0912-1001763

88259793

از 10 صبح تا 16

جستجو

اتصالات خرپایی و اهمیت آن در مقاومت سازه

اتصالات خرپایی و اهمیت آن در مقاومت سازه

سازه های فولادی یکی از بهترین عملکرد ها را در برابر بارهای جانبی مانند زلزله را دارند. باید بیان شود که بهترین شکل و هم چنین پایدار ترین شکل میان تمام شکل های هندسی موجود، مثلث می باشد. مثلث ها از لحاظ هندسی بسیار پایداراند. مهندسان عمران با توجه به دانش هندسه خود، سازه هایی را به نام خرپت به وجود آورده اند که از قوانین هندسی پیروی می کند و بسیار پایدار است.

البته ساخت و طراحی خرپا ها قدمت بسیاری دارد، اما امروزه بر روی آن ها تحقیقات بسیار گسترده ایی انجام گرفته است. در این مقاله از وب سایت آرین تیس به بررسی اتصالات خرپایی و اهمیت آن در مقاومت سازه می پردازیم. بنابراین برای کسب اطلاعات بیشتر تا انتهای این مطلب با ما همراه باشید.

خرپا چیست؟

خرپا بر حسب تعریف از مجموعه ‌ای از اعضایی به وجود می ‌آید که همگی در یک صفحه قرار داشته و ترکیب آن‌ها یک شبکه مثلثی را ایجاد نماید.لازم به ذکر می باشد که خرپا سازه ‌ای صلب است که از واحد های مثلثی شکل تشکیل شده و هم چنین این میله ها به صورت باریک و بلند هستند که به یک دیگر متصل گردیده اند و تحمل آن در باربری بالا می باشد، به دلیل آن که همان گونه که بیان کردیم، مثلث ها پایدار ترین شکل هندسی در جهان می باشند.

درباره خرپا ها بیشتر بدانید:

  • اعضای خرپا توانایی تحمل نیروهای کششی و فشاری را دارند.
  • خرپا ها از جمله ساده ‌ترین سازه‌ های باربر هستند که در کل به عنوان سازه خمشی عمل نموده و در سقف ‌ها، پل ‌ها، و سازه‌ های هوا و فضا مورد استفاده قرار می‌ گیرند.
  • در سازه هایی مانند خرپا به علت عدم وجود نیروی برشی و لنگر خمشی در تک تک اعضاء متشکله خرپا، اتصالات باید به صورت مفصلی مدل شود.
  • چون در خرپاها فرض می ‌شود که اعضا در انتهای خود به اعضای دیگر لولا شده‌اند بنابراین شکل مثلثی تنها شکل پایدار خواهد بود.
  • سازه های خرپایی در برابر نیروهای خارجی مقاومت بسیار بالایی دارند و از لحاظ اقتصادی نیز مقرون به صرفه هستند.
  • اعضای خرپا های فلزی با پیچ و جوش و خرپای چوبی با میخ و پرچ به هم متصل می شوند.
  • در اجرای خرپا اتصال اعضای سازه های خرپایی به یک دیگر به صورت مفصلی می باشد و شکل مثلث تنها شکل هندسی پایداری است که با چنین اتصالی در مقابل نیروهای خارجی مقاومت کرده و شکل کلی آن تغییر نمی کند. مگر این که یکی از اعضا، خم شده یا بشکند.
  • بنابراین خرپا همواره مجموعه ای از مثلث ها است در کنار یکدیگر قرار گرفته اند و شکل های متنوعی را به وجود آورده اند.

اصول ساخت خرپا چگونه می باشد ؟:

برای ساخت خرپا باید به ساختار مثلثی آن ها توجه بسیاری داشته باشید و این موضوع باید در تمام جزء به جزء خرپاها رعایت شود، لازم به ذکر است که چون در خرپاها فرض می شود که اعضا در انتهای خود به اعضای دیگر لولا شده اند، بنابراین می توان اذعان داشت که شکل مثلثی تنها شکل پایدار خواهد بود. ما برای ساخت خرپا باید قوانین مربوط به ساخت را رعایت فرمایید، در غیر این صورت خرپا شما با مشکلات بسیار گسترده ایی رو به رو خواهد شد.

