خرپا، واژه ای است که در ساخت‌وساز بسیار پرکاربرد است و تقریبا همه آن را می‌شناسند و بارها به گوششان خورده است. این سازه مثلی پرکاربرد است که غالبا از جنس فلز ساخته می‌شود و به عنوان یکی از مهمترین بخش‌های اسکلت بندی، در ساخت‌وساز شناخته می‌شود. با توجه به اهمیتی که خرپا دارد لازم است بیشتربا کاربرد خرپا در ساختمان و دلایل اهمیت آن آشنا شویم. این آشنایی به شما کمک می‌کند که برای داشتن یک ساختمان مستحکم تر بهترین انتخاب را داشته باشید و به کاربرد اصولی خرپا در ساخت‌وساز بیشتر اهمیت دهید. شرکت ارژن پی به عنوان ارائه کننده خدمات پی و فنداسیون بنا در نظر دارد تا شما عزیزان را کاربرد خرپا و انواع آن آشنا نماید اگر به دنبال دریافت بهترین خدمات در زمینه فونداسیون، پی ریزی و اسکلت بندی ساختمان هستید در این مطلب با ما همراه باشید.
کاربرد خرپا در ساخت‌وساز
انسان‌ها در طول ادوار مختلف همواره به دنبال استفاده از بهترین متریال‌ها برای ساخت ساختمان‌های بزرگتر و ایمن تر بوده اند. در این مسیر ساخت خانه‌های تک اتاقه توسط انسان اولیه به خانه‌های یک یا دو طبقه در قرن‌های پیش تبدیل شد و با پیشرفت فنون ساخت‌وساز امروزه به بناهای غول پیکر چندین ده طبقه رسیده است که نیاز دارد اسکلت بندی محکمی در برابر هر گونه فشار و کششی به خصوص لرزش‌های زلزله داشته باشد. استفاده از خرپا در ساخت‌وساز سابقه ای طولانی دارد با این تفاوت که در ابتدا این سازه یک سازه چوبی ساده بود کم کم استفاده از چوب اشکال متنوع تری به خود گرفت و با روی کار آمدن آهن و فولاد در ساخت‌وساز، متریال اصلی ساخت خرپا به آهن تغییر پیدا کرد تا این سازه مقاومتی را مستحکم تر نمایند.
به طور کل از خرپا در ساخت و اسکلت بندی فضاهایی همچون سقف ساختمان‌های بزرگ مانند سوله‌ها که بدون ستون هستند یا ساختمان‌های چند طبقه یا حتی در ساخت پل‌ها استفاده می‌شود. همچنین این سازه‌ها در ساختمان‌ها، تیرهای افقی و دیوارهای چند طبقه کاربرد زیادی دارد. هنگامی که هدف کاهش بارهای گرانشی، ثقلی و جانبی باشد استفاده از خرپا بهترین گزینه است.
در این مقاله قصد داریم شما را با اهمیت کاربرد خرپا در ساختمان سازی آشنا نماییم که برای آن لازم است با انواع خرپا از لحاظ کاربرد و شکل آشنا شوید. پیش از پرداختن به اهمیت کاربرد خرپا در ساخت وساز بهتر است با چیستی و اشکال مختلف خرپا و همچنین روش‌های ساخت آن آشنا شویم.
خرپا ساختمان چیست؟
خرپا چیست؟ یک سوال تکراری اما مهم است که جواب دادن به آن می‌تواند دیدگاه شما را برای استفاده از این سازه کاربردی تغییر دهد. خرپا (به انگلیسی: Truss) از ساده ترین سازه‌های باربر است که به شکل مثلث ساخته می‌شود و اغلب از اتصال چندین قطعه آهن یا چوب بر روی یک صفحه یا سطح به شکل مثلثی تشکیل می‌شود و در اسکلت ساختمان تعبیه می‌شود. این نوع سازه بهترین ابزار برای توزیع کشش و بارهای جانبی مانند زلزله در ساختمان است و از آنجایی که مثلث پایدارترین شکل هندسی است خرپاها به شکل مثلث ساخته می‌شوند تا بتوانند در برابر فشار و کشش پایدارترین وضعیت را در اسکلت بنا به وجود آورند. در اغلب موارد اجرای خرپا بدون هیچ انحنایی انجام می‌شود تا بتوان توزیع یکنواخت وزن و کنترل تنش را تغییر داد اما در مواقعی استفاده از خم کردن یا برش اجتناب ناپذیر است.
