بسیاری از افراد خرپای چوبی و یا به بیان بهتر، سازه خرپايي را می‌شناسند. این سازه، خود بخشی از سازه یک ساختمان است. بااینکه وظیفه سازه‌ای بر عهده دارد، اما خود نیز به‌عنوان یک سازه شناخته می‌شود. یکی از معروف‌ترین انواع خرپا، خرپاهای چوبی هستند. این نوع خرپاها که بیشتر در اجرای بخش فوقانی یا سقف ساختمان‌های چوبی به کار می‌روند، به خرپای سقفی چوبی معروف هستند. این نوع از خرپاها بابت کاربری و استفاده‌ای که دارند، به سازه خرپای شیروانی چوبی نیز شناخته می‌شوند.
هر مقدار شناخت بیشتری نسبت به اجزای مختلف ویلای چوبی به دست بیاورید، طبیعتاً می‌توانید انتخاب بهتری داشته باشید. هدف ما، ارتقاء سطح آگاهی مخاطبانمان است.
در این مقاله قصد داریم تا به بیان جزئیات مربوط به خرپا و معرفی انواع دسته‌بندی خرپاها بر اساس چیدمان اجزای سازه‌ای تشکیل‌دهنده آن‌ها بپردازیم. این اطلاعات به شما کمک می‌کند تا نسبت به شناخت کارکرد خرپاها اطلاعات مناسبی به دست بیاورید. در ادامه با آمیتیس همراه باشید.
مفهوم خرپا در سازه؛ خرپا چیست؟
به‌طورکلی اگر بخواهیم تعریفی برای خرپا ارائه دهیم، باید به شکل ظاهری و نحوه ساخته‌شدن خرپا رجوع نماییم. خرپا از تعداد بسیار زیادی اجزای میله‌ای شکل تشکیل‌شده است. این اجزا، معمولاً از دوسر خود به یکدیگر متصل هستند. وظیفه اصلی خرپا انتقال و تحمل نیروهای وارده بر سازه است. در این میان تمام اجزای داخلی خرپا در این زمینه مشارکت دارند. در حقیقت نیروی وارده بر سازه، در مواجهه با خرپا، بین تعداد بسیار زیادی اجزای کوچک تقسیم می‌شود. این موضوع باعث می‌شود تا:
- اولاً ، چون نیرو به اجزای بسیار کوچک‌تری تقسیم می‌شود، تمام اجزای خرپا در تحمل بار وارده نقش خواهند داشت.
- دوماً، نیرو به‌سادگی قابل تحمل و انتقال باشد.
با بیان این توضیحات، اکنون درک بهتری نسبت به وجه‌تسمیه خرپا پیداکرده‌اید. اکنون تعبیر بهتری از مفهوم سازه خرپایی خواهید داشت.
انواع خرپا از نظر جنس
با تعریفی که در بخش قبل ارائه شد، اکنون بهتر می‌توانیم درباره خرپا با ه گفتگو کنیم. در این بخش می‌خواهیم پیرامون جنس خرپاهایی که ساخته می‌شوند صحبت کنیم.
جنس خرپا کاملاً به کاربرد آن بستگی دارد. اینکه خرپا در کجا باید مورداستفاده قرار بگیرد، بسیار تعیین‌کننده است. بر همین اساس به‌طور تجربی مواردی که بیش از دیگر حالت‌ها محتمل هستند را بیان می‌نماییم:
خرپای فلزی
این نوع خرپا در مواقعی که نیاز به مقاومت در برابر نیروی زیادی داریم، مورداستفاده قرار می‌گیرد. در بعضی مواقع که وزن خرپا نیز حائز اهمیت است، از فلزهایی مانند آلومینیوم استفاده می‌شود؛ اما در بسیاری از مواقع، از خرپای فولادی استفاده می‌شود. به‌طور مثال در ساختمان‌های شهری و یا صنعتی، فقط از خرپای فولادی استفاده می‌گردد.
