مقایسه کاربرد، مزایا و معایب انواع خرپا در ساختمان
دسترسی سریع به محتوای مقاله
انواع خرپا در ساختمان به شکل‌ها و مدل‌های مختلفی مورداستفاده قرار میگیرند که وظیفه کنترل و توزیع تنش‌ها را بر عهده‌دارند. این اجزای مثلثی شکل و به‌هم‌پیوسته اغلب در حالت‌های ساده، مسطح، فضایی و مرکب ساخته میشوند. یکی از کاربردهای مهم خرپا در پوشاندن دهانه‌های بزرگ است. برای مثال، انتخاب خرپا برای دهانه 6 متری و نیز خرپا برای دهانه 8 متری نمونه‌هایی از این نوع کاربرد هستند. در ادامه با بررسی شکلهای مختلف، مزایا، معایب، کاربردها و نحوه ساخت انواع خرپا با ما همراه باشید.
خرپا چیست؟
خرپا عبارت است از یک چارچوب مثلثی شکل که با استفاده از اتصالات بلند و باریک آهن‌آلات به یکدیگر ساخته میشود. خرپاها به‌منظور افزایش مقاومت در برابر بارهای خارجی طراحی شده و مورداستفاده قرار میگیرند. اجزای اصلی خرپا شامل قاب‌های مثلثی ساخته‌شده با مقاطع فولادی و یک گره برای اتصال این قاب‌ها میشوند. گره‌های مورداستفاده در خرپا به یکی از سه حالت "لولا" ، "سفت‌وسخت" و نیز "نیمه سفت‌وسخت" هستند. این گره‌ها توانایی تحمل بارهای وارد بر خرپا را دارند و به‌وسیله یک سری اجزای پشتیبان مانند تیرهای باربر و دیوارها، نیروها را به زمین منتقل می‌کنند.
قسمت های مختلف خرپا
- آکورد بالایی در حالت فشرده سازی شده
- آکورد پایینی در حالت تنشی
- مهاربند بین آکورد بالا و آکورد پایین
دلیل استفاده از خرپا
- به حداقل رساندن وزن وارده بر سازه
- کاهش میزان انحراف و خمش در سازه
- پشتیبانی از بارهای سنگین
انواع خرپا کدام اند؟
انواع گوناگونی از خرپا وجود دارند که هرکدام ویژگی و کارایی مخصوص به خود را دارند. تقسیم‌بندی خرپاها بر اساس شکل، مدل، ابعاد و کاربرد آن‌ها صورت می‌گیرد.
انواع خرپا از نظر شکل
خرپاهای فلزی دسته وسیعی از خرپاها را شامل میشوند که به دلیل برخورداری از مزایایی چون مقاومت در برابر نیروهای خارجی، نصب و راه‌اندازی ساده و سریع، قابلیت جابجایی و حمل آسان، مقرون‌به‌صرفه بودن و نیز مناسب بودن برای ساختمان‌های مرتفع، کاربردهای گسترده‌ای دارند. انواع خرپای فلزی از نظر شکل عبارت‌اند از:
- خرپای ساده فلزی
- خرپای مسطح فلزی
- خرپای فضایی فلزی
- خرپای مرکب فلزی
خرپای فلزی ساده
این نوع خرپا شامل یک عضو مثلثی بوده که قابلیت گسترش آن در صورت اضافه کردن دو عضو مستقیم و فاقد انحنا و نیز یک مفصل یا گره وجود دارد. از انواع خرپای ساده در کاربردهایی مانند ساخت سقف‌های قاب‌بندی شده متشکل از تیرهای شیبدار و هم‌چنین در ساخت تیرچه سقفی استفاده میشود. امروزه به دلیل روی کار آمدن خرپاهای فضایی و مرکب، استفاده از خرپای ساده کاهش یافته است و انواع خرپا ساده را تنها در ساختمان‌های قدیمی می‌توانیم مشاهده کنیم.
خرپای فلزی مسطح
در خرپای مسطح یا صفحه‌ای، تمام اعضا در یک صفحه دوبعدی قرار دارند و شامل یکی سری اعضای تحتانی و فوقانی به صورت موازی است که معمولاً به صورت سری یا پشت سرهم قرار میگیرند. ازجمله کاربردهای انواع خرپای مسطح می‌توان به ساخت انواع سقف، پل و شاه‌تیر اشاره کرد.
خرپای فلزی فضایی
این نوع خرپاها برخلاف خرپای مسطح که در یک صفحه دوبعدی قرار دارد، یک شبکه سه‌بعدی از مثلث‌های متصل‌به‌هم را تشکیل می‌دهند. خرپاهای فضایی به دلیل استحکام و مقاومت بالا در بین کارفرمایان محبوبیت زیادی داشته و اغلب در ساخت سقف نمایشگاه‌ها، استخرها و کارخانه‌ها مورداستفاده قرار میگیرند. خرپاهای فلزی فضایی معمولاً از جنس فولاد یا آلومینیوم هستند و اتصالات آن‌ها از نوع لولایی است. بااینحال، به‌منظور افزایش استحکام، در بعضی از پروژه‌ها از خرپاهای فضایی دولایه استفاده میشود که قیمت آن‌ها بیشتر از نوع تک لایه است.
