خرپا و سازه‌های فضاکار چه تفاوتی دارند؟

در ساخت‌وسازهای عمرانی، استحکام سازه‌ها از اولویت‌های اصلی است. سازه‌هایی مانند پل‌ها، برج‌ها و سدها باید توانایی تحمل نیروهای مختلف را داشته باشند. یکی از ابزارهای رایج در این زمینه، خرپا است؛ ساختاری ساده و کارآمد که از گذشته تا امروز مورد استفاده بوده است. با پیشرفت فناوری، خرپاها به شکل سه‌بعدی طراحی شدند و سازه‌های فضاکار نام گرفتند. این سازه‌ها از نظر طراحی و عملکرد با خرپاهای سنتی تفاوت دارند. در این مطلب، به مقایسه خرپا و سازه‌های فضاکار می‌پردازیم.

خرپا چیست؟

خرپا یک سازه فلزی با ساختاری شبیه مثلث است که از کنار هم قرار گرفتن مثلث‌های متصل به هم تشکیل می‌شود. این ساختار به صورت یک شبکه منظم طراحی شده است که شکل زیگزاگی دارد. استفاده از شکل مثلث باعث می‌شود که بارهای وارد بر خرپا به طور یکنواخت پخش شوند و نیروهای کششی و فشاری در آن جابه‌جا شوند، بدون این که به خم شدن یا بریدگی در کل سازه منجر شود.برای ساخت این سازه، معمولاً از میلگردهایی استفاده می‌شود که باید کیفیت و استاندارد آن‌ها مورد توجه قرار گیرد. جهت آشنایی با انواع استاندارد میلگرد می‌توانید بر لینک مربوطه کلیک کنید.

انتخاب شکل مثلث به دلیل پایداری بالای آن نسبت به سایر اشکال هندسی است. در مقایسه با اشکال چهارضلعی، مثلث تعداد اتصالات گوشه کمتری دارد و همین موضوع باعث می‌شود در برابر برش مقاومت بیشتری داشته باشد. یک خرپا معمولاً از سه بخش اصلی تشکیل شده است که عبارتند از:

• میلگرد بالایی: که به آن میلگرد خمش نیز می‌گویند.
• میلگرد پایینی: که وظیفه تحمل فشار و کشش را دارد و به پایداری سازه در برابر خمیدگی کمک می‌کند.
• زیگزاگ‌ها: که خرپا را در برابر نیروهای برشی مقاوم می‌کنند.

این طراحی ساده و کارآمد، خرپا را به یکی از محبوب‌ترین اجزای سازه‌های مختلف تبدیل کرده است.

روش‌های ساخت خرپا

خرپا را می‌توان به دو روش دستی و مکانیزه تولید کرد:

روش دستی

در این روش، ابتدا میلگردهای زیگزاگی از طریق خم‌کاری آماده می‌شوند. سپس این زیگزاگ‌ها به میلگردهای بالایی و پایینی جوش داده می‌شوند. با این حال، به دلیل احتمال خطاهای انسانی در اندازه‌گیری و جوشکاری، خرپای تولیدشده با این روش ممکن است ضعف‌هایی داشته باشد.

روش مکانیزه

در روش ماشینی، چهار میلگرد به‌طور هم‌زمان وارد دستگاه می‌شوند: یک میلگرد بالایی، یک میلگرد پایینی، و دو میلگرد زیگزاگ.

در ابتدای دستگاه، قسمتی وجود دارد که با دقت بالا و براساس ابعاد و زوایای مشخص، میلگرد زیگزاگ را به شکل مثلث خم می‌کند.

سپس میلگردهای زیگزاگ به جلو هدایت شده و هم‌زمان میلگردهای بالایی و پایینی نیز به موازات آن‌ها حرکت می‌کنند.

در نهایت، این میلگردها در بخش جوش دستگاه، با فاصله‌های مشخص به یکدیگر متصل می‌شوند.

در روش مکانیزه، جوشکاری دستگاه به‌گونه‌ای انجام می‌شود که از ترد شدن و شکنندگی میلگردها جلوگیری کند. به همین دلیل، خرپاهای تولیدشده با این روش کیفیت بالاتری نسبت به خرپاهای دستی دارند.

آشنایی با سازه‌های فضاکار

سازه‌های فضاکار به شبکه‌های سه‌بعدی از خرپاها گفته می‌شود که از نظر ساختار، بزرگ‌تر و پیچیده‌تر از خرپاهای معمولی هستند. این سازه‌ها در انواع مختلفی مانند شکل‌های منحنی، شبکه‌های تخت، گنبدها، طاق‌ها و شبکه‌های کابلی طراحی و ساخته می‌شوند. برای درک ساده‌تر، می‌توان داربست‌های مورد استفاده در ساختمان‌سازی را به‌عنوان مثالی از سازه‌های فضاکار در نظر گرفت. اگر قصد خرید این تجهیزات را دارید، می‌توانید به راهنمای خرید لوله داربستی مراجعه کنید.