خرپاها به عنوان یک ساختار خمشی در اسکلت ساختمان به کار گرفته می‌شوند و نوعی سازه چند عضوی هستند که با خمش و چفت و بست میان اجزای آن اتصال پایداری برقرار می‌شود. بخش‌های مختلف این سازه به عنوان اعضای آن شناخته می‌شود که در ادامه به معرفی آنها می‌پردازیم.
جزییات اعضای خرپا در ساختمان
خرپا از واحدهای مثلثی شکل تشکیل شده است که به اجزای یا همان اعضای خرپا معروف هستند. اعضای اصلی خرپا با توجه به کاربرد به جزییات زیادی تقسیم می‌شوند که شامل: عضو قائم، عضو مایل، ریشه، شمعک، پی ریز پای اعضای مایل، اعضای افقی خرپا می‌شود. اغلب اعضای بالا و پایین را به نام میله‌های فوقانی خرپا و میله‌های تحتانی خرپا می‌نامند و اعضای میانی را به عنوان جان خرپا معرفی می‌شود. سازه خرپا اغلب کاملا فلزی است و تمامی اجزای آن از آهن و فولادساخته شده اند و اغلب در ساخت آن از نبشی، قوطی یا تیرآهن استفاده می‌شود اما برخی از خرپاها چوبی همچنان استفاده می شوند.
اتصال اعضای خرپا
یکی از مهمترین بخش‌ها در تولید خرپا طراحی آن و اتصالات سازه خرپا است که در آن جای هریک از اعضا تعیین و نحوه گره زنی آن با سایر اعضا مشخص می‌گردد. خرپا از واحدهای مثلثی تشکیل شده و طراحی اتصالات بین اعضای خرپا آخرین مرحله در طراحی خرپا است و به این اتصالات گره می‌گویند. گره‌های در سه حالت لولا، سفت و سخت و نیمه سفت و سخت طراحی می‌شوند که توانایی حمل بار و کشش‌های وارد شده بر سازه را دارند و از طریق تیرهای باربر و دیوارها بار وارد شده را به زمین منتقل می‌کنند.
اتصالات تمامی اعضا یا به صورت مستقیم یا به صورت اتصال به ورق مقطع انجام می‌شود. این گره‌ها به کمک جوش دادن، پیچ و مهره کردن یا پرچ کردن انجام می‌شود. برای داشتن یک خرپای مقاوم لازم است اتصالات به بهترین نحو انجام گردد.
ورقه‌های اتصال در خرپا
یکی از بخش‌های مهم در خرپا ورقه‌های اتصال هستند که با توجه به فرم اعضای خرپا طراحی و جاگذاری می‌شوند. برای داشتن یک اتصال پایدار در خرپا لازم است ورقه اتصال دچار خمیدگی نشود زیرا منجر به دفرمه شدن خرپا و در نهایت از بین رفتن نقش باربری آن می‌شود.
مهاربندی خرپا
یکی از مهمترین بخش‌ها برای افزایش مقاومت ساختمان در امتداد عمود بر قاب‌های خرپایی استفاده از مهاربند است. مهاربندی به کمک بادبندها انجام می‌شود که خود به عنوان مجموعه ای از میله‌ها و پروفیل‌ها شناخته می‌شوند که معمولا به صورت ضربدری در قاب‌های ساختمانی برای اتصال به کار گرفته می‌شوند. می‌توان گفت که دلیل وجود بادبندهای جانبی به خاطر افزایش مقاومت سیستم قاب‌ها در جهت عمود است.
حال که با اعضای خرپا و اتصالات آشنا شدیم بهتر است به سراغ شناخت انواع خرپا برویم و ببینیم چند نوع خرپا وجود دارد و بر چه اساسی طبقه بندی می‌شوند؟
انواع خرپا از لحاظ ساختار و کاربرد
همانطور که گفته شد خرپا یک سازه قدیمی است که بشر از آن برای مستحکم کردن بخش‌هایی از اسکلت ساختمان‌های بزرگ استفاده می‌کند. با اینکه قدمت این سازه بسیار قدیمی است اما به دلیل کاربردی بودن همواره با رشد و توسعه در دنیای مهندسی ساختمان مواجه بوده است در نتیجه امروزه شاهد ظهور انواع و اقسام خرپا چه به لحاظ کارایی و کاربرد و چه به لحاظ شکل ظاهری هستیم. هریک از انواع خرپا مناسب استفاده در بخشی از اسکلت است که توسط مهندسین ساختمان طراحی و محاسبه می‌گردد.
