جوشکاری سیار ساخت خرپا در نارمک
ممکن است تمایل داشته باشید این مطلب را بخوانید:ساخت آلاچیق فلزی
خرپا چیست؟
اعضای سازه فولادی در معرض نیروهای محوری قرار دارند و معمولاً کارایی بیشتری از اعضای انعطاف پذیر دارا می باشند؛ چرا که سطح مقطع آنها تقریباً یکنواخت است. خرپاها
از اعضای مختلفی که دارای محور اصلی هستند متشکل می‌شوند و معمولاً برای ایجاد مقاومت در برابر بارهای خارجی مورد استفاده قرار می‌گیرند. همچنین در بسیاری از مواقع جهت پوشاندن
دهانه های بزرگ به کار گرفته می‌شوند. همان گونه که می‌دانید سیستم های خرپایی در مقایسه با سایر سیستم ها، مواد نسبتاً کمتری مصرف نموده و برای ساختن آنها نیروی کار کمتری نیاز است،
به همین سبب خرپا در زمینه ساخت سازه های فضایی کاملاً مناسب و کارآمد می باشد.
خرپا در قسمت های مختلفی کاربرد دارد که از جمله آنها می توان به سقف ساختمان های صنعتی یک طبقه، سقف های بلند، سقف ساختمان‌های چند طبقه اشاره نمود. خرپاها در بخش های گفته شده
با هدف ایجاد استحکام در مقابل بارهای گرانشی مورد استفاده قرار می‌گیرند. ناگفته نماند که خرپاها در قسمت های دیگری با هدف ایجاد مقاومت در برابر بارهای جانبی و ایجاد ثبات جانبی مورد
استفاده قرار می‌گیرند. این قسمت ها شامل ساختمان، دیوارهای چند طبقه، تیرهای بلند افقی ساختمان‌های صنعتی می‌شود.
معمولاً خرپاها در انتقال بار سنگین از دهانه بزرگ تر عمل شاهی را انجام می‌دهند که به آنها مشبک نیز گفته می‌شود. همچنین کمربند های مشبک معمولاً طبیعی تر و سبکتر از کمربند های معمولی
بوده و به همین سبب قیمت خرپا کاملا اقتصادی و به صرفه است. این شبکه ها به عنوان سیستم پشتیبانی کف در ساختمان‌های چند طبقه به کار گرفته می‌شوند. با انجام این کار عمق همه دهانه های
مشبک درون خرپاها بدون افزایش عمق سقف به راحتی صورت می‌گیرند.
خرپاهای فولادی نیز معمولا در ساختمان ها و پل ها مورد استفاده قرار گیرند. همان گونه که می‌دانید در قسمت های بالایی این مقاله در مورد جزئیات خرپای‌های سازه‌های فلزی مطالبی ارائه داده شد.
در ادامه رفتار و طراحی خرپاهای کامپوزیت فولادی و بتنی مورد بررسی قرار خواهند گرفت.
انواع نیروهای اعمال شده به خرپا
نیروهای وارد شده به خرپاها یکسان نبوده و در سازه های مختلف با یکدیگر تفاوت دارند. بار وارد شده به خرپا، به چگونگی استفاده از خرپا بستگی دارد. برخی اوقات ممکن است بار
وارد شده به سازه ساکن و برخی اوقات ممکن است متغیر باشد. در این قسمت از مقاله نیروهای مختلف وارد شده به سازه را مورد بررسی قرار می‌دهیم.
ساختمان‌های صنعتی
بار اعمال شده به خرپا در ساختمان های صنعتی به دو شکل بارمرده و بارزنده می‌باشد. بار مرده و بار زنده دو مشخصه فیزیکی هستند، که در علوم مهندسی و سایر علوم کاربرد دارند.
مقدار بار زنده، متغییری است که به یک سازه اعمال شده و در طول زمان تغییر می کند اما بار مرده میزان ثابتی است که به سازه وارد می شود.
بار مرده
بار مرده بر روی خرپا های سقف ساختمان های صنعتی شامل بار مرده روکش ها، بار مرده تیرک ها، وزن خود خرپا و وزن بست ها است. مجاری مخصوص تهویه مطبوع و وزن هواکش
ممکن است به بارهای مرده خرپا سقف اضافه شوند. با افزایش طول دهانه مشخص، نیروی گشتاوری که در برابر قاب معلق مقاومت می‌کند نیز به شدت افزایش می‌یابد. در چنین مواردی استفاده از خرپاهای سقف اقتصادی تر می باشند.
