خرپا

:خرپای ساده از اتصال چند میله مستقیم که به طور مفصلی به هم متصل شده به طوری که شبکه های مثلثی به وجود می آورد تشکیل می گردد. ضمنا نیرو های وارد بر خر پاها بایستی حتما در محل اتصالات مفصلها به خر پا وارد شوند .

اصول ساخت خرپا :‌چون در خرپاها فرض می شود که اعضا در انتهای خود به اعضای دیگر لولا شده اند . بنابراین ((شکل مثلثی))تنها شکل پایدار خواهد بود . اگر شبکه در یک صفحه واقع باشد ، خرپا را ((خرپای صفحه ای ))واگر 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 .

کا ر برد خرپاها : خرپاها از مفید ترین فرم ساختمانی هستند که در انواع ساختمانها وماشینها به کار می روند. ساختمانهای خرپایی،در مقابل نیروهای واردآمده مقاومت بسیاری دارند واز لحاظ اقتصادی نیز ساختن آنها مقرون به صرفه است .اتصال میله های خرپاها به یکدیگر چنانچه فلزی باشند ،به وسیله میخ وپیچ انجام می گیرد .وچنانچه خرپای چوبی باشد،اتصالات آنها به سقفهای با دهانه های زیاد ونیز پله ها به کار می برند. بعضی از ماشینهای سنگین ،مثل جرثقیلها،نیز از خرپا استفاده می شود.خرپاها ضمن داشتن مقاومت زیاد،از نظر وزن سبک هستند. استخوانبندی بال بعضی از پرندگان که برای پرواز باید سبک باشند،به صورت خرپا تکوین یافته است .اسکلت بندی هواپیماها را نیز به همین علت از نوع خرپایی انتخاب می کنند.

پروفیل های رایج در خرپا سازی :

در خرپاسازی میتوان بر حسب مورد از پروفیلهای فولادی مختلف استفاده کرد.۱-استفاده از پروفیلهای  در خرپاهای سبک به نحوی که وترهای بالایی وپایینی از I وقطرهایL استفاده میL و  و L به طوری که وترهای بالایی وپایینیشود .۲-استفاده از پروفیلهای IPE یا IPB و  از I واعضای قائم از IPE یا IPB وقطریها از ۲L پشت به پشت .

۳-استفاده از پروفیلهای مثل IPEIو ۲ [ .۴-در طراحی خرپاهای بسیار سنگین از پروفیلهای IPB استفاده می‌کنند ولی وترهای بالایی و پایینی به صورت افقی است.

۵-امروزه به کمک تکنیک نورد کردن پروفیلهای قوطی مربع و مربع مستطیل بسیار ساده شده است و هیچ‌گونه اضافه قیمت ساخت برای این نوع پروفیلها در مقایسه با دیگر پروفیلها در خرپاسازی وجود ندارد.

۶- ازپرو فیل های لوله ای شکل در خرپا سازی استفاده می شود . تنها مشکل در استفاده از این نوع پروفیل ها بریدن وجفت و جور کردن قطعات به یکدیگر است . استفاده از این نوع پروفیل در صنایع جرثقیل سازی اهمیت بسیار دارد.

اجزای تشکیل دهنده خرپا عبا رتند از : نیروی وارد از لاپه- عضو قطری، عضو قا ئم ، وتر بالایی (کنش) وتر پایینی (عضو مورب زرین)وتر بالایی(عضو مورب بالایی)

اتصالات در خرپا ها :اعضای خر پاها به وسیله جوش ، پیچ و مهره ویا پرچ به یکدیگر متصل می شوند اتصال اعضا گاهی به مستقیم وگاهی به مسیله ورقی موسوم به ورق اتصال صورت می گیرد :بنا براین در عمل نه تنها حالت اتصال مفصلی در انتهای اعضا وجود ندارد، بلکه پیوند آنها به یکدیگروبه ورق اتصال از گیرداری قابل ملا حظه ای نیز برخوردار است . توجه به نکاتی خاص موجب می شود که فرض اتصال مفصلی و نیرو ی محوری خالص در اعضای خرپا ها واقعیت بیشتری پیدا کند . از مهمترین ملا حظات در این مورد آن است که در طرح خرپا سعی شود تا امتداد محور میله ها از نقطه مشترکی بگذرد . همچنین اعمال نیرو های خا رجی به محل گروه ها از شرایط دیگر این فرض می باشد .