خرپای ساده
خرپا ساده، همانگونه که از اسم آن پیداست ابتدایی ترین شکل خرپاست که با اتصال بخش فوقانی و تحتانی و جان خرپا به صورت مفصلی یک مثلث بنیادی تشکیل می‌دهند. این خرپا می‌تواند در همین شکل باقی بماند یا به کمک گره زدن دو عضو دیگر توسعه یابد. اعضای جدید با گره جدید به هم متصل می‌شوند و انتهای آنها به گره‌های موجود متصل می‌شود. این نوع خرپا اغلب در سقف‌های قاب بندی شده با تیرهای شیبدار و تیرچه استفاده می‌شود. در گذشته استفاده از آن مرسوم بوده است.
خرپای مرکب
اتصال چند خرپای ساده منجر به ایجاد یک خرپای مرکب می‌گردد. در واقع خرپای مرکب از اتصال دو یا چند خرپای ساده به وجود می‌آید و از لحاظ توانایی حمل بار و کشش نسبت به سایر خرپاها از مقاومت بیشتری برخوردار است. از این نوع خرپا اغلب در پروژه‌های بزرگ ساختمانی استفاده می‌شود و مزایایی بسیاری دارد.
خرپای پیچیده و مبهم
خرپای نوع پیچیده و مبهم همانطور که از نام آن مشخص است هیچ اثری از خرپای ساده و مرکب در خود ندارد در واقع خرپایی که نه ساده باشد و نه مرکب را خرپای مبهم و پیچیده می‌گویند.
خرپای مسطح (صفحه ای)
زمانی که اعضای یک خرپا در یک صفحه یا ورق دوبعدی قرار بگیرند به آن خرپای مسطح یا ورقه ای می‌گویند. در این نوع خرپا اعضای تحتانی و فوقانی موازی یکدیگر هستند و پشت سر هم قرار دارند. این نوع خرپا بیشتر در سقف ها، پل ها، شاه تیرها و همچنین در سازه‌های مکانیکی مانند دوچرخه، هواپیما و… به کار گرفته می‌شود.
خرپای فضایی
برخلاف خرپای مسطح که فقط در یک سطح قرار دارد، اعضای خرپای فضایی در شبکه ای سه بعدی در هم تنیده شده و مثلث‌های خرپا را تشکیل می‌دهند. اعضا خرپای فضایی با توجه به نیاز ساختمان اغلب از جنس فولاد، آهن یا آلومینیوم ساخته می‌شوند و اتصالات آنها بیشتر از نوع لولایی است. این نوع خرپا مقاومت بالایی دارد و اغلب در سازه‌های بسیار بزرگ مورد استفاده قرار می‌گیرد. شما می‌توانید آنها را در سقف سوله‌ها، کارخانه‌ها، استخرها، نمایشگاه‌ها و… مشاهده نمایید. این نوع خرپا در انواع یک لایه و دولایه ارائه می‌شود که نوع دولایه استحکام بیشتری دارد و ساختمان سازان برای بالا بردن سطح مقاومت ساختمان بیشتر از آن استفاده می‌کنند.
انواع خرپا از نظر فرم ظاهری و قدرت باربری
همانطور که گفته شد خرپاها انواع مختلفی دارند که به مهمترین آنها اشاره شد. اما دسته بندی خرپا تنها در انواع کاربردی نیست نوع دیگری از دسته بندی خرپا بر اساس مدل، شکل ساختاری و نوع باربری آنها است. این مدل‌ها با توجه به نوع متریال به کار رفته و دهانه مورد نظر برای تعبیه خرپا طیف گسترده ای دارد که در اینجا به برخی از آنها اشاره می‌کنیم.
خرپا پرات
یکی از مدل‌های پرکاربرد و اقتصادی خرپا در ساخت‌وسازها مدل پرات است که دارای نوع فولادی و چوبی است. این نوع خرپا شکلی N مانند دارد و اعضای عمودی برای تحمل فشار وارده بر ساختمان و اعضای افقی یا مورب برای تحمل تنش‌ها و کشش‌های وارد شده بر آن طراحی شده اند. از خرپای پرات در دهانه‌های بزرگتر از 20 متر استفاده می‌شود و در ساخت‌وساز پل‌ها بسیار کاربردی است.