بار زنده
بار زنده در خرپاهای سقف شامل وزن گرانشی به دلیل سرویس دهی، عبور و مرور کاربران، انتقال اسباب و اثاثیه و … است. شدت بار زنده بر طبق استاندارد IS: 875 – 1987 است. همچنین بار های ویژه اضافی مانند بار برف در آب و هوای بسیار سرد، بارهای زنده جرثقیل در خرپاها نیز در موارد خاص باید لحاظ شوند.
نیروی باد
نیروی باد در خرپاهای سقف به علت تاثیرات وزش باد، معمولا نیروی صعودی بلند کننده عمود بر سقف ایجاد خواهد کرد، مگر اینکه سقف دارای شیب زیادی باشد.
به همین سبب نیروی باد در خرپای سگ خلاف بار گرانشی عمل می‌کند و برخی مواقع می‌تواند بزرگتر از بارهای جاذبه بوده و سبب بازگشت نیرو و اعضای خرپا شود.
پشت بندهای افقی و عمودی موجود در ساختمان های یک یا چند طبقه نیز خرپا به حساب می‌آیند. این پشت بندها برای ایجاد مقاومت در برابر باد و دیگر بار های جانبی مورد
استفاده قرار می‌گیرند. همچنین این پشت بندها به علت افزایش نیروی ثقلی در ساختمان‌های صنعتی، از خمش بین چهارچوب های مختلف می کاهد. علاوه بر آن از ستون‌های موجود
در ساختمان های مختلف پشتیبانی کرده و به این شکل استحکام خمش را افزایش می‌دهند.
بار ناشی از زلزله
بدیهی است که بار زلزله در یک ساختمان به صورت مستقیم بستگی به وزن ساختمان دارد. معمولاً بارهای زلزله در طراحی ساختمان های فولادی سبک صنعتی لحاظ نمی‌شوند و
اکثرا نیروی ناشی از باد حاکم است. ولیکن بار زلزله بر طراحی ساختمان های صنعتی که وزن زیادی در پشت بام متحمل می‌شوند حاکم است. این بارها مطابق استاندارد IS محاسبه شده است.
ساختمان های چند طبقه
بارهای جانبی به وجود آمده در اثر باد یا زلزله ممکن است در مقابل مهاربندهای عمودی که به عنوان خرپا عمل می‌نمایند، مقاومت کنند. این طراحی مناسب سبب می‌شود ساختمان ها در
برابر بارهای جانبی مقاومت بسیار بالایی از خود به جای بگذارند. از این رو ساختمان های دارای دامنه متوسط اقتصادی تر هستند. در صورت بارگیری در برابر زلزله، ممکن است ساختمان های
مقاوم نیروی اینرسی بیشتری را به خود جذب کنند. این امر سبب می‌شود شرایط استفاده از پشت بندها، مطلوب نباشد.
پل‌های خرپا
خرپاها در پل ها جهت انتقال فشار گرانشی وسایل نقلیه در حال حرکت مورد استفاده قرار می‌گیرند. ممکن است خرپای استفاده شده از نوع میانی یا از نوع عرشه باشد که این امر بستگی
به شرایط محیط و طول دهانه پل دارد. در پل های نوع میانی مسیر عبور پایین خرپاها و در پل های نوع عرشه، راه حمل در بالای خرپاها لحاظ می‌شوند. در اغلب مواقع فریم ساختاری
که از مسیر عبور پشتیبانی می‌نماید، به نوعی طراحی می‌شود که بار اعمال شده از راه حمل به نقاط گره شده از خرپای پل عمودی منتقل شود.
برخی اوقات ممکن است خرپاها برای دهانه ای ارائه شوند که در آن دو نقطه اتکا پایانی وجود دارد. در این حالت خرپاها می‌توانند به دو روش دستی یا مقاطع، مورد قضیه و تحلیل قرار گیرند.
برخی از برنامه های رایانه‌ای نیز وجود دارند که با استفاده از آنها می‌توان به تجزیه و تحلیل خرپا ها پرداخت. این نوع برنامه ها در مورد خرپاهای نامعین چند دهانه‌ای و علاوه بر آنها، در
مورد خرپاهایی مقاومت مفصلی نیز لحاظ می‌شود، مناسب تر هستند.