خرپای فلزی مرکب
خرپای مرکب از دو یا چند خرپای ساده فلزی تشکیل شده است و در مقایسه با سایر انواع خرپا، استحکام و مقاومت بیشتری دارد. طبیعتاً از این نوع خرپا نیز بیشتر از انواع دیگر در ساخت‌وساز استفاده میشود. ذکر این نکته حائز اهمیت است که نوع سیستم خرپا برای هر پروژه متفاوت است و بر اساس نیاز و هدف پروژه باید انتخاب شود.
انواع مدل خرپا
خرپای شیروانی
خرپا شیروانی متداول‌ترین نوع خرپا است که مهم‌ترین مشخصه آن برخورداری از وتر بزرگ‌تر و ارتفاع بیشتر در اواسط دهانه است. این امر به‌منظور تسهیل زه کشی طبیعی آب باران، تمیز کردن گردوغبار و جلوگیری از تجمع برف صورت می‌پذیرد. باوجوداینکه ارتفاع وسط دهانه در خرپای شیروانی زیاد است، اما در صورت وارد آمدن نیروهای خمشی بزرگ، این نوع خرپا قابلیت پایداری و دوام در برابر آن را خواهد داشت. دلیل آن نیز به کمتر بودن میزان تنش‌های وارده به عضو وتر و عضو جان میانی نسبت به وسط دهانه مربوط میشود. حداکثر عمق در نظر گرفته شده برای خرپای شیروانی و خرپای سقف در حدود 4 تا 8 متر است.
خرپا پرات
خرپای پرات معمولاً از فولاد ساخته میشود و اجزای تشکیل‌دهنده آن عمودی و مورب بوده که با قرارگیری آن‌ها در کنار هم یک الگو به شکل N حاصل میشود. در این نوع خرپا، اجزای عمودی و مورب به ترتیب به‌منظور تحمل بارهای فشاری و کششی طراحی شده‌اند. از انواع خرپا پرات در ساخت پل و ساختمان‌هایی با دهانه بزرگ بین 20 تا 100 متر استفاده میشود. ازلحاظ اقتصادی نیز خرپای پرات در بین انواع خرپا به‌صرفه‌تر است.
خرپا وارن
خرپای وارن نیز یکی دیگر از انواع خرپا فولادی است که از مثلث‌های متساوی‌الاضلاع تشکیل شده است. خرپای وارن در مقایسه با خرپای پرات دارای اعضای کمتری است. ضمن اینکه، اعضای تشکیل دهنده خرپای وارن عمودی نبوده و به صورت مورب هستند و به صورت دائمی تحت نیروهای کششی و فشاری قرار دارند.
خرپا شاه‌تیر
خرپای مناسب برای دهانه 8 متری و کمتر از آن، خرپای شاه‌تیر است که معمولاً از چوب و یا ترکیبی از فلز و چوب ساخته میشود. این نوع خرپا معمولاً در سقف خانه‌های کوچک قابل‌استفاده است. خرپای شاه‌تیر ساده و کاربردی بوده که مقاومت خوبی هم دارد و اجرای آن را در اکثر سازه‌ها شاهد هستیم.
خرپا فینک
خرپای فینک اغلب در سازه‌های با دهانه کوتاه و در حدود 20 متر مورداستفاده قرار می‌گیرد. جنس این نوع خرپا از فولاد بوده و استفاده از آن در سقف سازه‌های مسکونی و پل‌ها بسیار رایج است.
خرپا هاو
خرپای هاو درواقع نوع وارون شده از خرپای پرات است. به عبارتی، اعضای عمودی آن نیروهای تنشی و اعضای مورب نیروهای فشاری را تحمل می‌کنند. این نوع خرپا در مقایسه با خرپای پرات کاربرد کمتری داشته که دلیل آن وارد آمدن نیروهای فشاری بیشتر برای طولانی‌مدت به اعضای مورب است.
خرپا عصایی
شباهت زیادی بین خرپای عصایی و خرپای شاه‌تیر از نظر شکل وجود دارد و عاملی که سبب تمایز این دو میشود، وجود یک عضو مورب در وسط وتر پایینی و هر یک از وترهای شیبدار بالایی است. خرپای مناسب برای دهانه 10 متری و کمتر از آن همین خرپای عصایی است.
خرپای ویرندیل
خرپای ویرندیل در مقایسه با سایر انواع خرپا معرفی شده تا به اینجا تفاوت‌های قابل‌ملاحظه‌ای دارد. این تفاوت شامل تفاوت در نحوه انتقال نیروها است. خرپاهای دارای گره‌های لولایی که به صورت شکلهای مثلثی هستند مقاومت چندانی در برابر چرخش و نیروهای چرخشی ندارند. بااینحال، خرپای ویرندیل دارای دهانه مربعی و مستطیلی بوده و اعضای تشکیل‌دهنده آن قادر به تحمل نیروهای محوری و گشتاور خمشی هستند.
