خرپا چیست؟ انواع و کاربرد

خرپا (Truss)چیست؟
خرپا‌ها سازه ‌های فلزی و مثلثی‌ شکل هستند، که کاربرد بسیار زیادی در ساخت و سازهای مختلف دارند. هر ضلع این مثلث‌ ها، یک عضو خرپا نامیده می‌ شوند. اعضای خرپا معمولاً باریک و بلند هستند و به یکدیگر متصل می‌ شوند تا یک ساختار محکم و سبک ایجاد کنند. تصور کنید یک پل آهنی را که از تعداد زیادی مثلث کوچک تشکیل شده است؛ این پل، یک نمونه ساده از یک خرپاست.
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.
اعضا‌ی سازه فولادی در معرض نیروهای محوری قرار دارند و معمولا کارایی بیشتری از اعضای انعطاف‌ پذیر دارا می‌ باشند؛ چرا که سطح مقطع آنها تقریباً یکنواخت است. خرپا‌ها از اعضای مختلفی که دارای محور اصلی هستند متشکل می‌ شوند و معمولاً برای ایجاد مقاومت در برابر بارهای خارجی مورد استفاده قرار می‌ گیرند.
همچنین در بسیاری از مواقع جهت پوشاندن دهانه‌ های بزرگ به کار گرفته می‌ شوند. همان گونه که می‌ دانید سیستم‌ های خرپایی در مقایسه با سایر سیستم‌ ها، مواد نسبتاً کمتری مصرف نموده و برای ساختن آن‌ ها نیروی کار کمتری نیاز است، به همین سبب خرپا در زمینه ساخت سازه ‌های فضایی، کاملاً مناسب و کارآمد است.

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.


کاربرد خرپا چیست؟
خرپا در قسمت ‌های مختلفی کاربرد دارد که از جمله آنها می ‌توان به سقف ساختمان ‌های صنعتی یک طبقه، سقف ‌های بلند، سقف ساختمان‌ های چند طبقه اشاره نمود. خرپاها در بخش های گفته شده با هدف ایجاد استحکام در مقابل بار‌های گرانشی مورد استفاده قرار می‌ گیرند. ناگفته نماند که خرپاها در قسمت‌ های دیگری با هدف ایجاد مقاومت در برابر بارهای جانبی و ایجاد ثبات جانبی مورد استفاده قرار می‌ گیرند. این قسمت‌ ها شامل ساختمان، دیوارهای چند طبقه، تیر‌های بلند افقی ساختمان‌های صنعتی می‌ شود.
معمولاً خرپاها در انتقال بار سنگین از دهانه بزرگ تر عمل شاهی را انجام می‌ دهند که به آنها مشبک نیز گفته می‌شود. همچنین کمربند های مشبک معمولاً طبیعی تر و سبکتر از کمربند‌ های معمولی بوده و به همین سبب قیمت خرپا کاملا اقتصادی و به صرفه است. این شبکه‌ ها به عنوان سیستم پشتیبانی کف در ساختمان‌های چند طبقه به کار گرفته می‌شوند. با انجام این کار عمق همه‌ دهانه ‌های مشبک درون خرپا‌ها بدون افزایش عمق سقف به راحتی صورت می‌گیرند.