این عملکرد خرپا از تجزیه و تحلیل مبتنی بر این فرض که اتصالات پرچ شده هستند و فقط نیروهای محوری را در اعضای مختلف خود تحمل می‌کنند، به اثبات رسیده است. با این حال، اعضای
خرپا با جوش و یا با استفاده از چند پیچ، به صورت مستقیم به یکدیگر متصل می‌شوند. برخی از اعضای خرپا به ویژه وتر آن، ممکن است در گره‌ها به صورت یکپارچه قرار داده شوند.
این اتصالات همچنان که سازگاری به انتقال نیرو دارند، در کنار آن سازگاری به چرخش اعضای متصل را نیز به همراه دارند. این سازگاری سبب می‌شود تا خرپا علاوه بر نیروی محوری،
لحظه خم شدن را نیز تجربه کند. این حالت ممکن است در نقاط استوانه ای این خرپاها بسیار ناچیز باشد. در این نقاط پهنا بسیار کوچک است؛ همچنین این مسئله در خرپاهایی که اعضای آن
دارای نسبت ضخامت کمتری دارند، نیز وجود دارد.
گاهی ممکن است به دلیل وجود پارها در بین گره های خرپا، اعضای خرپا خم شوند. به چنین فشارهایی استرس های ثانویه می‌گویند. تنش های خمشی ثانویه نیز می تواند ناشی از اتصال غیر
عادی اعضای خرپا در اتصالات آنها باشد. تجزیه و تحلیل خرپا برای گشتاور ثانویه و همچنین فشارهای ثانویه با یک تحلیل ساختاری نامشخص انجام می‌شود. این فرآیند معمولا با استفاده از
نرم افزارهای رایانه‌ای انجام می‌گردد.
بزرگی استرس های ثانویه به سختی مفصل و سختی اعضای خرپا در محل اتصال بستگی دارد. در مواقع زیادی فشار های ثانویه در خرپاهای سقف نادیده گرفته می شود. این در صورتی است که نسبت باریک بودن اعضای وتر از ۵۰ و نسبت باریک بودن اعضای جان خرپا از ۱۰۰ بیشتر باشد.
استرس های ثانویه را نباید دست کم گرفت و باید همواره به آنها توجه داشت. به خصوص هنگامی که حداکثر نیرو بر روی اعضای بین گره‌ها اعمال شود و همینطور در اتصالات غیر عادی نیز استرس‌های ثانویه بسیار مهم هستند.
خرپای شیروانی
یکی از متداول ترین خرپاها، خرپای شیروانی است، که مشخصات متفاوتی دارد. از ویژگی خاص این خرپاها می‌توان به وتر بزرگی که در آن در نظر می‌گیرند، اشاره کرد. این کار به منظور تسهیل زهکشی طبیعی آب باران، تمیز کردن گرد و غبار و جلوگیری از تجمع برف انجام می‌شود. این خرپاها ارتفاع بیشتری در اواسط دهانه خود دارند.
با این اوصاف، حتی اگر نیروی خمشی بزرگی به اواسط دهانه خرپا وارد شود، این مقطع می‌تواند در شیروانی این نیرو را متحمل شود. دلیل این امر آن است که استرس عضو وتر و استرس عضو جان میانی نسبت به وسط دهانه کمتر است.
حداکثر عمقی که برای خرپاهای سقفی در نظر گرفته می‌شود در محدوده ۴ تا ۸ است. در نظر داشته باشید که نسبت بزرگتر در طول های طولانی اقتصادی تر است. خرپاهای شیروانی با توجه به نوع، تنظیمات متفاوتی دارند.
از انواع خرپاهای شیروانی می‌توان به خرپای پرات، خرپای Howe، خرپای FINK، خرپای FAN، خرپای FINK FAN و خرپای MANSARD اشاره کرد.
