
تفاوت خرپا و سازه های فضاکار
اولین اصلی که باید در ساختوسازهای عمرانی لحاظ شود، اطمینان از استحکام تجهیزات به کار رفته میباشد از این رو دانستن تفاوت خرپا و سازههای فضاکار از اهمیت ویژهای برخوردار خواهند شد.
سازههای عمرانی مانند پل، سوله، نیروگاه، سد و برج، زمانی قابل استفاده عموم هستند که بتوانند در مقابل نیروهای مختلف مقاومت زیادی از خود نشان بدهند و ایمنی لازم را فراهم کنند. در غیر این صورت ممکن است در شرایط متفاوت خسارتهای جبرانناپذیری را به بار بیاورند. در همین بخش است که خرپا و سازههای فضاکار، اهمیت دوچندانی پیدا میکنند.
مهندسهای عمران با انجام محاسبات زیادی، موفق به طراحی و تولید سازههایی مقاوم شدند. شما در صورتی میتوانید از این سازههای مقاوم بهترین استفاده را ببرید که با تمام ویژگیها و کاربردهای آنها آشنا باشید. همچنین باید تفاوتهای بین هر کدام از تجهیزات را بشناسید تا در هر قسمت بدانید استفاده از کدام نوع ارجعیت دارد. در این مقاله از سایت آهن آنلاین قصد داریم در مورد خرپا و سازههای فضاکار توضیح دهیم و سپس تفاوت خرپا و سازههای فضاکار را از جنبههای مختلف بررسی کنیم. پس ما را تا انتهای این مطلب جذاب همراهی کنید.
سازه فضاکار چیست؟
سازه فضاکار به ساختاری سهبعدی و یکپارچه گفته میشود که از تکرار اشکال هندسی منظم ساخته شده و نیروها را در جهات مختلف پخش میکند. این سازهها به دلیل استحکام بالا و وزن کم، اقتصادی و مقرونبهصرفه هستند. سرعت بالای تولید و نصب از ویژگیهای دیگر این سازهها است. کاربردهای مختلفی مانند سالنهای تولید، ورزشی، نمایشگاهی و آمفیتئاتر دارند. قابهای فضایی از اجزای سبک و مستحکم تشکیل شده و برای پوشش دهانههای بزرگ با تکیهگاه کم استفاده میشوند. در ترکیب با شیشه، این سازهها به زیبایی و کارایی فضاهای مختلف کمک میکنند.
خرپا یا Truss چیست؟
خرپا یا Truss سازههای صلب و مثلثی شکلی هستند که به وسیله اجزای باریک و بلند به یکدیگر وصل شدند. این مدل طراحی سازه باعث شده که در برابر نیروهای کششی و فشاری مقاومت زیادی از خود نشان بدهند. میلگرد زیگزاگ جز یکی از سادهترین سازههای باربر شناخته شدهاند. به طور کلی به شبکههای مثلثی که در یک صفحه قرار دارند خرپا میگویند و شکل زیگزاگی مرتبی که به خود میگیرد، پایدارترین شکل طراحی شده نسبت به سایر شکلهای هندسی است.
مثلث در مقایسه با اشکال چهار وجهی، اتصالات گوشه کمتری تشکیل میدهد و هر چه شبکهای اتصالات گوشه کمتری داشته باشد، احتمال برش و شکستگی هم کاهش میدهد. خرپاها از سه قسمت اصلی تشکیل شدهاند. این سه قسمت شامل میلگرد بالایی یا همان میلگرد خمش، میلگرد پایینی که بخش اعظم مقاومت خرپا وابسته به این قسمت است و در نهایت زیگزاگها که در برابر نیروهای برشی استحکام خرپا را تضمین میکنند، است. حال باید بدانیم که خرپا چگونه تولید میشود.
روش تولید خرپا چگونه است؟
ساخت سازههای خرپا به دو روش دستی و مکانیزه صورت میگیرد. این دو روش عبارتند از:
1) روش دستی یا سنتی
در روش اول یا همان روش دستی، در ابتدا با خمکاری زیگزاگها را آماده میکنند. سپس به میلگردهای پایینی و بالایی یک یا دو ردیف زیگزاگ جوش میدهند. مسلماً در این روش تولید خرپا، اشکالاتی از قبیل خطا در اندازهگیری و میزان جوشکاری به وجود میآید که در نهایت این اشکالات باعث میشود، سیستم سازه با ضعف زیادی روبهرو شود.
