتری استفاده کرد و سیستم به‌طور کلی کارآمدتر است؛ زیرا این نیروها به صورت یکنواخت بین تعدادی از اعضا توزیع می‌شوند.
برای اطلاعات بیشتر راجع به مزایای خرپا کلیک کنید.
معایب خرپا چیست
به دلیل ساخت خرپا در محل کارگاه و نیاز به فضای گسترده، این سازه‌ها تا حدودی جاگیر محسوب می‌شوند و باید فضای مناسبی برای ساخت آن‌ها در نظر گرفت. سرعت ساخت خرپا به دلیل نیاز به دقت بالا در فرآیند تولید، کاهش می‌یابد. این امر می‌تواند زمان اجرای پروژه را افزایش داده و هزینه‌ها را بالا ببرد. با این حال، با رعایت اصولی مانند زمان‌بندی دقیق در ساختمان‌سازی، می‌توان این مشکل را تا حدودی مدیریت کرد.
برای اطلاعات بیشتر راجع به معایب خرپا کلیک کنید.
انواع خرپا
خرپاها بر اساس شکل و چیدمان خود به انواع مختلفی تقسیم می‌شوند. در ادامه به بررسی چند نوع مختلف خرپا می‌پردازیم:
- خرپای ساده
خرپای ساده متشکل از یک مثلث منفرد است که ممکن است در قاب‌بندی سقف‌ها استفاده شود و شامل خرپا و تیرچه سقفی است. این نوع خرپا با اتصال سه عضو در دو گره به صورت مفصلی تشکیل می‌شود که به آن مثلث بنیادی خرپا می‌گویند. توسعه این نوع خرپا با افزودن دو عضو و یک گره جدید صورت می‌گیرد. اعضای جدید به گره‌های موجود متصل شده و ساختار را گسترش می‌دهند. این نوع خرپا به دلیل سادگی در طراحی و اجرا، خرپای ساده نامیده می‌شود. - خرپای مرکب
خرپای مرکب از ترکیب و اتصال دو یا چند خرپای ساده به وجود می‌آید. این نوع خرپا برای سازه‌هایی با نیاز به استحکام بیشتر و دهانه‌های بزرگتر مناسب است. - خرپای پیچیده یا مبهم
خرپایی که شرایط خرپای ساده یا مرکب را نداشته باشد، خرپای مبهم یا پیچیده نامیده می‌شود. این نوع خرپاها معمولاً ساختارهای غیرقابل پیش‌بینی دارند و به دقت بیشتری در طراحی و اجرا نیاز دارند. - خرپای مسطح
در این نوع خرپا، تمامی اعضا در یک صفحه دو‌بعدی قرار دارند. خرپای مسطح معمولاً برای ایجاد سقف‌ها، پل‌ها و سازه‌هایی با باربری دو‌بعدی استفاده می‌شود. پس از اتمام ساخت سقف، توجه به هزینه‌های ایزوگام می‌تواند در بهینه‌سازی هزینه‌ها نقش مهمی ایفا کند. - خرپای فضایی
در مقابل خرپای مسطح، خرپای فضایی یک چارچوب سه‌بعدی از مثلث‌های متصل است. این نوع خرپا برای سازه‌های بزرگ و پیچیده مانند سوله‌ها و ساختمان‌های صنعتی که به مقاومت بالا در سه‌بعد نیاز دارند، کاربرد دارد.
پایداری جانبی در خرپاها
پایداری در برابر نیروهای جانبی، به‌ویژه نیروی باد و دیگر نیروهای افقی، برای پایداری قابهای راست‌گوشه ضروری است. این امر معمولاً از طریق چند روش کلی به دست می‌آید:
- تقسیمات مثلثی شکل: تقسیم قاب به مثلث‌ها که به طور ذاتی دارای شکل هندسی ثابت و پایدار هستند.
- اتصالات صلب: ایجاد اتصالات محکم در نقطه تقاطع اعضا که به انتقال نیروها کمک می‌کند.
- دیوارهای برشی: استفاده از مقاومت برشی داخلی یک سطح صاف، مانند دیوار، که از تغییر شکل آن جلوگیری می‌کند.
دهانه‌ها در سازه خرپایی
دهانه‌ها به عنوان بخش‌های داخلی از قابهای تکراری تعریف می‌شوند که با فضای بین ستون‌ها یا دیوارهای باربر ایجاد می‌گردند. دهانه‌های ساده سازه‌ای از ستون‌هایی تشکیل می‌شوند که در طول چهار جهت دهانه سازه‌ای قرار دارند. این دهانه‌ها اگرچه در ظاهر ساده به نظر می‌رسند، اما باعث می‌شوند ستون‌های مرکزی بیشترین بار را تحمل کنند.
- دهانه‌های یک‌چهارم: در این نوع دهانه‌ها، ستون‌های کناری نصف بار ستون‌های مرکزی را تحمل می‌کنند.
- نیم‌دهانه‌ها: برای متعادل کردن بار تمامی ستون‌ها، می‌توان از تیرهای گیره‌دار برای ایجاد نیم‌دهانه‌ها استفاده کرد. این سیستم بار را بر روی تمامی ستون‌ها پخش کرده و تعداد ستون‌های موردنیاز را کاهش می‌دهد.
