سازههای خرپایی
سازههای خرپایی متشکل از اعضای کششی و اعضای فشاری هستند که به شکل مثلثی با اتصال مفصلی به یکدیگر متصل شدهاند و نیروهای درونی آنها تماماً محوریاند (فشار و با کشش مستقیم بدون خمش و برش). انواع سازههای خرپایی شامل کابل، خرپا، قابهای فضایی و قابهای ژیودزیک میشود. هندسه مثلثی شکل دارای نقش و تأثیری اساسی در رفتار خرپاهاست. زیرا مثلث تنها چند ضلعی است که به طور ذاتی دارای پایداری هندسی است. معماران و احتمالاً بیش از آنان مهندسان، برای پوشش دهانههای مختلف به سازههای مسطح از قبیل تیرها، خرپاها و قابهای مسطح فکر میکنند.
در بیشتر موارد در صورتی که طراحی به صورت سه بعدی انجام شود و برای دهانههای متوسط و دهانههای بلند از سازههای فضایی استفاده شود، مزایای بیشتری به دست میآید. در حقیقت همه سازهها سه بعدی و دارای طول، ارتفاع و ضخامتند. اگر چه تیرها و خرپاهای مسطح اغلب رفتار سازهای دو بعدی دارند، اما این عناصر سازهای به طور کلی در یک صفحه در برابر بارهای وارده مقاومت میکنند. زمانی که دهانه سازه بیشتر از ۱۰ متر میشود، استفاده از اعضای تیر در شبکه تک لایهای اقتصادی نیست و خرپاهای با جان باز با شبکههای ویرندیل ممکن است جایگزین تیرهای توپر شود.
مزایای سازههای خرپایی
- از آنجا که سازههای مرکب با عملکرد برداری در رابطه با وضعیتهای بارگذاری متغیر بسیار کارآمد بوده و از آنجا که سازهها متشکل از اجزای مستقیم و کوچک هستند جهت تشکیل سیستمهای سازهای قائم برای ساختمانهای مرتفع مناسبت بارزی دارد.
- سیستمهای با عملکرد برداری به عنوان سیستمهای سازهای قائم جهت ساختمانهای مرتفع مزایای زیادی دارند. در صورتی که از آرایش مناسبی برخوردار باشند، میتوانند عملکردهای سازهای جمع آوری بارگذاری خطی، انتقال بار مستقیم و پایداری در مقابل بارهای جانبی را توأما انجام دهند.
- سیستمهای سازهای با عملکرد برداری، به دلیل اینکه جهت گسترش سه بعدی با عناصر استانداردشان در حداقل فضای ممکنه، امکانهای نا محدود و گوناگونی را مهیا میسازد. فرم سازه مناسب برای شهرهای متحول آتی به شمار میروند.
- سیستمهای سازهای با عملکرد برداری، در واقع پیش نیازهای سوق دادن همه جانبه طراحی شهری به سمت بعد سوم یعنی ارتفاع هستند. فقط به وسیله سازههای فضایی با عملکرد برداری میتوان تهاجم فنی فراگیر فضای سه بعدی و طراحی شهری را سامان داد.
سیستم سازهای قاب خرپایی متناوب (Staggered Truss Framing System )
یکی از انواع سیستمهای مهاربندی جانبی در سازههای فولادی محسوب میشود. در این سیستم و در یک طبقه، دهانه مهاربندی در یک ردیف ستون و در ارتفاع به صورت یک در میان (متناوب) اجرا می شود و در طبقات دیگر دهانه مهاربندی به ردیف ستون دیگر منتقل میشود. عملکرد این سیستم مانند یک تیر طرهی قائم است که ستونها مانند بالهای تیر و دهانههای خرپایی مانند اعضای جان هستند. به دلیل فاصله زیاد بین ستونها که باعث ایجاد فضای معماری بیشتر میشود و نیز به لحاظ اقتصادی بودن مخصوصاً در سازههای بلند مرتبه، این سیستم مورد توجه ویژه محققین قرار گرفته است.
طبق یک تحقیق که توسط نگارندگان انجام شد برای یک سازه ۲۰ طبقه به مساحت ۵۴۰۰۰ متر مربع، وزن فولاد مصرفی سیستم قاب خرپایی متناوب ۴۹۳ تن کمتر از سیستم قاب دوگانه خمشی ویژه بدست آمد. این اختلاف و صرفه جویی فاحش لزوم بررسی و تلاش برای بهبود عملکرد این سیستم سازهای را ضروری مینمایاند تا بتوان به صورت وسیع از آن استفاده کرد.
مزایای این سیستم
- کم بودن تعداد ستونها و فاصله زیاد بین آنها
- افزایش انعطاف پذیری برای طرح معماری
- سرعت بالای اجرا بدون توجه به شرایط جوی
- قابلیت استفاده از کفهای پیش ساخته تو خالی به عنوان دیافراگم کف
- کم بودن ارتفاع کف تا کف (حداقل نیاز به اجرای سقفهای کاذب به علت تغییرات در ارتفاع مقاطع)
- افزایش مقاومت ساختمان در مقابل حریق به علت فاصلهی زیاد ستونها
- عملکرد مناسب در برابر لنگرهای واژگونی ناشی از زلزله
- صرفه جویی اقتصادی در وزن فولاد مصرفی در سازه
- صرفه جویی اقتصادی در وزن فولاد و بتن مصرفی در فونداسیون
