سوله خرپایی

به طور کلی سوله ها در سه دسته اصلی تقسیم بندی میشوند که سوله خرپایی یکی از به صرفه ترین و بهترین نوع سبک سوله ها است . سوله سبک یک پدیده جدید در بین سوله ها محسوب می شود و با وجود این نوع سوله میتوان گفت سایر سوله ها اعم از تیرورقی و …اکنون دایره کاربرد کمتری دارند . این سوله به دلایل وزن کمتر و همچنین هزینه اقتصادی تر ( قیمت مناسب ) محبوبیت زیادی پیدا کرده است.

تعریف سوله خرپایی

هر سازه از جنس فلز یا چوب که به شکل مثلث باشد و برای تحمل بار به کار رود عموما سازه خرپا نامیده میشود .در این روش اتصال سه بخش در دو گره به صورت مفاصل مثلثی صورت میگیرد که به آن مثلث بنیادی نیز گفته میشود چرا که با اضافه کردن عضو و گره به آن میتوان آن را توسعه بخشید .

این نوع از سوله را میتوان در چندین روش اعم از ساده ، مرکب و … احداث نمود. در حالت مرکب میتوان با اتصال دو یا چندین خرپای ساده شده ، یک سوله ساخت . امروزه سوله های خرپایی مبهم و پیچیده نیز در بازار ساخت سوله رواج یافته است . در این حالت اگر سوله حالت مرکب یا ساده نداشته باشد و پیچیدگی زیادی داشته باشد این نام را خواهد گرفت . مزیت سوله خرپایی نسبت به سایر سوله ها به خاطر شکل مثلثی آن میباشد چرا که تحمل آن دربرابر نیروهای کششی نسبت به سایر سوله ها زیاد است بنابراین سازه حاصل شده از این سوله بسیار مقاوم خواهد بود . به بیان ساده تر ، سوله خرپایی سوله خاصی است که به جای تیر ورق در ساختار آن از ساخت با حالت خرپا استفاده میشود . علت استفاده از خرپا به جای تیرورق کم کردن وزن و هزینه و افزایش کاربری آن است . اگر در رابطه با سوله های تیرورقی که نسل اولیه سازه ها هستند اطاعات کافی ندارید میتوانید مقاله سوله سنگین را مطالعه کنید تا اطلاعات بسیار کاملی در رابطه با مزایا ، معایب و دایره کاربرد این نوع از سوله ها بدست آورید .

خرپا چیست ؟

مجموعه حاصل از تیر و سایر قطعات ، یک خرپا را تشکیل میدهند خرپای حاصل شده یک قطعه بسیار مقاوم در برابر فشار است . در علم مهندسی خرپا قطعه یک مقاوم است که که از دو بازو تشکیل شده است این دو بازو به شکلی طراحی و ساخته شدند که مکمل یکدیگر هستند و مانند یک سازه واحد عمل میکنند چرا که فشار وارده را تقسیم کرده و آن را به دو نقطه وارد می کنند .

با توجه به تعریف خرپا با متد مهندسی و به روش های گوناگونی میتوان خرپا تولید کرد اما بهترین و مقاوم ترین روش و نوع خرپا خرپای مثلثی است که شامل چندین مثلث میباشد . انتهای بازوهای مثلث که موجب وصل شدن آنها به یکدیگر میشود گره نامیده میشود .

کاربرد خرپا

شکل هندسی خرپا باعث میشود که انتقال وزن به صورت مساوی بین بازوهای مثلث صورت گیرد. یعنی زمانی که فشار بر یک نقطه از آن وارد شود خرپا این فشار را به طور مساوی بین تمام بازو ها ، کل تیر و کل ستون انتقال داده و مانع از جمع شدن فشار در یک نقطه میشود که این امر سبب افزایش استحکام این سازه شگفت آور شده است . برای مثال یک قطعه خرپا با وزن کمتر از تیر ورق و یا تیر آهن در طول مساوی میتواند بار بیشتری از تیر ورق را تحمل کند . خرپاها به دلیل استحکام و هزینه کمتر و سبک بودن بیشتر در تولید و ساخت و ساز سوله ، پل و سقف سازه استفاده میشوند . برای مثال برای ساخت سوله آشیانه هواپیما ، فروشگاه ، انبار و … از خرپا استفاده میشود .