انواع خرپا
خرپا سازه ای است که تنوع بسیار بالایی را دارد و آن را از لحاظ ویژگی های زیر طبقه می کنند:
    بر اساس هندسه و شکل ظاهری
    انواع خرپا از نظر پیچیدگی
    انواع خرپا از نظر ابعاد
    انواع خرپا از نظر شکل و عملکرد
در ادامه هر یک از این دسته بندی ها و انواع خرپا را معرفی می کنیم.
انواع خرپا از نظر پیچیدگی
از نظر پیچیدگی، خرپا به سه دسته ساده، پیچیده و مرکب طبقه بندی می شود.
خرپا ساده
خرپاهای ساده، ابتدایی‌ ترین نوع خرپا هستند. این سازه ها معمولاً تخت بوده (یعنی همه اعضای آن‌ ها در یک صفحه قرار دارند) و از یک مجموعه اعضای داخلی تشکیل شده‌ اند. تحلیل و ساخت این خرپاها آسان است و آن‌ ها را برای کاربردهایی با دهانه‌ های کوچک‌ تر و بارهای سبک‌ تر مناسب می‌ کند.
خرپا مرکب
خرپاهای مرکب پیچیدگی بیشتری نسبت به خرپاهای ساده دارند. آنها اغلب با ترکیب دو یا چند خرپای ساده تشکیل می شوند. این کار باعث ایجاد یک سازه قوی‌ تر و سخت تر می‌ شود که می‌ تواند دهانه‌ های بزرگ‌ تر و بارهای سنگین‌ تر را تحمل کند.
خرپا پیچیده
خرپاهای پیچیده، پیچیده‌ ترین نوع خرپا هستند. آن‌ ها سازه‌ های سه بعدی هستند که اعضایشان همگی در یک صفحه قرار ندارند. این خرپاها برای دهانه‌ های بسیار بزرگ و بارهای سنگین استفاده می‌ شوند و طراحی آن‌ ها نیازمند تحلیل مهندسی پیشرفته است.
نوع خرپایی که برای یک سازه انتخاب می‌ شود به عوامل مختلفی از جمله دهانه، میزان بار وارده، محدودیت‌ های ساخت و ساز و هزینه بستگی دارد. خرپاهای ساده برای دهانه‌ های کوچک‌ تر و بارهای سبک‌ تر مناسب هستند، در حالی که خرپاهای مرکب و پیچیده برای دهانه‌ های بزرگ‌ تر و بارهای سنگین‌ تر استفاده می‌ شوند.
انواع خرپا از نظر ابعاد
یکی از روش‌ های دسته‌ بندی خرپاها، بر اساس ابعاد آنهاست. در این دسته بندی، خرپاها به سه دسته اصلی تقسیم می‌ شوند.
خرپای دوبعدی (Planar Truss)
خرپاهایی هستند که تمام اعضای تشکیل‌ دهنده آنها در یک صفحه قرار دارند. به عبارت دیگر، این خرپاها روی یک سطح تخت گسترده شده‌ اند. کاربرد این خرپاها به صورت زیر است:
    سقف‌ ها: برای پوشش سقف ساختمان‌ های صنعتی، سالن‌ های ورزشی و…
    پل‌ ها: در ساخت پل‌ های ساده و با دهانه متوسط
    سازه‌ های ساده: در سازه‌ هایی که نیاز به پوشش دهانه‌ های متوسط و باربری در یک جهت خاص دارند.
خرپای سه بعدی (Space Truss)
خرپاهایی هستند که اعضای تشکیل‌ دهنده آن‌ها در فضا قرار دارند و به صورت یک شبکه سه بعدی گسترده شده‌ اند. کاربرد این مقاطع به صورت زیر است:
    سازه‌ های فضایی: برای پوشش دهانه‌ های بسیار بزرگ و پیچیده مانند سقف استادیوم‌ ها، سالن‌ های نمایشگاه
    برج‌ ها و دکل‌ ها: در ساخت برج‌ های مخابراتی، دکل‌ های برق
    سازه‌ های دریایی: در ساخت اسکله‌ ها، سکوهای نفتی و…
خرپای چندگانه (Multiple Truss)
