خرپا چیست؟

خرپا سازه ‌ای فلزی و چوبی است که اعضای تشکیل‌ دهنده آن مثلث ‌های به هم متصل‌ شده هستند که این مجموعه‌ ی متشکل از مثلث ‌ها در سازه ها به‌ عنوان یک شی واحد عمل می‌ کند. وظیفه خرپا توزیع یکنواخت وزن، کنترل تنش و تراکم بدون ایجاد خمش و یا برش است. از نظر هندسی مثلث در مقایسه با اشکال چهار و یا چند ضلعی پایدارتر می باشد، زیرا برای جلوگیری از برش، گوشه‌ های این اشکال چند ضلعی باید به ‌جایی محکم و ثابت شوند. همان ‌طور که پیش ‌تر اشاره شد، خرپا از واحد های مثلثی تشکیل ‌شده است و این واحد های مثلثی شکل خود متشکل از اعضای مستقیم و بدون انحنا می‌ باشند و انتهای این اعضا در اتصالاتی به نام گره به یکدیگر متصل می‌ شوند. در سیستم هایی که از خرپاها استفاده می شود نسبت به سایر سیستم ها مصالح کمتری و نیروی کمتری برای ساخت و ساز استفاده می شود بنابراین از خرپا معمولا در سقف ها، پل ها و سازه های هوا و فضا به کار می روند و بیشتر اوقات برای طول دهانه های مشابه با تیرآهن در نظر گرفته می شود.

پروفیل خرپا چیست؟

برای آشنایی با خرپاها ابتدا باید تعریف آن را بدانید. میلگرد خرپایی یا زیگزاگ ساختاری است که از اعضای مثلثی تشکیل شده است که به یکدیگر متصل شده اند به طوری که مانند یک جسم واحد عمل می کند. از نظر ریاضی، مثلث دارای پیکربندی پایدار است. به طور کلی، یک خرپا دارای اعضایی است که به عنوان وتر بالا، وتر پایین، وتر عمودی و وتر مورب شناخته می شود. بنابراین از آنجایی که قیمت خرپا به قیمت اجزای سمباده شده آن یعنی قیمت میلگرد بستگی دارد، بهتر است برای محاسبه بهای تمام شده آن به قیمت این محصول فولادی در مراکز مورد نظر خود مراجعه کنید.

انواع خرپا

خرپاها به چهاردسته تقسیم می شوند:

خرپا ساده simple truss

خرپا ساده نوعی خرپا تخت است که از اتصال سه عضو در انتهای یکدیگر و ایجاد یک مثلث ساده شکل می گیرد. توسعه این خرپا با افزودن دو عضو و یک گره در هر بار انجام می شود. اعضای جدید در گره جدید به یکدیگر متصل می شوند و انتهای دیگر آن ها به سایر گره های موجود منتقل می شود. استفاده از خرپا در ساختمان های قدیمی بسیار رایج است اما امروزه از خرپاهای جدید استفاده می کنند.

خرپا مسطح Planar truss

در یک خرپا تخت، همه اعضا در یک صفحه دو بعدی قرار می گیرند. این بدان معنی است که از نظر هندسی، تفاوت بیشتری در محل قرارگیری و جهت گیری اعضا وجود ندارد. این نوع خرپا دارای اعضای زیرین و بالایی موازی است. اکثر طرح های خرپایی کلاسیک در این دسته قرار می گیرند.

خرپا مرکب Compounded Truss

یک خرپا مرکب از ترکیب چند خرپای ساده تشکیل شده است. استقامت این خرپاها در مقایسه با سایر خرپاها بسیار بالاست به همین دلیل در بسیاری از پروژه های ساختمانی مورد استفاده قرار می گیرند.

خرپا پیچیده و مبهم (خرپای فلزی فضایی)

خرپا پیچیده و مبهم دارای ابعاد مختلفی است که عبارتند از:

خرپا سه بعدی: خرپا سه بعدی از شبکه ای از اعضا و اتصالات تشکیل شده و دارای حجمی تک بعدی است. این خرپاها قدرت تحمل بارها و تنش های سه بعدی را دارند.

خرپاهای چندگانه: خرپاهای چندگانه با هدف رفع مشکلات خرپاهای سه بعدی اختراع شده اند. در اکثر این خرپاها، پیوندهای میانی معمولاً تک و پیوندهای بالا و پایین به صورت دوتایی یا چندتایی طراحی می شوند.

