سازه بتنی

سازه بتنی سازه‌ای است که در ساخت آن از بتن یا به طور معمول بتن آرمه (سیمان، شن، ماسه و پولاد به صورت میلگرد ساده یا آجدار) استفاده شده باشد. در ساختمان در صورت استفاده از بتن آرمه در قسمت ستون‌ها و شاه تیرها و پی، آن ساختمان یک سازه بتنی محسوب می‌شود. امروزه بسیاری از پل‌ها را از بتن آرمه می‌سازند. برای استفاده از پل‌های بلندتر و بیشتر شدن فاصله پایه پل‌ها از تیر پیش‌تنیده استفاده می‌شود.

اعضای اصلی تشکیل دهنده قا‌ب‌های بتنی

1. ستون‌ها
2. تیرها
3. دیوارهای برشی

ستون‌ها

عضوی که برای تحمل فشار محوری طراحی می‌شود‌. ستون‌های بتن آرمه با توجه به نوع مسلح کردن آنها به سه دسته تقسیم ‌می‌شوند.

1. ستون‌های با تنگ بسته
2. ستون‌های دور پیچ
3. ستون‌های مرکب

ستون‌های با تنگ بسته

به ستونی که دارای مقطع مربع و مستطیل باشد و در آن آرماتورهای طولی توسط تنگ‌های جانبی محصور شده باشند.

ستون‌های دور پیچ

به ستونی گفته می‌شود که مقطع آن معمولاً به شکل دایره است. آرماتورهای طولی در یک محیط دایره توسط یک آرماتور مارپیچ در محل خود قرار می‌گیرند.

ستون‌های مرکب

به ستونی گفته می‌شود که در آن نیمرخ‌ها ساختمانی، لوله یا قوطی همراه با بتن استفاده شود.

وظیفه آرماتورهای عرضی (خاموت‌ها) در ستون‌ها

• جلوگیری از ناپایداری آرماتورهای طولی ستون هنگام بتن ریزی
• جلوگیری از کمانش ستون‌ها و متلاشی شدن پوشش ستون‌ها
• امکان افزایش شکل پذیری با توجه به محدود نمودن فواصل ستون‌ها
• کنترل برش در ستون

وظیفه پوشش بتن حفاظت فولاد از اکسید شدن و آتش سوزی است.

پدستال

پدستال به عضو قائم فشاری گفته می‌شود که نسبت ارتفاع آزاد به حداقل بعد جانبی کمتر از ۳ باشد. وظیفه پدستال معمولاً هم تراز کردن ستون‌هایی که با هم اختلاف ارتفاع دارند.

تیرها

تیرها اعضایی هستند که وظیفه تحمل خمش را به عهده دارند.

دیوارهای برشی

برای مقابله با نیروهای جانبی (نیروهای باد یا زلزله) راه‌های مختلفی وجود دارد. عناصر مقاوم در مقابل نیروهای فوق شامل قاب خمشی، دیوار برشی، یا ترکیبی از این دو است. استفاده از قاب خمشی به عنوان عنصر مقاوم در مقابل نیروهای جانبی به خصوص اگر نیروهای جانبی در اثر زلزله باشند احتیاج به رعایت جزئیات خاصی دارد که شکل پذیری کافی قاب را تامین کند. این جزئیات غالباً از لحاظ اجرایی دست و پا گیر بوده است.

یکی از مطمئن‌ترین روش‌های مقابله با نیروهای استفاده از دیوارهای برشی است.

قرار گیری دیوار برشی در پلان تا حد امکان متقارن است.

مرکز ثقل هر طبقه حوالی مرکز صلبیت دیوارهای برشی باشد.

در مورادی که معماری نیاز به بازشو در نما دارد می‌توان از دیوارهای کوپله استفاده نمود.

نکات مهم در آرماتوربندی دیوار

در حالت دیوارهای خارجی که مستقیماً در معرض هوا قرار دارند آرماتور نباید کمتر از ۲۵٪ درصد در مورد فولاد با نقطه تسلیم بالا نسبت به حجم بتن باشد.

طرح جزئیات آرماتوربندی دیوار باید طوری باشد که ارتفاع یک طبقه را بتوان در یک عملیات بتن ریزی نمود. لذا آرماتورهای قائم باید از میله‌هایی به قطر کمتر از ۱۲ میلیمتر و فاصله مرکز تا مرکز ۳۰ سانتیمتر از یکدیگر تشکیل شده باشند تا بدین ترتیب قفس آرماتور بندی از استحکام کافی برخوردار شود.