طراحی خرپاهای پرات به گونه‌ای است که اعضای مورب طولانی‌تر تحت فشار قرار نگیرند و در عوض فشار را اعضای عمودی کوتاه‌تر تحمل کنند. با تحمل فشار توسط اعضای کوتاه، طراحی کارآمدی می‌توان در نظر گرفت. افزایش نیروی باد می‌تواتد باعث برگشت معکوس استرس در این اعضا شود و مزایای خرپا را خنثی کند. خرپای Howe بر عکس خرپای پرات عمل می‌کند. در این خرپاها هملنطور که متوجه شده‌اید، اعضای بلندتر فشار ناشی از نیروها را متحمل می‌شوند.
خرپای FINK در سقف‌هایی با طول زیاد و همچنین شیب زیاد مورد استفاده قرار می‌گیرد. نیرو در چنین خرپاهایی بین اعضای کوتاه‌تر تقسیم می‌شود.
در پروژه‌هایی که نیاز است اعضای خرپای سقف به تعدد پانل‌های فرد تقسیم شود، از خرپای FAN بهره گرفته می‌شود. در برخی از پروژه ها این خرپاها را می‌توان با یکدیگر ترکیب کرد که مزایای فوق العاده ای دارد. لازم به ذکر است که ترکیب خرپای FAN و FINK همواره لازم نیست و در برخی از پروژه ها کارایی مثبتی دارد.
خرپا MANSARD نوع متنوعی از خرپای FINK است. در این نوع خرپاها برخلاف FINK-FAN گوشه‌های ابتدایی کوتاهتری در نظر گرفته می‌شود.
به غیر از خرپای MANSARD طول دهانه خرپاهای دیگر در شیروانی بین ۶ متر تا ۱۲ متر متغیر است. در خرپای MANSARD این طول در محدوده ۱۲ تا ۳۰ متر قرار دارد و به همین دلیل کاربرد متفاوتی از این خرپاها به کار گرفته می‌شود.
خرپاهای FAN [شکل. 2 D]- هنگامی مورد استفاده قرار می‌گیرد که اعضای خرپای سقف باید به تعداد پانل‌های فرد تقسیم شوند. ترکیبی از fan & fink [شکل. 2- E] در برخی از موقعیت های خاص که به تعداد خاصی از پانل احتیاج دارند، می‌تواند به دلیل برخی از مزایای استفاده شود.
خرپا –mansard–شیروانی [شکل. 2- f] نوع متنوع خرپاهای fink است که برخلاف خرپاهای fink- fan، در نوع خرپاهای طویل دارای گوشه های ابتدایی کوتاه تر است.
طول دهانه خرپاهای پشت بام به‌استثنای خرپای mansard–شیروانی از 6 متر تا 12 متر تغییر است. خرپاهای mansard در محدوده دهانه 12 تا 30 متر قابل استفاده است.
خرپا وتر موازی
خرپاهای وتر موازی برای پشتیبانی از خرپای سقف North Light در ساختمان های صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند. همچنین از این خرپاها در پل های دهانه متوسط نیز استفاده می‌شود.
از خرپاهای وتر موازی می‌توان به عنوان تیرهای پیش ساخته، تیر و شاه تیر در ساختمان های چند طبقه استفاده کرد. پیکربندی warren اغلب در خرپاهای وتر موازی به کار گرفته می‌شود.
مزیت خرپاهای وتر موازی این است که از آنها می‌توان در شبکه هایی با طول یکسان استفاده کرد. همین مورد می‌تواند هزینه ساخت را برای دهانه های طولانی کاهش دهد.
از پشت بندهای عمودی اضافی در نوع warren اصلاح شده استفاده می شود. این کار به منظور کاهش طول پشتیبانی نشده در اعضای وتر انجام می گردد. از تیرک هایی با زاویه قائم نسبت به
هم به طور موازی به عنوان سیستم های دندانه دار در سقف north light استفاده می شود. این کار نیز به منظور پشتیبانی از خرپاهای north light و انتقال بار به ستون های انتهایی انجام می گیرد.
نسبت دهانه مناسب به ارتفاع خرپای وترهای موازی در محدوده ۱۲ تا ۲۴ است. در این خرپاها طول کل به تعداد پنل ها تقسیم می شود. مناسب ترین طول برای پنل های جداگانه در تیرهای فرعی
۶ متر تا ۹ متر است. میزان انتقال بار به گره خرپا و تمایل اعضای جان خرپا حدود ۴۵ درجه است. در مورد خرپاهای بسیار بلند و یا خرپاهای کم ارتفاع، استفاده از الگوهای k و طرح الماسی ضروری است.
