انواع سازه های خرپایی معروف و عملکرد آن ها

خرپا سازه ‌ای فلزی (گاهی چوبی) است که اعضای تشکیل‌ دهنده آن مثلث ‌های به هم متصل‌ شده هستند که این مجموعه‌ ی متشکل از مثلث ‌ها به‌عنوان یک شی واحد عمل می‌ کند. وظیفه خرپا توزیع یکنواخت وزن، کنترل تنش و تراکم بدون ایجاد خمش و یا برش است. از نظر هندسی مثلث در مقایسه با اشکال چهار و یا چند ضلعی پایدارتر می باشد، زیرا برای جلوگیری از برش، گوشه‌ های این اشکال چهار و یا چند ضلعی باید به ‌جایی محکم و ثابت شوند.

همان ‌طور که پیش ‌تر اشاره شد، خرپا از واحد های مثلثی تشکیل ‌شده است و این واحد های مثلثی شکل خود متشکل از اعضای مستقیم و بدون انحنا می‌ باشند. انتهای این اعضای مستقیم و بدون انحنا در اتصالاتی به نام گره به یکدیگر متصل می‌ شوند. قیمت خرپا را به صورت روزانه از این لینک دریافت نمائید.

انواع خرپا

در مهندسی سازه، انواع خرپا را از جنبه های مختلفی مانند شکل، نوع اتصال، جنس مصالح و کاربرد بررسی می کنند. برای درک بهتر اینکه خرپا چیست باید بدانیم خرپا مجموعه ای از اعضای مستقیم است که به صورت مثلثی به هم متصل شده اند و در کنار هم یک سیستم مقاوم و سبک ایجاد می کنند.

در پروژه های ساختمانی و صنعتی، برای اینکه بتوان انواع دهانه ها و شرایط سازه ای مختلف را پوشش داد، مدل های متنوعی از سازه های خرپایی طراحی شده است. از خرپا فلزی برای سقف سالن ها، سوله ها و حتی خرپا در ساختمان های مسکونی استفاده می شود و بسته به دهانه و بار وارده می توان از مدل های مختلف مانند تیر خرپایی یا خرپاهای سبک و سنگین استفاده کرد.

انواع خرپا از نظر شکل

یکی از مهم ترین دسته بندی های سازه های خرپایی، طبقه بندی آنها بر اساس شکل هندسی و نحوه قرارگیری اعضا است. در این روش، نوع چیدمان المان های سازه مشخص می کند که خرپا چه مقدار مقاومت، سختی و کاربرد خواهد داشت. انتخاب نوع مناسب خرپا به عواملی مانند طول دهانه، نوع بار، شرایط پروژه و حتی محدودیت های معماری بستگی دارد. برای مثال در برخی پروژه ها از خرپا برای دهانه 8 متر استفاده می شود و در برخی دیگر ممکن است از خر پا کوتاه یا خرپاهای بزرگ صنعتی استفاده شود. در ادامه با چند نوع رایج از خرپاها آشنا می شویم.

خرپای پرات

خرپای پرات یکی از انواع پرکاربرد در سازه های خرپایی است که در آن اعضای مورب معمولا تحت کشش قرار می گیرند و اعضای عمودی تحت فشار عمل می کنند. این نوع طراحی باعث می شود خرپا بتواند بارهای زیادی را تحمل کند و برای دهانه های متوسط بسیار مناسب باشد.

از این مدل اغلب در خرپا فلزی سقف سالن ها، پل ها و حتی در برخی پروژه های خرپا در ساختمان استفاده می شود. در بسیاری از پروژه ها که نیاز به اجرای تیر خرپایی با مقاومت بالا وجود دارد، خرپای پرات گزینه مناسبی محسوب می شود.

خرپای وارن

خرپای وارن از جمله مدل هایی است که با استفاده از مثلث های متوالی طراحی می شود و همین موضوع باعث توزیع یکنواخت نیرو در کل سازه می شود. در این مدل، اعضای مورب به صورت متناوب تحت فشار و کشش قرار می گیرند. به دلیل سادگی در طراحی و مصرف بهینه مصالح، خرپای وارن در پروژه های صنعتی و ساختمانی بسیار کاربرد دارد. این نوع خرپایی به ویژه برای دهانه های متوسط مانند خرپا برای دهانه 8 متر یا دهانه های مشابه گزینه ای مناسب محسوب می شود.

خرپای هاو

خرپای هاو ساختاری تقریبا معکوس نسبت به خرپای پرات دارد و در آن اعضای مورب بیشتر تحت فشار قرار می گیرند. این نوع خرپا در گذشته بیشتر در سازه های چوبی استفاده می شد اما امروزه در خرپا فلزی نیز کاربرد دارد. در برخی پروژه های ساختمانی که نیاز به خر پا کوتاه یا سازه های سبک وجود دارد، خرپای هاو می تواند گزینه مناسبی باشد. استفاده از این مدل در ساخت تیر خرپایی نیز رایج است زیرا می تواند نیروها را به خوبی به تکیه گاه منتقل کند.