2) روش دوم یا غیر دستی
در روش دوم تمام مراحل بالا به صورت ماشینی انجام میگردد، یعنی میلگرد بالایی، پایینی و دو میلگرد زیگزاگ همزمان وارد دستگاه تولید میشوند. در قسمت اولیه دستگاه تولید بخشی وجود دارد که میتواند با داشتن ابعاد و زوایای دقیق، شکل هندسی مثلثی را در دو میلگرد زیگزاگی شکل ایجاد کند.
بعد از این مرحله، زیگزاگهای ساخته شده به سمت جلوی دستگاه حرکت میکنند و در امتداد آن دو میلگرد پایینی و بالایی در فاصلهای معین با آنها جوش میخورند. مرحله جوشکاری را ماشینها در کمترین زمان ممکن انجام میدهند، به همین خاطر میلگردها هیچ وقت دچار شکنندگی نمیشوند. در نهایت این روش تولید خرپا نسبت به روش اول کیفیت بهتری را ارائه میدهد. پس باید سعی کنیم از این روش استفاده کنیم.
انواع خرپاهای تولیدی چند دسته هستند؟
خرپاها بر اساس ساختاری که دارند به سه دسته اصلی تقسیم میشوند، این سه دسته عبارتند از:
- خرپاهای ساده
دسته اول آنها خرپاهای ساده "Simple Truss" هستند. این نوع از خرپاها ساختاری مسطح دارند که از اتصال سه جز در انتهای همدیگر و تشکیل شکل هندسی مثلثی به وجود آمدهاند. در ساختمانهای قدیمی این خرپاهای ساده کاربردهای گستردهای داشتند ولی الان در ساخت ساختمانها از نوع جدیدی از خرپاها استفاده میکنند.
- خرپاهای مسطح
نوع دوم خرپاهای مسطح یا همان "Planer truss" هستند. در این دسته همه اجزا در یک صفحه دو بعدی قرار گرفتهاند. این طراحی مسطح به این جهت است که اختلاف بعدی در نحوه قرارگیری و جهتگیری اجزای آن وجود نداشته باشد. خرپاهای مسطح اعضای تحتانی و فوقانی موازی در ساختار خود دارند.
- خرپاهای مرکب
آخرین دسته به خرپاهای مرکب مربوط میشود. خرپاهای مرکب با نام "Compounded truss"، از ترکیب چند خرپای ساده ساخته میشوند. استحکام و مقاومت این نوع خرپا در مقایسه با دو دسته دیگر زیادتر است. به همین دلیل در پروژههای ساختوساز استفاده از خرپاهای مرکب را در اولویت قرار میدهند.

آشنایی با سازههای فضاکار
حال که با خرپا آشنا شدهاید، نوبت به بررسی سازههای فضاکار است تا بتوانیم در انتها تفاوت خرپا با آنها را بررسی کنیم. سازههای فضاکار با نام سازههای فضایی نیز شناخته میشوند. آنها نوعی از سیستمهای خرپا هستند که در ساختارهای سه بعدی ساخته میشوند و ساختار نسبتاً پیچیدهتری در مقایسه با خرپاها دارند.
به طور کلی در شکلهای منحنی، گنبدی، شبکههای مسطح، طاق و شبکههای کابلی طراحی و تولید میگردند. در سازههای فضایی، بارهای خارجی در جهت نیروهای داخلی در صفحه واحد پخش میشود و به شکل نیروهای فشاری و کششی وارد بر سازه نیرو وارد میکنند. ساختار سازههای فضاکار باید به نحوی باشد که شکل نهایی آن در برابر هر تنش فشاری و کششی وارد شده، مقاومت زیادی از خود نشان دهد.
تاریخچه ساخت سازه های فضاکار چیست؟
قدمت این نوع از تجهیزات ساختمانی تقریبا به چند صد سال قبل باز میگردد. در ابتدا از آنها به عنوان داربستهایی برای نگهداری چادرهای انسانی استفاده میشد. در دوران روم باستان و ایران کهن به خصوص در دوره صفویه، از سازههای فضایی در جهت ساخت سالنهای آمفی تئاتر، قصرها، اماکن متبرکه و مساجد اسلامی استفاده میکردند.
الکساندر گراهام بل در سال 1906، نخستین شبکه چند لایه را برای پرواز کایتها تولید کرد. او این شبکه را با طول اجزا یکسان و اتصالات سادهای پدید آورد. الکساندر گراهام بل، نخستین مهندسی بود که توانست با قرار دادن صحیح سازههای در کنار یکدیگر، سازه مقاوم و سبکی بسازد. از سال 1950، کاربرد سازههای فضاکار چندین برابر شد و به همین خاطر مهندسهای آن دوران، روز به روز به دنبال ارائه کیفیت بهتر و طراحی اصولیتری برای آنها بودند.