خرپای ذوزنقه‌ای
معمولاً خرپاهایی که پیکربندی ذوزنقه ای دارند در بام های بسیار طولانی مورد استفاده قرار می‌گیرند. این نوع پیکربندی سبب می‌شود نیروهای محوری در اعضای وتر و اثرات خم ثانویه
در این اعضا کاهش یابد. استفاده از اشکال ذوزنقه ای و داشتن وتر پایین شیبدار می تواند در خرپای دهانه بسیار طولانی اقتصادی و به صرفه باشد، چرا که آنها تمایل به کاهش دادن طول عضو جان خرپا دارند.
اعضای خرپا
اعضای خرپا از قطعات فلزی نورد شده و با در نظر داشتن شدت بارگیری و … ساخته می شوند. دسترسی به سطح جهت بازرسی، تمیز کردن و مجدد رنگ کردن هنگام سرویس
از جمله ملاحظات بسیار مهمی به حساب می آیند که باید به آنها توجه داشت. سطوح مختلف سازه که در دسترس نیستند ممکن است در اثر خوردگی شدید آسیب سختی دیده و در نتیجه از دوام سازه کم شود. در چنین محیط هایی از مقاطع قوطی جوش داده شده استفاده شده و برای کاهش هزینه نگهداری و بهبود دوام سازه از بخش‌های توخالی استفاده می‌شود.
اتصالات
اعضای مختلف خرپا را می توان با پرچ کردن، پیچ و مهره و یا با استفاده نمودن از روش جوش به یکدیگر متصل کرد. همانگونه که می دانید برای انجام روش پرس نیاز به نیروی کار خبرهای است
و به همین سبب این روش بسیار کم مورد استفاده قرار می گیرد. از جمله رایج ترین قسمت‌هایی که در آن از روش پرچ استفاده می شود می توان پل های راه آهن در کشور هند اشاره نمود.
البته این روزها در پل های راه آهن کشور هند نیز معمولاً از پیچ و جوش مقاوم استفاده می‌شود.
بدیهی است که خرپاهای کوتاه تر در محل اجرا ساخته شوند. این غرفه ها قادر هستند به طور کامل جوش داده شده و سپس به سایت منتقل شوند. از طرف دیگر خرپاهای طولانی معمولاً
در بخش ها با جوشکاری در کارگاه ساخته می شوند. این بخش ها را می توان به آسانی با استفاده نمودن از پیچ یا جوش در محل مونتاژ کرد. با انجام این کار می توان کیفیت ساختار سازه را به مقدار قابل توجهی بالا برد.
خرپای کامپوزیت
خرپاها سیستم های سازه ای کارآمدی هستند که معمولاً نیروهای محوری را متحمل می‌شوند. و از این رو در چنین ساختارهایی از مواد فولادی استفاده می‌شود. همانگونه که می‌دانید فولاد
به عنوان یک متریالی است که در سازه برای ایجاد تنش و فشرده سازی استفاده می‌شود. چنین سازه هایی می توانند وزن زیادی را در طول بیشتر متحمل شوند.
در ساختمان های چند طبقه که از خرپاهای کامپوزیتی استفاده می شود، تاسیسات گرمایشی، تهویه، روشنایی و… بر روی آنها قرار داده می شود. این امر می تواند دلیلی باشد تا از ارتفاع
کلی ساختمان کاسته شود. به همین دلیل اجرای سیستم های ساختاری، مکانیکی و برقی در این قسمت، فاصله طبقات را به حداقل می رساند. طبیعی است که با توجه به کارایی و ساختار مناسب
خرپاهای بتنی، فولادی و کامپوزیتی بهترین انتخاب برای ساخت و سازهای بلند مرتبه باشد.
خرپا ها سازه های مهندسی هستند، که بار ناشی از وزن ساختمان را به راحتی تحمل کرده و بار مرده ساختمان را کاهش می دهند. نصب خرپا از اهمیت بالایی برخوردار است زیرا این
مقاطع باید به گونه ای نصب شوند که بار وارد بر سازه را به خوبی تحمل کرده و باعث ایمنی سازه شوند. خرپا ها ساخت راحتی دارند، هزینه ها را کاهش داده و ایمنی سازه را افزایش می دهند.
