انواع خرپا

[rkiahoseyni]

مقدمه:

خرپاها یک گزینه پرکاربرد و مقرون به صرفه در ساخت طیف وسیعی از سازه های صنعتی و عمرانی مختلف هستند. آنها متشکل از تعدادی عضو هستند که به صورت مثلث‌های متصل مرتب شده‌اند و همین ساختار منجر به ساختار کلی آن شده و به عنوان یک جسم واحد عمل می‌کند. از خرپاها بیشتر در ساخت سقف ها، پل ها و برج ها استفاده می شود. برای هر ساخت باید از نوع مناسب خرپا استفاده گردد. در این مقاله نگاهی به انواع مختلف خرپاهای مورد استفاده در صنایع گوناگون انداخته شده است. برای این منظور ابتدا در مورد اصول ساخت خرپا مطالبی بیان گردیده است.

 

ساختار خرپا:

هر خرپا از یک شبکه مثلثی تشکیل شده است. نحوه قرار گرفتن آنها در کنار هم توزیع یکنواخت وزن و نیرو را امکان پذیر می سازد. سازه های ساخته شده با استفاده از خرپا نیز قادر به مقابله با تغییر تنش و فشار بسیار بالایی هستند، بدون اینکه خم شوند یا دچار شکستگی گردند. هر واحد مثلثی در خرپا با اعضای مستقیم ساخته شده است. انتهای هر عضو به مفاصل متصل است که گره نامیده می شود. علاوه بر این، هر خرپا دارای سه عنصر اساسی برای خود است که شامل موارد زیر می باشد:

• وتر بالای خرپا که اغلب در حالت فشرده است.
• آکورد پایین که اغلب در تنش است.
• مهاربندی بین دو آکورد.

تشکیل یک خرپا سازه ها را قادر می سازد تا بارهای سنگین را تحمل کنند. این زمانی اتفاق می افتد که آکوردها در برابر فشار و کشش مقاومت کنند. دلایل دیگر استفاده از خرپاها عبارتند از:

1. دستیابی به دهانه های بزرگ
2. به حداقل رساندن وزن یک سازه
3. کاهش انحراف.

سه نسخه اصلی از ساختار خرپا وجود دارد:

• یک خرپای ساده دارای ساختار مثلثی منفرد است و بیشتر در ساخت سقف ها استفاده می شود.
• یک خرپای مسطح دو بعدی است. این نوع خرپا زمانی وجود دارد که همه اعضا و گره ها در یک سطح مسطح باشند.
• یک خرپای اسپیس فریم سه بعدی است. نمونه ای از این نوع خرپا در دکل برق یا مخابرات استفاده می گردد.

در این سه نوع اصلی، انواع مختلفی از خرپا وجود دارد که در طول سال های متمادی و بنا به نیاز مهندسان و صنعتگران توسعه یافته اند. در ادامه به بیان انواع خرپا پرداخته شده است:

خرپای پرت:

خرپای پرت در قرن نوزدهم ساخته شد. این خرپا شامل اعضای عمودی است که در فشار هستند و اعضای مورب که تحت کشش قرار دارند. طراحی این نوع خرپا بسیار کارآمد است، زیرا باعث می شود از فولاد کمتری در اعضای مورب استفاده شود. این همچنین ساخت خرپا را آسان تر می کند.

این نوع خرپا بیشتر برای دهانه های افقی با نیرویی که بیشتر عمودی است استفاده می شود. برای ساخت سازه های ساده که مقرون به صرفه بودن در آن ها اهمیت زیادی دارد، بسیار سودمند است. هنگامی که بارها عمودی نیستند، خرپا به خوبی کار نمی کند.