قابهای صلب
رفتار قاب تیر و ستون ساده که دارای اتصالات مفصلی است، در صورتی که اتصالات تیر به ستون صلب باشد، تغییر می‌کند. اگر ستون‌ها به تیرها اتصال صلب داشته باشند، مجموعه به عنوان یک قاب صلب عمل می‌کند. هنگامی که بار یکنواخت در طول تیر وارد شود و تکیه‌گاه‌ها در دو سر تیر قرار داشته باشند، تیر تغییر شکل می‌دهد و ستون‌ها نیز دچار جابجایی می‌شوند.
- اتصالات صلب با گالوانیزه گرم: در این نوع قاب‌ها، خمش و تغییر شکل در نقاطی که بیشترین بار وجود دارد، بیشتر است و تیر نیاز به ارتفاع بیشتری دارد. در نقاطی که خمش حداقل است، می‌توان از اتصالات مفصلی استفاده کرد. قابهای صلب چند دهانه این قابلیت را دارند که گشتاور خمشی را بین دهانه‌های مختلف منتقل کنند و سازه‌ای پایدارتر ایجاد کنند.
قابهای صلب چند دهانه
هنگامی که قابهای راست‌گوشه صلب تکرار می‌شوند، گشتاور خمشی در دهانه‌های مختلف منتقل شده و تغییر شکل در یک دهانه به سایر دهانه‌ها نیز سرایت می‌کند. این اثر متقابل باعث می‌شود که مقاومت خمشی در کل سازه تقویت شود و در نتیجه سازه پایداری بیشتری داشته باشد.
ساختار قابهای سبک
در ساختمان‌هایی که از قابهای چوبی سبک استفاده می‌کنند، پایه‌های چوبی منفرد (مشابه ستون) با فواصل کم به وسیله صفحات ممتد به یکدیگر متصل شده و ساختار دیوارها را تشکیل می‌دهند. این دیوارها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که مانند یک دیوار ممتد باربر عمل می‌کنند.
پایه‌های چوبی با استفاده از تیرهای کوتاه و مقاوم (نعل درگاه) بار وارده بر دهانه‌ها را به دو طرف بازشو منتقل می‌کنند. این پایه‌های چوبی چند عددی بار اضافی را به پی زیر ساختمان انتقال می‌دهند. پایداری جانبی در این سیستم به وسیله مقاومت برشی صفحات صلب تأمین می‌شود که به عملکرد دیافراگمی معروف است.
دیوارهای باربر
دیوارهای باربر بهترین گزینه برای نگهداری بارهای گسترده و یکنواخت هستند. این دیوارها شامل دال‌ها و تیرچه‌های با فاصله کم می‌شوند. در سازه‌هایی که بارهای متمرکز توسط دیوارهای باربر نگه داشته می‌شود، مقاومت این دیوارها با اضافه کردن میلگردهای تقویتی یا ضخیم کردن دیوار به شکل جرز یا ستون افزایش می‌یابد.
محل قرارگیری دیوارهای باربر در پلان ساختمان باید به دقت انتخاب شود تا بتواند توزیع بارها را به بهترین شکل ممکن انجام دهد. این دیوارها علاوه بر تحمل بار، می‌توانند به عنوان دیوارهای برشی نیز استفاده شوند و پایداری جانبی ساختمان را تامین کنند.
ستون‌ها
ستون‌ها برای تحمل نیروهای وارده از تیرها، خرپاها یا دال‌ها طراحی شده‌اند. برخلاف دیوارهای باربر، ستون‌ها فضای باز بیشتری در پلان ایجاد می‌کنند که امکان تغییر وضعیت فضای داخلی را فراهم می‌کند. ستون‌ها در ترکیب با تیرها، امکان پوشش دهانه‌های وسیع‌تری را فراهم کرده و به دلیل انعطاف‌پذیری بالاتر، در سازه‌هایی که نیاز به پلان‌های باز دارند، انتخاب مناسبی هستند.
تیرها
تیرها عموماً به صورت ترکیبی با تیرچه‌ها و دال‌ها عمل می‌کنند و وظیفه پوشش فاصله بین دهانه‌ها را بر عهده دارند. در سازه‌های مستطیلی، معمولاً تیرها در دهانه‌های کوچکتر و تیرچه‌ها در دهانه‌های بزرگتر قرار می‌گیرند. برای سازه‌هایی که از دال و تیر استفاده می‌کنند، دال‌ها معمولاً در دهانه‌های کوچکتر و تیرها در دهانه‌های بزرگتر قرار دارند.
اشکال مختلف خرپا
خرپاها در اشکال متنوعی طراحی می‌شوند که از نظر مواد، هندسه کلی و دهانه با یکدیگر متفاوت هستند. در ادامه، برخی از رایج‌ترین انواع خرپا معرفی می‌شوند:
۱. خرپای پرات (Pratt Truss)
خرپای پرات که به عنوان خرپای “N” نیز شناخته می‌شود، یکی از رایج‌ترین انواع خرپا است. جنس این خرپا معمولاً از فولاد ساخته می‌شود، اما در بعضی موارد از چوب نیز استفاده می‌گردد. این نوع خرپا بیشتر در سقف‌ها و پل‌ها به کار می‌رود و معمولاً دهانه‌ای بین ۳۰ تا ۶۰ متر دارد.
