سازه خرپا

در این نوشتار تلاش داریم تا یکی از سازه های فلزی کاربردی که در ساخت سقف ساختمان ها، پل ها و برج استفاده می شود یعنی سازه خرپا را معرفی کنیم و به بررسی مختصر مباحث مربوط به آن از جمله انواع سازه خرپایی، نقشه خرپا، اجزای تشکیل دهنده خرپا فلزی، اصول ساخت خرپا بپردازیم.

مقدمه

سازه فلزی نوعی سازه است که مصالح اصلی آن برای تحمل فشار و نیروهای وارده بر سازه از جنس فولاد و فلز می باشد. امروزه این سازه جزو پرکاربردترین و پرمصرف ترین ها در ساخت و ساز می باشد. در ساخت سازه های فلزی از مصالح فلزی گوناگون مانند ملیگرد، تیرآهن و قوطی پروفیل استفاده می شود. یکی از سیستم های ساخت سازه های فلزی که از مصالحی مانند تیرآهن و میلگرد استفاده می شود سازه خرپا می باشد که در ساخت سقف بنا و همچنین احداث بناها و برج ها از آن استفاده می شود.

سازه خرپا چیست؟

سازه خرپا (Truss Structures) سازه ای است که از واحد های ثابت مثلثی شکل تشکیل شده و تمامی اتصالات در این سازه با محاسبات فنی دقیق و بصورت مفصلی به هم متصل می شوند. امروزه جنس این سازه عمدتا فلزی است اما در گذشته از چوب نیز استفاده می شده است. واحد های تشکیل دهنده خرپا فلزی توانایی مقاومت در برابر فشار و نیروهای کششی را دارد و تمامی این نیروهای وارده به صورت داخلی در آن خنثی می گردد و تحت تاثیر این نیروها تغییر شکل نمی دهند.

نقش سازه خرپایی در یک اسکلت توزیع یکپارچه وزن برای جلوگیری از خم شدن یا تقطیع سازه و همچنین انتقال فشار بارها به تکیه گاه می باشد. از آن جایی که مثلث تنها شکل هندسی دارای پایداری نسبی بالا می باشد به همین دلیل شکل مثلث در مکانیزم این سازه نقش اساسی دارد. امروزه سازه خرپایی از رایج ترین سیستم های سازه ای است که در ساخت انواع ساختمان ها و بناها استفاده می شود.

پیشینه تاریخی سازه خرپا

با بررسی اسناد در مورد این سازه برخی شواهد نشان می دهد که اولین بار در سده شانزدهم میلادی یک معمار رومی به نام پالادیو (Paladio) این سازه را طراحی و ابداع کرد و در همان سال ها بود که اولین بناها و ساختمان با استفاده از نقشه خرپا بنا شد، اما در بررسی الواح تاریخی که در حفاری های باستان شناسان از شوش بدست آمده نشانه هایی مبنی بر وجود بناهایی با سازه خرپایی در حدود 3 هزار قبل از میلاد مسیح در ایران باستان دیده می شود.

اجزا و اتصالات تشکیل دهنده نقشه خرپا

سازه خرپایی بعنوان یک سیستم فلزی نوین که در ساخت اسکلت بناها و انواع ساختمان ها از آن استفاده می شود از اجزا و اتصالات مختلفی تشکیل می شود از مهمترین عناصر این سازه می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• یال تحتانی
• یال فوقانی
• محورها قائم
• محورهای قطری

مصالح اصول ساخت سازه خرپا

برحسب کاربری و محلی که قرار است این سازه در آن پیاده سازی و اجرا شود مصالح مختلفی برای ساخت آن مورد استفاده قرار می گیرد از مهمترین آن مصالح می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• انواع مختلف تیرآهن
• انواع قوطی پروفیل
• انواع مختلف سپری و نبشی
• لوله های فلزی

انواع سازه خرپایی

همانطور که پیش تر اشاره شده، این سازه فلزی مثلثی شکل امروزه یکی از پکاربردترین و رایج ترین انواع سازه ها می باشد. خرپا را براساس ساختاری که دارند به چهار نوع اصلی ساده، صفحه ای، فضایی و مرکب تقسیم می کنند. در ادامه به تشریح هر کدام از آن ها خواهیم پرداخت؛

خرپا فلزی ساده

خرپای ساده (Simple Truss) یک نوع خرپا تخت و صاف است که اولین بخش تشکیل دهنده آن یک واحد مثلثی شکل است که دو واحد بدون خمیدگی و همچنین یک مفصل به آن متصل می شود. از این نوع خرپا در ساخت سقف در بناهای قدیمی استفاده می شده که امروزه تقریبا رایج نیست.

