خرپا مجموعه ای مثلثی شکل است که بارها را به وسیله ترکیبی مثلثی شکل از اعضا با اتصال مفصلی  به تکیه گاه ها منتقل می کند. واحد هندسی خرپا مثلث است.مثلث شکل ثابتی است که فرم آن بدون تغییر طول اعضا حتی با اتصالات مفصلی نیز تغییر نمی کند.اتصالات در بقیه چند ضلعی ها ( مانند مستطیل ) غیر پایدار هستند.

در اعضای خرپا فقط فشار و کشش (نه برش و خمش) ایجاد می شود و تمامی نیروهای رانشی به صورت داخلی در ان خنثی می گردد.در عمل ممکن است تنش خمشی در بین اتصالات به میزان کمی در اثر اصطکاک آنها و بارهای وارده و پخش شده در اعضا بوجود آید: این نیروها معمولا با نیروی محوری یکجا در نظر گرفته شده و در عمل در تحلیل نادیده گرفته می شوند.

اعضای بالا و پایین خرپا به ترتیب میله فوقانی و تحتانی خرپا نامیده می شوند.تمامی اعضای بین میله های فوقانی و تحتانی اعضای جان خرپا هستند.در خرپاهای مسطح تمامی اعضا در یک سطح قرار دارند در حالی که خرپاهای فضایی در سه بعد این اعضا را دارند.

به طور كلي ويژگي هاي مهم سيستم هاي خرپايي را مي توان بصورت زير بر شمرد:

• داراي اعضاي كششي و فشاري هستند.
• از اجزاي مثلثي شكل كه به فرمهاي متنوع با هم تركيب شده اند، تشكيل شده اند.
• كليه اتصالات مفصلي مي باشد.
• نيروهاي در اعضا، همگي محوري هستند (كششي و فشار خالص) و هيچ گونه برشي و خمش در اعضا وجود ندارد.
• زاويه بهينه، براي اتصال اعضا به يكديگر، بين 45 تا 60 درجه مي باشد.
• اين نوع سيستم، امكان ايجاد دهانه هاي فوق العاده بزرگ را فراهم مي كند.

اتصالات خرپا

اتصالات خرپاها به جهت کاهش تنش های بر شی و خمشی، درحالت ایده آل می بایست از نوع مفصلی باشد.  اما به دلیل زنگ زدگی، گرد وخاک گرفتگی و سایر عوامل محیطی  این اجزا قابلیت مفصلی  خود را از دست میدهند.فلذا نگهداری از این قطعات بسیار سخت و پر هزینه میباشد. به همین دلیل برای اتصالات اعضای کششی و فشاری خرپاها از صفحات فلزی،پیچ و پرچ وجوشکاری استفاده میکنند.

• تحلیل نیروهای یک خرپا
• همیشه نیروها در خرپا در راستای همان عضو است.
• لنگر فاصله عمودی نیرو تا آن عضو ضربدر نیروست.
• برای تعیین کششی یا فشاری بودن یک عضو در خرپاها ابتدا باید عضوهای صفر نیرویی را تعیین کرد که این کار با تمرین براحتی انجام می شود.

مزايای خرپا

• مقاومت بالا برای دهانه ی بزرگ
• انتقال نیرو به نقاط تکیه گاهی
• ایجاد فضایی در سقف برای نصب تاسیسات

معایب خرپا

• هزینه بالا و سنگین فولاد به جهت استفاده فولاد زیاد در این گونه سازه
• وزن خود خرپا(بار مرده )
• تنشهای برشی و خمشی
• اتصالات پیچیده و پر هزینه
• بطور کلی این روش امروزه با روش های دیگر سازه ای به صورت مکمل استفاده می شود و مانند دهه های اول قرن 20ام استفاده ندارد.

تعدادی از نمونه های موردی :

تالار گاند

9خرپاي مسطح به عرض 41متر وارتفاع 3.4متر،سازه اصلي سقف را تشكيل مي دهند.قطر ميله فوقاني خرپا،از ميله تحتاني واعضاي جان بيشتر است.اين خرپا داراي داراي يك اتصال صلب در بالا ويك اتصال ساده در پايين مي باشد كه امكان حركت در اثر انبساط و انقباظ حرارتي به آن مي دهد.

مرکز سینبری

  عملكرد اصلي اين ساختمان كه مهندس معمار آن نورمن فوستر و مهندس آنها هانت مي باشد به عنوان يك گالري هنري در انگلستان بوده است ولي يك سوم ساختمان براي، يك مدرسه هنري، اتاق چند منظوره و يك رستوران استفاده مي شود.

 سازه اين ساختمان از 37 عدد خرپا با مقطع مستطيل استفاده مي كند كه دهانه اي به عرض 34 متر را مي پوشانند. ستون هاي خرپايي نيز كه با اتصال صلب از زمين طرّه شده اند، با اتصال مفصلي به خرپا هاي سقفي متصل مي شوند.

استادیوم فوتبال سیدنی

       استادیومی برای بازی فوتبال و رگبی با گنجایش 38000 نفر که 65%  جایگاه تماشاچی را می پوشاند. برای سایبان فلزی بام از خرپاهای فولادی  که طول طره آن 30 متر است تمامی اعضای خرپاها صلب  هستند و امکان مقاومت  در برابر نیروهای رو به بالای باد و رو به پایین وزن ایجاد می نماید. خرپاها بار را  به یک حلقه از ستونها و دیوارهای بتنی که تیرهای  نوک تیز را در جایگاه بهم متصل می کند ، انتقال می دهند.

پايانه بين المللي واترلو (waterloo international terminal)

اين پروژه داراي شكلي پيچيده وابعادي محدود بود وبه پنج سكوي قطار احتياج داشت.به همين دليل سازه ي خرپايي كه داراي انعطاف زيادي در فرم است،برا اين پايانه انتخاب شد.

سازه اين ساختمان،از 36 قوس خرپايي تشكيل شده است كه داراي دهانه هاي متفاوت،بين 55تا35متر مي باشند.هركدام از قوس ها،از دو خرپاي منحني تشكيل شده اند كه داراي اتصال مفصلي با يكديگر مي باشند.روي خرپاي بزرگتر با شيشه وفولاد ضد زنگ پوشيده است،در حالي كه خرپاي كوچكتر در بيرون ساختمان ودر معرض ديد قرار گرفت است.

از دیگر نمونه هایی که در این پاور پوینت مثال زده می شود میتوان به  كارخانه ساخت ميكروچيپ،اينموس ، مرکز فرهنگی ژرژ پمپیدو ، Hsbc  بانک هنگ کنگ شانگهای ،

همچنین در انتهای پاورپوینت به بررسی اجرای دهانه های بزرگ پرداخته می شود :

که شامل مباحث خرپا ، سازه های کابلی ، سازه های فضاکار  و گنبد ژئودزیک است.

از جمله منابع استفاده عبارتند از :

• درک رفتار سازه ای            دکتر محمود گلابچی
• سیستم های ساختمانی آینده    دکتر محمود گلابچی
• سازه در معماری               دکتر محمود گلابچی
• ایستایی در معماری            دکتر رحمت مدندوست
• معماری تکنولوژیک         مهندس علیرضا تقدیری
• سایت  wickipedia

پاورپوینت حاضر در 55 اسلاید و در فرمت pptx  تهیه شده است.

همچنین برای مشاهده سایر پژوهش های طراحی فنی ساختمان در سایت مدار آموزش میتوانید به این لینک مراجعه کنید.