07 مه سازههای خرپایی
سازههای خرپایی :
خرپا از متداول‌ترین فرم‌های سازه‌ای است که در انواع ساختمان‌ها و ماشین‌ها به کار می‌روند. ساختمان‌های خرپایی، در مقابل نیروهای وارد آمده مقاومت بسیاری دارند و از لحاظ اقتصادی نیز ساخت آنها مقرون به صرفه است. خرپا مجموعه‌ای از میله‌های مستقیمی است که به طور مفصلی به هم متصل شده‌اند و شبکه‌های مثلثی را به وجود می‌آورند.
اتصال اعضای خرپا به یکدیگر به وسیله جوش یا پرچ یا پیچ صورت می‌گیرد. خرپا را برای پوشاندن سقف‌ها، به ویژه سقفهایی با دهانه‌های زیاد و نیز پل‌ها بکار می‌برند. در بعضی از ماشین‌های سنگین، مثل جرثقیل‌ها نیز از خرپا استفاده میشود. خرپاها ضمن داشتن مقاومت زیاد، از نظر وزن سبک هستند.
اصول ساخت خرپاها
چون در خرپاها فرض میشود که اعضا در انتهای خود به اعضای دیگر لولا شده‌اند، بنابراین (شکل مثلثی) تنها شکی پایدار خواهد بود. اگر شبکه در یک صفحه واقع باشد، خرپا را (خرپای صفحه‌ای) و اگر شبکه فضایی باشد، خرپای حاصل را (خرپای فضایی) می‌گویند.
مطالعه خرپایی نشان می‌دهد که خرپای مثلثی تحت تاثیر نیروی وارد آمده تغییر شکل نمی‌دهد مگر این که یکی از اعضای آن خم شده یا بشکند. شبکه‌هایی که به صورت چهار عضو یا بیشتر باشند، پایدار نیستند و تحت تاثیر نیروهای موثر فرو می‌ریزند. این شکل‌ها بدون این که در طول و اندازه اعضای آنها تغییری رخ دهد، تغییر فرم می‌دهند.
سازههای خرپایی
سازههای خرپایی متشکل از اعضای کششی و اعضای فشاری هستند که به شکل مثلثی با اتصال مفصلی به یکدیگر متصل شده‌اند و نیروهای درونی آنها تماماً محوری‌اند (فشار و با کشش مستقیم بدون خمش و برش). انواع سازههای خرپایی شامل کابل، خرپا، قاب‌های فضایی و قاب‌های ژیودزیک میشود.
هندسه مثلثی شکل دارای نقش و تأثیری اساسی در رفتار خرپاهاست. زیرا مثلث تنها چند ضلعی است که به طور ذاتی دارای پایداری هندسی است. معماران و احتمالاً بیش از آنان مهندسان، برای پوشش دهانه‌های مختلف به سازههای مسطح از قبیل تیرها، خرپاها و قاب‌های مسطح فکر می‌کنند. در بیشتر موارد در صورتی که طراحی به صورت سه بعدی انجام شود و برای دهانه‌های متوسط و دهانه‌های بلند از سازههای فضایی استفاده شود، مزایای بیشتری به دست می‌آید.
در حقیقت همه سازه‌ها سه بعدی و دارای طول، ارتفاع و ضخامتند. اگر چه تیرها و خرپاهای مسطح اغلب رفتار سازه‌ای دو بعدی دارند، اما این عناصر سازه‌ای به طور کلی در یک صفحه در برابر بارهای وارده مقاومت می‌کنند. زمانی که دهانه سازه بیشتر از ۱۰ متر میشود، استفاده از اعضای تیر در شبکه تک لایه‌ای اقتصادی نیست و خرپاهای با جان باز با شبکه‌های ویرندیل ممکن است جایگزین تیرهای توپر شود.
مزایای سازههای خرپایی
- از آنجا که سازههای مرکب با عملکرد برداری در رابطه با وضعیت‌های بارگذاری متغیر بسیار کارآمد بوده و از آنجا که سازه‌ها متشکل از اجزای مستقیم و کوچک هستند جهت تشکیل سیستم‌های سازه‌ای قائم برای ساختمان‌های مرتفع مناسبت بارزی دارد.
- سیستم‌های با عملکرد برداری به عنوان سیستم‌های سازه‌ای قائم جهت ساختمان‌های مرتفع مزایای زیادی دارند. در صورتی که از آرایش مناسبی برخوردار باشند، می‌توانند عملکرد‌های سازه‌ای جمع آوری بارگذاری خطی، انتقال بار مستقیم و پایداری در مقابل بارهای جانبی را توأما انجام دهند.
- سیستم‌های سازه‌ای با عملکرد برداری، به دلیل اینکه جهت گسترش سه بعدی با عناصر استانداردشان در حداقل فضای ممکنه، امکان‌های نا محدود و گوناگونی را مهیا می‌سازد. فرم سازه مناسب برای شهر‌های متحول آتی به شمار می‌روند.
- سیستم‌های سازه‌ای با عملکرد برداری، در واقع پیش نیاز‌های سوق دادن همه جانبه طراحی شهری به سمت بعد سوم یعنی ارتفاع هستند. فقط به وسیله سازههای فضایی با عملکرد برداری می‌توان تهاجم فنی فراگیر فضای سه بعدی و طراحی شهری را سامان داد.