در این نوع سازه‌ها، بارهای خارجی به‌صورت نیروهای داخلی در یک صفحه مشخص توزیع شده و به نیروهای فشاری و کششی تبدیل می‌شوند. طراحی سازه‌های فضاکار باید به گونه‌ای باشد که ساختار نهایی بتواند در برابر تغییر شکل‌هایی که از این تنش‌ها ایجاد می‌شود، مقاومت کند.

از نظر ظاهری، تفاوت اصلی خرپا و سازه‌های فضاکار در سه‌بعدی بودن سازه‌های فضاکار است. البته این تنها تفاوت نیست و در ادامه مقاله به جزئیات بیشتری در این زمینه پرداخته خواهد شد.

تفاوت خرپا و سازه‌های فضاکار

خرپا و سازه‌های فضاکار با وجود شباهت‌هایی در عملکرد، تفاوت‌های مهمی در کاربرد، طراحی، جنس و هزینه دارند. در ادامه، این تفاوت‌ها را به تفصیل بررسی می‌کنیم:

تفاوت خرپا و سازه‌های فضاکار در کاربرد

خرپا و سازه‌های فضاکار در کاربرد تفاوت‌های قابل توجهی دارند که در ادامه به بررسی آن‌ها خواهیم پرداخت:

1. کاربرد خرپا

خرپا به دلیل طراحی هندسی خاص خود، توانایی تحمل بارهای زنده و مرده را دارد و می‌تواند این بارها را به سازه‌های اصلی نگهدارنده مثل تیرهای باربر، دیوارها یا زمین منتقل کند. یکی از مزایای خرپا وزن سبک آن است، که آن را به گزینه‌ای مناسب برای سازه‌هایی تبدیل می‌کند که نیاز به وزن کم دارند. به‌طور خاص، خرپا برای استفاده در سقف‌های عریض با دهانه‌های بزرگ مناسب است. این نوع سازه در برابر بارهای سنگین ممکن است دچار تغییر شکل یا انحراف شود، اما استفاده از خرپا باعث تقویت سازه و کاهش این مشکلات می‌شود. کاربردهای رایج خرپا شامل ساخت تیرچه، سقف‌ها، پل‌ها و برج‌ها است.

2. کاربرد سازه‌های فضاکار

از سوی دیگر، سازه‌های فضاکار کاربردهای گسترده‌تری نسبت به خرپا دارند. این سازه‌ها برای پروژه‌هایی مانند پوشش ورزشگاه‌ها، آشیانه هواپیما، غرفه‌های نمایشگاهی، سوله‌ها، ایستگاه‌های راه‌آهن، مراکز تفریحی، سالن‌های بزرگ روباز، سایبان‌ها و برج‌های نصب تجهیزات رادیویی و هواشناسی استفاده می‌شوند. سازه‌های فضاکار به دلیل مهاربندی دوطرفه و امکان طراحی دهانه‌های باز، برای ساخت سقف‌هایی با طراحی کلاهک‌مانند، مثل سقف استادیوم‌ها، بسیار مناسب هستند.

تفاوت خرپا و سازه‌های فضاکار از نظر ساختار هندسی

تفاوت خرپا و سازه‌های فضاکار از نظر ساختار هندسی به این صورت است که خرپا یک سازه دو بعدی است، در حالی که سازه‌های فضاکار سه‌بعدی طراحی و ساخته می‌شوند. به همین دلیل خرپا نیاز به مهاربندی از هر دو طرف و داشتن تکیه‌گاه دارد، ولی سازه‌های فضاکار به دلیل سه‌بعدی بودن، می‌توانند از یک طرف آزاد باشند. این ویژگی باعث می‌شود که سازه‌های فضاکار در طراحی‌های زیبا و پیچیده مثل منحنی‌ها، دایره‌ها، موج‌ها یا گنبدها محبوب‌تر باشند.

از طرف دیگر، خرپاها معمولاً به عنوان بخش تقویتی در زیر یا پشت اجزای دیگر ساختمان‌ها مانند سقف‌ها پنهان می‌شوند، در حالی که سازه‌های فضاکار به عنوان بخش‌های مستقل و چشمگیر در معرض دید قرار دارند.