خرپای چوبی
خرپا های چوبی، در بسیاری از مواقع در ساختمان‌ها چوبی مورداستفاده می‌گیرند. این‌گونه خرپاها معمولاً در سازه‌های چوبی مورداستفاده قرار می‌گیرند. خرپا در ساختمان‌های چوبی بیشتر برای اجرای سقف و یا اصطلاحاً سربندی مورداستفاده قرار می‌گیرند. سازه خرپايي شیروانی چوبی رایج‌ترین نوع سازه خرپايي چوبی است که مورداستفاده قرار می‌گیرد. به‌طورکلی خرپاهای چوبی در ساختمان‌های چوبی کاربرد دارند.
هرچند در قدیم، در بعضی موارد، از خرپای چوبی در ساختمان‌های خشتی نیز استفاده می‌شده است؛ اما این موضوع در اواخر دوره قاجار و اوایل دوره پهلوی اول تقریباً کنار گذاشته شد. نمونه این مورد را می‌توانید در ساختمان “قزاق خانه” در میدان مشق تهران، در باغ‌موزه “باغ ملی” مشاهده نمایید.
خرپا از جنس مواد خاص (ماکارونی، فایبرگلاس و …)
تاکنون قطعاً مطالب زیادی پیرامون جشنواره‌های دانشجویی “سازه ماکارونی” در کشور شنیده‌اید. این جشنواره به‌طور واضح به ساخت سازه‌های خرپایی که از جنس ماکارونی باشند می‌پردازد.
در بعضی مواقع در سازه‌هایی مانند سازه آشیانه‌های هواپیماهای نظامی و یا مسافربری، از سازه خرپايي سازه فضا کار (Space Frame) استفاده می‌شود.
با توجه به مطالب ارائه‌شده و موضوع مقاله، در ادامه قصد داریم تا درباره خرپای چوبی و موارد مربوط به خرپای سقفی چوبی صحبت کنیم. با ما همراه باشید.
کاربرد خرپای چوبی
در این بخش قصد داریم تا اساسی‌ترین کارکرد خرپا را به‌اختصار توضیح دهیم، سپس به موضوع خرپاهای چوبی بپردازیم.
اساساً کارکرد اصلی خرپا، استفاده از سیستم باربری سازه‌ای بدون استفاده از ستون است؛ یعنی بار وارده به سیستم را از یک‌سو، به سویی دیگر منتقل نماید، بدون اینکه در این میان، با المان‌های عمودی نیازی داشته باشد. این کار برای داشتن فضایی مسطح و بدون ستون کاربرد دارد؛ مانند سالن‌های همایش، آمفی‌تئاترها، سالن‌های سینما، تالارها و اماکنی با کاربری‌های مشابه.
پس با این حساب، زمانی از خرپا استفاده می‌کنیم که بخواهیم ستون‌ها را حذف کنیم. حذف ستون‌ها شرایط بسیار ویژه‌ای را می‌طلبد و به‌سادگی در هر سازه‌ای قابل‌اجرا نیست. از طرفی، بار هزینه‌ای که به پروژه اعمال می‌کند را نیز باید در نظر بگیریم. در صورتی استفاده از خرپا دارای توجیه است که مزایای استفاده از آن بر معایبی مانند هزینه‌بر بودن آن غلبه کند. پس برای کاربرد خرپا در هر سازه‌ای قطعاً محدودیت‌هایی در پیش داریم. زمانی می‌توانیم به‌درستی از آن استفاده نماییم که راهی جز استفاده از خرپا نداشته باشیم.
تاریخچه خرپا؛ قاب‌های سازه‌ای بدون ستون
بر اساس مطالب درج‌شده در سایت دایرة‌المعارف بریتانیکا (Encyclopaedia Britanica) اولین کاربرد خرپا احتمالاً به اوایل عصر مفرغ در 2500 قبل از میلاد باز می‌گردد. نکته قابل‌توجه این است که این خرپاها از نوع خرپای چوبی بوده‌اند. سایت بریتانیکا مطلب را این‌گونه عنوان نموده است:
“Trusses were probably first used in primitive lake dwellings during the early Bronze Age , about 2500 BC. The first trusses were built of timber.”