خرپا هاو
مدل هاو وارونه مدل پرات است در واقع جای اعضای عمودی و افقی آن با یکدیگر عوض شده است. خرپای هاو نسبت به خرپای پرات کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرد.
خرپا نور شمالی
زمانی که قرار است برای دهانه‌های کوچکتر از 20 متر در سقف ساختمان‌ها از خرپا استفاده شود اغلب از خرپای نور شمالی استفاده می‌شود. این نوع خرپا بیشترین نور را از ضلع شمال وارد ساختمان می‌کند به همین دلیل به آن نور شمالی می‌گویند.
خرپا شاه تیر
خرپای مدل شاه تیر، نوعی خرپای چوبی متشکل از یک مثلث ساده است که دارای یک عضو عمودی میان دو سر وتر است. این نوع خرپا برای استفاده در دهانه‌های ساختمان‌های کوچک ( کمتر از 8 متر) کاربردی است.
خرپا عصایی
مدل دیگری از خرپا وجود دارد برخلاف ساده بودن مقاومت بالایی دارد به همین دلیل بسیار کاربردی است. خرپای عصایی که شباهت بسیاری به مدل شاه تیر دارد با این تفاوت که یک عضو مورب وسط وتر پایین و وترهای شیب دار قرار گرفته ست. این مدل نیز مانند شاه تیر مناسب دهانه‌های کوچک با قطر کمتر از 10 متر است.
خرپا وارن
خرپای مدل وارن مدلی از خرپاهای فولادی است که متشکل از مثلث‌های متساوی الاضلاع است. این نوع خرپا بیشتر مورب و افقی هستند و برای تحمل تنش‌ها و کشش‌ها کاربرد بیشتری دارند. اعضای خرپا وارن نسبت به پرات کمتر است.
خرپا فینک
خرپای فینک مدلی از خرپاست که مناسب اجرا در دهانه‌های کمتر از 20 متر مانند سقف‌های ساختمان‌های مسکونی و پل‌ها است و غالبا از جنس فولاد ساخته می‌شود. استفاده از این نوع خرپا بسیتر کاربردی و رایج است.
خرپای کی
نوعی از سازه است که در برابر هر نوع تنش خمشی مقاوم سازی شده است. در ساخت آن از متریال‌های زیادی استفاده می‌شود و اغلب برای دهانه‌های بیشتر از 100 متر مورد استفاده قرار می‌گیرد.
خرپای ویرندیل
خرپای ویرندیل مدل خاصی از خرپاست که نسبت به سایر خرپاهای بررسی شده متفاوت است. خرپای ویرندیل برخلاف سایرین دارای دهانه مستطیل شکل یا مربعی است. اغلب از آن برای انسداد درب و پنجره استفاده می‌شود.
به طور کل سیستم خرپای ساختمان با توجه به نیازمندی‌های ساختمان توسط مهندسین انتخاب می‌شود و آنگاه مهندسین به انجام محاسبات خرپا برای به دست آوردن توان مورد نیاز می‌پردازند.
محاسبات خرپا
با توجه به آنچه که گذشت خرپاها یک سازه ساختمانی در اسکلت و فونداسیون بنا برای افزایش مقاومت ساختمان در برابر کشش و بارهای جانبی است. برای ساخت خرپا ابتدا باید طراحی انجام شود و برای انجام این طراحی لازم است فرضیاتی در نظر گرفته شود که بر اساس آن فرضیات خرپا محاسبه می‌گردد. خرپاها قادر به حمل بار قابل توجهی هستند اما به شرطی که در طراحی آنها میزان بار احتمالی محاسبه شده باشد. مهندسین ساختمانی با محاسبه میزان بار و کششی که ساختمان متحمل خواهد شد چه بر اثر بزرگی و ابعاد و چه بر اثر زلزله اقدام به محاسبه خرپا با روش‌های مهندسی می‌کنند تا به یک انتخاب آگاهانه برای انتخاب نوع خرپای مورد نیاز ساختمان دست یابند.