ورقه های اتصال در خرپا : ورق اتصال در خرپا با توجه به فرم اعضای آن بدست می آید .یکی از مسائلی که گاهی در اتصالات خرپا ها پیش می آید خمش ورق اتصال است . خمش ورق اتصال در بعضی موارد موجب تغییر فرم و کج شدن خرپا واحتمالا خرابی آن می شود . بسیاری از خر ابیهای ساختمانهای خرپایی به علت اتصال ضعیف (جوش یا پرچ یا پیچ )و خمش ورق اتصال اتفاق افتاده است . گسیختگی جوش ، پارگی ورق و برش پیچ وپرچها را نیز باید از ضایعات اتصالات ضعیف خرپا ها به شمار آورد.

لاپه ریزی روی خرپاها و مهار کردن آنها : خر پا ها یا قابهای خرپایی معمولا به فواصل ۳تا۶ متر از یکدیگر انتخاب می شوند وبر روی آنها تیر های (لاپه) در امتداد عمو د برصفحه خرپا ها ویا قابهای خر پایی قرار داده می شود . برای نمونه قاب ساختمانی از این نوع با تیر های طو لی و عرضی متکی بر آنها در شکل نشان داده شده است . بهتر است لاپه ها روی گره های خر پا قرار گیرند . باد بند وانوع آن در ساختمانهای خر پایی : تعریف : به طور کلی باد بند عبارتند از مجموعه میله ها ویا پرو فیل هایی ( کشها و مهار ها ) است که نو عا به صورت ضربدری قا بهای ساختمانی را بهم متصل می کند . چون مقاومت قابهای خر پایی در برابر نیروهای عمود بر صفحه قابهابسیار کم است ، لذا برای بالا بردن مقاومت ساختمان در امتدادعمود بر قابهای خرپایی، از عناصر ساختمانی دیگری به نام ( باد بند) یا ((مهارهای جانبی ))استفاده می کنند ، فلسفه وجودی باربند جانبی آن است که به نحوی مقاومت مقاومت سیستم قابها را در جهت عمود بر قابها افزایش دهد. سیستم باد بند عبارتند از مجموعه ای از کشها یا مهارهایی که به طور ضربدری قابها را به هم متصل می‌سازد . در این حالت قابهای انتهای ساختمان توسط باد بندها به اولین قاب درونی متصل شده‌اند . این ترتیب تقویت برای ایجاد استحکام جانبی مناسب است و عملکرد آن به این صورت است که سیستم قابهای خرپایی به این وسیله به هم متصل می‌شود و حالت قفسه‌ای را پیدا می‌کند . این قفسه در جهات مختلف تحت اثر نیروهای جانبی دارای صلبیت و پایداری است و واژگون نمی‌شود ، در مواردی نیز سیستم بادبند را هر چند دهنه قاب در میان ، بین دو قاب انجام می‌دهند.چپ و راستها را می‌توان در سطح میله‌های بالایی خرپا یا در سطح میله‌های پایینی خرپا قرار داد.

خرپای فضایی:

یکی از مقاومترین و جالبترین سازه‌ها ی شبکه فضایی (( حقیقی )) یا خرپای فضایی است . از خرپاهای فضایی ، به علت سختی و استحکام زیادی که دارند ، برای پوشش فضاهای کارخانه‌ها ، نمایشگاها ،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

خرپا سازه‌ای صلب از واحد‌های مثلثی شکل است که از اتصال اجزای باریک و بلند ساخته شده است. خرپا‌ها توانایی تحمل نیروهای کششی و فشاری را دارند.