تفاوت خرپا و سازه‌های فضاکار از نظر طراحی و ساخت

یکی از مهم‌ترین مزایای خرپا، سادگی آن در طراحی و ساخت است. خرپا می‌تواند به‌صورت یک مثلث ساده مهاربندی‌شده باشد. به عنوان مثال، خرپاهای کینگ پست (شاه تیر) که در سقف‌های خانگی استفاده می‌شوند، معمولاً به شکل مثلثی با یک عضو عمودی در وسط و دو عضو افقی در پایه هستند و می‌توانند تا ۸ متر را پوشش دهند. در مقابل، سازه‌های فضاکار از تعداد زیادی عضو مختلف تشکیل شده‌اند و برای ساخت آن‌ها نیاز به اجزا و اتصالات بیشتری است.

خرپا برخلاف سازه‌های فضاکار، طراحی پیچیده و زمان‌بری نمی‌خواهد. ساخت خرپا به‌صورت تکراری از یک الگوی ساده انجام می‌شود و می‌تواند طبق سفارش مشتری یا نیاز پروژه، در طول‌های مختلف برش داده شود. اما برای ساخت سازه‌های فضاکار، باید مدل آن‌ها به‌طور دقیق طراحی و بررسی شود تا از مقاومت آن‌ها اطمینان حاصل شود. برای این کار از برنامه‌های پیشرفته و مهندسان متخصص استفاده می‌شود. به همین دلیل مراحل طراحی و ساخت سازه‌های فضاکار پیچیده‌تر و زمان‌برتر است.

از سوی دیگر، خرپا را می‌توان در کارگاه و روی زمین ساخت و سپس در سازه استفاده نمود. همچنین برای خرپا می‌توان طول‌های مختلفی را انتخاب کرد، چون در کارگاه می‌توان آن را به اندازه دلخواه برش داد. اما سازه‌های فضاکار ابعاد مشخصی دارند و به دلیل حساسیت‌های طراحی و مقاومتی، نمی‌توان آن‌ها را در طول‌های دلخواه تولید یا بعد از ساخت برش داد.

تفاوت خرپا و سازه‌های فضاکار از نظر وزن و حجم

عملکرد اصلی خرپا این است که نسبت به تیرهای صلب و سازه‌های فضاکار، برای تحمل بار به مواد کمتری نیاز دارد. به همین دلیل، خرپا سبک‌تر است. در حالی که سازه‌های فضاکار به دلیل داشتن اعضا و اتصالات بیشتر، وزن و حجم بیشتری دارند. این یکی از تفاوت‌های مهم بین خرپا و سازه‌های فضاکار است.

تفاوت خرپا و سازه‌های فضاکار از نظر جنس

از نظر جنس، خرپا معمولاً از فولاد ساخته می‌شود و برای ساخت آن به میلگردهای فولادی با قطر مشخص نیاز است. اما سازه‌های فضاکار می‌توانند از مواد مختلفی مانند فولاد، چوب، آلومینیوم، کامپوزیت و حتی بتن تقویت‌شده با الیاف ساخته شوند.

تفاوت خرپا و سازه‌های فضاکار از نظر هزینه

طراحی، تولید و استفاده از خرپا نیاز به زمان و تخصص کمتری نسبت به سازه‌های فضاکار دارد، بنابراین قیمت خرپا ارزان‌تر است. البته باید به این نکته توجه داشت که سازه‌های فضاکار به‌عنوان اعضای مستقل در سازه‌ها استفاده می‌شوند و برخلاف خرپا، نیازی به استفاده از بتن روی آن‌ها نیست. این تفاوت از نظر هزینه می‌تواند در پروژه‌ها اهمیت زیادی داشته باشد.

جمع‌بندی

براساس مطالبی که در این مقاله گفته شد، خرپا یک سازه دو بعدی است که از مثلث‌های متصل به هم تشکیل می‌شود و برای پروژه‌های ساده و سریع مناسب است. این سازه‌ها معمولاً هزینه کمتری دارند و برای دهانه‌های بزرگ‌تر استفاده می‌شوند. در مقابل، سازه‌های فضاکار شبکه‌های سه‌بعدی از خرپاها هستند که برای پروژه‌های پیچیده‌تر طراحی شده و علاوه بر عملکرد سازه‌ای، به زیبایی بصری نیز کمک می‌کنند. ساخت این سازه‌ها زمان‌برتر و پرهزینه‌تر است، و بیشتر برای بخش‌هایی با شکل‌های منحنی و دهانه‌های کوتاه‌تر کاربرد دارند. برای تأمین مصالح مورد نیاز در این پروژه‌ها، مجموعه مهدفولاد می‌تواند گزینه‌ای مناسب برای تأمین لوله‌ها و سایر مواد ساختاری باشد.