اشکال خرپا

در جوامع امروزی مردم تمام توجه خود را بر روی ایمنی و امنیت متمرکز می کنند و این مقوله اهمیت روزافزونی پیدا کرده است، به همین دلیل باید بهترین خرپای ممکن را برای منزل خود انتخاب و نصب کنید. خرپا سقف سازه ای متشکل از یک یا چند واحد مثلثی شکل است که اجزای مورد استفاده در آن باریک و بدون انحنا بوده و در گره ها از طریق لولا و اتصالات به یکدیگر متصل می شوند. لازم به ذکر است که فشارهای خارجی به این قطعات وارد نمی شود و در داخل گره ها متمرکز می شود، اما طراحی و اجرای این سازه به گونه ای است که فشارهای وارده را پخش می کند. از آنجایی که خرپاهای سقفی انواع و اشکال مختلفی دارند، بیایید نگاهی به آن ها بیندازیم و ببینیم کدام یک محبوب ترین هستند و ویژگی های متمایز آن ها چیست.

خرپای تک تیرک King Post Truss

در اکثر مواقع این نوع خرپا از چوب ساخته می شود اما می توان از ترکیب چوب و فولاد در ساخت آن استفاده کرد که تصمیم گیری بر عهده معمار و سازنده ساختمان است. حداکثر دهانه این نوع خرپاها ۸ متر است، بنابراین برای ساختمان های مختلف به ویژه خانه های کوچک بسیار عالی و مناسب هستند.

خرپای پرات Pratt Truss

خرپای پرات به نام خرپای N شناخته می شود و مطمئنا یکی از پرطرفدارترین خرپاهای فولادی به حساب می آید و می توان گفت گزینه ای کاملا اقتصادی و مقرون به صرفه است. این خرپاها ویژگی های جالب و قابل توجهی دارند که همگی مدیون بارهای کششی اعضای عمودی و تنش های فشاری اعضای مورب است همچنین دهانه این خرپاها بین 6 تا 10 متر است.

مزایا

• اعضای مورب در حالت کشش و اعضای عمودی در فشار هستند.
• از این خرپا می توان برای طراحی سازه ای مقرون به صرفه استفاده کرد.
• طراحی ساده ای دارد.
• طراحی قابل قبول و کاربردی دارد.

معایب

• اگر بار عمودی نباشد چندان مفید نیست.

کاربرد این خرپا

• در مواردی که طراحی مقرون به صرفه مورد نیاز است کاربرد خوبی دارد.
• جایی که ترکیبی از بارها اعمال می شود عملکرد مفیدی دارد.
• در سازه ای که یک ساختار ساده مورد نیاز است استفاده می شود.

خرپای کویین پست QUEEN POST TRUSS

خرپای کویین پست در ساخت سقف بسیار قابل اعتماد، ساده و همه کاره طراحی شده است به گونه ای که در هر زمان می توانید از آن استفاده کنید. دهانه خوبی در حدود ۱۰ متر و طراحی ساده دارد که آن را برای سازه های مختلف مفید می کند.

خرپای هاو HOWE TRUSS

مواد اولیه ی این نوع خرپا می تواند ترکیبی از فولاد و چوب باشد. این باعث می شود آن خرپا ظریف و در عین حال طراحی بسیار جذابی داشته باشد. تقریباً همه چیز این خرپا از چوب ساخته شده است، ولی در اعضای کششی یا اعضای عمودی آن از فلز استفاده شده است تا پشتیبانی و قابلیت اطمینان بیشتری را ارائه دهند. چیزی که خرپا Howe را بسیار عالی می کند این واقعیت است که دهانه آن بسیار گسترده است. این نوع خرپا می تواند سقف را بین 6 تا 30 متر پوشش دهد. این ویژگی خرپا باعث می شود برای انواع مختلفی از پروژه ها بسیار مفید باشد.

خرپای وارن Warren

 یکی دیگر از سیستم های سازه خرپایی بسیار محبوب است که به راحتی از مثلث های متساوی الاضلاع ساخته می شود. خرپاهای وارن اعضای کمتری نسبت به خرپاهای پرات دارند و دارای اعضای مورب هستند که به طور متناوب در کشش و فشار قرار دارند.

