دسترسی سریع به محتوای این مطلب
یکی از موارد مهم در ساخت و سازهای عمرانی، ایجاد استحکام کافی در سازه ها است. سازه هایی مثل پل ها، برج ها، سدها، سوله ها و نیروگاه ها زمانی قابلیت بهره برداری دارند که اطمینان کافی از مقاومت آن ها در برابر نیروهای مختلف وجود داشته باشد. در محاسبات مهندسی، روش های مختلفی برای ایجاد سازه های مقاوم وجود دارد. یکی از پرکاربردترین ابزارهای مهندسی در ایجاد سازه های مقاوم، خرپا که با سازه فضاکار تفاوت هایی دارد.
خرپا به عنوان ابتدایی ترین و ساده ترین ابزار کاربردی در ایجاد سازه ها شناخته می شود که در ساخت قسمت های مختلف ساختمان استفاده می گردد. با توسعه دانش و مهارت مهندسی، خرپاها به صورت ساختارهای سه بعدی طراحی و ساخته می شوند. این ساختارها که با عنوان سازه های فضاکار نامیده می شوند، تفاوت هایی با خرپاها دارند. در این مقاله قصد داریم به بررسی تفاوت خرپا و سازه های فضاکار بپردازیم.
تفاوت خرپا و سازه فضاکار از موضوعات مهم در زمینه مهندسی سازه و طراحی سازه های فلزی است که شناخت آن برای انتخاب بهترین سیستم در پروژه های ساختمانی اهمیت زیادی دارد. هر کدام از این دو نوع سازه ویژگی ها، کاربردها و عملکرد خاص خود را دارند و انتخاب بین آن ها نیازمند درک درست از اصول طراحی و اجرای آن هاست. سازه فضایی با ساختار سه بعدی خود، توانایی بالایی در تحمل بارهای گسترده دارد و در پروژه هایی با دهانه های بزرگ به کار می رود، در حالی که سازه ی خرپایی بیشتر در دهانه های متوسط و برای اجرای سریع تر مورد استفاده قرار می گیرد.
درک تفاوت میان اجزای سازه فضاکار و عناصر تشکیل دهنده یک سازه ی خرپایی، نقش مهمی در تصمیم گیری برای طراحی سازه خرپایی یا انتخاب سازه فضاکار فولادی دارد. اگر به دنبال آن هستید که بدانید کدام گزینه برای پروژه شما مناسب تر است و در طراحی سازه های خرپایی چه نکاتی باید رعایت شود، پیشنهاد می شود ادامه مطلب را مطالعه کنید تا با جزئیات و تفاوت های فنی هر دو سیستم آشنا شوید.
| ویژگی ها | خرپا | سازه های فضاکار |
|---|---|---|
| نوع ساختار | دو بعدی و معمولا در یک صفحه طراحی می شود | سه بعدی و از شبکه ای از اعضای متصل تشکیل شده است |
| نحوه انتقال نیرو | انتقال نیرو در یک صفحه و به صورت کشش و فشار در اعضا | انتقال نیرو در سه جهت و توزیع متعادل بارها |
| وزن کلی سازه | سبک تر به دلیل تعداد کمتر اعضا | سنگین تر به دلیل داشتن اعضا و اتصالات بیشتر |
| حجم و ابعاد کلی | حجم کمتر و ساختار فشرده تر | حجم بیشتر به علت فرم شبکه ای و گسترده |
| جنس سازه | معمولا از فولاد ساخته می شود | قابل ساخت از فولاد، آلومینیوم، چوب، کامپوزیت و بتن تقویت شده |
| کاربرد معمول | مناسب برای سوله ها، پل ها و دهانه های متوسط | مناسب برای سالن های ورزشی، نمایشگاه ها و دهانه های بزرگ |
| طراحی و تولید | ساده تر و نیازمند زمان و تخصص کمتر | پیچیده تر و نیازمند طراحی دقیق سه بعدی |
| هزینه ساخت | معمولا ارزان تر به دلیل سادگی در تولید و نصب | گران تر به علت پیچیدگی اتصالات و نیاز به دقت بیشتر در اجرا |
| پایداری و استحکام | مناسب برای بارهای خطی و موضعی | بسیار مقاوم در برابر بارهای گسترده و چند جهته |
| ظاهر و زیبایی | ظاهری ساده و صنعتی دارد | از نظر معماری زیباتر و مدرن تر محسوب می شود |
یکی از موارد تفاوت خرپا و سازه های فضا کار از نظر کاربرد می باشد. خرپا به دلیل ساختار هندسی خود، می تواند ضمن تحمل بارهای زنده و مرده، آن ها را به سازه های نگهدارنده اصلی مثل تیرهای باربر، دیوارها یا زمین منتقل کنند. خرپا به دلیل وزن کمتری که دارد، گزینه مناسبی برای استفاده در سازه هایی است که باید با کمترین وزن ممکن، طراحی و ساخته شوند.