خرپای پرات از اعضای عمودی برای فشرده‌سازی و از اعضای افقی برای تحمل نیروهای تنشی استفاده می‌کند. این طراحی باعث می‌شود اعضای مورب طولانی‌تر تحت تأثیر بار گرانشی قرار گرفته و به طور موثرتری عمل کنند.
۲. خرپای وارن (Warren Truss)
خرپای وارن یکی دیگر از انواع رایج خرپا است که تعداد اعضای کمتری نسبت به خرپای پرات دارد. این خرپا از اعضای مورب تشکیل شده است که به صورت متناوب تحت تنش و فشرده‌سازی قرار می‌گیرند. ساختار خرپای وارن به شکل مثلث‌های دوطرفه است که به طور متناوب به سمت بالا و پایین قرار می‌گیرند.
ویژگی‌های خرپای وارن:
- جنس: معمولاً از فولاد ساخته می‌شود.
- کاربرد: این خرپا بیشتر در پل‌ها استفاده می‌شود.
- دهانه: تا حدود ۶۰ متر را پوشش می‌دهد.
۳. خرپای نور سبک (Light Truss)
این نوع خرپا معمولاً در دهانه‌های کوتاه‌تر و بیشتر در ساختمان‌های صنعتی به کار می‌رود. یکی از ویژگی‌های این خرپا، بهره‌برداری حداکثری از نور طبیعی است، به‌ویژه در مناطق شمالی با استفاده از سقف‌های شیب‌دار.
۴. خرپای پادشاه (King Post Truss)
خرپای پادشاه معمولاً از چوب ساخته می‌شود و تا ۸ متر دهانه را پوشش می‌دهد. این نوع خرپا در ساخت بام‌های خانگی بسیار رایج است. شکل آن یک مثلث ساده است که یک عضو عمودی بین رأس و وتر پایین دارد.
۵. خرپای ملکه (Queen Post Truss)
خرپای ملکه شبیه به خرپای پادشاه است، اما با این تفاوت که دارای اعضای مورب بیشتری است. این خرپا می‌تواند دهانه‌هایی تا ۱۰ متر را پوشش دهد.
۶. خرپای تخت (Flat Truss)
خرپای تخت دارای آکوردهای بالا و پایین موازی است و به‌ویژه برای ساخت طبقات با سطح مسطح مورد استفاده قرار می‌گیرد.
مهاربندی خرپا
اعضای خرپا به دلیل عدم تحمل لنگر خمشی باید توسط گره‌ها پایدار شوند. از آنجا که اعضای خرپا نازک‌تر هستند، پایداری آن‌ها در جهت جانبی با استفاده از مهاربندها تأمین می‌شود.
معینی و نامعینی خرپا
برای بررسی پایداری خرپا از رابطه زیر استفاده می‌شود:
- اگر M+R=2JM + R = 2J باشد، خرپا ایستا نامعین است و باید از لحاظ هندسی بررسی شود.
- اگر تعداد اعضای خرپا کمتر از ۲J−R2J – R باشد، خرپا ناپایدار است.
اتصالات خرپا
پس از تعیین حداقل سطح مقطع اعضا، طراحی اتصالات آخرین مرحله از طراحی خرپا است. اتصالات خرپا می‌تواند به وسیله جوش، پیچ یا مهره انجام شود و بر اساس نیاز پروژه، این اتصالات می‌توانند به صورت سفت و سخت، نیمه سفت و سخت یا لولا طراحی شوند.
سوالات متداول
خرپا به صورت صنعتی تولید می شود یا دستی؟
شرکت فیدار های با بهره گیری از جدیدترین ابزار های روز دنیا آن را به صورت صنعتی تولید کرده است و هیچگونه نیروی دستی در تولید خرپا حضور ندارد. به همین دلیل می توانیم به شما تضمین دهیم که تولید نهایی با نهایت کیفیت است.
آیا در تولید خرپا می توانید زیگزاگ را با اندازه های مختلف را تولید نمایید؟
بله ما میتوانیم زیگزاگ های بکار رفته را در اندازه‌های اندازه های ۴ تا ۶، تولید کرده و آن را بر اساس پاشنه بتن های مختلف به شما تحویل دهیم.
مدت زمان تحویل خرپا از زمان سفارش چه مقدار است؟
فیدار پایا با بهره گیری از جدیدترین ابزارهای روز دنیا می توانند ظرف مدت ۲۴ ساعت کاری سفارش شما را تکمیل کرده و آن را به شما تحویل دهد.
قیمت خرپا، بدون بتن چگونه محاسبه می شود؟
شما می توانید برای به دست آوردن آخرین قیمت با شماره های ۰۹۱۲۲۸۶۹۹۹۹ و یا ۰۹۱۲۲۸۵۹۹۹۹ تماس حاصل فرمایید.