خرپاها از جملهٔ ساده‌ترین اعضاء باربر سازه‌ها هستند که در کل به عنوان اعضاء خمشی عمل نموده و در سقف‌ها، پل‌ها، و سازه‌های هوا و فضا مورد استفاده قرار می‌گیرند. دراین گونه سازه‌ها به علت عدم وجود نیروی برشی و لنگر خمشی در تک تک اعضاء متشکله مثلث‌ها اتصالات باید به صورت مفصلی مدل شود.

خرپا بر حسب تعریف از مجموعه‌ای از اعضا‌یی بوجود می‌آید که همگی در یک صفحه قرار داشته و ترکیب آنها یک شبکه مثلثی ایجاد نماید. چون در خرپا‌ها فرض می‌شود که اعضا در انتهای خود به اعضای دیگر لولا شده‌اند بنابر این شکل مثلثی تنها شکل پایدار خواهد بود.

انواع خرپا

خرپاها به سه دسته زیر تقسیم بندی می‌شوند:

خرپا ساده

با مفصل نمودن سه عضو در انتهای یکدیگر و ایجاد شکل مثلث ساده تشکیل شده است. توسعه خرپا هر بار با اضافه نمودن دو عضو و یک گره صورت می‌گیرد. اعضای جدید در گره جدید به یکدیگر مفصل شده و انتهای دیگر آنها به گره‌های موجود مفصل می‌گردند.

استاندارد خرپا در آمریکا

انجمن تیرچه فولادی در آمریکا (Steel Joist Institute) نقش راهبردی در تدوین، نظارت و آموزش موضوعات مربوط به خرپا‌ها و سازه‌های فولادی در آمریکا را به عهده دارد. تقریباً تمامی شرکت‌های سازنده تیرچه در سطح آمریکا و کانادا عضو این انجمن می‌باشند. این انجمن در سال ۱۹۲۸ میلادی تاسیس شد.

استانداردهای مدونی برای انواع خرپاهای فولادی دارد. برخی از نکات مهم آن به شرح زیر می‌باشد.

خواص مکانیکی مورد نیاز میلگردهای کششی و بالایی طبق استاندارد SJI آمریکا (Steel JOIST Institute)

در صورت استفاده از فولادهای نورد گرم شده (خام)

– استحکام تسلیم بالاتر از ۲۴۵ و کمتر از ۳۴۵ مگا پاسکال

– درصد ازدیاد طول نسبی بالاتر از ۱۸ درصد

در فولادهای نورد سرد شده (اصلاح شده)

– نسبت استحکام کششی به تسلیم بالاتر از ۱/۰۸

– استحکام تسلیم میلگردها باید برابر یا بیشتر از استحکام تسلیم طراحی باشد.

خرپاها کابرد های زیادی در پل ها و سقف ها و… دارند و خوبی اونها اینه که سبک هستند و معمولا در مقابل بار وارده از وزنشون صرف نظر می شه بهترین شکلشو میتونید در جرثقیل ببینید.در اکثر موارد خرپاها بصورت اعضای مثلثی که در کنار هم طوری جوش داده میشود که اتصالات که گره (Joint) نامیده میشوند بصورت لولایی عمل کنند.قرار داد ما در خرپاها بدین صورت است که نیروها در گره ها وارد میشوند و اگر نیرویی بر غیر گره یعنی عضو وارد شد بحث از خرپا خارج و به سمت قاب میره.خرپاها اعضای دو نیرویی هستند یعنی هر عضوشون رو که در نظر بگیریم، دو نیرو در دو سرش قرار داره که بزرگیشون با هم برابر و خط اثرهاشون یکسان و در جهت مخالف همدیگرند.خرپاها به سه گروه زیر تقسیم میشن:۱) خرپاهای ساده یا Simple Trusses که شبکه بندی مثلثی در آنها کاملا رعایت شده۲)خرپاهای مرکب یا Compounded Trusses : این نوع خرپاها از ترکیب مناسب در یا چند خرپای ساده ایجاد میشوند که این ترکیب میتونه بوسیله ی یک گره یا یک عصو ویا سه عضو موازی و غیر متقارب ایجاد شود.۳)خرپاهای پیچیده و مبهمهرگاه عضو یا اعضای جدیدی به خرپا اضافه شوند بدون اینکه گره جدیدی به آن اضافه شود،خرپا یک خرپای نامعین ایستایی میشود.پایداری-ناپایداری-معینی-نامعینی خرپاها:اگر تعداد گره های خرپا را با j و تعداد عضو های آن که همان میله ها هستند رو با m و تعداد عضوهای خرپا رو با R نشون بدیم داریم:A) اگر m+R<2j r=”2j”>2j باشد خرپا نامعین استاتیکیست ولی پایداری و ناپایداری هندسی آن باید بررسی شود.