انواع سازههای فضاکار
سازههای فضاکار به سه دسته اصلی تقسیم میشوند. در ادامه، به معرفی این دستهبندیها و زیرمجموعههای آنها بهطور مختصر پرداخته خواهد شد. دسته بندی انواع سازههای فضایی شامل موارد زیر است:
- از لحاظ مصالح به کار رفته
- از لحاظ ساختاری
- از لحاظ اتصالات
در زیر به معرفی کامل این موارد می پردازیم:
1) از لحاظ مصالح به کار رفته
در این بخش سازهها بر اساس مصالحی که در تولید آنها به کار رفته است، خود به سه دسته تقسیم میشوند. این دستهها عبارتند از:
- • یکی از مصالحی که در ساخت سازههای فضاکار به کار میرود، فولاد است. فلز فولاد به خاطر سختی، جوشپذیری بالا، تنوع پروفیلهای فولادی و انبوه بودن آن در بیشتر نقاط جهان کاربرد گستردهای در صنعت دارد.
- • دومین نوع مصالح، آلومینیوم است که در حال حاضر مورد توجه خیلی از شرکتهای ساخت سازه قرار گرفته است. از ویژگیهای بارز آلومینیوم میتوان به وزن سبک آن اشاره کرد. این فلز به قدری سبک است که وزن فولاد معادل با 3 برابر آن اندازهگیری شده است. علاوه بر وزن سبکی که دارد، در برابر خوردگی و زنگزدگی هم مقاوم است.
- • نکته جالب این است که سازههای فضایی از جنس چوب هم در صنعت تولید میشوند. یکی از روشهای اقتصادی، استفاده از چوبهای ورقهای به عنوان مصالح مورد نیاز برای ساخت این قبیل سازهها است. این دسته بیشتر در ساخت گنبدهای چوبی، پوشش سالنهای مدارس و سالنهای ورزشی کاربرد دارد.
2) از لحاظ ساختاری
دسته دومی که سازههای فضاکار هستند، از لحاظ ساختاری تفکیک شدهاند. زیر شاخههای زیادی در این دستهبندی وجود دارد. در موارد پایینتر میخواهیم ساختارهای متفاوتی که طراحی و تولید شدهاند را نام ببریم. این شش مورد عبارتند از:
- این دسته از سازههای فضاکار از شبکههای دو لایه تشکیل شدهاند که به عنوان یکی از مهمترین و پرکاربردترین ساختار سازه به شمار میروند. آنها از دو صفحه مجزا ساخته شدهاند که این دو صفحه موازی یکدیگر قرار گرفتند و به وسیله اجزای میانی بهم وصل شدند.
- علاوه بر شبکه دو لایه، سازههای فضایی با شبکههای سه لایه هم وجود دارد. این سه لایه از دو صفحه بالایی، پایینی و میانی تشکیل شدهاند که هر کدام از صفحات بالایی و پایینی توسط اجزای میانی به صفحه میانی وصل شده است. این مدل طراحی بیشتر در مواقعی به کار میرود که سازه مورد نظر دهانه خیلی بزرگی داشته و سازه فضاکار دو لایه برای آن مناسب نباشد. برای مثال، دانشگاه تهران و ایستگاه راه آهن ایران- تهران جز مواردی هستند که از سازههای سه لایه در ساخت آنها استفاده شده است.
- به سازههایی که شبکهای منحنی در یک جهت خود دارند، سازههای فضایی چلیکی میگویند. به طور کلی آنها برای پوشش سطوح مستطیلی شکل استفاده میشوند.
- اگر شبکههای به کار رفته در دو جهت خود انحنا داشته باشند، به آنها سازههای فضایی گنبدی میگویند. باید در ساخت این سری دقت شود که تمام اعضای مختلف به کار رفته، اندازههای یکسانی داشته باشند.
- زیر شاخه پنجم مختص به سازههای تاشو است. همانطور که از اسم آن مشخص است، این مدل قابلیت جمع شدن و انتقال راحت را دارند. بیشتر در نمایشگاهها، سیرکها و مناطق سیل و زلزلهزده از سازههای تاشو استفاده میکنند.
- برای ساختن پلهای مقاوم از سازههای فضاکار مخصوصی استفاده میکنند. این نوع از سازههای فضاکار از خرپا مرکب فضایی، تولید شده است.

