در صنعت ساخت و ساز، سازه‌های بسیاری مورد استفاده قرار می‌گیرد اما یک سازه اهمیت بسیاری دارد و به گونه ای است که در اغلب ساخت و سازها به کار گرفته می‌شود و آن سازه خرپا است. خرپا به عنوان یک سازه صلب شناخته می‌شود و می‌توان گفت در صنایع بسیاری به کار گرفته می‌شود. ارژن خاک پی به عنوان یکی از ارائه کنندگان خدمات پی و فونداسیون بنا در شمال کشور در نظر دارد تا شما عزیزان را با کاربرد خرپا و اهمیت آن آشنا نماید. پس اگر به دنبال چیستی خرپا، کاربرد آن و نحوه استفاده از آن هستید در ادامه مطب با ما همراه باشید.
خرپا چیست؟
لازم است قبل از هرچیز چیستی خرپا را با هم مرور کنیم و اینکه چرا به آن می‌گویند خرپا، آنگاه به کاربرد و مزایا و معایب آن بپردازیم.
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. خرپا اغلب به عنوان یک سازه خمشی مورد استفاده قرار می‌گیرد و توانایی تحمل بارهای گرانشی و نیروهای کششی را دارد. قصد استفاده از خرپا بیشتر حذف ستون به خصوص در ساختمان سازی است البته این حذف در حرف ساده است و لازم است که کاملا مورد بررسی قرار گیرد و شرایط آن مهیا گردد. توجه داشته باشید که استفاده از سازه خرپا به عنوان یکی از سازه‌های اقتصادی و در برخی موارد پر هزینه شناخته می‌شود.
در خرپا به دلیل عدم وجود نیروی برشی و لنگر خمشی تمامی اتصالات به صورت مفصلی انجام می‌گیرند. با این حال مصالح کمتری به کار برده می‌شود و نیروی کار کمتری نیز به کار گرفته می‌شود در نتیجه در برخی از ساخت و سازهای فضایی کاملا کاربردی و مناسب 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. یکی از مهمترین جایگاه‌های استفاده از خرپا صنعت هوا و فضا است که کاربرد گسترده ای از خرپا در ساخت بال هواپیما دارد.
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.
اعضای خرپا در ساخت و ساز
همانطور که گفته شد خرپا یک سازه مثلثی شکل است که دارای اجزای مختلفی است و این اعضا به یکدیگر پیچ یا لولا شده اند. این اعضا شامل عضو قائم، عضو مایل، ریشه، شمعک، پی ریز پای اعضای مایل، اعضای افقی خرپا و… می‌شود که توسط جوش یا پیچ به هم اتصال پیدا می‌کنند. اعضای بالا و پایین خرپا را میله‌های فوقانی خرپا و میله‌های تحتانی خرپا می‌نامند و اعضای میانی به جان خرپا معروف هستند. امروزه تقریبا تمامی اعضا از آهن و فولاد ساخته می‌شوند اما در برخی سازه‌ها ممکن است از خرپاهای چوبی نیز استفاده گردد.
اتصالات اعضای خرپا
اتصال اعضا که با نام گره شناخته می‌شود در سه حالت لولا، سفت و سخت و نیمه سفت و سخت طراحی می‌شوند تا توانایی حمل بار و کشش‌های وارد شده بر سازه را داشته باشند. تمامی اتصالات 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.
انواع نیروهای اعمال شده به خرپا
همانطور که گفتیم خرپا سازه ای برای دریافت نیروی باربر و فشار است تا بتواند این بار را مدیریت نماید. لازم است بدانید که نیروهای وارد شده به خرپاها یکسان نیست و در سازه‌های مختلف با توجه به ابعاد، وزن و حتی متریال ساخت و ساز تفاوت دارد. به طور کل نوع بار وارد شده به خرپا بستگی به نوع استفاده از خرپا دارد، برخی از بارهای وارد شده ساکن و برخی دیگر متغیر است. از آنجایی که استفاده از خرپا محدودیت‌هایی در صنعت دارد و کاربرد غیر اصولی آن می‌تواند منجر به بروز مشکلات بزرگی در پروژه‌ها ی عمرانی شود لازم است که یک تیم متخصص درباره آن تصمیم بگیرند و قبل از اجرا با برآورد نوع نیرو و فشار اعمال شده ابعاد، نوع متریال و سایر ملاحظات مطابق با استانداردهای نظام مهندسی انتخاب گردد.
در ادامه به معرفی نیروهای مختلف وارده بر خرپا می‌پردازیم.
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.