تحلیل استاتیکی یک خرپای دو بعدی با استفاده از مدلسازی عدم قطعیتهای موجود در پارامترهای مؤثر در تحلیل سازه بصورت اعداد فازی با توابع عضویت مثلثی انجام شد . محاسبات فازی در حالت اول برای بارگذاری، ضریب کشسانی و ابعاد هندسی؛ در حالت دوم برای بارگذاری و ابعاد هندسی و در مرحله سوم برای ضریب کشسانی و ابعاد هندسی انجام شد . با افزایش تعداد اعداد فازی در محاسبات، جابجایی های بدست آمده با استفاده از اصل گسترش لطفی زاده فازی تر می شوند . پاسخهای فازی، طیف مقادیر ممکن را برای جابجایی المانهای خرپا همراه با درجه عضویت آنها نشان می دهند و این می تواند، راه جایگزین مناسبی برای آزمایشهای تحلیل سازه باشد . نتایج فازی همخوانی کاملی با پاسخهای بدست آمده از نرم افزار ANSYS 10 به روش اجزای محدود برای تعیین تنش و جابجایی برای هر عضو سازه دارند

هر خرپایی را می توان حداقل با سه قید یا میله ی تکیه گاهی مهار کرد البته به شرطی که هر سه انها موازی یا متقارب نباشند .بنابراین برای ایستایی خرپا حداقل به یک تکیه گاه مفصلی و یک تکیه گاه غلطکی نیاز است .

وقتی که خر پا در معرض باد شدید یا زلزله قرار می گیرد، در اعضایی که برای تحمل نیروی کششی طراحی شده اند ،نیروی فشاری وارد می گردد.اتصال خرپا به ستون معمولا از نوع مفصلی است در چنین مواردی برای مقابله با نیروهای افقی وارد بر خرپا ستون به صورت طره ای طراحی می گردد.

در محاسبات خرپا فرض میشود که اتصالات مفصلی هستند.در نتیجه اتصالات در مقابل خمش مقاومت ندارند.در عمل اتصال مفصل واقعی به ندرت استفاده میشود.و در اکثر مواقع اتصال در خرپا بوسیله ی پیچ و یا جوش انجام می شود.

در چنین مواردی اتصال بیشتر شیبه اتصال صلب است .درنتیجه رفتار خرپا با فرض اتصال مفصل درمحاسبات مغایرت دارد.بنابراین بهترین راه حل این است که محور مرکز اعضا خرپا در یک نقطه یکدیگر را قطع نمایند.در غیر این صورت تنش های ثانویه ناشی از لنگر خمشی و نیروهای برشی در اتصال ایجاد می گردد.

تیرچه های پیش ساخته خرپایی

فن تیرچه و بلوک ، تلفیق دو روش پیش ساختگی و بتن ریزی در محل است که در آن ، قالب تحتانی به کلی حذف می شود. در این روش ، فولادهای کششی و برشی ( عرضی ) و پوشش بتنی فولادهای اصلی ، بصورت تیرچههای پیش ساخته در کارخانه تولید می شوند. در کارگاه ، پس از قرار دادن تیرچه ها به فاصله های معین و شمعبندی زیر تیرچه ها ، بلوکها را بین دو تیرچه مجاور قرار داده و سپس آرماتورهای حرارتی را نصب و بتن ریزی می نمایند ؛ به طوری که حداقل ضخامت بتن در روی بلوک ، پنج سانتیمتر باشد. پیش از حصول مقاومت بتن پوششی ، وزن بلوک ها و بتن توسط تکیه گاههای موقت تحمل می شود و پس از حصول مقاومت بتن پوششی ، تیرهای T شکل چسبیده و مجاور هم لنگر خمشی حاصل از بارهای قائم سقف را تحمل ، و به تیرهای اصلی منتقل می کنند.