با این حساب به این نکته پی می‌بریم که خرپای سقفی چوبی قدمتی بسیار زیاد دارد و این خود نشان‌دهنده اهمیت و کارایی آن برای بشر در طول بیش از 45 قرن است.
می‌توان این‌طور نتیجه گرفت که با اینکه بررسی‌ها و پیشرفت‌های علمی عصر حاضر بسیار پیشرفته و غیرقابل مقایسه با عصر باستان است، اما فهم انسانی از مسائل روز و چالش‌هایی که با آن درگیر بوده، همواره در بالاترین سطح خود قرار داشته است. بشر 5 هزار سال پیش چیزی از علم تحلیل سازه امروزی نمی‌دانسته، اما منطق تقسیم نیرو بین اجزای کوچک‌تر را به‌خوبی درک کرده و به کار بسته است.
خرپا در سازه‌های چوبی
به موضوع کاربرد خرپاها بازگردیم.
در حال حاضر از سازه خرپايي چوبی به‌طورجدی فقط در ساختمان‌های چوبی استفاده می‌شود؛ یعنی به‌ندرت پیش می‌آید که بتوان از خرپایی از جنس چوب در سازه‌ای فولادی یا بتنی استفاده کرد. مگر برای کاربرد فضاسازی و معماری داخلی که قطعاً نقش سازه‌ای نخواهد داشت.
همان‌طور که گفتیم در سازه‌های چوبی، در 2 حالت از خرپا استفاده می‌کنند:
- سربندی سقف
- حذف ستون‌ها
به‌این‌ترتیب می‌توانیم این‌طور بیان کنیم که اگر سازه‌ای مانند انبارهای بزرگ و یا آمفی‌تئاتر در دست اجرا داشته باشیم، می‌توانیم از خرپا استفاده نماییم. همچنین در سازه‌های چوبی، با هر نوع کاربری‌ای که داشته باشند، اگر سقف شیروانی به‌کاربرده می‌شود، باید از سازه خرپای شیروانی چوبی استفاده کنیم.
سقف شیروانی در سازه‌های چوبی معمولاً برای در امان ماندن اجزای سازه از بارش باران و تجمع آب بر روی سازه کارایی دارند. در زمان بارندگی، شیب شیروانی مانع از توقف آب بر روی سطح سقف می‌شود. هرچند که پوشش سقف کاملاً عایق شده است و تمام چوب‌های به‌کاررفته در سازه چوبی، همگی فراوری‌شده هستند و در برابر نفوذ آب، به‌طور کامل عایق و ایمن شده‌اند، اما باز با این احوال، برای تضمین ماندگاری سازه و کاهش استهلاک آن، باید نکات مربوط به شیب‌دهی به سقف را به‌دقت رعایت کرد.
انواع خرپا از نظر طرح سازه‌ای
خرپاهایی که در سازه‌های چوبی مورداستفاده قرار می‌گیرند، به‌طورکلی به چند نمونه کلی تقسیم می‌شوند که در ادامه به معرفی آن‌ها خواهیم پرداخت؛ اما پیش از آن ذکر این نکته حائز اهمیت است که بدانیم خرپاهای بسیار زیادی در مباحث سازه‌ای مورداستفاده قرا می‌گیرند. هر طرحی از چیدمان اجزای خرپا متناسب با کاربرد آن در پروژه‌ای خاص طراحی شده و به‌مرور با تکرار آن نوع از پروژه، خرپای مختص آن نیز مورد طراحی، ساخت و استفاده قرارگرفته است.
لذا تنوع خرپاها بسیار زیاد است و ما نیز امکان بررسی و معرفی همه آن‌ها را در این مقاله نداریم؛ اما قصد داریم به 3 نمونه خیلی رایج خرپاهای شیب‌دار که در ساخت سقف شیروانی در سازه‌های چوبی مورداستفاده قرار می‌گیرند، اشاره نماییم. با آمیتیس همراه باشید.