خرپا فلزی صفحه ای

سازه خرپا صفحه ای سازه ای است که در آن تمام عناصر و اتصالات در یک سطح صاف دو بعدی قرار دارند. در این نوع سازه محور های تحتانی و فوقانی بصورت موازی قرار می گیرند، از این نوع سازه معمولا در سقف بناها و پل ها استفاده می شود.

خرپا فلزی مرکب

خرپا مرکب (Compounded Truss) سازه ای است که از ترکیب و ادغام دو یا چند خرپا ساده تشکیل می شود، مقاومت این سازه نسب به انواع دیگر سازه خرپایی بیشتر است. به همین دلیل امروزه در ساخت بناها و ساختمان ها بیشتر از این سازه استفاده می شود.

خرپا فلزی فضایی

خرپا فلزی فضایی بر خلاف انواع دیگر خرپا که بر روی صفحه دو بعدی شکل می گرفتند بصورت شبکه ای سه بعدی ساخته می شود، به همین دلیل از نظر شکل ظاهری زیباترین گونه سازه خرپایی است. این سازه که نام دیگر آن خرپای فضاکار نیز گفته می شود معمولا از اتصلات آهنی، فولادی و آلمینیومی ساخته می شود، مقاومت این نوع خرپا نیز بسیار بالا بوده و معمولا در ساخت بناها با زیربنای بالا و سقف های بلند مانند نمایشگاه ها، سالن های ورزشی و کارگاه های صنعتی، سوله ها و کارخانجات استفاده می شود.

مزایا سازه خرپا

امروزه سازه خرپایی بدلیل کاربردهای فراوان و مزایا منحصربه فرد بعنوان یکی از پرکاربردترین سیستم های ساخت اسکلت و سقف بنا استفاده می شود از جمله برجسته ترین این مزایا می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• انعطاف پذیری بالا در پیاده سازه و اجرا در شرایط مختلف طبق نقشه خرپا.
• باز کردن این سازه و مونتاژ مجدد آن در مکان دیگر به راحتی میسر است.
• برای ساخت بیشتر سازه ها و بناها در مناطق شهری استفاده از این سازه بسیار مناسب و از نظر اقتصادی مقرون به صرفه است.
• اصول ساخت خرپا نسبت به سایر سازه ها ساده تر بوده و به دستگاه و ابزار خاصی عمدتا نیز ندارد.
• برای ساخت بنا با زیر بنای و ابعاد بالا استفاده از این سازه بسیار موجه است.

معایب روش سازه خرپا

سازه خرپایی در عین اینکه دارای مزایای فراوان بوده و کاربرد های بالایی دارد اما در مواردی معایبی نیز مشاهده شده است از جمله این معایب می توان به موارد زیر اشاره کرد؛

• در احداث ساختمان هایی که از اصول ساخت خرپا استفاده می کنند، وزن ساختمان بالا می رود.
• ساختمان ها طراحی شده با نقشه خرپا، فضای بیشتری را نسبت به سایر سازه ها اشغال می کنند.
• در عین اینکه سازه خرپایی بسیار مقرون به صرف می باشند اما هزینه های تعمیر و نگهداری آن به دلیل استفاده از مصالح فراوان نسبتا زیاد است.

بناها معرف ساخته شده با روش سازه خرپا

همانطور که پیشتر اشاره شده امروزه استفاده از سازه خرپایی روشی نوین و بسیار رایج در تمامی کشور های جهان می باشد و بنا ها و ساختمان های معروفی نیز با این نوع سیستم ساخته شده از جمله مهمترین این بناها می توان

به موارد زیر اشاره کرد؛

برج ایفل در شهر پاریس را احتمالا می توان یکی از مشهور ترین سازه ها ساخته شده با این سازه دانست. این برج حد فاصل سال های 1887 و 1889 با ارتفاعی بالغ بر 324 متر ساخته شد.

پل فولادی ایکیتسوکی Ikitsuki)) در ناکازاکی ژاپن را می توان یکی از معروف ترین پل های خرپای فلزی دنیا دانست. این پل طولی در حدود 800 متر و دهانه ای در حدود 400 متر دارد.

موزه هنرهای مدرن آسیا در شهر تایچونگ تایوان را نیز می توان یکی از دیگر از سازه های خرپا مشهور دانست این بنا حد فاصل سال ها 2011 تا 2013 با مساحتی در حدود 4 هزار متر مربع طراحی و احداث شد.

کلام اخر

در این نوشتار تلاش کردیم یکی از مهمترین و کاربردی ترین سیستم های فلزی ساخت سقف، پل و برج ها یعنی سازه خرپا را معرفی کنیم و بصورت اجمالی به بررسی مولفه های مربوط به آن بپردازیم. امید است مطالب بیان شده که توسط تیم سئو سایت مشهد تهیه شده، سودمند واقع شده باشد.