اجزای اصلی تشکیل دهنده سقف تیرچه و بلوک

سقف اجرا شده با تیرچه و بلوک از انواع سقف های با پشت بند ( تیرک دار ) بتنی است که تحمل فشار به بتن بالایی با ضخامت حداقل پنج سانتیمتر واگذار می گردد و کشش توسط میلگردهای کششی تیرچه ( میلگردهای تحتانی تیرچه ) تحمل می شود. بتن بالایی همچنین ، همانند یک دال نازک با دهانه ای برابر فاصله دو تیرچه ، خمش موضعی را در محل بین دو تیرچه تحمل می کند. در این نوع سقف ، تیرچه ها به فاصله حداکثر ۷۰ سانتیمتر ( محور تا محور ) کنار هم و در امتداد دهانه کوتاهتر سقف قرار می گیرند و با بتن پوششی که در محل ریخته می شود و ضخامت آن حداقل پنج سانتیمتر است ، تیرهای T شکل چسبیده و مجاور هم را تشکیل می دهند. برای پرکردن فاصله تیرچه ها ، از عناصر گوناگون ، مانند آجرهای توخالی ، بلوکهای بتنی و حتی پلاستیک و چیزهای دیگر استفاده می شود. این عناصر پرکننده در سقف تحمل نیرو نمی کنند.

بنابراین ، سقف تیرچه و بلوک از اجزای اصلی ، به شرح زیر تشکیل می شود :

۱-     تیرچه

۲-     بلوک

۳-     میلگرد حرارتی و افت و میلگرد منفی

۴-     بتن پوششی ( درجا )

که نقش هریک از این اجزا در مراحل دو گانه باربری ، یعنی مرحله حمل و نقل تیرچه و اجرای سقف و مرحله بهره برداری را ، به ترتیب زیر می آوریم :

۱- تیرچه : عضو پیش ساخته ای است ، متشکل از بتن و فولاد به مقطع تقریبی T ، که در دو نوع تیرچه خرپایی و تیرچه پیش تنیده ، تولید می شود و مانند همه قطعه های پیش ساخته در دو مرحله تحت اثر نیرو قرار می گیرد. این دو مرحله به علت اهمیت آنها باید به دقت مورد ملاحظه قرار گیرند :

الف) مرحله اول باربری : در این مرحله باید تیرچه به تنهایی قادر به تحمل بار ناشی از وزن خود در هنگام حمل و نقل بوده و همچنین قادر به تحمل وزن مرده سقف ( وزن تیرچه ، بلوک و بتن پوششی ) بین تکیه گاههای موقت ( شمعبندیها ) در زمان اجرای سقف باشد.

ب) مرحله دوم باربری : این ملرحله در تیرچه پس از حصول مقاومت بتن پوششی فرا می رسد که تکیه گاههای موقت اجرایی برداشته شده و تیرچه به عنوان عضو کششی مقطع تیرT تحمل نیرو می نماید.

۱-۱ تیرچه پیش ساخته خرپایی : تیرچه پیش ساخته خرپایی فولادی و پاشنه بتنی تشکیل شده است و در صورتی که دارای قالب سفالی باشد ، تیرچه کفشک دار نامیده می شود.

تیرچه پیش ساخته خرپایی برای تحمل مراحل دوگانه باربری ، از اجزای زیر تشکیل می شود :

– عضو کششی     – میلگردهای عرضی    – میلگردهای بالایی

عضو کششی : در مرحله اول باربری تیرچه ، فولاد زیرین خرپا به عنوان عضو کششی خرپای تیرچه باید قادر به تحمل نیروی کششی ( حاصل از لنگر خمشی ) ناشی از وزن خود تیرچه در زمان حمل ونقل باشد و همچنین قادر به تحمل نیروی کششی ( حاصل از لنگر خمشی ) ناشی از وزن مرده سقف در فاصله محور تا محور تیرچه ها و بین دو تکیه گاه موقت ( شمعبندی ) باشد.

