خرپا چیست؟
اعضای سازه فولادی در معرض نیروهای محوری قرار دارند و معمولا کارایی بیشتری از اعضای انعطاف پذیر دارا می باشند؛ چرا که سطح مقطع آنها تقریباً یکنواخت است. خرپاها از اعضای مختلفی که دارای محور اصلی هستند متشکل می شوند و معمولاً برای ایجاد مقاومت در برابر بارهای خارجی مورد استفاده قرار می گیرند. همچنین در بسیاری از مواقع جهت پوشاندن دهانه های بزرگ به کار گرفته می شوند. همان گونه که می دانید سیستم های خرپایی در مقایسه با سایر سیستم ها، مواد نسبتاً کمتری مصرف نموده و برای ساختن آن ها نیروی کار کمتری نیاز است، به همین سبب خرپا در زمینه ساخت سازه های فضایی، کاملاً مناسب و کارآمد است.
کاربرد خرپا چیست؟
خرپا در قسمت های مختلفی کاربرد دارد که از جمله آنها می توان به سقف ساختمان های صنعتی یک طبقه، سقف های بلند، سقف ساختمان های چند طبقه اشاره نمود. خرپاها در بخش های گفته شده با هدف ایجاد استحکام در مقابل بارهای گرانشی مورد استفاده قرار می گیرند. ناگفته نماند که خرپاها در قسمت های دیگری با هدف ایجاد مقاومت در برابر بارهای جانبی و ایجاد ثبات جانبی مورد استفاده قرار می گیرند. این قسمت ها شامل ساختمان، دیوارهای چند طبقه، تیرهای بلند افقی ساختمانهای صنعتی می شود.
معمولاً خرپاها در انتقال بار سنگین از دهانه بزرگ تر عمل شاهی را انجام می دهند که به آنها مشبک نیز گفته میشود. همچنین کمربند های مشبک معمولاً طبیعی تر و سبکتر از کمربند های معمولی بوده و به همین سبب قیمت خرپا کاملا اقتصادی و به صرفه است. این شبکه ها به عنوان سیستم پشتیبانی کف در ساختمانهای چند طبقه به کار گرفته میشوند. با انجام این کار عمق همه دهانه های مشبک درون خرپاها بدون افزایش عمق سقف به راحتی صورت میگیرند.خرپاهای فولادی نیز معمولا در ساختمان ها و پل ها مورد استفاده قرار گیرند.
خرپا وظیفه تحمل کدام نیروها را برعهده دارد؟
نیروهای وارد شده به خرپاها یکسان نبوده و در سازه های مختلف با یکدیگر تفاوت دارند. بار وارد شده به خرپا، به چگونگی استفاده از خرپا بستگی دارد. برخی اوقات ممکن است بار وارد شده به سازه ساکن و برخی اوقات ممکن است متغیر باشد.
سازه های صنعتی
بار اعمال شده به خرپا در ساختمان های صنعتی، به دو شکل بارمرده و زنده است. بار مرده و بار زنده دو مشخصه فیزیکی هستند که در علوم مهندسی و سایر علوم، کاربرد دارند. مقدار بار زنده، متغییری است که به یک سازه اعمال شده و در طول زمان تغییر می کند؛ اما بار مرده میزان ثابتی است که به سازه وارد می شود.
1) بار مرده
بار مرده بر روی خرپا های سقف ساختمان های صنعتی شامل بار مرده روکش ها، بار مرده تیرک ها، وزن خود خرپا و وزن بست ها است. مجاری مخصوص تهویه مطبوع و وزن هواکش ممکن است به بارهای مرده خرپا سقف اضافه شوند. با افزایش طول دهانه مشخص، نیروی گشتاوری که در برابر قاب معلق مقاومت میکند نیز به شدت افزایش مییابد. در چنین مواردی استفاده از خرپاهای سقف اقتصادی تر می باشند.
2) بار زنده
بار زنده در خرپاهای سقف شامل وزن گرانشی به دلیل سرویس دهی، عبور و مرور کاربران، انتقال اسباب و اثاثیه است. شدت بار زنده بر طبق استاندارد IS: 875 – 1987 است. همچنین بار های ویژه اضافی مانند بار برف در آب و هوای بسیار سرد، بارهای زنده جرثقیل در خرپاها نیز در موارد خاص باید لحاظ شوند.
3) نیروی باد
نیروی باد در خرپاهای سقف به علت تاثیرات وزش باد، معمولا نیروی صعودی بلند کننده عمود بر سقف ایجاد خواهد کرد، مگر اینکه سقف دارای شیب زیادی باشد. به همین سبب نیروی باد در خرپای سگ خلاف بار گرانشی عمل میکند و برخی مواقع میتواند بزرگتر از بارهای جاذبه بوده و سبب بازگشت نیرو و اعضای خرپا شود. پشت بندهای افقی و عمودی موجود در ساختمان های یک یا چند طبقه نیز خرپا به حساب میآیند. این پشت بندها برای ایجاد مقاومت در برابر باد و دیگر بار های جانبی مورد استفاده قرار میگیرند. همچنین این پشت بندها به علت افزایش نیروی ثقلی در ساختمانهای صنعتی، از خمش بین چهارچوب های مختلف می کاهد. علاوه بر آن از ستونهای موجود در ساختمان های مختلف پشتیبانی کرده و به این شکل استحکام خمش را افزایش میدهند.
4) بار ناشی از زلزله
بدیهی است که بار زلزله در یک ساختمان به صورت مستقیم بستگی به وزن ساختمان دارد. معمولا بارهای زلزله در طراحی ساختمان های فولادی سبک صنعتی لحاظ نمیشوند و اکثرا نیروی ناشی از باد حاکم است. ولیکن بار زلزله بر طراحی ساختمان های صنعتی که وزن زیادی در پشت بام متحمل میشوند حاکم است. این بارها مطابق استاندارد IS محاسبه شده است.
ساختمان های چند طبقه
بارهای جانبی به وجود آمده در اثر باد یا زلزله ممکن است در مقابل مهاربندهای عمودی که به عنوان خرپا عمل می نمایند، مقاومت کنند. این طراحی مناسب سبب می شود ساختمان ها در برابر بارهای جانبی مقاومت بسیار بالایی از خود به جای بگذارند. از این رو ساختمان های دارای دامنه متوسط اقتصادی تر هستند. در صورت بارگیری در برابر زلزله، ممکن است ساختمان های مقاوم، نیروی اینورسی بیشتری را به خود جذب کنند. این امر سبب می شود شرایط استفاده از پشت بندها، مطلوب نباشد.
انواع خرپا
- بر اساس هندسه و شکل ظاهری
- انواع خرپا از نظر پیچیدگی
- انواع خرپا از نظر ابعاد
- انواع خرپا از نظر شکل و عملکرد
خرپاها سازه های مهندسی هستند، که بار ناشی از وزن ساختمان را به راحتی تحمل کرده و بار مرده ساختمان را کاهش می دهند. نصب خرپا از اهمیت بالایی برخوردار است زیرا این مقاطع باید به گونه ای نصب شوند که بار وارد بر سازه را به خوبی تحمل کرده و باعث ایمنی سازه شوند. خرپا ها ساخت راحتی دارند، هزینه ها را کاهش داده و ایمنی سازه را افزایش می دهند.