3) از لحاظ اتصالات
دسته سوم از انواع سازههای فضاکار نیز مانند سایر دستهها به چهار نوع دیگر تقسیم میشود. این چهار دسته عبارت است از:
- دسته اول متعلق به اتصالات سیستم مرو است. مرو "MERO" به مجموعه گرههای کروی توپر "KK" میگویند. سیستم مرو برای نخستین بار توسط شرکت آلمانی مرو در سال 1942 طراحی شد. این سیستم ارائه شده، کرههای فولادی از جنس "CK45" هستند که نقش مهمی را در ساخت این نوع سازهها ایفا میکند.
- به مجموعه گرههای تک پیچ و مهرهای سیستم اتصال کاتروس میگویند. سیستم اتصال کاتروس "CATRUS" اولین دفعه در کشور اسکاتلند کشف شد. در این نوع از اتصالات همه اجزا از لوله یا پروفیل تشکیل شدهاند و طولی 5 الی 12 متر برای دهانههای آنها استفاده شده است. این نوع اتصالات برای ساخت سازههای فضایی نسبت به سه نوع دیگر قیمت مناسبتری دارند.
- نوع سومی اتصالاتی که در ساخت سازه به کار میرود، سیستم اتصال یونیبت نام دارد. سیستم یونیبت "UNIBAT" از مجموعه اتصالات منشوری طراحی شده، که کشور انگلستان برای اولین بار از این سیستم رونمایی کرد.
- مبدا دسته نوع چهارم اتصالات، شرکت کانادایی است که برای اولین بار این سیستم را در سال 1953 ابداع کرده است. سیستم تریودتیک از قطعات آلومینیومی ساخته شده و کمکم در سال 1966 در ساخت آنها از قطعات فولادی هم استفاده کردند.
تفاوت خرپا با سازههای فضاکار
پس از معرفی خرپا و سازههای فضاکار، در این بخش تفاوت میان این دو سازه از جهات مختلف که شامل موارد زیر است، مورد بحث و بررسی قرار داده شده است:
- تفاوت خرپا با سازههای فضایی از نظر ساختار هندسی
اولین تفاوت خرپا با سازه فضاکار، به ساختار آنها مربوط میشود. بدین صورت که خرپا ساختاری دوبعدی و سازه فضاکار ساختاری سه بعدی دارد. دو بعدی بودن خرپاها، این شرایط را ایجاد میکند که برای استفاده از آن، تکیهگاهی هم لحاظ کنند و علاوه بر آن خرپا را از دو طرف مهاربندی کنند. از سوی دیگر، سه بعدی بودن سازه فضایی، این امکان را فراهم میکند که در حین استفاده از آنها فقط از یک طرف آزاد باشند.
خرپاها تقریبا سازههای خطی و زاویهداری هستند که ظاهری خشن را در سقفها ایجاد میکند. در عوض سازههای فضاکار با انعطاف بیشتری که دارند، میتوانند ساختاری ظریفی را ایجاد کنند. از طرفی دیگر خرپاها به خاطر ساختاری که دارند، به عنوان تقویتکننده استحکام در زیر یا پشت اجزای ساختمان یا سقف قرار میگیرند، اما سازههای فضاکار در نمای بیرونی ساختمان نصب میشوند.
- تفاوت خرپا با سازههای فضاکار از نظر جنس
خرپا و سازه فضاکار از نظر جنس، تفاوت چندانی با یکدیگر ندارند. به طور کلی مواد اولیه خرپا فولاد است. در صورتی که مواد اولیه سازههای فضایی میتواند فولاد، چوب و آلومینیوم هم باشد. برای ساخت خرپا باید از میلگرد با قطر مشخصی استفاده کرد ولی این موضوع در ساخت سازههای فضایی صدق نمیکند. آگاهی از قیمت میلگرد در ساخت انواع سازه، از اهمیت بسزایی برخوردار است.

- تفاوت خرپا با سازههای فضایی از نظر هزینه
برای طراحی و تولید و استفاده از خرپا، نیازی به داشتن تخصص حرفهای یا صرف زمان زیاد نیست. همین سادگی مراحل تولید و نصب آن، باعث شده که هزینه کمتری نسبت به سازههای فضایی داشته باشد؛ البته این مورد هم باید در نظر گرفت که این قبیل سازهها، نقش مهمی در ساخت پروژهها بر عهده دارند و در نهایت قیمت آنها نیز نسبت به سایر مصالح و سازهها بیشتر است.
- تفاوت خرپا با سازههای فضاکار از نظر وزن و حجم
کارکرد اصلی خرپاها این شرایط را به وجود میآورد که برای تحمل بار، در ساخت آن از مواد کمتری استفاده کنند و در نهایت وزن کمتری نسبت به تیرهای صلب و سازههای فضاکار خواهند داشت. سازههای فضاکار با داشتن اجزا و سیستم اتصالات مختلف، وزن و حجم بیشتری را به خود اختصاص میدهند.