معرفی سیستم سازه‌ای قاب خرپایی متناوب
سیستم سازه‌ای قاب خرپایی متناوب (Staggered Truss Framing System) یکی از انواع سیستم‌های مهاربندی جانبی در سازههای فولادی محسوب میشود. در این سیستم و در یک طبقه، دهانه مهاربندی در یک ردیف ستون و در ارتفاع به صورت یک در میان (متناوب) اجرا میشود و در طبقات دیگر، دهانه مهاربندی به ردیف ستون دیگر منتقل میشود.
عملکرد این سیستم مانند یک تیر طره‌ی قائم است که ستون‌ها مانند بال‌های تیر و دهانه‌های خرپایی مانند اعضای جان هستند. به دلیل فاصله زیاد بین ستون‌ها که باعث ایجاد فضای معماری بیشتر میشود و نیز به لحاظ اقتصادی بودن مخصوصاً در سازههای بلند مرتبه، این سیستم مورد توجه ویژه محققین قرار گرفته است.
( طبق یک تحقیق که توسط نگارندگان انجام شد، برای یک سازه ۲۰ طبقه به مساحت ۵۴۰۰۰ متر مربع، وزن فولاد مصرفی سیستم قاب خرپایی متناوب ۴۹۳ تن کمتر از سیستم قاب دوگانه خمشی ویژه بدست آمد. این اختلاف و صرفه جویی فاحش لزوم بررسی و تلاش برای بهبود عملکرد این سیستم سازه‌ای را ضروری می‌نمایاند تا بتوان به صورت وسیع از آن استفاده کرد).
سیستم قاب خرپایی متناوب یک ایده جدید در سازههای فلزی مخصوصاً سازههای بلند است. برای تامین شکل پذیری کافی این سیستم از یک قاب ویراندل با عملکرد خمشی در وسط دهانه قاب خرپایی استفاده میشود. فلسفه طراحی لرزه‌ای در این سیستم به گونهای است که تغییرشکل‌های غیر الاستیک و خرابی‌های احتمالی باید محدود باشد. تا هم پایداری کلی سازه حفظ شود و هم هزینه تعمیر و مقاوم سازی پس از وقوع زلزله به حداقل برسد.
برای این منظور ابعاد مقاطع به گونهای انتخاب میشود که تحت بارهای جانبی مفاصل پلاستیک تنها در قاب ویراندل ایجاد شود و سایر اعضای خرپایی و ستون‌ها کاملاً الاستیک باقی بماند. که این امر سبب کنترل خرابی در ناحیه کم خطر شده و هزینه مقاوم سازی را نیز به حداقل می‌رساند.
مزایا
- کم بودن تعداد ستون‌ها و فاصله زیاد بین آنها
- افزایش انعطاف پذیری برای طرح معماری
- سرعت بالای اجرا بدون توجه به شرایط جوی
- قابلیت استفاده از کف‌های پیش ساخته تو خالی به عنوان دیافراگم کف
- کم بودن ارتفاع کف تا کف (حداقل نیاز به اجرای سقف‌های کاذب به علت تغییرات در ارتفاع مقاطع)
- افزایش مقاومت ساختمان در مقابل حریق به علت فاصله ی زیاد ستون ها
- عملکرد مناسب در برابر لنگرهای واژگونی ناشی از زلزله
- صرفه جویی اقتصادی در وزن فولاد مصرفی در سازه
- صرفه جویی اقتصادی در وزن فولاد و بتن مصرفی در فونداسیون
سازه نگهبان خرپایی (Guardian truss structures)
یکی از روش‌های پایدار سازی جداره گودبرداری است. سازه نگهبان خرپایی متداول‌ترین روش پایداری سازی در گودهای با عمق متوسط است. در این روش پروفیل‌های فولادی خرپایی، در فواصل معین به دیواره گود، تکیه داده میشود. خرپاها با تحمل فشار جانبی ناشی از سربار خاک، و انتقال آن به زمین، مانع از ریزش دیواره گود میشود.
شروع اجرای سازه نگهبان خرپایی، قبل از گودبرداری است. در بعضی از مواقع، ممکن است این کار حتی قبل از تخریب سازه قدیمی آغاز شود. شروع سازه نگهبان با حفر چاهک آغاز میشود. حُسنِ این کار این است که قبل از گودبرداری خاک از تراکم خوبی برخوردار است. به همین دلیل امکان ریزش دیواره چاهک کمتر است.
خرپای فضایی
یکی از مقاومترین و جالبترین سازههای شبکه فضایی یا خرپای فضایی است. از خرپاهای فضایی، به علت سختی و استحکام زیادی که دارند، برای پوشش فضاهای کارخانه‌ها، نمایشگاه‌ها، استخرها و … استفاده میشود. در عمل از این سیستم برای پوشاندن سقفهایی به مساحت ۹۰×۹۰ بدون بهره‌گیری از ستون استفاده می‌کنند.
در طی سال‌های اخیر از شبکه‌های دو لایه‌ای که یک یا هر دو لایه آنها از شش ضلعی‌هایی تشکیل میشود، برای احداث بام استفاده شده است. جنس و نوع پروفیل‌های به کار رفته در خرپاهای فضایی ممکن است لوله فلزی، آلومینیومی ،نبشی و یا قوطی باشد که اتصالات به صورت مفصلی است.
بدون نظر