اتصالات خرپا
برای اتصال قسمت‌های مختلف خرپا می‌توان از پیچ و مهره، پرچ کردن و یا جوشکاری اعضا به یکدیگر استفاده کرد. از روش پرس کردن هم می‌توان برای این منظور استفاده کرد اما نیاز به نیروی کار ماهر است و به همین دلیل چندان رایج نیست. در برخی از پل‌های راه‌آهن از روش پرچ کردن برای اتصال قسمت‌های مختلف خرپا استفاده میشود. بااینحال، جوشکاری رایج‌ترین روش است. از‌آنجایی‌که خرپاها از تیرهای St37 ساخته میشوند و این نوع فولادها نوعی فولاد ساده کربنی هستند، باید که از نکات جوشکاری فولاد ساده کربنی آگاهی داشته باشید.
یکی از نکات قابل‌توجه در اتصالات خرپا، توجه به طول خرپا است. انواع خرپا با طول کوتاه می‌توانند در محل پروژه با جوشکاری ساخته شوند و سپس به محل سایت یا اجرا منتقل شوند. خرپاهای طویل‌تر نیز در کارگاه ساخته شده و سپس به محل پروژه حمل میشوند. این بخش‌های پیش‌ساخته را می‌توان با استفاده از پیچ و مهره و یا جوشکاری در محل پروژه مونتاژ کرد.
نحوه ساخت انواع خرپا
اصول ساخت انواع خرپا بر اساس نوع کاربرد آن‌ها تعیین میشود. بر همین اساس، انواع خرپاهای زیر را خواهیم داشت:
- خرپای پل یا خرپای مسطح: در این حالت، خرپا به شکل مستطیلی و ذوزنقه‌ای ساخته میشود و از یک سری اعضای فوقانی و نیز اعضای تحتانی موازی تشکیل شده است.
- خرپای صفحه‌ای: وقتی تمام اجزای تشکیل دهنده خرپا در یک صفحه قرار گیرند به آن خرپای صفحه‌ای گفته میشود. انواع خرپا صفحه‌ای در ساخت پل و سقف‌ها مورداستفاده قرار میگیرند.
- خرپای سقف یا خرپای شیبدار: این نوع خرپا به علت شیبدار بودن، برای سقف شیروانی بسیار مناسب است. نکته قابل‌توجه در روش‌های ساخت خرپا این است که طول آن‌ها بین 1 تا 15 متر و فاصله بین آن‌ها نیز 3 تا 4 متر در نظر گرفته میشود.
آهن آلات مورد استفاده در ساخت خرپا
معمولاً برای ساخت خرپا از مقاطع فولادی زیر استفاده میشود:
- تیرآهن هاش و تیرآهنهای معمولی IPE
- انواع قوطی آهن به شکلهای مربع و مستطیل
- انواع سپری و نبشی فولادی
- انواع لوله فولادی
مزایا و معایب خرپا
مزایای خرپای فلزی
- مقاومت در برابر نیروهای وارده به سازه ازجمله زلزله
- قابلیت نصب و اجرای آسان
- قابلیت حمل و جابجایی
- مقرون‌به‌صرفه از نظر اقتصادی
- مناسب برای ساختمان‌های مرتفع
معایب خرپای فلزی
- نیازمند فضای زیاد برای اجرا
- نیاز به بزرگ بودن اجزای مثلثی برای تحمل و توزیع بارهای سنگین
- هزینه بالای تعمیرات و نگهداری
- وزن بالا
جمع‌بندی
خرپاها در ساختمان وظیفه کنترل و توزیع تنش‌ها را بر عهده دارند و به صورت اجزای مثلثی شکل ساخته میشوند. خرپاها دارای مدل‌های مختلفی بوده که همگی آن‌ها در چهار دسته شامل خرپای فلزی ساده، خرپای مسطح، خرپای فضایی و خرپای مرکب جای میگیرند. به حداقل رساندن وزن وارده بر سازه، کاهش میزان انحراف و خمش در سازه و پشتیبانی از بارهای سنگین ازجمله دلایل استفاده از انواع خرپا در ساختمان است.
سؤالات متداول
1- دلیل استفاده از خرپا در ساختمان چیست؟
به حداقل رساندن وزن وارده بر سازه، کاهش میزان انحراف و خمش در سازه و پشتیبانی از بارهای سنگین.
2- انواع خرپای فلزی کدام اند؟
بهطورکلی خرپاها در چهار دسته خرپای ساده، مسطح، فضایی و مرکب جای میگیرند که از نظر مدل شامل خرپاهای شیروانی، پرات، وارن، فینک و غیره میشوند.
3- برای ساخت خرپا از کدام نوع آهن آلات استفاده میشود؟
تیرآهن هاش و تیرآهنهای معمولی IPE، انواع قوطی آهن به شکلهای مربع و مستطیل، انواع سپری و نبشی فولادی و انواع لوله فولادی.