چرا استفاده از خرپا مهم است

خرپا چیست؟

خرپا (به انگلیسی: Truss ) مجموعه ای از اعضایی است که در یک صفحه قرار دارند و ترکیبی مثلث شکل به وجود می‌آورند. به طور کل انتهای هر عضو به اعضای دیگر لولا می‌شود و شکل پایدار مثلث را به وجود می‌آروند. لازم به ذکر است مثلث به عنوان پایدارترین شکل هندسی شناخته می‌شود. این سازه مثلثی از اتصال چند بخش بلند و باریک تشکیل می‌شود و یادآور چوبه‌های دار در قرون اولیه است به همین دلیل به آن مثلث صلب به معنای دار زده شده می‌گویند. خرپا یک سازه باربر است که از آن می‌توان در هر ساخت و سازی استفاده نمود، چه ساخت ساختمان‌های غول پیکر، چه ساخت هواپیما و چه در ساخت یک اسباب بازی ساده. انعطاف پذیری بالای این سازه یکی از دلایل محبوبیت آن در میان اهل فن است.

 

کاربرد خرپا در صنعت

به طور کل خرپا از سازه‌های مستحکمی تشکیل می‌شود که در معرض نیروهای محوری قرار دارد و اغلب برای ایجاد مقاومت در برابر بارهای خارجی مورد استفاده قرار می‌گیرد. حرپا کاربرد گسترده ای در صنعت دارد از جمله می‌توان به استفاده از خرپا اغلب برای پوشاندن دهانه‌های بزرگ اشاره کرد. علاوه بر آن از خرپا در ساخت سقف ساختمان‌های یک طبقه، سقف‌های بلند و سقف ساختمان چند طبقه که بیشتر به شکل شیروانی است نیز استفاده می‌شود. از خرپاهای فولادی در ساخت پل و گذرگاه‌های روی رودخانه‌ها نیز استفاده می‌کنند.

 

کاربرد خرپا در ساختمان سازی

استفاده از سازه خرپا در ساختمان سازی سابقه ای طولانی دارد. این سازه در ابتدا به کمک چوب با اشکال ساده ای اجرا می‌گردید اما با پیشرفت تکنولوژی و نیاز به ساخت ساختمان‌های بزرگتر و مستحکم تر که در برابر انواع نیروهای گرانشی مقاوم باشند شاهد کاربرد متریال‌های مقاوم تری در ساخت خرپا هستیم. با روی کار آمدن فلزات مستحکمی همچون آهن و فولادی خرپاها سازه‌های مقاومتی گردیدند و استفاده از آنها در اسکلت بندی فضاهای بزرگ به خصوص سقف ساختمان‌های بدون ستون مانند سوله‌ها و ساختمان‌های چند طبقه را داریم. علاوه بر آن این سازه‌ها در ساختمان‌های که دارای تیرهای افقی و دیوارهای چند طبقه هستند کاربرد زیادی دارد. استفاده از خرپا در ساختمان سازی با هدف کاهش بارهای گرانشی، ثقلی و جانبی است در این موارد استفاده از خرپا بهترین گزینه است.

 

استفاده از خرپاها در ساختمان چند طبقه

یکی از کاربردهای خرپا استفاده در ساخت ساختمان‌های چند طبقه است. در این ساختمان‌ها فشار ناشی از باد یا زلزله توسط مهاربندهای عمودی که نوعی خرپا هستند دریافت می‌شوند و از ساختمان در برابر آنها محافظت می‌کنند. استفاده از مهار بندها در ساختمان‌های سبک اقتصادی ساز چند طبقه این ساختمان‌ها را در برابر زلزله و سایر بارهای جانبی مقطعی مقاوم می‌کند.

