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 کار 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 کار، 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 کار توضیح دهیم و سپس تفاوت خرپا و سازه‌های کار را از جنبه‌های مختلف بررسی کنیم. پس ما را تا انتهای این مطلب جذاب همراهی کنید.

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. خرپا یا 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:

1) 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.  

2) 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.

3) 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 کار است تا بتوانیم در انتها تفاوت خرپا با سازه‌های کار را بررسی کنیم. سازه‌های کار به اسم سازه‌های فضاکار هم شناخته می‌شوند. آن‌ها نوعی از سیستم‌های خرپا هستند که در ساختارهای سه بعدی ساخته می‌شوند. این سازه‌های کار 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 کار، 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 کار 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 کار 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 کار 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 کار 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 یا همان سازه‌‌های کار از سه لحاظ تقسیم‌بندی می‌شوند. در ادامه می‌خواهیم این سه دسته‌بندی را نام ‌ببریم و زیر مجموعه‌های آن‌ها هم به صورت مختصری توضیح دهیم. انواع سازه‌های فضاکار عبارتند از:

1. 1. از لحاظ مصالح به کار رفته
   2. از لحاظ ساختاری
   3. 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:

• • دسته‌ی اول سازه‌های کاری هستند که از فولاد ساخته شده‌اند. فولاد جز یکی از پرکابردترین ماده‌های اولیه در تولید سازه‌های کار به شمار می‌رود. 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 کار از جنس چوب هم در صنعت تولید می‌شوند. یکی از روش‌های اقتصادی، استفاده از چوب‌های ورقه‌ای به عنوان مصالح مورد نیاز برای ساخت سازه‌های کار 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 کار 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 کاری 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 کار 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 کار 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 کار از خرپا مرکب فضایی، تولید شده‌ است. 

3) از لحاظ اتصالات

این دسته سوم از انواع سازه‌های کار هم مانند دسته‌های دیگر خود 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 سازه‌های کار ایفا می‌کنند.
• • 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 کار 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 و سازه‌های فضاکار

در این بخش بعد از این که به طور مفصل خرپا و سازه‌های کار را برای شما معرفی کردیم، می‌خواهیم تفاوت‌های میان خرپا و سازه‌های کار را از جهات مختلف مورد بررسی قرار می‌دهیم. فرق خرپا و سازه‌های کار عبارتند از:

1) تفاوت خرپا و سازه‌های کار از نظر ساختار هندسی

از نظر ساختاری خرپاها دو بعدی هستند ولی سازه‌ها کار ساختاری متفاوت دارند. 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. سه بعدی بودن سازه‌های کار این امکان را قرار می‌دهد 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 کار 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. 

2) تفاوت خرپا و سازه‌های فضاکار از نظر جنس

تفاوت خرپا و سازه‌های فضاکار از نظر جنس زیاد نیست. به طور کلی مواد اولیه خرپا فولاد است. در صورتی که مواد اولیه سازه‌های کار می‌تواند فولاد، چوب و آلومینیوم هم باشد. برای ساخت خرپا باید از میلگردهایی با قطر مشخصی استفاده کرد ولی این موضوع در ساخت سازه‌های کار مطرح نیست. چنانچه از این محصول برای سازه های کار استفاده کنیم، قیمت میلگرد انتخابی برای ما اهمیت زیادی دارد. 

3) تفاوت خرپا و سازه‌های کار 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 کار داشته باشد؛ البته این مورد هم باید در نظر گرفت که سازه‌های کار نقش اصلی و مستقلی در ساخت پروژه بر عهده دارند و در نهایت قیمت بیشتری هم برای آن‌ها برآورد می‌شود. در انجام هر پروژه‌ای تفاوت خرپا‌ها و سازه‌های کار از نظر قیمت، می‌تواند مسئله مهمی را برای طراحان ایجاد نماید. 

4) تفاوت خرپا و سازه‌های کار 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 کار خواهند داشت. سازه‌های فضاکار با داشتن اجزا و سیستم‌ اتصالات مختلف، وزن و حجم بیشتری را به خود اختصاص می‌دهند.  

5) تفاوت خرپا و 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 کار طراحی پیچیده‌تر و نصب زمان‌بری دارند. سازه‌های کار 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. 
رویه ساخت سازه‌های کار کاملا متفاوت است، زیرا آن‌ها باید متناسب با هر پروژه و طرح مهندس مدل‌سازی شوند و بعد از طراحی از مقاومت آن اطمینان حاصل کنند. مدل‌سازی و طراحی سازه‌های کار 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 می‌باشد. 
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 کار 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 کار صدق نمی‌کند. در نتیجه سازه‌های کار باید متناسب با هر پروژه، تولید و طراحی شوند.

6) تفاوت خرپا و سازه‌های کار 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 کار کاربرد نسبتا بیشتری در مقایسه با خرپا دارند. این سازه‌های کار در 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 کاربرد زیادی دارد. با این حال کاربرد ساز‌ه‌های کار فقط به همین موارد محدود نمی‌شود و طیف گسترده‌تری را در بر می‌گیرد. به دلیل این که سازه‌های کار 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.

سخن پایانی

در ابتدای این مقاله توضیحات کاملی راجع به به خرپا و سازه‌های کار مطرح کردیم و انواع خرپا و سازه‌های کار را نام بردیم. سپس در چند دسته‌بندی ساده فرق و تفاوت خرپا و سازه‌های کار را از نظرهای مختلف بررسی کردیم تا بر حسب نیاز خود بتوانید بهترین انتخاب را لحاظ کنید. در واقع این مقاله از سایت آهن آنلاین، یکی از کامل‌ترین مقالات در حوزه خرپا و سازه‌های فضاکار و همچنین بررسی تفاوت خرپا و سازه‌های کار می‌باشد. بسیار خرسندیم که ما تا انتهای مطلب همراهی کردید. امیدواریم که از خواندن مقاله فوق لذت کافی را برده باشید. در صورت وجود هرگونه سوالی در رابطه با موارد بالا، می‌توانید از همکاران ما در آهن آنلاین کمک بگیرید. همکاران ما همیشه آماده خدمت‌رسانی به شما مشتریان عزیز هستند. 
شما بین خرپا و سازه‌های کار کدام مورد را انتخاب می‌کنید؟ نظرات و تجربیات خود را با ما و دیگر کاربران آهن آنلاین به اشتراک بگذارید.