لازم به ذکر است که اگر شبکه در یک صفحه واقع باشد، خرپا را خرپای صفحه ای و اگر شبکه فضایی باشد خرپای حاصل را خر پای فضایی می گویند. شبکه هایی که به صورت چهار عضو یا بیشتر باشند ،پایدار نیستند و تحت تاثیر نیرو های مؤثر فرو می ریزند. بنابراین تمام جزئیات خرپا باید با استفاده از قانون مثلث به یک دیگر متصل شده و هم چنین نیروهای وارده به خرپا دقیقا به مفصل های آن وارد شود.

کاربرد خرپاها چه می باشد ؟

شایان به ذکر می باشد که خرپاها از مفید ترین فرم ساختمانی هستند که در انواع ساختمان ها وماشین ها به کار می روند. ساختمان های خرپایی، در مقابل نیروهای وارد آمده مقاومت بسیاری دارند و می توان گفت که استفاده از انواع آن ها در سازه های مختلف می تواند مقاومت و پایداری سازه را تقویت نماید و هم چنین از لحاظ اقتصادی نیز ساختن آن ها مقرون به صرفه می باشد.

همان گونه که بیان شد، اتصال میله های خرپاها به یک دیگر چنانچه فلزی باشند، به وسیله پیچ انجام می گیرد، و چنانچه خرپای چوبی باشد، با میخ به یک دیگر متصل می شوند. از جمله کاربرد های بسیار مهم خرپا را می توان به صورت زیر اشاره داشت:

  • اتصالات آن ها به سقف های با دهانه های زیاد و نیز پله ها به کار می برند.
  • بعضی از ماشین های سنگین، مثل جرثقیل ها، نیز از خرپا استفاده می شود.

خرپاها ضمن داشتن مقاومت زیاد، از نظر وزن سبک هستند و همین سبک بودن آن ها می تواند از لحاظ باربری جانبی مانند زلزله بسیار اثر بخش باشد. استخوان بندی بال بعضی از پرندگان که برای پرواز باید سبک باشند، به صورت خرپا در کنار یک دیگر قرار گرفته است .اسکلت بندی هواپیما ها را نیز به همین علت از نوع خرپایی انتخاب می کنند. بنابراین استفاده از این خرپا ها حال به هر شکل و نوع، می تواند مقاومت بسیاری از سازه ها و وسایل نقلیه و تجهیزات ساختمانی را تضمین کند. به همین دلیل است که مهندسان به این نوع از سازه ها علاقه بسیاری نشان می دهند.

سازه یا صلب چیست؟

منظور از سازه صلب سازه ایی ایستا می باشد که هیچ گونه حرکتی نداشته باشد. برای آن که بتوانید درک بهتری از این سازه داشته باشید، در ابتدا به تعریف جسم صلب می پردازیم. لازم به ذکر است که جسم صلب به جسمی گفته می ‌شود که شامل تعداد زیادی ذرات ثابت است که فاصله ذرات از یک دیگر همواره ثابت و یکسان می ‌باشد. این فاصله حتی در صورتی که به جسم، نیرو وارد شود یا حرکت کند نیز ثابت می‌ ماند و تغییراتی در جسم ایجاد نخواهد شد. دنیای اطراف یا پیرامون ما سرشار از اجسام صلب می باشد. از پایه ‌های پل ها گرفته تا دندانه‌ های یک چنگال همگی جسم ‌هایی صلب ‌اند.

در واقع به جسمی که هیچ دو ذره‌ای از ذرات تشکیل دهنده ‌اش نسبت به هم حرکتی نداشته باشند جسم صلب گفته می شود. حال می توان اذعان داشت که صلب بودن سازه برای ما مهندسان از اهمیت بسیاری برخوردار است به دلیل آن که سازه های صلب از پایداری بیشتری برخوردار هستند. هرچند که نمی توان سازه ایی را پیدا کرد که به صورت 100 درصد صلب باشد، اما می توان سازه ایی را بنا کرد که از ویژگی های یک جسم صلب برخوردار باشد.

آیا از خرپا ها می توان به عنوان یک سازه صلب یاد کرد؟

بله. خرپا (Truss) سازه ای صلب و مثلثی شکل است که اعضای آن مستقیم و بدون انحنا بوده و اتصال اعضا ی آن با یک دیگر به صورت مفصل (لولا) می باشد. همان گونه که در ابتدای مقاله نیز اشاره داشتیم، واحد هندسی اصلی خرپا مثلث است. لازم به ذکر است که مثلث شكل ثابتی می باشد كه فرم آن بدون تغيير طول اضلاع حتی با اتصالات مفصلی نيز تغيير نمي كند، بنابراین می توان به جرأت اذعان داشت که خرپا ها جزء سازه های صلب و بسیار پایدار می باشند.