انواع خرپا
حال می‌رسیم به بحث انواع خرپا در صنایع مختلف. گفتیم که خرپا یک سازه قدیمی است که با پیشرفت متریال‌های ساخت و ساز و علوم مهندسی امروزه در انواع مختلفی به کار گرفته می‌شود. تنوع خرپا باعث شده است که در دسته بندی‌های مختلف از جمله ساختار و کاربرد و فرم ظاهری و قدرت باربری قرار گیرند. هریک از این خرپاها با توجه به شکل ظاهری و میزان باربری مناسب استفاده در نوعی از ساخت و ساز هستند که انتخاب نوع بر عهده مهندسین و متخصصین حوزه ساختمان است و لازم است که مطابق با استانداردهای نظام مهندسی طراحی گردد.
انواع خرپا از نظر ساختار و کاربرد
این نوع خرپا بر اساس کاربردی که دارند دسته بندی می‌شوند و بیشتر شامل طرح کلی خرپا می‌شود. این نوع خرپاها شامل خرپای ساده، خرپای مرکب، خرپای مبهم و پیچیده، خرپای مسطح (صفحه ای) و خرپای فضایی می‌شود که هر یک بنا به صلاحدید متخصصین به عنوان سازه باربر در ساخت و ساز مناسبی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
انواع خرپا از نظر فرم ظاهری و قدرت باربری
با نگاهی به صنعت ساخت و ساز با انواع اسامی خرپا مواجه می‌شوید که هریک از آنها بر اساس فرم و ظاهر و میزان باری که می‌توانند تحمل کنند اسم گذاری شده اند. برخی از این خرپاها عبارتند از: خرپا پرات، خرپا‌هاو، خرپا نور شمالی، خرپا شاه تیر، خر پا عصایی، خر پا وارن، خر پا کی، خرپا فینک، خرپا ویرندیل و…. لازم به ذکر است برخی از این خرپاها نوع پیشرفته خرپاهای قدیمی هستند که تقویت شده اند و به شکلی جدید مورد استفاده قرار می‌گیرند.
شما می‌توانید در مقاله کاربردهای خرپا در ساخت و ساز و دلایل اهمیت آن با انواع خرپا به صورت جزیی تر آشنا شوید.
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.
مزایا و معایب استفاده از خرپا
خرپا نیز مانند هر سازه دیگری دارای معایب و مزایایی است که اطلاع از آن در ساخت و ساز می‌تواند شما را از گرفتن تصمیمات اشتباه بر حذر دارد. به طور کل امروزه در صنعت ساخت و ساز به دلیل مزایای منحصر به فردی که سازه خرپا دارد، کاربرد وسیعی در ساخت اسکلت بنا، سقف و حتی گودبرداری ساختمان پیدا کرده است. مهمترین مزایای استفاده از خرپا شامل موراد زیر می‌شود:
- 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
معایب خرپا
به طور کل هر سازه ای علاوه بر مزایایی که دارد داری معایبی نیز هست که توجه به آنها ضروری است. در اینجا به چند عیب استفاده از خرپا اشاره می‌کنیم.
· نیازمند فضای زیاد برای اجرا و پیاده سازی
· هزینه‌های بالای تعمیر و نگهداری اجزای آن
· تعداد بالای قطعات و لزوم چک کردن تمامی اتصالات
با توجه به آنچه گفته شد ساخت سازه خرپا یک کار حرفه ای و تخصصی است که لازم است توسط یک تیم متخصص انجام گردد. پس قبل از انتخاب تیم پیمانکار خود برای ساخت و ساز حتما از تجربیات آنها مطلع شوید و رزومه آنها را بررسی نمایید.
طراحی و اجرای سازه خرپا توسط ارژن خاک پی خاک
شرکت ارژن خاک پی، یکی از شرکت‌های پیمانکاری در زمینه ارائه انواع خدمات پی و فنداسیون بنا در شمال کشور است که در سالهای اخیر با کمک نیروی متخصص خود و بهره گیری از جدیدترین متدهای روز جهان توانسته اجرای پروژه‌های مختلفی در ایران و کشورهای همسایه را بر عهده بگیرد و موفقیت‌های بزرگی به دست آورد. این شرکت انواع خدمات خاکبرداری، مدیریت پیمان ساخت را انجام می‌دهد. ارژن خاک پی در زمینه پایدارسازی گود برداری با استفاده از روش‌های نوین همچون نیلینگ، انکراژ، شمع، دیوار برلنی، میکروپایل، تاپ دان و… بهترین‌ها را برای ساخت و ساز شما به ارمغان می‌آورد. تیم ما با بهره گیری از دانش فنی و توان علمی، مطالعات و مشاوره ژئوتکنیک را در زمینه طراحی مهندسی ساخت، مدیریت و اجرای پروژه‌های مهندسی ژئوتکنیک، بهسازی خاک، پایدار سازی گود و ترانشه، جت گروتینگ و اختلاط عمیق و عایق بندی و زهکشی به بهترین شیوه ارائه می‌کند. برای دریافت مشاوره از متخصصین ما کافی است با ما تماس بگیرید.