نکات مهم در آرماتوربندی

میله گردهای آرماتور قسمت فوقانی ستون خم شده و در سمت داخل میله گردهای انتظار قرار داده شود. عکس حالت فوق غلط است.

میله گردهای انتظار ستون‌ها در شالوده و میله گردهای طولی در انتهای ستون‌ها باید به نحوی مطلوب مهار شوند. برای تامین مهاری باید سر میله گردها به زاویه ۹۰ درجه خم شود و حتی المقدور باید این خم به سمت خارج ستون باشد و نه به سمت داخل ستون زیرا علاوه بر اینکه اتصال و درگیری بتن بهتر است قسمت خم شده میله گرد مانع بتن ریزی ستون نمی‌شود.

در محل تغییر ابعاد مقطع ستون از ۵ الی ۷/۵ سانتیمتر بالاتر از سطح زیرین تیر یا دال میله گردهای طولی ستون خم شده به صورت شیبدار تا ۵ الی ۷/۵ سانتیمتر به سطح فوقانی تیر یا دال مانده ادامه یافته و در آنجا مجدداً در جهت عکس خم شده و به صورت قائم و به عنوان میله گردهای انتظار در داخل ستون بالایی ادامه یابند. مشروط به آنکه شیب قسمت‌های شیبدار از ۱ افقی به ۶ قائم تجاوز ننماید. در صورتی که شیب از این حد تجاوز کند باید میله گردهای ستون‌های طبقه پایین بریده شود و در جایی که ابعاد ستون تغییر می‌کند آنها را مهار نموده و برای ستون بالایی میله گردهای انتظار لازم را قرار داد.

قطع و مهار کردن میله گردهای ستون پایین باید ۱۰ الی ۱۲ سانتیمتر مانده به کف طبقه بالا انجام پذیرد تا خم میله گردهای مزبرو مزاحم عبور میله گردهای تیرهای طبقه نشوند.

در مناطق زلزله خیز در قسمت بالایی ستون در طولی به اندازه یک ششم طول آزاد آن در ضخامت تیر و در سمت پایین ستون در محدوده وصله پوششی میله گردهای انتظار یا در طولی برابر یک ششم طول آزاد ستون (هر کدام که بزرگتر باشند) تعداد تنگها برابر تا ۲ برابر کنترل شود و فاصله سفره‌های میله گردهای عرضی به همان نسبت تقلیل یابد.

فقط یک میله گرد می‌تواند به صورت آزاد بین خاموت‌ها باشد. پس خاموتی که به صورت سنجاقک در ستون می‌افتد حتماً باید با تنگ بسته روی هم و متصل به هم توسط سیم بسته شود. فاصله‌ای نباید بین سنجاقک و تنگ بسته وجود داشته باشد.

در صورتی آکس به آکس دو میله گرد مجاور بیش از ۱۵ سانتیمتر باشد باید یک خاموت (سنجاقک)، میله گردهایی را که فاصله آکس به آکس آن بیش از ۱۵ سانتیمتر است را در برگیرد.

خاموت‌ها طبق آنچه در نقشه‌های آرماتور گذاری تعیین شده است توسط آرماتوربند فاصله گذاری می‌شود. در هر فاصله از خاموت تغییر تا ۲/۵ سانتیمتر مجاز است اما باید در فاصله بعد یا دو تایی بعدی به طریقی جبران شود.

قطع میله گردها در یک سوم دهانه میانی است.

در سازه‌های شکل پذیر (کم – متوسط – زیاد) محل وصل میله گردهای ستون همواره بین ۱٪ تا ۶٪ است.

خم کردن میله گردهای انتظار باید قبل از قالب بندی صورت پذیرد.

در مواردی که وجه ستون یا دیوار بیش از ۷/۵ میلیمتر عقب نشستگی یا پیش آمدگی داشته باشد میله گردهای طول نباید به صورت خم زده به کار برده شوند و در محل عقب نشینی باید میله گردهای انتظار مجزا برای اتصال به میله گردهای وجوه عقب نشسته پیش بینی شود.

برای میله گردهای عرضی مارپیچ‌ها نباید از میله گرد کمتر از ۶ میلیمتر استفاده شود.

در هر طبقه مارپیچ باید از روی شالوده یا دال تا تراز پایین‌ترین میله گردهای طبقه فوقانی ادامه یابد.

