در این مقاله قصد داریم تا به این سؤال که خرپا چیست پاسخ دهیم. بدین منظور در ادامه سعی شده است تا علاوه بر توضیح درباره خرپا، مطالبی در مورد نیروهای اعمال‌شده به خرپا در سازه‌های مختلف، اتصالات، مزایا و معایب خرپا، انواع و اشکال مختلف خرپا و روش‌های ساخت آن ارائه شود. اگر علاقه‌مند به کسب اطلاعات تخصصی بیشتری درباره‌ی ساخت سازه‌های ساختمانی هستید میتوانید به صفحه راهنمای جامع ساخت‌وساز آهنگر سری بزنید.
درباره خرپا بیشتر بدانید؛ خرپا چیست؟
در توضیح خرپا باید گفت که این سازه از چند عضو تشکیل شده که تحت نیروهای کششی و فشاری به یکدیگر وصل شده‌اند. خرپا از نظر ظاهری سازهای صلبی شکل و متشکل از واحدهای مثلثی است که هر عضو در انتهای خود به عضو بعدی لولا میشود. لازم است بدانید که تمامی اعضای خرپا باید مستقیم و بدون انحنا باشند.
خرپاها جزو سازه‌های باربر محسوب میشوند که به‌عنوان یک ساختار خمشی عمل می‌کنند. خرپاها معمولاً در سقف‌ها، پل‌ها و سازه‌های هوا و فضا به کار می‌روند و اغلب برای طول دهانه مشابه با جان تیرآهن در نظر گرفته میشوند. به این نوع خرپاها تیرهای توخالی مشبک نیز می‌گویند. همچنین میتوان خرپاهای فولادی را همراه با کامپوزیت بین سازه فولادی و بتن مورد استفاده قرار داد.
مهاربندی خرپا به چه صورت است؟
معمولا اعضای خرپا تحمل لنگرهای خمشی را ندارند و این پایداری توسط گره‌ها تامین خواهد شد؛ به دنبال این امر میتوان برای اعضای خرپا از پروفیل‌های کمی نازک استفاده کرد که باعث پایداری ارتجاعی شود و برای این پایداری از مهاربند در جهات جانبی استفاده میشود.
نیروهای اعمال‌شده به خرپا در ساختمان کدام‌ها هستند؟
نیروهای اعمال‌شده به خرپا در سازه‌های مختلف به کاربرد خرپا بستگی دارد و می‌تواند از سازهای به سازه دیگر متفاوت باشد. در ادامه سعی داریم تا به‌طور خلاصه به نیروهای اعمال‌شده به خرپا در سازه‌های مختلف بپردازیم.
بار یا نیروهای اعمال‌شده به خرپا در ساختمان‌های صنعتی به چهار دسته تقسیم میشوند:
۱-بار مرده
بار مرده اعمال‌شده به خرپاهای سقفی در ساختمان‌های صنعتی یک طبقه از بار مرده روکش‌ها،بار مرده تیرک‌ها، وزن خود خرپا، وزن بست‌ها، مجاری مخصوص تهویه مطبوع و وزن هواکش تشکیل میشود.
۲-بار زنده
بار زنده اعمال‌شده به خرپاهای سقفی ساختمان‌های صنعتی شامل وزن گرانشی ناشی از عبور و مرور کاربران و تجهیزات متحرک، گردوغبار، اسباب و اثاثیه خواهد بود.
۳-نیروی باد
با وزش باد در پشت‌بام نیز نیرویی به خرپاهای سقفی اعمال میشود که اغلب به‌صورت نیروی صعودی بلند کننده عمود بر سقف است و خلاف بار گرانش عمل میکند.
۴-بار ناشی از زلزله
نیروی اعمال‌شده در اثر زلزله به وزن ساختمان وابسته است و در مورد ساختمان‌های صنعتی که وزن زیادی در پشت‌بام دارند، بار زلزله در طراحی مهم خواهد بود.
نیروهای اعمال‌شده به خرپا در ساختمان‌های چندطبقه در اثر بار جانبی در اثر باد یا زلزله است. این خرپاها هستند که در برابر این بارها مقاومت می‌کنند.
نیروهای اعمال‌شده به خرپاها در پل‌ها ناشی از انتقال فشار گرانشی وسایل نقلیه در حال حرکت است. خرپاهایی که در پل‌ها استفاده میشوند بسته به شرایط محیط و طول دهانه پل می‌توانند از نوع میانی یا نوع عرشه باشند.