این اصطلاح به طور خاص به یک نوع خرپا اشاره نمی‌ کند، بلکه به ترکیبی از چند خرپای ساده یا پیچیده گفته می‌ شود که برای افزایش استحکام و سختی سازه به کار می‌ روند. کاربردهای این نوع خرپا عبارتند از:
    سقف‌ های با دهانه بسیار بزرگ: برای پوشش دهانه‌ هایی که با یک خرپای ساده قابل پوشش نیست.
    سازه‌ های پیچیده: در سازه‌ هایی که نیاز به ترکیب چندین نوع خرپا دارند.
انواع خرپا از نظر شکل و عملکرد
بر اساس شکل و عملکرد، تنوع عظیمی از انواع خرپاها را داریم که در ادامه توضیح می دهیم.
خرپای شیروانی
خرپای شیروانی یا خرپای بام نوعی سازه مثلثی شکل است که معمولاً در سقف‌های شیبدار به کار می‌رود. این سازه از چندین عضو مستقیم تشکیل شده که به صورت لولایی به یکدیگر متصل می‌شوند و یک شبکه مثلثی را تشکیل می‌دهند.
عملکرد اصلی این نوع خرپا جلوگیری از تجمع برف و باران، تسهیل تمیزکاری و تحمل بار است. شیب ایجاد شده توسط خرپا باعث می‌ شود که آب باران و برف به راحتی از روی سقف سر خورده و تجمع نکند. همچنین شیب سقف امکان تمیز کردن آسان‌ تر گرد و غبار و آلودگی‌ ها را فراهم می‌ کند. خرپاهای شیروانی به منظور تحمل وزن سقف و سایر بارهای وارده از جمله برف، باد و تجهیزات نصب شده روی سقف طراحی می‌ شوند.
خرپا وتر موازی
خرپاهای وتر موازی برای پشتیبانی از خرپای سقف North Light در ساختمان‌ های صنعتی مورد استفاده قرار می‌ گیرند. همچنین از این خرپاها در پل‌ های دهانه متوسط نیز استفاده می‌ شود. از خرپاهای وتر موازی می‌ توان به عنوان تیرهای پیش ساخته، تیر و شاه تیر در ساختمان‌ های چند طبقه استفاده کرد.
پیکربندی warren اغلب در خرپاهای وتر موازی به کار گرفته می‌ شود. مزیت خرپاهای وتر موازی این است که از آنها می‌ توان در شبکه‌ هایی با طول یکسان استفاده کرد. همین مورد می‌ تواند هزینه ساخت را برای دهانه‌ های طولانی کاهش دهد.
از پشت بندهای عمودی اضافی در نوع warren اصلاح شده استفاده می‌ شود. این کار به منظور کاهش طول پشتیبانی نشده در اعضای وتر انجام می‌ گردد. از تیرک‌ هایی با زاویه قائم نسبت به هم به طور موازی به عنوان سیستم‌ های دندانه دار در سقف north light استفاده می‌ شود. این کار نیز به منظور پشتیبانی از خرپاهای north light و انتقال بار به ستون‌ های انتهایی انجام می‌ گیرد.
نسبت دهانه مناسب به ارتفاع خرپای وترهای موازی در محدوده ۱۲ تا ۲۴ است. در این خرپاها طول کل به تعداد پنل ها تقسیم می شود.  مناسب‌ ترین طول برای پنل‌ های جداگانه در تیرهای فرعی ۶ متر تا ۹ متر است. میزان انتقال بار به گره خرپا و تمایل اعضای جان خرپا حدود ۴۵ درجه است. در مورد خرپاهای بسیار بلند و یا خرپاهای کم ارتفاع، استفاده از الگوهای k و طرح الماسی ضروری است.
خرپای ذوزنقه‌ ای