 

استفاده از خرپا در شیروانی

بیشترین اطلاعاتی که افراد عادی درباره استفاده از خرپا دارند استفاده از آن در شیروانی‌هاست. این نوع خرپا نسبت به سایر سازه‌های خرپایی شکل متفاوتی دارد. اغلب آنها ارتفاع بیشتری دارند و از وتر بزرگی برای تسهیل زهکشی آب باران و جلوگیری از انباشت برف برخوردارند علاوه بر آن به خاطر وتر یکپارچه بزرگ این نوع خرپا نیروهای خمشی بزرگ را نیز می‌تواند تحمل کند. خرپاهای زیر شیروانی دارای انواع مختلفی هستند که برخی از آنها شامل خرپای پرات (Parat)، خرپای‌هاو (Howe)، خرپای فینک (FINK)، خرپای فن(FAN)، خرپای فینک فن (FINK FAN) و خرپای مانسارد (MANSARD) می‌شود.

 

استفاده از خرپا به عنوان سازه نگهبان

در اولین مراحل ساخت و ساز، پایدارسازی گودبرداری و ساخت سازه نگهبان است که خرپا به عنوان یکی از کاربردی ترین روش‌های اجرای سازه نگهبان در ساختمان‌های بزرگ شناخته می‌شود. این سازه انعطاف پذیری زیادی از نظر اجرا در شرایط مختلف محیطی و اقلیمی دارد به همین دلیل در گودبرداری‌های داخل شهری اغلب کاربردی تر و اجرایی تر از سایر روش‌هاست و برای پیمانکاران و ساختمان سازان صرفه اقتصادی بیشتری دارد.

 

کاربرد خرپاها در پل‌ها

خرپا یکی از بهترین سازها در پل‌ها برای انتقال فشار گرانشی هستند که اغلب مورد استفاده قرار می‌گیرند؛ وسایل نقلیه درحال حرکت فشار گرانشی بسیاری به وجود می‌آورند که با توجه به دهانه پل و طول آن لازم است یک سازه مقاوم و منعطف برای آن انتخاب شود. در پل‌هایی که از خرپا به عنوان سازه باربر استفاده می‌شود هر چه دهانه پل بزرگتر باشد لازم است نقاط اتکای آن بیشتر گردد. مهندسین راه سازی با برآورد میزان بار حمل و نقلی که پل تحمل خواهد کرد نوع خرپا را طراحی می‌کنند.

در ساخت پل انواع بار گرانشی مورد بررسی قرار می‌گیرد به خصوص بارهای ثانویه که ممکن است بر اثر خمش و برش اتصالات به وجود آید. اغلب اعضای خرپا توسط جوش یا بولت‌ها (پیچ‌های صنعتی) به هم متصل می‌شوند و قابلیت ترمیم در آینده را دارند. گاهی ممکن است برخی از اعضای پل‌ها مانند وتر به صورت یکپارچه استفاده شود. به طور کل اتصالات در پل‌های مبتنی بر سازه خرپا علاوه بر سازگاری با انتقال نیرو به چرخش اعضا نیز سازگارند تا خم شدگی را در کنار نیروی محوری تجربه نماید و به نوعی انعطاف پذیر باشد.

 

انواع نیروهای اعمال شده به خرپا

 

وزن خرپا یا بار مرده

وزنی که خرپا از اعضای خود و تجهیزات سوار بر آن تحمل می‌کند به عنوان بار مرده یاد می‌شود و شامل بار مرده تیرک‌ها، بار مرده روکش‌ها، وزن چهارچوب خرپا، وزن بست‌ها و حتی بار الصاقاتی همچون کانال‌های تهویه هوا که بر رو خرپاهای سقف قرار می‌گیرد است. هر چه دهانه سقف‌ها بزرگتر باشد صرفه اقتصادی در ساخت و ساز، استفاده از خرپاها خواهد بود. استفاده از ستون علاوه بر محدود کردن فضای داخلی می‌تواند هزینه‌های بسیاری را تحمیل نماید.