بهترین روش‌های تحلیل نیرو در خرپاها
دو روش برای تحلیل نیروهای موجود در یک خرپا وجود دارد که در ادامه به توضیح هریک می‌پردازیم:
در روش مفاصل هر مفصل به‌صورت تنها فرض شده و برآیند تمامی نیروهای واردشده به آن را برابر صفر می‌گذارند. نیروهای واردشده به یک مفصل می‌تواند از نوع کششی یا فشاری باشد.
درروش مقاطع بخشی از خرپا به‌صورت جداگانه به‌عنوان یک سیستم فرض میشود و برآیند نیروها و گشتاورهای واردشده به آن برابر با صفر در نظر گرفته میشود تا مقدار نیروهای مجهول در مسئله به دست آیند.
مهمترین اتصالات خرپا
معمولاً اتصالات خرپا توسط پرچ کردن، پیچ و مهره یا جوش انجام میشود. در حال حاضر روش پرچ آنچنان متداول نیست؛ زیرا نیاز به نیروی ماهر دارد. البته در برخی سازه‌ها مانند پل‌های راه‌آهن هنوز هم به دلیل ملاحظات خستگی از پرچ استفاده می‌کنند.
اغلب خرپاهای کوتاه در محل اجرا جوشکاری شده و سپس در محل نصب میشوند؛ اما خرپاهای طویل‌تر پس از جوشکاری در کارگاه با پیچ یا جوش در محل مونتاژ خواهند شد.
مزایا و معایب خرپا
مزایا و معایب خرپا بسیار هستند در ادامه سعی شده تا به برخی از مزایا و معایب مهم خرپا اشاره کرد.
مزایای روش خرپایی
- > از مزایای روش خرپایی این است که برای بیشتر سازه‌های مناطق شهری مناسب است.
- > اجرای خرپا در هر شرایطی انعطاف بسیاری دارد.
- > میتوان خرپاها را دوباره استفاده کرد.
- > اجرای خرپا ساده بوده و نیاز به دستگاه تخصصی ندارد.
- > امکان استفاده برای مسافت‌های طولانی
- > القای بارهای داخلی اعضا به‌صورت محوری (در جهت عضو)، فشرده‌سازی یا تنشی و کم‌ترین میزان استفاده از مواد
معایب روش خرپایی
- > اجرای خرپا، زمان نسبتاً طولانی‌تری نسبت به روش‌های پیشرفته‌تر می‌برد.
- > ساختار خرپا از لحاظ طراحی بزرگ بوده و مکان زیادی را اشغال میکند.
- > هزینه‌های تعمیر و نگهداری خرپا زیاد است؛ زیرا از اعضای بسیاری تشکیل میشود.
- > خرپا وزن زیادی به ساختمان اضافه میکند.
چند نوع خرپا وجود دارد؟
انواع خرپا هم ازلحاظ تعداد اعضا و هم ازلحاظ ابعاد تقسیم‌بندی میشوند.
-
انواع خرپا ازلحاظ تعداد اعضا و پیچیدگی
نواع خرپا ازلحاظ تعداد اعضا و پیچیدگی عبارت است از:
1-خرپای ساده
از سه عضو تشکیل شده است.
2-خرپای مرکب
ترکیبی از چند خرپای ساده است.
3-خرپاهای پیچیده و مبهم
به خرپایی که در دودسته خرپای ساده و مرکب جای نگیرد، خرپای پیچیده می‌گویند.
انواع خرپا ازلحاظ ابعاد عبارت است از:
۱- خرپای دوبعدی
در این نوع خرپا تمامی اعضای خرپا در یک صفحه قرار می‌گیرند.
۲- خرپای سه‌بعدی
خرپای سه‌بعدی از شبکه‌ای از اعضا و اتصالات تشکیل شده که به‌صورت حجمی بر روی هر سه محور مختصات امتداد دارند.
۳- خرپای چندگانه
اغلب در خرپای چندگانه اتصالات وسط به‌صورت تکی و اتصالات بالا و پایین به‌صورت دوگانه یا چندگانه طراحی میشوند.
یک نوع دیگر خرپا نیز وجود دارد که بیشتر با نام خرپای نور سبک و یا خر پا کوتاه شناخته میشود. با استفاده از این جر پا در زمین شمالی شیب دار، میتوان حداکثر استفاده را از نور کرد.
متداول‌ترین شکل‌های خرپا
متداول‌ترین شکل‌های خرپا عبارت‌اند از:
خرپای شیروانی
خرپای شیروانی یکی از اشکال مختلف خرپا بوده که معمولاً برای سقف استفاده میشود. ارتفاع خرپای شیروانی در وسط دهانه بیشتر است.