معمولاً خرپاهایی که پیکربندی ذوزنقه‌ ای دارند در بام‌ های بسیار طولانی مورد استفاده قرار می‌ گیرند. این نوع پیکربندی سبب می‌ شود نیروهای محوری در اعضای وتر و اثرات خم ثانویه در این اعضا کاهش یابد. استفاده از اشکال ذوزنقه ای و داشتن وتر پایین شیبدار می‌ تواند در خرپای دهانه بسیار طولانی اقتصادی و به صرفه باشد، چرا که آنها تمایل به کاهش دادن طول عضو جان خرپا دارند.
خرپای پرات
خرپای پرات یکی از انواع خرپاهای پرکاربرد در صنعت ساختمان و پل‌ سازی است. این خرپا به دلیل طراحی خاص خود، مقاومت بسیار خوبی در برابر بارهای فشاری عمودی از خود نشان می‌ دهد و به همین دلیل در ساخت پل‌ ها، سازه‌ های طاق‌مانند و سایر سازه‌ هایی که نیاز به تحمل بارهای سنگین دارند، مورد استفاده قرار می‌ گیرد.
خرپای وارن
خرپای وارن از تکرار یک الگوی هندسی مشخص به شکل مثلث‌ های متساوی‌ الاضلاع تشکیل شده است. این نوع خرپا به دلیل ساختار هندسی منظم خود، استحکام و پایداری بسیار بالایی دارد و به طور گسترده در ساخت پل‌ ها، سقف‌ ها و سازه‌ های صنعتی مورد استفاده قرار می‌ گیرد.
خرپای کی (k)
خرپای کی نوعی سازه خرپایی است که به دلیل طراحی خاص خود، مقاومت بسیار بالایی در برابر تنش‌ های خمشی از خود نشان می‌ دهد. این خرپا از نظر ساختاری پیچیده‌ تر از برخی انواع دیگر خرپاها است و معمولاً برای پوشش دهانه‌ های بسیار بزرگ، بیش از 100 متر، به کار می‌ رود.
خرپای هاو
خرپای هاو نوعی خرپای پرکاربرد است که از نظر ساختار، وارونه خرپای پرات محسوب می‌ شود. این بدان معناست که در خرپای هاو، اعضای عمودی نیروهای کششی و اعضای مورب نیروهای فشاری را تحمل می‌ کنند. برخلاف خرپای پرات که اعضای عمودی آن فشاری و اعضای مورب آن کششی هستند.
خرپای فینک
خرپای فینک نوعی سازه خرپایی است که به دلیل ساختار خاص و کارایی بالا، به طور گسترده در ساخت سقف‌ ها مورد استفاده قرار می‌ گیرد. این نوع خرپا به ویژه برای دهانه‌ هایی با طول حدود 20 متر مناسب است و معمولاً از فولاد ساخته می‌ شود.
خرپای قوسی
خرپای قوسی نوعی سازه خرپایی است که به دلیل شکل منحنی و قوسی خود، مقاومت بسیار بالایی در برابر بارهای وارده دارد. این نوع خرپا به طور گسترده در ساخت سقف‌ های ساختمان‌ هایی مانند انبارها، گاراژها و سالن‌ های صنعتی با دهانه‌های بزرگ (تا حدود 30 متر) مورد استفاده قرار می‌ گیرد.
خرپای پارکر
خرپای پارکر نوعی سازه خرپایی است که به دلیل ساختار خاص و مقاومت بالا، معمولاً برای ساخت پل‌ ها مورد استفاده قرار می‌ گیرد. این نوع خرپا به ویژه برای دهانه‌ های بزرگ، بین 50 تا 100 متر، بسیار مناسب است.
خرپای بالتیمور
خرپای بالتیمور یکی از قدرتمندترین و شناخته شده‌ ترین انواع خرپاهاست که به واسطه توانایی فوق‌ العاده اش در پوشش دهانه‌ های بسیار بزرگ، به ویژه بیش از 100 متر، شهرت یافته است. این خرپا به دلیل ساختار پیچیده و مهندسی دقیق، قادر است بارهای سنگین را تحمل کرده و پایداری سازه را در طول دهانه‌ های طولانی حفظ کند.