انواع خرپا در سوله خرپایی

در این بخش بد نیست تا به چند نمونه از سازه های خرپا اشاره کرد ، البته این خرپاها مشهور ترین نوع سازه های خرپا هستند ، در ادامه مطلب سایر انواع سازه های خرپا را نیز با شرح مختصر خدمتتان توضیح خواهیم داد .

• خرپای  ساده : ساده ترین شکل خرپا در سوله خرپایی یک مثلث است . این خرپا در سقف قاب دار و دوچرخه کاربرد دارد . به دلیل پایداری این نوع از خرپا و شکل آن که کاملا به شکل یک مثلث است به آن خرپای ساده گفته میشود .
• خرپای مسطح : این نوع از خرپا ها در یک سطح قرار میگیرند . از این نوع خرپا ها معمولا در سقف سوله خرپایی و پل به صورت موازی استفاده میشود. ارتفاع این خرپا بین آکورد بالایی و پایینی باعث به وجود آمدن یک قطعه کاربردی میشود. این مدل در سوله خرپایی کاربرد های زیادی دارد .
• خرپای قاب فضایی : قالب فضایی چهارچوب سه بعدی که قطعات در پایان آن قلاب میشوند. ساده ترین شکل این مدل شکلی چهار وجهی است که از 4 گره و شش قطعه به وجود آمده است .
• خرپای وارن : در این حالت یک مجموعه از مثلث های ایزوله و به صورت متناوب بالا پایین ایجاد میشوند این مدل نیز همانند خرپا ساده در سقف سوله خرپایی مورد استفاده قرار میگیرد.
• خرپای هشت تایی : حداقل ترکیب این مدل یک شکل است که از 8 مثلث تشکیل شده است در صورتی که بار زیادی روی سقف سوله باشد از این مدل خرپا استفاده میشود .
• خرپای پرات : نام این مدل برگرفته از نام مهندس راه آهن کالب پرات و پسرش توماس پرات میباشد . کالب پرات این مدل را در سال 1884 برای فشرده سازی اعضای مورب توسط اعضای عمودی برای تحمل نیرو و فشار اختراع کرد . البته این مدل بیشتر در ساخت پل و راه آهن کاربرد دارد .

کاربرد سوله خرپایی

سوله خرپایی که به آن گاها سوله سبک قوسی نیز گفته میشود ( در حالت ساخت با سقف های قوسی ) در ساخت سازه های بزرگ کاربرد گسترده دارد و از آن برای ساخت سقف های بسیار بزرگ استفاده میشود . در واقع کاربرد اصلی این سوله در ساخت سازه هایی با دهانه بزرگ و یکپارچه میباشد زیرا این امکان را فراهم میکند بدون ستون زدن ( و یا حداقل ستون که معمولا یک یا دو ستون است ) سازه ساخته شود . سه گوشه بودن این سوله باعث شده که تحمل آن در برابر فشار فوق العاده بالا باشد . شایان ذکر است بعضی از این سوله ها به شکل چهارگوش نیز ساخته میشوند که مسلما میتوانند مقاوم تر از سوله های سه گوش باشند . این سوله ها در ساختمان های صنعتی ، انبار ها و سردخانه ها ، کمپ های نظامی ، سالن های نمایشگاهی ، کارگاه های ساختمانی ، پارکینگ ها و تعمیرگاه های ماشین ، صنایع کشتی سازی و … استفاده شود . برای مثال در اروپا از سوله های خرپایی برای ساخت سالن های کنسرت و نمایش ، مقرهای موقت نظامی و بیمارستان های صحرایی استفاده میشود .

جنس سوله های خرپایی

به دلیل اینکه این سوله ها وزن کمتری نسبت به سایر سوله ها به خصوص سوله تیر ورقی داشته باشند معمولا در ساخت آنها از پروفیل ، فولاد و چوب استفاده میشود . دلیل اینکه سوله های تیر ورقی سنگین هستند این است که ترکیب اصلی این سوله ها فولاد بوده و به صورت ورق ساخته میشوند به همین دلیل مصرف فولاد زیاد شده و وزن و هزینه این سوله ها بسیار بالا میباشد . ساخت سوله های خرپایی را گاها تحت نام ساخت سوله با قوطی نیز می شناسند . منظور از قوطی همان پروفیل هایی هستند که به اشکال مختلف hss  و … ساخته می شوند ( شاید بتوان تیرآهن های قوطی را به عنوان مثالی جهت تفهیم ساختار پروفیل های توخالی به شما معرفی کرد ) .