خرپا وتر موازی
خرپاهای وتر موازی نیز یکی دیگر از شکل‌های مختلف خرپا هستند که برای پشتیبانی از خرپای سقف در ساختمان‌های صنعتی و در پل‌های دهانه متوسط به کار می‌روند. از این نوع خرپا در شبکه‌های با طول یکسان استفاده میشود که از این طریق میتوان هزینه‌های ساخت را برای دهانه‌های بسیار طولانی کاهش داد.
خرپای ذوزنقه‌ای
در پشت‌بام‌های طویل از خرپای ذوزنقه‌ای استفاده میشود که در انتهای خود ارتفاع بیشتری دارند.
خرپای پرات
خرپای پرات در ساخت پل و سازه‌های طاق مانند به کار می‌رود. این خرپا در برابر فشار اعمالی در راستای عمودی مقاومت خوبی از خود نشان می‌دهد. این شکل از خرپا برای دهانه‌های بین 30 تا 60 متر قابل استفاده است.
خرپای وارن
خرپای وارن ازنظر ظاهری به شکل مثلث متساوی‌الاضلاع بوده و می‌تواند بارهای وارد بر اجزای مختلف را پخش کند. خرپای وارن برای دهانه‌هایی در حدود 60 متر مناسب است.
خرپای کی (k)
خرپای کی، سازه را در برابر تنش‌های خمشی مقاوم میکند. البته این نوع خرپا دارای پیچیدگی ساختاری بوده و برای ساخت آن از مصالح و مواد زیادی استفاده میشود. این خرپا را میتوان برای دهانه‌های بزرگ‌تر از 100 متر به کار برد.
خرپای هاو
خرپای هاو یکی دیگر از شکل‌های مختلف خرپاها بوده که معمولاً برای سقف استفاده میشود و برای دهانه‌ای حداکثر تا 30 متر مناسب است.
خرپای فینک
این نوع خرپا نیز بیشتر در سقف به کار رفته و برای دهانه‌های 20 متری مناسب است. خرپای فینک اغلب به‌صورت فولادی ساخته میشود.
خرپای قوسی
از این خرپا معمولاً برای سقف انبارها و گاراژها استفاده میشود که قطر دهانه آنها می‌تواند به 30 متر نیز برسد.
خرپای پارکر
از شکل‌های دیگر خرپا، نوع پارکر بوده که معمولاً برای ساخت پل از آن استفاده شده و میتوان آن را برای دهانه‌های حدود 50 تا 100 متر به کار برد.
خرپای بالتیمور
خرپای بالتیمور نیز یکی دیگر از اشکال خرپاهاست که برای ساخت پل‌هایی با دهانه‌های بیش از 100 متر مناسب خواهد بود.
روش‌های ساخت خرپا: اصول ساخت خرپا
معمولاً روش‌های ساخت خرپا و یا اصول ساخت خرپا نسبت به کاربرد آنها متفاوت است و به ۳ دسته تقسیم میشود:
۱-خرپای پُل (مسطح)
از روش‌های ساخت خرپا میتوان به روش ساخت خرپای پل اشاره نمود که در آن خرپا به شکل ذوزنقه‌ای و مستطیلی ساخته میشود. این نوع خرپا از یکسری اعضای تحتانی موازی و یکسری اعضای فوقانی تشکیل شده است.
۲-خرپای صفحه‌ای
از دیگر روش‌های ساخت خرپا روشی است که در آن تمام اجزای تشکیل‌دهنده خرپا در یک صفحه قرار می‌گیرند. از خرپاهای ساخته‌شده به این روش در ساخت سقف و پل استفاده میشود.
۳-خرپای سقف – شیب‌دار
این نوع خرپا دارای شیب بوده و برای ساخت سقف‌های شیروانی استفاده میشود.
در روش های ساخت خرپا باید به این نکته دقت داشت که طول انواع آنها بین ۱ تا ۱۵ متر و فاصله بین خرپاها نیز 3 الی 4 متر در نظر گرفته میشود.
با توجه به کاربرد خرپا، انواع مقاطع فولادی که برای ساخت خرپا به کار می‌روند متفاوت خواهد بود؛ اما به‌طورکلی میتوان گفت که از مصالح زیر برای ساخت انواع خرپا استفاده میشود:
- > انواع تیرآهن‌های هاش و معمولی
- > انواع قوطی پروفیل توخالی با اشکال مربع و مستطیل
- > انواع نبشی و سپری فولادی
- > انواع لوله
تا اینجا مقاطع فولادی مورد نیاز برای ساخت خرپا معرفی شد، قیمت قوطی پروفیل، قیمت هاش و دیگر مقاطع مورد نیاز خرپا را میتوانید از صفحه مرتبط با آن محصول در منوی آهنگر مشاهده کنید.