در مرحله دوم باربری تیرچه ، فولاد زیرین خرپا به عنوان عضو کششی تیر T

لوله خرپایی:

ضعف لوله قابی در انعطاف پذیری تیرهای آن قرار دارد. با اضافه نمودن عناصر مورب (قطری) به مقدار زیادی بر صلبیت لوله افزوده می گردد. در این صورت قسمت عمده برش به وسیله عناصر قطری جذب می شود نه به وسیله تیرهایی که در بالا و پایین آنها پنچره قرار دارد. اعضاء قطری مستقیماً بارهای جانبی را اساساً به صورت نیرو های محوری تحمل می کنند. این کاهش تغییر شکل برشی (ناشی از لنگی برش) رفتار خالص طره ای را تامین می کند.

لوله خرپایی مرکب از ستون و عناصر قطری :

در این سیستم از عناصر قطری در داخل شبکه مستطیلی تیرها و ستون ها استفاده می شود. عناصر قطری و تیرها با یکدیگر در مقابل بارهای جانبی صلبیت دیوار مانندی بوجود می آورند. این اعضاء قطری نه فقط قسمت اعظم بارهای جانبی را حمل می کنند بلکه همچون ستون های مایل عمل می نمایند و بار های وزن را نیز تحمل می کنند.

معمولاً کشش ایجاد شده در اثر بار های جانبی بر فشار تولید شده در اثر بارهای ورن غالب نمی آید. وظیفه دوگانه اعضاء قطری این سیستم را برای ساختمان های خیلی بلند (تا حدود ۱۰۰ طبقه برای ساختمان های فولادی) نسبتاً پر بارده می سازد. استفاده از عناصر قطری موجب می شود که بتوان فاصله ستون ها را خیلی بیشتر از فاصله ستون ها در لوله قابی اختیار کرد.

یک ویژگی اصلی این سیستم قابلیت آن در توزیع یکنواخت بارهای متمرکز در سراسر سازه می باشد.

تیرها بارهای وزن بین ستون ها را حمل می نمایند و مانند مهارهایی از کشیده شدن کف ها جلوگیری می کنند. بدین طریق آنها بر کار آیی عناصر قطری به عنوان سیستم اصلی توزیع بار می افزایند.

روش جالبی برای ایجاد عناصر قطری در دیوارهای خارجی بتنی در پروژه تحصیلی یکی از دانشجویان انستیتوی تکنولوژی ایلی نوی پیشنهاد شده است. در آن عناصر قطری با پر نمودن سوراخ های پنچره در یک طرح مورب بوجود می آید.

لوله خرپایی مشبک :

در این سیستم ، لوله از عناصر مورب نزدیک بهم بدون هیچ ستون قائمی ساخته می شود. اعضاء مورب مانند ستون های مایل عمل می کنند، تمام بارهای وزن را حمل می نمایند و سازه را در مقابل بارهای جانبی سخت تر می سازند. عناصر مورب را ممکن است به وسیله تیرهای افقی به یکدیگر متصل کرد.

عناصر مورب در مقابل بار های جانبی فوق العاده پر بازده می باشند ولی در انتقال بارهای وزن به زمین نسبت به ستون های قائم بازده کمتری دارند. بعلاوه تعداد زیاد اتصالاتی که بین این عناصر مورب لازم می باشد و مشکلات مربوط به جزئیات پنجره ها سیستم خرپای مشبک را به طور کلی چندان عملی و قابل استفاده نمی سازد.

جهت جستجو سریع موضوع مقاله ، پرسشنامه ، پاورپوینت و گزارش کارآموزی می توانید از قسمت بالا سمت راست جستجو پیشرفته اقدام نمایید.

همچنین جهت سفارش تایپ ، تبدیل فایل پی دی اف (Pdf) به ورد (Word) ، ساخت پاورپوینت ، ویرایش پایان نامه و مقاله با ما در تماس باشید.