مقطع خرپا


مزایای خرپا
نصب سریع
یکی از اصلی ترین مزایای خرپا این است که می توان آن را به سرعت و مقرون به صرفه نصب کرد.
حتی بدون تجهیزات سنگین برای بلند کردن آن در محل!
بیشتر خرپاها کارخانه ای هستند و به عنوان یک مجموعه کامل برای ساخت سازه در محل کار تحویل داده می شوند.
یک خرپا به طور سنتی به قسمت بالای دیوار اهرم می شود و سپس قبل از چفت شدن در محل به حالت خمیده و به صورت قائم محور می شود.
افزایش دهانه
یکی دیگر از مزایای خرپا این است که خصوصیات منحصر بفرد مثلثی بودن ، این امکان را به خرپا می دهد که مسافت های طولانی تری را پوشش دهد.
در جایی که یک سقف یک طرف مربع ، تمایل به تغییر و پیچاندن دارد مثلثی شکل خود را حفظ می کند و مانع از تغییر مکان می شود.
به عنوان یک مزیت بیشتر کل مجموعه خرپاهای ترکیبی پایدار می شوند و قادر به حمایت از چندین برابر وزن یک سقف مستقیم بدون تقویت شده هستند.
توزیع بار
شکل مثلث اجازه می دهد تا تمام وزنی که روی پهلوها ( یا پاها ) اعمال می شود در پایین و دور از مرکز توزیع شوند.
در خرپا ، این وزن کل سقف را به دیواره های بیرونی منتقل می کند و این مزیت را دارد که اجازه می دهد دیواره های داخلی به صورت دلخواه ساخته شوند یا حتی جا به جا شوند یا از بین بروند.
دسترسی
از آنجا که ریل پایین یک خرپا به طور معمول سقف اتاق های زیر است.
فضاهای مثلثی خرپاها به خودی خود مسیرهای در دسترس برای نصب HVAC ، برقی و سایر کاربردهای کاربردی را تشکیل می دهند.
خلا مرکزی یک سیستم خرپایی به طور کلی اتاق زیر شیروانی یک خانه است که شیب سقف آن پاهای مثلث را تشکیل می دهد.

معایب خرپا
یکی از معایب خرپا این است که به فضای زیادی احتیاج دارد
ساختار پل خرپایی از لحاظ طراحی بزرگ است.
برای تحمل و توزیع بارهای سنگین ، اجزای مثلثی به هم پیوسته باید بزرگ باشد.
این بدان معنا است که در برخی از مکان های محدود ممکن است پل خرپایی بهترین گزینه نباشد.
یکی دیگر از معایب خرپا هزینه های بالای تعمیر و نگهداری است
اقتصاد مقیاس! پل خرپایی از قطعات زیادی استفاده می کند.
هر یک از این موارد نسبتا سبک هستند و به طور موثر در طرح مورد استفاده قرار می گیرند به این معنی که اگر در حال ساختن یک پل بزرگ خرپایی هستید از نظر اقتصادی معقول است.
با این حال از معایب خرپا این است که هزینه نگهداری بسیاری از قسمت ها می تواند گران باشد.
یک پل خرپایی مانند هر سازه بار به نگهداری منظم و دقیق نیاز دارد.
بنابراین بسیاری از بخش هایی که باید از آن ها مراقبت کنیم می تواند به معنای گران بودن باشد و این یکی از معایب خرپا است.
البته لازم به ذکر است که وقت گیر نباشد.
پیچیدگی
پل های خرپایی ساختارهای پیچیده ای هستند.
برای انجام عملکرد خود هر قطعه باید کاملا متناسب باشد و هر چیزی کمتر بدان معنی است که این پل به سادگی بار ندارد.
یک خرپا نیاز به یک مهندسی دقیق و ساخت و سازهای ویژه دارد و این ارزان نیست.
هرکس می تواند یک پل بسازد اما طول می کشد تا یک مهندس شما را از آن عبور دهد.
یکی از معایب خرپا سنگین بودن آن است
از آنجا که پل های خرپایی بسیار بزرگ هستند و از مواد زیادی استفاده می کنند ، سنگین هستند.
بسته به منظره ای که از پل پشتیبانی می کند مقداری تقویت برای مقابله با وزن لازم است.
اگر منظره شما نتواند از یک خرپا پشتیبانی کند ممکن است گزینه های دیگری از قبیل پل های تعلیق ، یا پرتو وجود داشته باشد که ممکن است مناسب تر باشد.

خرید کتابهای دست دوم مهندسی عمران

خرید کتاب دست دوم معماری

خدمات گروه معماری هفت:
گروه معماری هفت متشکل از مهندسان معمار خبره در زمینه های زیر در خدمت شما عزیزان است:
طراحی ساختمان مسکونی
طراحی ساختمان اداری
طراحی ویلا
طراحی نما
اصلاح پلان
انجام پایان نامه معماری
انجام پروپوزال معماری
شیت بندی

با ما تماس بگیرید... 09122257213

مقالات دیگر

_______________________________________________________