از سوی دیگر، خرپا مناسب استفاده در مواردی مثل سقف های عریض است که دهانه بزرگ تری دارند. چون این سازه ها بر اثر تحمل بارهای زیاد دچار شکم دادگی و انحراف می شوند. استفاده از خرپا در چنین سازه های طولانی باعث تقویت سازه و کاهش انحراف می گردد. خرپا عمدتاً برای ساخت تیرچه، سقف ها، پل ها، و برج ها استفاده می شود. سازه های فضاکار موارد کاربرد بیشتری نسبت به خرپا دارند.
این سازه ها در مواردی از قبیل پوشش ورزشگاه ها، آشیانه هواپیماها، غرفه های نمایشگاهی، سوله ها، ایستگاه های راه آهن، مراکز تفریحی، سالن های اجتماع فضای آزاد، سایبان ها و برج های نصب تجهیزات رادیویی و هواشناسی کاربرد دارند. چون سازه های فضاکار از دو طرف مهاربندی می شوند و می توان آن ها را به صورتی ساخت که از یک طرف به صورت دهانه باز باشند. به همین دلیل است که قسمت کلاهک مانند سقف های استادیوم ها عمدتا با استفاده از سازه های فضاکار طراحی و ساخته می شود.
خرپا دو بعدی است ولی سازه های فضا کار به صورت سه بعدی طراحی و ساخته می شوند. بنابراین تفاوت خرپا و سازه های فضا کار از نظر هندسی نیز مطرح می باشد. خرپا به دلیل دو بعدی بودن، باید از هر دو طرف مهاربندی شود و تکیهگاه داشته باشد. اما سه بعدی بودن سازه های فضا کار این امکان را به آنها می دهد که از یک سر آزاد باشند. همین امکان موجب محبوبیت آن ها در کاربردهای زیبایی شناسی شده است.
به عنوان مثال، خرپاها عمدتا سازه های خطی و زاویه دار و نسبتاً خشن بر روی سقف ها ارایه می دهند. اما با سازه های فضا کار می توان بناهایی با انعطاف بیشتر، از قبیل منحنی، دایره ای، موج دار و گنبدی شکل ساخت. از سوی دیگر خرپا عمدتا به عنوان عامل تقویت کننده در زیر یا پشت اجزای دیگر ساختمان مثل سقف ها پنهان می شود. اما سازه های فضاکار خود به عنوان بخش مستقلی از سازه در معرض دید قرار دارند.
مهم ترین مزیت خرپا سادگی آن در طراحی و ساخت است، چون خرپا می تواند صرفاً یک مثلث مهاربندی شده باشد. به عنوان مثال، خرپاهای کینگ پست که معمولاً در ساخت سقف های خانگی استفاده می شوند به شکل یک مثلث ساده، با یک عضو عمودی بین راس و وتر پایین هستند و تا 8 متر را می توانند پوشش دهند. اما سازه های فضاکار از تعداد زیادی عضو تشکیل شده اند و نیاز به اجزا و اتصالات بیشتری دارند.
خرپا بر خلاف سازه های فضاکار نیاز به طراحی خیلی پیچیده و زمان بر ندارد. بلکه به صورت تکرار یک الگوی ساده ساخته می شود و بنا به سفارش مشتری یا نیاز پروژه، می تواند در طول های مختلف برش داده شود. اما سازه های فضا کار به نسبت هر پروژه باید مدل سازی شوند و از مقاومت آن ها اطمینان حاصل گردد. برای مدل سازی سازه های فضاکار نیز باید از برنامه های پیشرفته و مهندسان متخصص استفاده کرد. به همین دلیل مراحل طراحی، مدل سازی و ساخت سازه های فضاکار نسبت به خرپا پیچیده تر و زمان برتر می باشد. بنابراین می توان گفت، یکی دیگر از موارد تفاوت خرپا و سازه های فضا کار از نظر طراحی و ساخت آن ها می باشد.
از طرفی دیگر، خرپا را می توان در کارگاه و بر روی زمین ساخت و در سازه استفاده نمود. همچنین انتخاب طول های مختلف برای خرپا انعطاف پذیری بیشتری دارد. چون در کارگاه تولید، می تواند به اندازه دلخواه برش داده شود. اما سازه های فضا کار ابعاد مشخص دارند و به دلیل حساسیت های طراحی و مقاومتی، نمی توان آن ها در طول های دلخواه تولید کرد یا پس از ساخت، برش داد.