ساختار سوله های خرپایی

یک سوله خرپایی در حالت کلی از چندین بخش مختلف تشکیل می شود . اصلی ترین قسمت های این نوع از سوله ها را میتوان به این شکل معرفی کرد :

• قاب اصلی : برای قاب از ستون و تیر استفاده میشود و چون بارها به شکل عمودی وارد سازه میشوند تیرها هم به شکل عمودی قرار میگیرند
• وال پست : وال پست ها تکیه گاهی برای دیوار های اصلی هستند که به صورت افقی و عرضی در ابتدا و انتهای سوله قرار میگیرند
• استرات : استرات ها قاب های اصلی سوله ها را بهم وصل میکنند و وظیفه آن ها انتقال نیرو بین قاب ها میباشد ، معمولا استرات ها به صورت طولی به کار میروند
• لاپه : لاپه ها برای اتصال سقف به بدنه سوله استفاده میشوند و به شکل z هستند
• میل مهار : لاپه ها توسط میل مهار به یکدیگر متصل میشوند ، میل مهار ها میلگرد هایی طولی هستند که 2 یا 3 عدد از آن ها برای اتصال لاپه ها به یکدیگر کافی است ، میل مهار ها برای مهار نیرو های جانبی به کار میروند
• مهاربند سقف : مهاربند های سقف دور تا دور سوله و قاب ها را پوشش میدهند و به صورت کششی کار میکنند ، این قسمت برای استحکام و انسجام بیشتر سقف استفاده میشود
• مهاربند دیوار : مهاربند دیوار نیز برای مهار نیرو های طولی استفاده میشود

در این تصویر تمامی قسمت های یک سازه خرپا نمایش داده شده است . شناخت این قسمت ها میتواند برای شما جذاب و هم لازم باشد . در ادامه به معرفی برخی مزیت های این سازه شگفت انگیز یعنی سوله خرپایی خواهیم پرداخت .

مزیت سوله خرپایی

سوله های خرپایی مزایای بسیاری دارند . همانطور که در ابتدای مطلب نیز گفته شد این نوع از سازه ها به دلیل برداشتن محدودیت های سازه تیرورقی و امکان ساخت در ابعاد بسیار بزرگ در کنار کاهش هزینه ، محبوبیت بسیار بالایی داشته و دامنه کاربردی گسترده تری را صاحب هستند . در کل میتوان ویژگی های اصلی سوله خرپایی را به این شکل بیان کرد :

• سوله هایی مناسب برای کارهای صنعتی و غیر صنعتی
• سوله های خرپایی ارزان قیمت تر هستند
• امکان طراحی ساخت و نصب در کمترین زمان ممکن را دارند
• این سوله ها با محاسبه شرایط محیطی با مقاومت بسیار بالا ساخته می شوند
• امکان ساخت با اندازه های مختلف
• وجود پروفیل در ساختار سوله های خرپایی
• استفاده از متریال و مواد اولیه درجه یک در این نوع از سوله ها
• امکان نصب انواع تجهیزات مصرفی روی سوله ها بدون محدودیت
• سرعت زیاد در ساخت و امکان بهره برداری بلافاصله بعد از ساخت
• هزینه ساخت و ساز کمتر ( از تمامی فاکتور ها )
• امکان ساخت دهانه یکپارچه و بسیار بزرگ
• امکان نصب انواع جرثقیل های سقفی بدون محدودیت
• امکان مونتاژ و دمونتاژ سوله در هر محل و زمانی با توجه به پیچ و مهره بودن سازه
• تنوع زیاد در اشکال هندسی و زیبایی

همانطور که گفته شد این نوع از سازه ها یک شگفتی در صنعت سوله سازی هستند . سازه های خرپایی را میتوان برای انواع سازه های کوچک تا بزرگ به راحتی اجرا نمود . مهم ترین ویژگی که این سازه ها به صنعت سوله سازی اهدا نمودند امکان ساخت دهانه های بزرگ و همچنین سقف های بسیار مرتفع است . به دلیل مهار فشار ، سازه نیاز به ستون میانی ندارد و تنها در متراژ های بسیار بزرگ ممکن است 1 یا نهایتا 2 ستون اجرا شود . در حال حاضر تنها راه برای ساخت سازه هایی با متراژ های بسیار بزرگ روش خرپایی می باشد .