مزایا

• بار را به طور مساوی بین اعضا تقسیم می کند.
• طراحی نسبتا ساده ای دارد.

معایب

• عملکرد ضعیف تری نسبت به بارهای متمرکز در یک نقطه دارد.
• افزایش قابلیت ساخت و ساز به دلیل اعضای اضافی دارد.

کاربرد

• در سازه هایی با دهانه های بزرگ استفاده می شود.
• در سازه ای که قرار است یک بار توزیع شده به طور یکنواخت پشتیبانی شود.
• جایی که یک ساختار ساده مورد نیاز است کاربرد به سزایی دارد.

خرپای فن FAN TRUSS

همانطور که در تصویر مدل های مختلف خرپا مشاهده می کنید، خرپای فن دار طراحی بسیار ساده ای دارد. این قطعه از فولاد ساخته شده است. مهمترین ویژگی این خرپا این است که وترهای بالا به طول های کوچکتر تقسیم می شوند. این به ساختار اجازه می دهد تا پرلین Z را پشتیبانی کند. دهانه متوسط ​​ این نوع حدود 10 تا 15 متر است که برای اکثر پروژه ها کافی است.

سقف خرپا نور شمالی NORTH LIGHT ROOF TRUSS

این نوع خرپا برای دهانه های بزرگتر که بیش از ۲۰ تا ۳۰ متر می رسد مناسب است. دلیل این امر این است که امکان افزودن خرپا به روش ارزان تری وجود دارد. این روش یکی از قدیمی ترین و همچنین مقرون به صرفه ترین روش هایی است که می توانید در بازار پیدا کنید. یکی از مزایای این نوع سقف، امکان تهویه مناسب است. علاوه بر این، سقف مقاومت خوبی دارد. اگر به دنبال انواع طرح های خرپا سقفی هستید که دوام و تطبیق پذیری را ارائه می دهند، این یک طرح عالی برای بررسی است. می توانید از آن برای ساختمان های صنعتی استفاده کنید اما این خرپا برای اتاق های طراحی و به طور کلی فضاهایی که بسیار بزرگ هستند نیز مناسب است.

خرپای K

خرپا K نسخه کمی پیچیده تر از خرپا پرات است. تفاوت اصلی این مدل خرپا این است که اعضای عمودی کوتاه شده اند که مقاومت آن را در برابر کمانش بیشتر کنند. با این حال، مزایا و معایب مشابه خرپا پرات را دارد و اگرچه کاربرد زیادی ندارد، اما طراحی آن مستحکم است. یکی از معایب اصلی خرپاهای K این است که اعضا همیشه آنطور که انتظار می رود رفتار نمی کنند. در این مدل ممکن است یک عضو همزمان تحت فشار یک بار و تحت کشش بار دیگر قرار گیرد. دلیل این فشار این است که سازه به طور مطلوب طراحی نشده است.

مزایا

• فشار در اعضای عمودی کاهش می یابد.
• اگر طراحی کارآمد باشد، امکان کاهش مصرف فولاد و هزینه ها وجود دارد.

معایب

• طراحی کمی پیچیده تری دارد.
• افزایش قابلیت ساخت و سازبه دلیل اعضای اضافی را دارد.

سقف خرپا چهارگوش TRUSSES ROOF QUADRANGULAR

این قطعه برای دهانه های بزرگ استفاده می شود به همین دلیل می توانید آن را در مکان های بزرگ مانند سالن اجتماعات یا حتی سالن راه آهن مشاهده کنید.

 خرپا با وتر موازی PARALLEL CHORD ROOF TRUSS

این نوع خرپاها مخصوصا برای افرادی که می خواهند بدون صرف هزینه زیاد سقف بسازند بسیار مفید است. این نوع سقف ها از چوب ساخته می شوند و بهترین کاربرد آن ها این است که نیازی به تیرآهن و دیوارهای نگهدارنده ندارند. در ساخت سازه قطعات استفاده شده از جنس چوب است بنابراین مقدار نیروی مورد نیاز برای کار با آن ها را کاهش می دهند. این سقف به فضای بیشتری در اتاق زیر شیروانی نیاز دارد و ممکن است بهترین دهانه برای این سازه نباشد، اما اگر بودجه کمی دارید ممکن است قیمت را توجیه کند.