اتصالات در بقيه چند ضلعی ها (مانند مستطيل) غير پايدار هستند و اگر خرپا را به این شیوه یا روش بسازید، در برابر بارهای وارده سازه شما مقاومت نشان نخواهد داد و امکان فرو ریزش در آن بسیار است. نکته بسیار مهم دیگری که وجود دارد، این است که اگر كابلی بين دو نقطه كشيده شده باشد، نيروی افقی به وسيله تكيه گاه ها (كه ثابت شده اند) خنثی می گردد. اگر وضعيت به گونه ای تغيير كند كه يكی از تكيه گاه ها مفصلی و تكيه گاه ديگر غلتكی شوند. سيستم غيرپايدار مي گردد. به دلیل آن که هر دو تكيه گاه می توانند عكس العمل نيروی عمودي را تحمل نمايند. ولی تكيه گاه غلتكی به وسيله نيروی افقی كابل به سمت مركز كشيده خواهد شد. لازم به ذکر می باشد که اين مجموعه به عنوان يك خرپای ساده با هندسه مثلثی و دارای اتصالات گيردار و مقاومت درونی عمل می نماید.  نکته بسیار مهم دیگری که وجود دارد، این است که اگر مجموعه خرپايی معكوس گردد، نيروهای كششی و فشاری نيز معكوس خواهند گرديد.

نکات بسیار مهم دیگر درباره خرپاها

نکات بسیار مهم دیگر درباره خرپاها:

  • توجه كنيد كه در حالت واحد اصلی هندسی به شكل مثلث باقی مي ماند.
  • اعضای بالا و پايين خرپا به ترتيب ميله فوقانی و تحتانی خرپا ناميده می شوند.
  • تمامی اعضای بين ميله های فوقانی و تحتانی اعضا جان خرپا هستند.
  • در خرپاهای مسطح تمامی اعضا در يك سطح قرار دارند. در حالی كه خرپاهای فضايی در سه بعد، اين اعضا را دارند. در هر دو نوع خرپای ذكر شده دهانه هایشان در يك جهت قرار گرفته اند.

انواع خرپا:

خرپا ها انواع و اقسانم مختلفی دارند که کارایی و کاربرد هر کدام از آن ها با یک دیگر بسیار متفاوت می باشد. خرپا ها به سه دسته بسیار کلی تقسیم بندی می شوند که در زیر به آن ها اشاره می نماییم:

  • خرپای ساده
  • خرپای مرکب
  • خرپای پیچیده و مبهم

در زیر به توضیح هر یک از این خرپا ها می پردازیم:

خرپا ساده:

همان گونه که اسم این خرپا مشخص است، ساده ترین نوع خرپا می باشد که با اتصال سه عضو در دو گره به صورت مفصلی با یک دیگر یک مثلث تشکیل شده که به آن مثلث بنیادی خرپا گفته می شود. حال برای این که این خرپا توسعه پیدا کند، به موارد زیر توجه فرمایید:

  • توسعه خرپا هر بار با اضافه نمودن دو عضو و یک گره صورت می‌گیرد.
  • اعضای جدید در گره (محل تقاطع دو یا چند عضو را گره می گویند) جدید به یک دیگر مفصل شده و انتهای دیگر آن ها به گره‌های موجود مفصل می ‌گردند.
  • خرپاهایی که بدین نحو ایجاد می گردند به خرپاهای ساده شناخته می شوند.

خرپا مرکب:

لازم به ذکر می باشد که خرپای مرکب خرپایی است که از اتصال و ترکیب دو یا چند خرپای ساده ایجاد می گردد.

خرپاهای پیچیده و مبهم:

به خرپایی که شرایط خرپای ساده و مرکب را نداشته باشد خرپای مبهم گفته می شود، یعنی خرپایی که نه ساده است و نه مرکب می باشد را خرپای پیچیده می گویند.