خرپای وارن :

خرپای وارن یکی از رایج ترین طرح های خرپا است که امروزه مورد استفاده قرار می گیرد. تاریخچه دقیق آن مشخص نیست اما جیمز وارن برای اولین بار این طرح را در سال 1848 به ثبت رساند. طرح این خرپا از مثلث های متساوی الاضلاع تشکیل شده است. این باعث می شود که بار به طور یکنواخت در سراسر یک سازه پخش شود. با این حال، سازه در توزیع وزن تحت یک بار نقطه ای به خوبی نیست، بنابراین زمانی که بار دهانه ای وجود دارد بهتر است از آن استفاده شود.

خرپای  K :

خرپای K  یا K Truss توسط فلپس جانسون که رئیس شرکت Dominion Bridge در مونترال کانادا بود، اختراع شد. این یک نسخه پیچیده تر از Pratt Truss است. تفاوت اصلی این دو طرح این است که اعضای عمودی در K Truss کوتاهتر هستند. این بدان معنی است که مقاومت در برابر کمانش بهبود یافته است.

مشکل اصلی طراحی این خرپا این است که اعضا همیشه آنطور که انتظار می رود رفتار نمی کنند. آنها ممکن است در فشار با بارهای خاص و در کشش با بارهای دیگر باشند. این امر طراحی در سطح بهینه را دشوار می کند.

خرپای هاو:

این نوع طراحی در پل توسط معمار آمریکایی ویلیام هاو ساخته شده است. اساس طراحی شبیه به خرپای پرت است. با این حال، تیرهای مورب به سمت مرکز پل شیب دارند در حالی که در طرح خرپایی پرت به سمت بیرون شیب دارند. این بدان معناست که اعضای مورب یک خرپای هاو در حالت فشرده و اعضای مورب یک خرپای پرت در کشش هستند. این دو نوع خرپا اغلب در موقعیت‌های مشابه استفاده می‌شوند، اما خرپاهای پرت اغلب اعضای خالی بیشتری نسبت به خرپاهای هاو دارند.

خرپای فینک :

خرپای فینک توسط آلبرت فینک ابداع شد. شکل اصلی این طرح دارای اعضای وب است که یک الگوی V تکرار شونده را تشکیل می دهند. این خرپاها بیشتر از سایر انواع خرپا به اعضای مورب متکی هستند. این باعث می شود آنها در انتقال بار به تکیه گاه کارآمد باشند. نسخه های دیگری از خرپا فینک و همچنین طراحی اولیه وجود دارد. این نسخه ها عبارتند از Double Fink و Fan Truss.

خرپای گامبرل:

از خرپای گامبرل در ساخت سقف استفاده می شود که دارای دو شیب مختلف با شیب از مرکز است. خرپا دارای شکل بیرون زده می باشد. این بدین معنی است که می تواند به راحتی در یک مرکز توخالی نصب شود. در هنگام ساخت ساختمان هایی مانند انبار از جنس چوب از این نوع خرپا استفاده می شود، در واقع این بدین معنی است که این طرح بیشتر شبیه یک قاب است تا یک خرپا. مشتقاتی از این طرح خرپایی وجود دارد که به نام سقف مانسارد یا سقف فرانسوی شناخته می شود که در فرانسه بسیار محبوب است.

خرپای کمربند:

خرپاهای تیرچه دار دارای طراحی بلند و مستقیم هستند. آنها یک وتر بالا و یک وتر پایین دارند که با تارهای مورب و تارهای عمودی از هم جدا شده اند. آکورد بالا همیشه در حال فشرده سازی است و وتر پایین همیشه در کشش است. تارها بسته به جهت آنها می توانند در کشش یا فشار باشند. خرپاهای تیر چوبی برای ساختمان های بزرگ عالی هستند و با نازک کاری فولادی عالی به نظر می رسند. در درجه اول، نقش یک خرپای تیر، حمایت از سایر عناصر سازه ای در قاب است، مانند خرپاهای سنتی. به همین دلیل، خرپاهای تسمه دار به گونه ای طراحی شده اند که فوق العاده محکم و سفت باشند.

گردآورنده: سید رحیم کیاحسینی