خرپای ویرندیل

خرپای ویرندیل یا خرپای ویرندیل با سایر انواع خرپا تفاوت دارد زیرا در آن از المان های مثلثی استفاده نمی شود و اعضا به صورت مستطیلی یا مربعی کنار هم قرار می گیرند. به همین دلیل این نوع سازه بیشتر شبیه یک قاب صلب عمل می کند.

این نوع خرپایی معمولا در پروژه های معماری خاص، ساختمان های مدرن و سازه هایی که نیاز به فضای باز در داخل دهانه دارند استفاده می شود. خرپای ویرندیل به دلیل ظاهر متفاوت و عملکرد خاص، در برخی طراحی های خاص خرپا در ساختمان و سازه های نمایان کاربرد دارد.

مزایای خرپا فلزی

• مقاوم در برابر نیروها‌ی خارجی مانند زلزله
• نصب و اجرای ساده و سریع
• جابه‌ جایی و حمل ساده (در مقایسه با سازه‌ های بتنی)
• از نظر اقتصادی بسیار مقرون‌ به‌ صرفه
• ایده ‌آل برای ساختمان‌ های مرتفع

نقش خرپا فلزی در سوله سازی

سوله یک نوع سازه فلزی است که دارای سقفی شیب ‌دار بوده و کاربرد های بسیار زیاد و متنوعی دارد. گستردگی دهانه از مواردی است که در ساخت سوله از اهمیت خاصی برخوردار است. در ایران استفاده از سازه ‌های خرپا فلزی در صنعت سوله سازی بسیار متداول و محبوب است. در ساخت سقف سوله‌ ها معمولاً از خرپا تخت و یا شیب‌ دار استفاده می‌ شود. مزایای استفاده از خرپا در ساخت انواع سوله‌ ها عبارتند از:

1. از نظر اقتصادی مقرون ‌به‌ صرفه
2. وزن کم
3. ساخت و بهره‌ برداری سریع
4. عدم وجود محدودیت در ابعاد دهانه

انواع خرپا از نظر کاربرد

خرپاها علاوه بر شکل هندسی، از نظر کاربرد نیز دسته بندی می شوند زیرا هر پروژه ساختمانی یا صنعتی نیازهای متفاوتی دارد. در بسیاری از پروژه ها مانند سالن های صنعتی یا سوله خرپایی از خرپا برای ایجاد دهانه های بزرگ با وزن کم استفاده می شود. به همین دلیل مهندسان بسته به نوع پروژه از مدل های مختلف سازه های خرپایی معروف مانند خرپا پرات یا خرپای هاو استفاده می کنند تا سازه عملکرد مناسبی داشته باشد.

خرپا در ساختمان
در بسیاری از ساختمان های مسکونی و تجاری از خرپا برای اجرای سقف های سبک و مقاوم استفاده می شود. در این روش معمولا از خرپا ساده یا مدل های ترکیبی برای کاهش وزن سازه و افزایش مقاومت استفاده می شود.

خرپا در پل سازی
یکی از مهم ترین کاربردهای خرپا در ساخت پل ها است. در پل های خرپایی، نیروها از طریق اعضای مثلثی به تکیه گاه ها منتقل می شوند و همین موضوع باعث می شود سازه بتواند دهانه های بزرگ را پوشش دهد. در این پروژه ها معمولا از خرپا پرات یا خرپای هاو به عنوان یکی از سازه های خرپایی معروف استفاده می شود.

خرپا در سوله و سازه های صنعتی
در پروژه های صنعتی مانند کارخانه ها، انبارها و سالن های تولید، استفاده از خرپا بسیار رایج است. در این پروژه ها اغلب از سیستم سوله خرپایی استفاده می شود تا دهانه های بزرگ بدون ستون میانی ایجاد شود و فضای داخلی برای تجهیزات صنعتی آزاد باشد.

انواع خرپا از نظر محل قرارگیری در سازه

یکی دیگر از روش های دسته بندی خرپاها، بررسی محل قرارگیری آنها در سازه است. خرپا می تواند در بخش های مختلف ساختمان مانند سقف، کف یا حتی دیوارها استفاده شود. در بسیاری از پروژه های عمرانی، ساخت خرپا با تیرآهن انجام می شود تا مقاومت سازه افزایش یابد و بتوان از آن در قسمت های مختلف سازه استفاده کرد.

در این نوع دسته بندی ممکن است خرپا در سقف ساختمان، در سازه های پل یا حتی در بخش های تقویتی سازه به کار رود. بسته به محل استفاده، نوع طراحی و نوع مصالح نیز تغییر می کند.

انواع خرپا از نظر تعداد لایه

خرپاها از نظر تعداد لایه نیز دسته بندی می شوند. برخی خرپاها تک لایه هستند و از یک شبکه ساده تشکیل می شوند که به آن خرپا ساده گفته می شود. در مقابل، در پروژه های بزرگ تر ممکن است از خرپاهای دو لایه یا چند لایه استفاده شود تا ظرفیت تحمل بار افزایش یابد.