انواع سوله خرپایی

سوله های خرپایی به دلیل کاربرد های متنوع انواع گوناگونی دارند چرا که برای ساخت پروژه هایی با ابعاد مشخص نیاز به سوله متناسب با پروژه داریم . انواع سوله های خرپایی کاربردی :

• سوله خرپایی تجاری : در فروشگاه ها و مراکز تجاری کاربرد دارند
• سوله خرپایی طاق دار : برای افزایش زیبایی فضای سازه استفاده میشوند
• سوله خرپایی شاه تیر : چون سبک هستند و جنس پایه ها از چوب است کاربرد زیادی دارند
• سوله خرپایی شاه شیروانی : برای اضافه کردن یک اتاق در سازه های شیروانی کاربرد دارند
• سوله خرپایی کف سازه : گستره ترین پوشش از انواع سوله ها را دارد
• سوله خرپایی پرات : از جمله سوله های مقرون به صرفه و دارای استحکام زیاد
• سوله خرپایی دستک دار یا عصایی : از جمله سوله هایی که قابلیت اجرا روی بیشتر سازه ها را دارد
• سوله خرپایی هاو : سوله ای که بیشتر از جنس چوب است و فولاد موجود در قسمت های عمودی و کششی آن ، برای تقویت سازه استفاده شده است
• سوله خرپایی قیچی : از جمله سوله های محکم و مقرون به صرفه
• سوله خرپایی چتری : یک سوله از جنس فولاد که حالت تقارنی دارد و قوس های کوچک بالا در این نوع باعث استحکام اتصالات میشود
• سوله خرپایی سقف نور شمالی : امکان اجرای تیر آهن سبک به شکل وسیع و مقرون به صرفه بودن از ویژگی های اصلی این نوع سوله است
• سوله خرپایی قوس های موازی: بیشتر در سقف سازه کاربرد دارند ، محکم بودن و هزینه کمتر از صفات بارز این نوع سوله است
• سوله خرپایی پاشنه بلند : کاهش هزینه های انرژی و فراهم کردن فضای مناسب برای عایق کاری از جمله کاربرد های این سوله میباشد

در جدول زیر نیز میتوانید چندین تصویر از این انواع مختلف را مشاهده کنید :

نام لاتین	نام فارسی	حداکثر عرض دهانه سوله	تصویر
Queen Post Truss	دستک‌دار يا عصايی	حدودا 10
Fan Truss	خرپای چتری	سازه های متوسط
King Post Truss	شاه تیر	حداکثر  8 متر
Howe Truss	خرپای هاو	6 تا 30 متر
Modified Queen Post	عصایی تقویت شده	بیش از 10 متر

تفاوت های سوله خرپایی و سوله تیرورقی

چون سوله های تیرورقی سرتاسر از فولاد ساخته شدند یعنی هم در پایه ها و هم در اسکلت از ورق های فولادی استفاده شده است وزن و البته هزینه بسیار بالایی دارند از این لحاظ یک فندانسیون محکم برای تحمل وزن سازه نیاز است که در دسته سوله های سنگین قرار میگیرد ( در حقیقت سوله سنگین همان سوله تیرورقی است ) .

برج ایفل ، بزرگ‌ترین سازه‌های ورزشی و استادیوم‌های کشور انگلستان و آلمان نمونه های بارزی هستند که به روش خرپایی ساخته شدند . البته پل‌های زیادی نیز در کشورهای عربی با استفاده از متریال خرپا ساخته می‌شوند . به‌طورکلی سوله خرپایی یکی از بهترین متریال‌های ساخت‌وساز در ایران می‌باشد چون کاملاً با شرایط آب‌ و هوایی و وضعیت جوی چهارفصل ایران سازگاری دارد. در حال حاضر سوله سازان کشور ما ( سوله سازان متخصص ) به بهترین شکل از این روش برای اجرای سازه های کوچک و بزرگ استفاده می کنند .