سقف خرپای قیچی SCISSOR ROOF TRUSS

این نوع سقف به ویژه در کلیساها یافت می شود. نیازی به تیرآهن و دیوارهای باربر ندارد. مشکل این سقف عدم نصب عایق مناسب است که باعث افزایش مصرف انرژی می شود. از سوی دیگر، با چهره معکوس آن، فضای بیشتری در اتاق زیر شیروانی به دست می آورید.

 خرپای پاشنه بلند RAISED HEEL ROOF TRUSS

این نوع خرپا یکی از کارآمدترین انواع خرپا برای سقف های چوبی است. این خرپا چون فضای بسیار مناسبی برای عایق ایجاد می کند کارایی بالایی دارد. در عین حال سیستم بسیار مناسبی برای پشتیبانی سازه نیز در اختیار شما قرار می دهد. البته می توان به این نکته اشاره کرد که قیمت تمام شده این مدل خرپاها در مقایسه با سایر آن ها می تواند کمی بیشتر باشد. کاهش مصرف انرژی ممکن است این هزینه را برطرف کند. اکثر خرپاها به راحتی قابل تنظیم هستند، اما با وجود این، تعداد زیادی خرپا برای هر مکانی مناسب نیستند. همه چیز به شما و طراحی سوله بستگی دارد. بهترین کار کمک گرفتن از یک مهندس و مشاور خبره است. به این ترتیب شما این فرصت را خواهید داشت که به بالاترین کیفیت متناسب با بودجه خود برسید و از نتایج تضمینی بهره مند شوید.

آنچه باید در مورد فرآیند طراحی خرپا بدانید

برخی از فرضیات اساسی در فرآیند طراحی وجود دارد. باید مشخص باشد که ساخت خرپاها با مفروضات طراحی مطابقت داشته باشد تا از خرابی های ناخواسته ناشی از پراکندگی نیروها و بارها جلوگیری شود. در ادامه، اطلاعاتی را که باید در رابطه با طراحی خرپا بدانید مطرح شده است:

• اعضای خرپا فقط نیروهای محوری را حمل خواهند کرد.
• گره ها، یعنی اتصالات اعضا، به صورت اتصالات سنجاق دار طراحی شده اند تا نیروها فوراً به اعضای خرپا منتقل نشوند.
• تمام بارهای خارجی و واکنش ها فقط روی گره ها عمل می کنند.
• به طور کلی، خرپاها باید در یک صفحه قرار گیرند.

به طور معمول، اعضای خرپا به صورت مقاطع T، مقاطع I، زاویه ای، مقاطع مربع، مقاطع لوله ای و بخش کانال ساخته می شوند. مقطع I از نظر نیروهای سازه ای به عنوان یک مقطع بهینه ترجیح داده می شود.

اتصالات خرپا

پس از تعیین حداقل سطح مقطع اعضا، طراحی اتصالات خرپا آخرین مرحله در طراحی خرپا است. اعضای خرپاها با جوش، پیچ و مهره و پرچ به یکدیگر متصل می شوند. با توجه به نیازهای مطرح شده در پروژه های مربوطه، اتصالات داخلی (مفاصل) را می توان به صورت سفت و سخت، نیمه سفت و سخت، یا لولا طراحی شود.

جمع بندی

شما می توانید اکثر این خرپاها را با توجه به خواسته و نیاز خود طراحی کنید، اما زمانی که می خواهید یکی را برای خانه خود انتخاب کنید، گزینه های زیادی پیش روی شماست و ممکن است کمی سردرگم شوید که کدام یک برای شما مناسب است. بنابراین بهتر است یک پیمانکار سقفی استخدام کنید و تمام مسئولیت ها را بر عهده او بگذارید تا ساختار سازه ی شما را مطالعه و بررسی کند و بهترین و مناسب ترین خرپا را برای شما انتخاب کند. به این ترتیب شما این فرصت را خواهید داشت که بهترین خرپا را متناسب با بودجه خود بیابید. در این مقاله انواع خرپا را به شما معرفی کردیم و ویژگی های انواع آن را برایتان بیان کردیم، بنابراین این مقاله را با دقت بخوانید و بهترین خرپا را برای منزل خود انتخاب کنید.