شایان به ذکر می باشد که انواع خرپا ها را در یک تقسیم بندی ساده دیگر می ‌توان به موارد زیر نیز تقسیم بندی نمود:

1_ خرپای دو بعدی:

 در این دسته از خرپاها تمامی اعضای خرپا را می ‌توان در یک صفحه جای داد منظور از دو بعد در کل قرار گیری تمامی اعضا در یک صفحه می باشد. این بدان جهت است که از لحاظ هندسی اختلاف بعدی در نحوه قرارگیری و جهت‌گیری اعضا وجود نخواهد داشت. بسیاری از طرح ‌های کلاسیک خرپا در این دسته جای می‌ گیرند به دلیل آن که همه اعضای آن ها در یکم صفحه جای گرفته اند. از جمله مزایای خرپای دو بعدی می توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • توانایی تحمل تنش ‌ها
  • توانایی تحمل بارهای صفحه‌ای
  • حجم و ابعاد متناسب

2_ خرپای سه بعدی:

لازم به ذکر می باشد که این دسته از خرپاها بر خلاف نمونه قبل شامل شبکه‌ای از اعضا و اتصالات می باشند که روی هم حجمی را در برگرفته و در امتداد هر سه محور مختصات امتداد یافته ‌اند. از مزایای این نوع خرپا می توان به قدرت تحمل بارهای وارده و هم چنین تنش های وارد شده ( آن هم به صورت سه بعدی )یاد کرد که البته این مزایا با هزینه حجیم بودن سازه حاصل می‌گردند.

3_ خرپای چندگانه:

این دسته از خرپاها با هدف حذف نقاط ضعف و حفظ نقاط قوت دو گونه ( خرپاهای سه بعدی و دو بعدی ) قبل ابداع شده اند. لازم به ذکر است که در این گونه از خرپاها معمولاً لینک ‌های وسط به صورت تکی و لینک‌های بالا و پایین به صورت دوگانه یا چند گانه طراحی می‌ گردند.

از جمله مزایای بسیار مهم این خرپاها می توان به موارد زیر اشاره داشت :

  • قدرت تحمل بارهای صفحه‌ای
  • مقاومت خمشی بسیار مناسب
  • مقاومت کمانشی بسیار مناسب آن هم در جهات گوناگون
  • داشتن ابعاد بسیار متناسب

مهار بندی خرپا

مهار بندی خرپا:

شایان به ذکر می باشد که  به طور کلی بادبند ها به مجموعه ایی از میله ها و یا پروفیل هایی گفته می شود که معمولا به صورت ضرب دری قاب های ساختمانی را به یکدیگر متصل می کنند. به دلیل آن که مقاومت قاب های خرپایی در برابر نیرو های عمود بر صفحه قاب ها بسیار کم می باشد، لذا برای بالا بردن مقاومت ساختمان در امتداد عمود بر قاب های خرپایی، از عناصر ساختمانی دیگری به نام بادبند یا مهاربند های جانبی استفاده می شود.

می توان اذعان داشت که فلسفه وجودی بادبند جانبی آن است که به نحوی مقاومت سیستم قاب ها را در جهت عمود بر قاب ها افزایش دهد. سیستم بادبند عبارت اند از مجموعه ای از مهارهایی که به طور ضربدری قاب ها را به هم متصل می‌سازد. در این حالت قاب های انتهای ساختمان توسط بادبندها به اولین قاب درونی متصل می شوند.

این ترتیب تقویت، برای ایجاد استحکام جانبی بسیار مناسب می باشد و عملکرد آن به این صورت است که سیستم قاب های خرپایی به این وسیله به هم متصل می ‌گردند و حالت قفسه‌ای را پیدا می ‌کند. این قفسه در جهات مختلف تحت اثر نیروهای جانبی دارای صلبیت و پایداری می باشد و واژگون نخواهد شد.

باید بیان شود که اعضای خرپا تحت هیچ شرایطی لنگر خمشی را تحمل نخواهند کرد و پایداری اعضا در صفحه ی خرپا توسط گره های موجود در خرپا تأمین می گردد. به همین دلیل است که می توان اعضا خرپا را از پروفیل های نازک تری ساخت که این موضوع باعث ایجاد مسئله پایداری ارتجاعی در سازه می شود که برای پایداری خرپا در جهت جانبی از مهاربند استفاده می کنند.

در کل استفاده از مهاربند ها در سازه ها بسیار مهم است زیر مقاومت سازه ها ( به خصوص سازه های فولادی ) در برابر باد و زلزله و ... به وجود همین مهاربند ها وابسته می باشد، به همین دلیل است که از این سیستم نیز در خرپا ها استفاده خواهد شد.