در این نوع طراحی، شبکه های خرپایی روی یکدیگر قرار می گیرند و در کنار هم یک سیستم مقاوم ایجاد می کنند. این نوع سازه ها معمولا در سالن های بزرگ و پروژه های صنعتی کاربرد دارند و در بسیاری از سازه های خرپایی معروف دیده می شوند.

انواع خرپا از نظر نحوه اتصال

در دسته بندی دیگری، خرپاها بر اساس نحوه اتصال اعضای سازه به یکدیگر تقسیم بندی می شوند. در برخی سازه ها اعضای خرپا به وسیله پیچ و مهره به هم متصل می شوند و در برخی دیگر اتصال به صورت جوشی انجام می شود.

انتخاب نوع اتصال به عوامل مختلفی مانند نوع پروژه، شرایط اجرا و نوع مصالح بستگی دارد. در بسیاری از سازه های فلزی مانند خرپا پرات یا خرپای هاو، اتصال جوشی یا پیچ و مهره ای به عنوان روش اصلی در ساخت سازه های خرپایی معروف استفاده می شود.

انواع خرپا از نظر روش ساخت

روش ساخت خرپا نیز می تواند معیار مهمی برای دسته بندی آن باشد. در برخی پروژه ها خرپا در کارخانه ساخته شده و سپس به محل پروژه منتقل می شود، در حالی که در برخی پروژه ها مونتاژ خرپا در محل اجرا انجام می شود.

در پروژه های ساختمانی و صنعتی معمولا از روش های پیش ساخته استفاده می شود تا سرعت اجرا افزایش یابد. در این روش ها امکان اجرای مدل های مختلف مانند خرپا ساده، خرپا پرات و حتی خرپای هاو وجود دارد.

انواع خرپا از نظر دهانه

دهانه سازه یکی از مهم ترین عوامل در انتخاب نوع خرپا است. بسته به طول دهانه، مهندسان از مدل های مختلف خرپا استفاده می کنند تا بتوانند بار سازه را به خوبی منتقل کنند. در دهانه های کوچک معمولا از خرپا ساده استفاده می شود، اما در دهانه های بزرگ تر ممکن است از مدل های مقاوم تر مانند خرپا پرات یا خرپای هاو استفاده شود. این مدل ها در بسیاری از سازه های خرپایی معروف به کار رفته اند و به دلیل استحکام بالا برای پروژه های بزرگ مناسب هستند.

ساختمان‌ های معروف دنیا با سیستم سازه‌ ای خرپا فلزی

در بسیاری از پروژه های بزرگ معماری و مهندسی، از سیستم سازه ای خرپا فلزی برای ایجاد دهانه های بزرگ و افزایش مقاومت سازه استفاده شده است. این نوع سازه ها به دلیل استحکام بالا، وزن مناسب و قابلیت اجرای دهانه های وسیع در بسیاری از ساختمان های معروف جهان به کار رفته اند. البته در اجرای چنین سازه هایی عواملی مانند نوع طراحی، وزن سازه و حتی قیمت آهن می تواند در انتخاب نوع خرپا و مصالح مورد استفاده تاثیرگذار باشد.

برج باو (The bow tower)

برج باو در کشور کانادا و در شهر کلگری قرار دارد. این برج که دارای ارتفاعی حدود 236 متر است، بلندترین ساختمان در کانادا به شمار می‌ رود. در ساخت این ساختمان مرتفع از سیستم خرپا فلزی دیاگرید استفاده‌ شده است. سیستم دیاگرید عمدتاً در پروژه‌ های ساختمانی مرتفع فولادی کاربرد دارد به این صورت که شبکه‌ ای از مثلث‌ های مورب ایجاد می‌ شود. برای مهاربندی جانبی این ساختمان از خرپاهای مثلثی مورب استفاده‌ شده است.

ورزشگاه تیم فوتبال يوونتوس، دل آلپي (Delle Alpi)

این ورزشگاه در سال 2003 در شهر تورین کشور ایتالیا ساخته شد. در ساخت سقف این ورزشگاه‌ ها از سازه خرپا فلزی استفاده‌ شده است. این سازه خرپایی به‌ وسیله کابل‌ های کششی و دکل دورتادور ورزشگاه مهار شده است.

در مجموع، سازه های خرپایی به دلیل ساختار مهندسی شده، استحکام بالا و امکان پوشش دهانه های بزرگ، جایگاه مهمی در صنعت ساخت و ساز دارند. همانطور که در این مقاله بررسی شد، خرپاها را می توان از نظر شکل، مصالح، کاربرد، محل قرارگیری در سازه، تعداد لایه، نحوه اتصال، روش ساخت و حتی اندازه دهانه دسته بندی کرد و هر یک از این انواع در پروژه های مختلف مانند ساختمان ها، پل ها و سوله های صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند. آشنایی با این دسته بندی ها و شناخت عملکرد هر نوع خرپا به مهندسان و فعالان حوزه ساخت و ساز کمک می کند تا مناسب ترین سیستم خرپایی را برای پروژه های خود انتخاب کنند و سازه ای ایمن، مقاوم و اقتصادی طراحی نمایند.