عملکرد اصلی خرپا به این صورت است که در مقایسه با تیرهای صلب و سازه های فضا کار به مواد کمتری برای تحمل بارها نیاز دارد. به همین دلیل، خرپا سبک تر است اما سازه های فضاکار به دلیل داشتن تعداد اعضا و اتصالات بیشتر، وزن و حجم بیشتری دارند. این مسئله نیز یکی دیگر از موارد تفاوت خرپا و سازه های فضا کار به شمار می رود. البته باید توجه داشت که وزن بیشتر سازه های فضاکار همیشه نقطه ضعف محسوب نمی شود.
زیرا این نوع سازه ها با توزیع سه بعدی نیروها پایداری بالاتری دارند و میتوانند دهانه های بسیار بزرگ را بدون نیاز به ستون میانی پوشش دهند. در واقع افزایش تعداد اعضا در سازه ی فضاکار باعث افزایش استحکام و کاهش تمرکز تنش در نقاط خاص میشود. به همین دلیل، در پروژه هایی که پایداری و زیبایی سازه اهمیت بیشتری دارد، سازه های فضاکار گزینه ای مناسب تر از خرپا به شمار می روند، حتی اگر وزن و حجم کلی آنها بیشتر باشد.
تفاوت خرپا و سازه های فضا کار از نظر جنس، یکی از موارد قابل تامل است. خرپا عمدتاً از فولاد ساخته می شود. برای ساخت خرپا نیز بایستی به میلگردهای فولادی با قطر مشخص دسترسی داشت. اما سازه های فضا کار را می توان با مواد مختلفی از قبیل فولاد، چوب، آلومینیوم، کامپوزیت و حتی بتن تقویت شده با الیاف نیز ساخت. انتخاب جنس در هر دو نوع سازه تا حد زیادی به نوع کاربری، شرایط محیطی و بودجه پروژه بستگی دارد.
در حالی که خرپاهای فولادی به دلیل استحکام بالا و سهولت در اجرا بیشترین کاربرد را دارند، سازه های فضاکار با بهره گیری از متریال های سبک تر مانند آلومینیوم یا کامپوزیت میتوانند وزن کلی سازه را کاهش دهند و در برابر خوردگی و شرایط جوی مقاومت بیشتری داشته باشند. به همین دلیل در فضاهای باز، سالن های نمایشگاهی یا سازه های موقت، استفاده از سازه فضاکار با جنس های سبک تر رایج تر است.
خرپا برای طراحی، تولید و استفاده نیاز به زمان و تخصص کمتری نسبت به سازه های فضاکار دارد. به همین دلیل، قیمت خرپا نسبت به سازه های فضاکار کمتر است. البته باید به این نکته نیز توجه داشت که سازه های فضا کار به عنوان عضو مستقل سازه به کار می روند و مثل خرپا نیاز به استفاده از بتن بر روی آن ها وجود ندارد. تفاوت خرپا و سازه های فضا کار از نظر هزینه، می تواند مسئله ای مهم در پروژه ها باشد.
از سوی دیگر، یکی از عوامل تاثیرگذار بر هزینه نهایی اجرای هر دو نوع سازه، تغییرات مربوط به قیمت آهن در بازار است. با توجه به اینکه خرپا و سازه های فضاکار هر دو بر پایه مصرف فولاد و مقاطع فلزی ساخته می شوند، نوسانات قیمت آهن می تواند به شکل مستقیم بر بودجه پروژه اثر بگذارد. در زمان هایی که قیمت آهن افزایش می یابد، اختلاف هزینه میان اجرای خرپا و سازه فضاکار نیز بیشتر می شود و تصمیم گیری بین این دو گزینه باید با توجه به شرایط اقتصادی و نیاز فنی پروژه انجام گیرد.
سایر موارد تفاوت خرپا و سازه های فضا کار
انتخاب بین سازه خرپا و سازه های فضاکار به عوامل مختلفی مانند نوع پروژه، دهانه مورد نیاز، هزینه ساخت و زمان اجرا بستگی دارد. در پروژه هایی که دهانه های متوسط دارند و سرعت اجرا اهمیت زیادی دارد، استفاده از سازه خرپا گزینه ای مناسب و اقتصادی است. خرپا به دلیل طراحی ساده و اجرای سریع، در ساخت سوله ها، سالن های صنعتی و سازه های خرپایی بیشترین کاربرد را دارد.