- تفاوت خرپا با سازههای فضاکار از نظر طراحی و ساخت
سادگی طراحی و مراحل ساخت خرپا، مهمترین ویژگی آن به شمار میرود. طرح آنها مانند یک مثلث مهاربندی شده است که وقتی از آن در پوشش سقفهای خانگی استفاده میکنند، تا 8 متر را میتواند پوشش دهد. برعکس سادگی طراحی و نصب خرپا، سازههای فضایی طراحی پیچیدهتر و نصب زمانبری دارند. سازههای فضاکار از عضوهای زیادی تشکیل شدهاند و برای استفاده از آنها به اجزا و سیستمهای اتصالاتی مختلفی نیاز داریم. الگوهای خرپاها تکراری و خیلی ساده ساخته شده و طبق درخواست مشتری در طولهای مختلف برش داده میشود.
سازههای فضاکار باید متناسب با هر پروژه و طرح مهندس مدلسازی شوند و بعد از طراحی از مقاومت آن اطمینان حاصل کنند. مدلسازی و طراحی این سازهها نیاز به برنامههای پیشرفته و تخصصی دارد. به همین خاطر موضوع تمام مراحل طراحی، مدلسازی، ساخت و نصب سازههای کار پیچیدهتر و سختتر از مراحل تولید خرپاها است.
راحتی تولید خرپاها به حدی است که میتوانند آنها را بر روی زمین در کارگاهها بسازند و همچنین طولهای مختلفی را به آن اختصاص دهند. برای سازههای فضایی عکس این موضوع صادق است، زیرا به سبب همین حساسیتی که در تولید آن وجود دارد، نمیتوانند پس از ساخت آن در طولهای دلخواه برش بزنند. به طور کلی وقتی خرپاها به صورت موازی قرار بگیرند، میتوانند پلها را تشکیل دهند ولی این در مورد سازههای فضاکار صدق نمیکند.

- تفاوت خرپا با سازههای فضاکار از نظر کاربرد
از نظر کاربرد، تفاوت خرپا و سازههای فضاکار کاملا زیاد است. خرپا به علت ساختار هندسی که در بالا به آن اشاره کردیم، میتواند علاوه بر تحمل بارها با وزن مختلف، آنها را به سازههای نگهدارنده اصلی منتقل کند. برای ساخت سازههایی با کمترین وزن نیاز به تجهیزاتی سبک داریم. در این صورت خرپا میتواند انتخاب مناسبی برای تجهیزات مورد استفاده باشد. همانطور که در بالا گفتیم، خرپاها میتوانند تا طول 8 متر از سقف را پوشش دهند و حتی قابلیت پوششدهی سقفهایی با دهانه بزرگ را هم دارند. استفاده از خرپا بر روی کاهش انحراف و تقویت سازه تاثیر زیادی میگذارد که عمدتا برای همین ویژگی از آن در ساخت تیرچه، سقف، پل و برج بهره میبرند.
سازههای فضاکار کاربرد در مقایسه با خرپا، کاربرد بیشتری دارند که برخی از مهمترین آنها عبارتند از: پوشش ورزشگاهها، هواپیما، آشیانه، غرفههای نمایشگاهی، سوله، ایستگاههای راه آهن، سالنهای اجتماعات در فضای آزاد، مراکز تفریحی، سایبانها و برجهای نصب تجهیزات هواشناسی و رادیویی. به دلیل این که سازههای فضایی نسبت به نیاز مشتری طراحی و ساخته میشوند، بدیهی است که کاربرد بیشتری نسبت به خرپا داشته باشند و استفاده از آن را اولویت قرار دهند.
خرپا یا سازههای فضاکار؛ کدام گزینه مناسبتر است؟
انتخاب بین خرپا و سازههای فضاکار به نیازهای پروژه، نوع کاربری و بودجه بستگی دارد. خرپاها با طراحی ساده و استحکام بالا، گزینهای ایدهآل برای دهانههای کوچک و متوسط هستند، در حالیکه سازههای فضاکار با توزیع یکنواخت نیرو، برای پروژههای وسیعتر و معماری مدرن مناسبترند. در نهایت، آگاهی از ویژگیها و مقایسه دقیق این دو گزینه به شما کمک میکند تا بهترین تصمیم را بگیرید. اگر تجربهای در این زمینه دارید، نظرات خود را با ما و سایر کاربران آهن آنلاین به اشتراک بگذارید. تیم ما نیز آماده پاسخگویی به سوالات شما خواهد بود.