دسته‌بندی خرپا از نظر طراحی
اگر از منظر طراحی به سازه خرپا نگاه کنیم، خرپاها را می‌توان به‌طورکلی به 3 دسته تقسیم‌بندی نمود:
- خرپای ساده
- خرپای ترکیبی
- خرپای پیچیده یا مبهم
این دسته‌بندی بسیار کلی است و از نگاه طراحی به آن پرداخته است؛ اما ما قصد داریم تا با معرفی خرپای چوبی مورداستفاده در ساخت ویلای چوبی، شناخت شما نسبت به این نوع خرپاها را افزایش دهیم.
خرپاهای مورداستفاده در سازه‌های چوبی از نوع خرپای ساده است. خرپای ساده عموماً به شکل مثلثی بوده و با اتصال چند جزء میله‌ای به اجزای بزرگ‌تر از خود تشکیل می‌شوند. این نوع خرپا در قدیم بیشتر رواج داشته و با حضور خرپاهای مرکب به‌مرور از محبوبیت آن‌ها کاسته شده است.
در بعضی از سازه‌های چوبی که طراحی‌های خاص مورداستفاده قرار می‌گیرد، استفاده از خرپای مرکب پیشنهاد می‌شود. خرپای سقفی چوبی این نوع طراحی‌ها عموماً مرکب هستند. خرپای مرکب به خرپایی گفته می‌شود که از مجموع دو یا چند خرپای ساده تشکیل‌شده باشد.
دسته‌بندی خرپاها بر اساس شکل
در ادامه بر اساس شکل و کاربرد خرپاها نمونه‌هایی را بیان می‌کنیم:
خرپای پرات
این سازه خرپای شیروانی چوبی، معمولاٌ به‌گونه‌ای است که اجزای به‌کاررفته در جان خرپا (طول کلی خرپا که دارای عرضی برابر عرض پروفیل‌های به‌کاررفته اجزای کوچک‌تر است.) اگر تحت بار گرانشی و یا عمودی قرار بگیرند، اعضایی بیشتر تحت فشار قرار خواهند گرفت که:
- مورب بوده و طول بیشتری داشته باشند.
- عمودی بوده و طول کمتری داشته باشند.
اما در صورت مواجهه با حجم زیادی از نیروی ناشی از وزش باد، ممکن است باعث بازگشت معکوس تنش شده و این فایده را از بین ببرد.
خرپای هاو
نقطه مقابل خرپای پرات است؛ یعنی گوشه‌هایی که ارتفاع بیشتری دارند، زمانی تحت‌فشار قرار می‌گیرند که فشار جانبی ناشی از نیروی باد در مرحله برگشت باشند. این خرپا در بام‌های سبک قرار می‌گیرد.
خرپای فینک
برای سقف‌هایی با شیب زیاد و دهانه بزرگ استفاده می‌شود. در این خرپا اعضای مورب برای تبدیل‌شدن به اعضای کوچک‌تر، به بخش‌های خردتری تقسیم می‌شوند.
خرپای فن
زمانی خرپای فن مورداستفاده قرار می‌گیرد که اعضای خرپای سقف باید به تعداد مقاطع فرد تقسیم شود.
خرپای فینک – فن
این خرپای ترکیبی در بعضی مواقع که با طراحی‌های خاص مواجه هستیم مورداستفاده قرار می‌گیرند. در این نوع خرپا معمولاً از عضو عمودی استفاده نمی‌شود.
در این مقاله به بررسی و معرفی خرپای چوبی و انواع سازه خرپايي پرداختیم. سعی داشتیم تا به معرفی کلی خرپا بپردازیم تا بتوانیم به روشی ساده‌تر سازه خرپای شیروانی چوبی را تشریح نماییم. دانستیم که خرپاهای چوبی که در ساخت ویلای چوبی مورداستفاده قرار می‌گیرند از چه نوعی هستند و در سربندی ویلای چوبی معمولاً چه نوع خرپای سقفی چوبی کاربرد دارد. با این‌همه اگر دراین‌باره نیاز به مشاوره داشتید با مشاورین گروه بین المللی آمیتیس در تماس باشید.