یکی از موضوعاتی که در این بین مطرح است این میتواند باشد که آیا با وجود سوله های خرپایی ، سازه های تیرورقی به کل کنار رفته محسوب می شوند ؟ در این مورد باید گفت خیر ! قبول داریم که سازه های سبک در حال حاضر جز دسته سوله های بسیار کاربردی ، مقرون به صرفه و محبوب هستند اما در این بین هنوز هم برای ساخت سازه های کوچک تا متوسط میتوان از سازه های تیرورق استفاده کرد . شاید از خود بپرسید که اگر هزینه و وزن سوله های خرپایی کم هستند پس چه دلیل دارد که برای اجرای سازه های کوچک هم از آنها استفاده نشده و از سوله های تیرورقی کمک بگیریم ؟

سازه های تیرورقی استحکام به شدت بالایی دارند . سازه های خرپایی نیز استحکام بالایی برای سازه ایجاد می کنند و اگر محاسبات وطراحی درست انجام شود کوچک ترین مشکلی در استحکام و امنیت این نوع از سازه های فلزی وجود ندارد . اما هر اندازه هم که سازه های خرپایی استحکام بالایی داشته باشند ، هنوز هم در این موضوع به سوله های تیرورقی نمی رسند ! سوله های تیرورقی محکم ترین نوع سازه های فلزی هستند . دلیل استفاده از این نوع سوله در سازه های کوچک این است که اگر طراحی و محاسبات آن به شکلی درست انجام شود ، اختلاف هزینه آن با نمونه مشابه در نوع سوله خرپایی در همان متراژ بسیار زیاد نخواهد بود . پس سوله سازان و کارفرمایان این مقدار ناچیز اختلاف قیمت را پذیرفته و سوله خود را از نوع تیرورقی ایجاد می کنند .

سوله های تیرورقی از اولیه ترین نسل سازه های فلزی هستند و تاکنون سازه های بسیاری در داخل کشور ما به کمک همین سوله احداث شده و هنوز هم می شود . سالن های ورزشی ، استخر های متوسط ، گاوداری و نمونه سازه های مشابه میتوانند بدون مشکل توسط سوله تیرروقی به مرحله بهره برداری برسند .

باید توجه داشت که سوله های سنگین از جمله سازه هایی هستند که بسیار بهداشتی هستند . برای ساخت سازه هایی همچون دامداری ، مرغداری ، سردخانه و ساختمان هایی از این دست که رعایت بهداشت در تمامی جنبه های سازه اهمیت دارد سوله های خرپا و همچنین تیرورقی مشکلی بابت بهداشت و اخذ مجور های لازم ندارند . سوله خرپایی تنها یک نوع از سازه های سبک است که بسیار معروف تر می باشد . نوع دیگری از سازه های سبک که با نام سازه های یو بی ام یا سوله k-span شناخته می شود وزن و هزینه به مراتب کمتری از خرپا دارد . این نوع از سوله ها دایره کاربردی کمی دارند و در بسیاری از ساخت و ساز ها موفق به اخذ مجوز از نظام مهندسی نمی شوند .محدودیت در ساخت سازه های بزرگ ، سقف های به مراتب کم کاربرد تر و همچنین بهداشتی نبودن ، از عمده محدودیت های این نوع از سوله های می باشد .

کاهش هزینه در ساخت به روش خرپا

ساخت سوله خرپایی حداقل 15 تا 30 درصد ارزان‌تر از سایر سوله‌ها می‌باشد ؛ از این رو صرفه اقتصادی ساخت سوله خرپایی ارزان قیمت از مهم‌ترین مزایای استفاده از این مدل سوله‌ها برای مصرف کنندگان آن‌ می‌باشد . شایان ذکر است که اختلاف قیمت خرپا و تیرورق از حداقل 15 درصد شروع شده و در سوله‌هایی با دهانه‌های بسیار عریض این اختلاف به ۷۰ درصد نیز ممکن است برسد .

البته اختلاف قیمت ۲۰ درصد هنگامی به نفع سوله خرپایی است که عرض دهانه حداقل 20 متر باشد . در صورتی که عرض دهانه سوله کمتر از 20 متر باشد، انتخاب سوله تیر ورقی صرفه اقتصادی بیشتری برای مصرف کننده به دنبال دارد . بطور کلی ساخت سوله خرپایی ارزان قیمت امروزه در تمامی کشورها طرفداران زیادی را به خود اختصاص داده است . از اینرو میتوان گفت که به احتمال زیاد آینده صنعت سوله سازی به سمت تولید تنها این مدل سوله‌ها سوق پیدا خواهد کرد .