خرپا چیست؟

احتمالاً با مفهوم خرپا در دوران دانشگاه و واحد درسی استاتیک آشنا شدید. خرپا (Truss) سازه‌ای فلزی و در مهندسی عمران و سازه مهم و بنیادی است. همچنین این سازه چند عضوی است و اعضای آن طوری به یکدیگر متصل شده اند که هر کدام یا آزادی حرکت نداشته یا درجه آزادی محدودی دارند. اعضای پایینی خرپا نیز به تکیه‌گاه متصل هستند. خرپا در سازه‌های مختلف به تحمل نیروهایی که از محیط وارد می‌شوند و مقدار متفاوتی در شرایط مختلف دارند، کمک می‌کند. دلایل استفاده از خرپا عبارتند از: به حداقل رساندن نیروی مستقیم وارده شده به سازه، کاهش و یا جلوگیری از خمش سازه

به اتصال اعضای خرپا اصطلاحاً گره گفته می‌شود. اتصال گره به صورت‌های لولا، سفت و سخت، نیمه سفت و سخت طراحی می‌شود.

دو نوع نیروی فشاری و کششی به خرپا وارد می‌شود. اما ساختار خرپا در نهایت تغییر نمیکند. در واقع وقتی نیرویی به این سازه وارد می‌شود، این نیرو بین اعضای آن تقسیم می‌شود، به طوری که برای هرکدام از اعضا با توجه به ساختار خرپا نیرو به دو انتهای آن که نقطه اتصال اعضا نیز هست، اعمال می‌شود. در نهایت انتقال نیرو به اعضای پایینی می‌رسد و در صورتی که تگیه‌گاه ثابت باشد، در نقطه اتصال به تکیه‌گاه نیروهای افقی ناشی از فشار وارد شده خنثی شده و نیروی عمودی نیز اگر مفاهیم فیزیک را دانسته باشید، با نیروی وارده از طرف سطح زیرین یا زمین (نیروی واکنش) به تکیه‌گاه‌ها یکسان بوده و در راستای عمود نیز سازه ثابت خواهد ماند.

البته باید توجه داشت که هر عضو تا یک مقداری نیرو را می‎‌تواند تحمل کند و نیرو بیش از حد نباید به آن وارد شود. در طراحی و محاسبات مهندسی نیز این مورد باید در نظر گرفته شود.

 

تصویر 1: تصویر شماتیک خرپا

 

کاربرد خرپا

خرپا در اکثر پروژه‌های عمرانی استفاده شده و نقش مهمی در ساختار سازه‌ها دارد. بیشترین و اصلی ترین مواردی که خرپا در آن سازه‌ها استفاده می‌شود، عبارتند از:

 پل

سقف

سوله خرپایی

سازه‌های هوا و فضا

 

تصویر 2: خرپا در سقف سوله

 

جنس مصالح برای استفاده در خرپا

برای ساخت خرپای فولادی، از تیرآهن استفاده می‌شود. خرپاهایی از جنس بتن نیز در برخی سازه‌ها استفاده می‌شود. همچنین در برخی مناطق مثل شمال ایران، خرپاهای چوبی در سقف ساختمان یا خانه‌ها کاربرد دارد.

 

مزایای استفاده از خرپا

خرپا مخصوصاً در سازه‌های مدرن، صنعتی و یا نمایشگاه‌ها کاربرد زیادی دارد. نیروی زیادی را تحمل کرده و در برابر تنش‌های محیطی مقاومت مناسبی دارد و به خاطر ساختاری که دارد نسبت به طراحی‌های دیگر سازه مواد اولیه کمتری مصرف می‌شود. نصب و اجرای آن نیز نسبت به حالت‌های دیگر آسان‌تر است و پیچیدگی‌های کمتری دارد، بنابراین از این لحاظ برای سازنده مطلوب است.

 

تصویر 3: کاربرد خرپا در پل

 

انواع خرپا

خرپاها از نظر تعداد اعضا سه نوع هستند؛ خرپای ساده (Simple Truss)، خرپای مرکب (Compunded Truss)، خرپای پیچیده

خرپای ساده تشکیل شده از سه عضو است و خرپای مرکب از دو یا چند خرپای ساده متشکل می‌شود. خرپای پیچیده نیز به هر خرپایی که در این دو دسته بندی قرار نگیرد، گفته می‌شود.

 

تصویر 4: خرپای ساده (Simple Truss)

 

تصویر 5: خرپای مرکب (Compounded Truss)

 

همچنین این سازه از لحاظ ابعاد به خرپای دو بعدی، سه بعدی و چندگانه تقسیم می‌شود.

در خرپاهای دو بعدی، تمام اعضا در مختصات دو بعدی یا به عبارتی در یک صفحه قرار دارند. فضای زیادی اشغال نکرده و در راستای صفحه تحمل نیروی خوبی دارند.

در خرپای سه بعدی اعضای آن در مختصات سه بعدی قرار گرفته و ساختار خرپا به صورت حجمی است. به فضای زیادی نیاز دارد. اما دارای مقاومت بالایی در برابر تنش و بار است.

خرپای چندگانه بهینه شده دو نوع خرپاهای دو و سه بعدی است. اتصالات در این سازه به این صورت است که اتصالات میانی در ساختار خرپا به صورت تکی و در قسمت‌های انتهایی (بالا و پایین خرپا) به صورت دو بعدی و یا چندگانه است. این نوع خرپا نیروهای خمشی و کمانشی را به خوبی تحمل کرده و مقاوم است. در راستای صفحه هم تحمل نیروی مطلوبی داشته و از نظر ابعاد هم مناسب بوده و فضای کمتری نسبت به خرپای سه بعدی احتیاج دارد. در واقع هم مزایا و خاصیت دو نوع خرپای دیگر را همزمان داشته و از طرفی محدودیت نیاز به فضای زیاد را هم ندارد.

 

نقش خرپا در سوله

سوله سازه‌ای ست که امروزه از آن استفاده بسیاری می‌شود. سوله داری 3 نوع است؛ به نام‌های سوله خرپایی، سوله یو بی ام و سوله تیرورقی. این سازه دارای سقف شیب‌دار است و خرپا برای استفاده در این سازه مزایای زیادی دارد؛ از جمله: وزن کم، مقرون به صرفه بودن، در سوله خرپایی هیچ محدودیتی بابت اندازه دهانه سوله وجود ندارد، مدت زمان کم برای نصب و اجرا، سازگاری با سوله از پیش ساخته با پوشش سقف ساندویچ پانل

 

قیمت خرپا

هزینه استفاده از خرپا در سازه‌ها به جنس و کیفیت مواد مورد استفاده در ساختار، نوع خرپا از نظر ابعاد و پیچیدگی و اندازه‌ی سازه دارد. برای آگاهی از قیمت خرپا در پروژه مورد نظر خود بهتر است از شرکت و مجموعه سازنده این محصول مشاوره گرفت.

 

تصویر 6: خرپا در سقف یک خانه