در مقابل، سازه های فضاکار یا همان سازه فضایی فضاسازه برای پوشش دهانه های بسیار بزرگ و ایجاد فرم های معماری خاص مورد استفاده قرار می گیرند. این نوع سازه به دلیل انتقال بار در سه بعد و توزیع یکنواخت نیروها، استحکام بالا و وزن کمتری نسبت به خرپا دارد. از نظر اقتصادی، قیمت سازه فضاکار معمولاً بیشتر از خرپا است، اما در پروژه هایی با دهانه وسیع و نیاز به زیبایی ظاهری، انتخاب آن توجیه فنی و اقتصادی دارد.
خرپا فضایی یا خرپای فضایی نوعی از سازه های فضاکار است که ترکیبی از ویژگی های هر دو نوع سازه را در خود دارد و در پروژه های مدرن صنعتی و ورزشی کاربرد گسترده ای یافته است. با توجه به تنوع در طراحی و انواع سازه فضایی، انتخاب بین سازه خرپا و سازه های فضاکار باید بر اساس نیازهای سازه ای، زیبایی شناسی و هزینه نهایی پروژه انجام گیرد تا هم از نظر فنی و هم اقتصادی بهترین نتیجه حاصل شود.
جمع بندی
در این مقاله تفاوت خرپا و سازه های فضاکار مورد بررسی قرار گرفت. خرپا یک عضو فلزی دو بعدی متشکل از الگوهای مثلثی شکل است که از دو میلگرد بالایی و پایینی و میلگردهای میانی زیگزاگ شکل، تشکیل می شود. اما سازه های فضاکار شبکه سه بعدی از خرپاها هستند. این سازه ها می توانند به عنوان سایبان یا بخشی از بنا در ساخت استادیوم، مراکز تفریحی، نیروگاه ها و مراکز صنعتی استفاده شوند. فرآیند طراحی و ساخت خرپا ساده تر، سریع تر و کم هزینه تر از سازه های فضاکار می باشد.
خرپا را می توان در طول های مختلف برش داد و برای ساختمان هایی با سقف های دارای عرض 100 متر نیز استفاده کرد. اما سازه های فضاکار به دلیل آزاد بودن یک سر از آنها، محدودیت طول دارند. همچنین خرپاها عمدتاً به عنوان عضو کمکی و تقویتی در زیر بتن ریزی یا پشت سازه پنهان می شوند و چندان نمایان نیستند اما سازه های فضا کار با طراحی های مهندسی خاص خود علاوه بر عملکرد اصلی، به سازه زیبایی می دهند.
سوالات متداول
برای سقف دهانه بزرگ معمولا سازه فضاکار گزینه بهتری است زیرا میتواند بار را به صورت سه بعدی پخش کند و با کمترین تغییر شکل دهانه های بسیار وسیع را پوشش دهد. خرپا برای دهانه های متوسط عملکرد خوبی دارد اما در دهانه های خیلی بزرگ محدودیت فنی دارد.
هزینه اجرای خرپا معمولا کمتر از سازه فضاکار است چون طراحی و نصب آن ساده تر است. اما در پروژه هایی با دهانه زیاد سازه فضاکار به دلیل کاهش وزن کلی و نیاز کمتر به ستون های میانی میتواند در بلندمدت مقرون به صرفه تر باشد.
وزن سازه فضاکار نسبت به خرپا کمتر است زیرا اعضا در سه جهت بار را منتقل می کنند و نیروها به شکل متعادل تری توزیع می شوند. این کاهش وزن باعث کاهش بار مرده وارد بر فونداسیون نیز می شود.
خرپا میتواند در برخی پروژه ها جایگزین سازه فضاکار شود اما نه در همه موارد. در دهانه های بسیار بزرگ یا سقف های با فرم پیچیده خرپا محدودیت دارد و سازه فضاکار عملکرد بهتری ارائه میدهد.
سازه فضاکار برای پروژه های صنعتی سالن های تولید و فضاهای ورزشی انتخاب مناسبی است چون هم سبک است و هم قابلیت اجرای دهانه های عریض را دارد. خرپا بیشتر برای سوله ها یا سازه های با دهانه متوسط کاربرد دارد و اجرای آن سریع تر است.
با ۷ سال تجربه در تولید محتوای دیجیتال و مدیریت شبکههای اجتماعی، در نگارش مقالات سئو و محتوای تخصصی حوزه آهن و فولاد مهارت دارم. هدف من ارائه اخبار به روز و تحلیلهای دقیق بوده تا مخاطبان را با تغییر و تحولات این صنعت آگاه سازم.