اهمیت کاربرد سازه خرپا در ساخت‌وساز
استفاده از خرپا برای پوشاندن دهانه‌های بزرگ و طولانی راهکار مناسبی است به طوری که استفاده از آن علاوه بر صرفه اقتصادی باعث استفاده از کم ترین متریال برای مقاوم سازی می‌شود. سیستم خرپا با وجود قدمتی که دارد بخش مهمی از معماری روز جهان است. با کمک خرپا در ساختمان چه در پی ریزی و فونداسیون و چه در پوشاندن سقف‌هایی با دهانه بزرگ میزان فشار و نیرو وارد به ساختمان را کاهش داده و از طریق دیوارها و تیرهای باربر آن را به زمین انتقال می‌دهد. به طور کل استفاده از خرپا مزایای بسیاری دارد که در زیر به چند مورد اشاره می‌کنیم:
- ساده بودن اصول ساخت خرپا نسبت به سایر سازه‌های ساختمانی
- قابل استفاده برای ساخت بناهایی با زیربنای ابعاد بسیار بزرگ
- انعطاف پذیری بالا نسبت به سایر سازه‌های ساختمانی در شرایط مختلف
- نصب و راه اندازی سریع در کنار حمل آسان و مونتاژ سریع آن
- مقرون به صرفه و استفاده برای سازه‌ها و بناها در مناطق مختلف شهری
اجرای خرپا به عنوان سازه نگهبان
خرپا یکی از پرکاربردترین روش‌های اجرای سازه نگهبان در ساختمان‌های بزرگ است که انعطاف پذیری زیادی از نظر اجرا در شرایط مختلف محیطی و اقلیمی دارد. استفاده از روش خرپایی در گودبرداری‌های داخل شهری اغلب کاربردی تر و اجرایی تر از سایر روش هاست و برای پیمانکاران و ساختمان سازان صرفه اقتصادی زیادی دارد.
مراحل اجرای سازه نگهبانی خرپا
برای اجرای سازه نگهبانی خرپا پس از محاسبه، انتخاب و طراحی خرپا مراحلی وجود دارد که در اینجا اجمالا به آن اشاره می‌کنیم.
- حفر چاه‌هایی برابر با عمق گود به اضافه شمع در امتداد اعضای قائم خرپا
- آماده سازی سبد آرماتورهای شمع مطابق طرح تصویب شده در خارج از گود و انتقال به آن پس از آماده شدن
- نصب عضو قائم و قرار دادن آن در داخل شمع به کمک بتن و بتن ریزی شمع پس از نصب
- گودبرداری با شیب مطمئن به دست آمده از مطالعات مکانیک خاک پس از نصب عضو قائم
- آماده‌سازی محل فونداسیون پای عضو مایل، قالب بندی و آرماتوربندی و نصب ورق کف ستون و بولت‌های آن
- اتصال عضو مایل از یک سو به ورقه کف فونداسیون سازه نگهبان و از سوی دیگر به عضو قائم مطابق طرح
- برداشتن خاک قسمت مثلثی محصور بین عضو قائم، عضو مایل و اولین عضو افقی خرپا در سرتاسر دیوار
- اتصال اولین عضو افقی خرپا به عضو مایل وعضو قائم از دو سوی آن
به همین ترتیب دو مرحله آخر تکرار می شود و اتصال دومین و سومین و باقی مانده اعضای افقی انجام می شود تا اجرای خرپا کامل گردد.
اجرای خرپا توسط ارژن پی
شرکت ارژن پی یکی از شرکت‌های ارائه دهنده انواع خدمات پی و فنداسیون در شمال کشور است که خدمات خاکبرداری، مدیریت پیمان ساخت و نیلینگ و انکراژ را انجام می‌دهد. ارژن پی توانسته است با بهره گیری از دانش فنی و توان علمی در زمینه طراحی مهندسی، مدیریت و اجرای پروژه‌های مهندسی ژئوتکنیک مانند بهسازی خاک، پایدار سازی گود و ترانشه با خدمات نیلینک، انکراژ، شمع، دیوار برلنی به شیوه‌های تزریق و میکروپایل در ایران و کشورهای همسایه موفقیت‌های چشمگیری به دست آورد این شرکت علاوه بر آن آماده انجام خدمات جت گروتینگ و اختلاط عمیق، تاپ دان، خرپا و مهار متقابل، مطالعات و مشاوره ژئوتکنیک و عایق بندی و زهکشی در منطقه مورد نظر شما می‌باشد.
شما می‌توانید برای بهره گیری از خدمات فنی، مهندسی و اجرایی پیش از هر چیز از مشاوره، مشاورین این شرکت در زمینه پروژه مد نظر خود بهره مند گردید. اگر به دنبال انتخاب یک شرکت طراحی و ساخت پی و فنداسیون یا مطالعه مشکلات بستر خاک برای پی سازی و گود برداری هستید ارژن پی همان گزینه ای است که به دنبال آن می‌گردید پس همین الان با ما تماس بگیرید.