 

وزن گرانشی یا بار زنده

خرپاها پس از تعبیه در معرض انواع وزن‌ها و نیروهای گرانشی قرار می‌گیرند که به دلیل عبور و مرور افراد، انتقال وسایل، سرویس دهی و… اعمال می‌شود. هر باری که به صورت مقطعی به آن اضافه می‌شود را بار زنده می‌نامند. مثلا تجمع برف باعث ایجاد یک وزن گرانشی در خرپا می‌شود که لازم است در ابعاد بزرگ مورد توجه قرار گیرد تا از آسیب‌های احتمالی جلوگیری به عمل آید.

 

فشار ناشی از زلزله

باری که زلزله ایجاد می‌کند بر کسی پوشیده نیست. میزان بار زلزله در یک ساختمان با وزن آن ساختمان رابطه مستقیمی دارد. با این وجود بار زلزله در سازه‌های سبک فولادی لحاظ نمی‌شود اما در سازه‌های سنگین مانند سقف‌ها لازم است محاسبه شود و مطابق با استانداردهای نظام مهندسی لحاظ گردد.

 

نیروی باد

وزش باد نیروی بسیاری دارد که می‌تواند در خرپاهای سقف در شکل نیروی صعودی بلند کننده اعمال شود. اغلب برای جلوگیری از نیروی باد در ساختمان‌ها از پشت بندهایی که نوعی خرپا هستند استفاده می‌شود تا از فشار بارهای جانبی به ساختمان جلوگیری به عمل آورد. پشت بندها یکی از ساده ترین انواع خرپا هستند که مانع از خمش بین چهار چوب‌ها می‌شوند و از ستون‌ها پشتیبانی می‌کنند.

 

 

اهمیت استفاده از خرپا در ساخت و ساز

امروزه کاربرد خرپا در ساختمان سازی بسیار رواج دارد و می‌توان آن را به عنوان مهمترین بخش فولادی ساختمان بر شمرد که محل برخورد نیروهای خود محور است. خرپاها در برابر اعمال فشار و نیروهای کششی مقاومت زیادی دارند و دچار خمش و تغییر شکل نمی‌شوند این مهمترین گزینه برای استفاده از آن در صنایع مختلف است. خرپا به دلیل فضای کاربردی که دارد می‌تواند محلی برای قرار دادن برخی ملزومات همچون کانال‌های نیز هواکشی باشد.

علاوه بر آن شکل ظاهری خرپا به دلیل زیبایی بصری آن گزینه ای برای نماسازی در محیط‌های مختلف است. سرعت بالای اجرا و وزن کم این نوع سازه از آن گزینه ای مطلب برای ساخت و سازهای مختلف ساخته است. توجه داشته باشید که از خرپا اغلب برای پوشاندن دهانه‌های بزرگ و طولانی با کم ترین هزینه و حداقل متریال‌ها برای سبک سازی استفاده می‌شود. سبک سازی ساختمان باعث مقاوم سازی آن در برابر نیروهای گرانشی به خصوص فشار ناشی از زلزله است.

 

مزایای استفاده از خرپا 

مقرون به صرفه و سبک مناسب برای سازه‌های درون شهری
سرعت ساخت بالا در شرایط مختلف محیطی و آب و هوایی
عدم نیاز به تجهیزات سنگین برای برپایی سازه خرپایی
حمل آسان متریال‌های آن و سادگی اتصال اعضای آن
ساده بودن اصول ساخت خرپا نسبت به سایر سازه‌های ساختمانی
قابل استفاده برای ساخت بناهایی با زیربنای‌ بسیار بزرگ
انعطاف پذیری بالا نسبت به سایر سازه‌های ساختمانی
دارای شکل مثلثی با ترکیبی پایدار برای باربری
توزیع بار به سوی پهلوها و دور از مرکز توزیع بار
دسترسی آسان و قابلیت سوار کردن تجهیزات ساختمانی بر روی آنها