اتصالات خرپا :

منظور از طراحی خرپا، طراحی اعضای آن و هم چنین اتصالات سازه می باشد که باید به بهترین نحو ممکن انجام شود تا سازه از مقاومت بسیاری برخوردار گردد. پس از تعیین حداقل سطح مقطع اعضا، طراحی اتصالات خرپا آخرین گام در طراحی خرپا می باشد.

از انواع اتصالات خرپا می توان به موارد زیر اشاره داشت:

  • جوش
  • پیچ و مهره
  • پرچ

بر اساس نیازهای پروژه، اتصالات خرپا داخلی ( مفاصل ) می تواند به شکلهای زیر طراحی گردد:

  • سفت و سخت
  • نیمه سفت و سخت
  • لولا

لازم به ذکر می باشد که اتصال اعضا گاهی به صورت مستقیم و گاهی نیز به مسیله ورقی به نام ورق اتصال صورت می گیرد، بنابراین در عمل نه تنها حالت اتصال مفصلی در انتهای اعضا وجود ندارد، بلکه پیوند آن ها به یک دیگر و هم چنین به ورق اتصال از گیرداری قابل ملاحظه ایی نیز برخوردار است  توجه به نکاتی خاص موجب می شود که فرض اتصال مفصلی و نیروی محوری خالص در اعضای خرپا ها تحقق بیشتری بیاید. از مهم ترین ملاحظات در این مورد می توانیم به موارد زیر اشاره داشته باشیم:

  • در طرح خرپا سعی شود تا امتداد محور میله ها از نقطه مشترکی بگذرد
  • هم چنین اعمال نیروهای خارجی به محل گره ها از شرایط دیگر این فرض می باشد

ورقه های اتصال در خرپا :

ورق اتصال در خرپا با توجه به فرم اعضای آن طراحی می شود و در خرپا به کار گرفته خواهد شد. یکی از مسائلی که گاهی در اتصالات خرپاها پیش می آید خمش ورق اتصال است. خمش ورق اتصال در بعضی موارد موجب تغییر فرم و کج شدن خرپا و احتمالا خرابی آن می شود. به نکات مهم زیر توجه فرمایید

  • بسیاری از خرابی های ساختمان های خرپایی به علت اتصال ضعیف ( جوش یا پرچ یا پیچ ) و خمش ورق اتصال اتفاق افتاده است
  • گسیختگی جوش ، پارگی ورق و برش پیچ و پرچها را نیز باید از ضایعات اتصالات ضعیف خرپا ها به شمار آورد.

لاپه ریزی روی خرپاها و مهار کردن آن ها:

لازم به ذکر می باشد که خرپا ها یا قاب های خرپایی معمولا به فواصل 3 تا6  متر از یک دیگر انتخاب می شوند و بر روی آن ها تیر های (لاپه) در امتداد عمود بر صفحه خرپا ها و یا قاب های خرپایی قرار داده می شوند. نکته بسیار مهم این می باشد که: بهتر است لایه ها روی گره های خر پا قرار گیرند.

خرپای فضایی:

لازم به ذکر می باشد که یکی از مقاوم ترین و جالب ترین سازه‌های موجود، شبکه فضایی  " حقیقی " یا خرپای فضایی می باشد. از خرپاهای فضایی، به علت سختی و استحکام زیادی که دارند ، برای مواردی که در زیر نام برده می شود، استفاده می گردد:

  • پوشش فضا های کارخانه ‌ها
  • نمایشگاه ها
  • استخرها و …

در عمل از این سیستم برای پوشاندن سقف هایی به مساحت 90*90 بدون بهره‌گیری از ستون استفاده می‌کنند. در طی سالهای اخیر از شبکه ‌های دو لایه‌ای که یک یا هر دو لایه آن ها از شش ضلعی‌هایی تشکیل می ‌‌شود، برای احداث بام استفاده‌ شده است. جنس و نوع پروفیلهای به کار رفته در خرپاهای فضایی ممکن است از لوله فلزی، آلومینیومی ،نبشی و یا قوطی باشد که اتصالات آن نیز به صورت مفصلی می باشد.

خرپای فضایی

سخن آخر:

شما می توانید برای تقویت و مقاوم سازی سازه خود به وب سایت آرین تیس مراجعه کنید. هم چنین با کارشناسان این مجموعه درباره سازه و مقاوم سازی آن مشورت نمایید.

انصراف از نظر
فیلترها
Sort
display