حداقل قطر خاموت ۶ میلیمتر است.

قطر خاموتها نباید کمتر از مقدار زیر باشد.

1. ‌یک سوم قطر بزرگترین میله گرد طولی با قطر حداکثر ۳۰ میلیمتر
2. ‌۱۰ میلیمتر برای میله گردهای طولی با قطر بیشتر از ۳۰ سانتیمتر

فاصله دو خاموت متوالی در آبا

1. ‌۱۲ برابر قطر کوچکترین میله گرد طولی اعم از اینکه منفرد باشد یا عضوی از گروه میله گرد در تماس به شمار آید.
2. ‌۳۶ برابر قطر میله گرد خاموت
3. ‌کوچکترین بعد فشاری
4. ‌۲۵۰ میلیمتر

خم کردن میله گردها باید توسط دستگا خم زن صورت پذیرد.

در صورت نبود دستگاه خم زن باید به صورت دستی و تحت نظارت خم‌ها زده شود.

نکات مربوط به بتن ریزی

تمامی وسایل مربوط به بتن ریزی و سخت بتن باید تمیز باشند.

پیمانه کردن مصالح تشکیل دهنده بتن باید تا حد امکان به طریق وزنی انجام گیرد.

برای توزیع افزودنی‌های شیمیایی به دستورالعمل‌های کارخانه سازنده مواد شیمیایی توجه شود.

تمامی مواد زاید از جمله یخ باید از محل‌های مورد بتن ریزی تمیز شوند.

قالب‌ها باید به نحوی مناسب تمیز شوند.

مصالح بنایی که در تماس با بتن خواهند بود باید به خوبی خیس شوند.

قبل از ریختن بتن ریزی آب اضافی از محل بتن ریزی باید خارج شود.

قبل از ریختن بتن جدید روی بتن سخت شده قبلی باید لایه ضعیف احتمالی سطح بتن و هر نوع ماده زاید دیگر زدوده شود.

بتن باید طوری مخلوط شود که تمامی مواد تشکیل دهنده آنها به صورت همگن در مخلوط پخش شود. قبل از پر کردن مجدد باید مخلوط کن را کاملاً خالی کرد.

مخلوط کن باید با سرعت توصیه شده از طرف کارخانه سازنده چرخانده شود.

ترتیب ورود مواد متشکله بتن به مخلطو کن باید متناسب با نوع مخلوط کن و نوع بتن باشد.

عمل اختلاط باید حداقل ۱/۵ دقیقه پس از ریختن تمامی مواد تشکیل دهنده به داخل مخلوط کن ادامه یابد.

انتقال بتن از مخلوط کن تا محل نهایی بتن ریزی باید چنان صورت گیرد که از جدا شدن یا از بین رفتن مصالح جلوگیری شود.

در انتقال بتن به وسیله پمپ حداکثر نسبت اندازهسنگدانه‌ها به کوچکترین قطر داخلی لوله انتقال بتن نباید از مقادیر زیر تجاوز کند.

1. ‌۳۳٪ برای سنگدانه‌های گوشه
2. ‌۴٪ برای سنگدانه‌ها کاملاً گرد گوشه

سطح بتن ریزی به صورت لایه های افقی باید تراز باشد.

ویبراتور باید تا حد امکان به صورت قائم وارد بتن شود و به آرامی بیرون کشیده شود تا حباب هوا داخل بتن باقی نماند

انواع خر‌پا

انواع‌ خرپاها را در یک تقسیم بندی ساده می‌توان به گونه‌های زیر تقسیم نمود.

خرپای دو بعدی‌

در این دسته از خرپاها تمامی اعضای خرپا را می‌توان در یک صفحه جای داد. این بدان جهت است که از لحاظ هندسی اختلاف بعدی در نحوه قراگیری و جهت‌گیری اعضا وجود ندارد. بسیاری از طرح‌های کلاسیک خرپا در این دسته جای می‌گیرند. توانایی تحمل تنش‌ها و بارهای صفحه‌ای و حجم و ابعاد متناسب از نقاط قوت این گونه برشمرده می‌شود.

‌خرپای سه بعدی‌

خرپای این دسته از خرپاها بر خلاف نمونه قبل شامل شبکه‌ای از اعضا و اتصالات‌اند که روی هم حجمی را در برگرفته و در امتداد هر سه محور مختصات امتداد یافته‌اند. قدرت تحمل بارها و تنش‌های سه بعدی از مزایای این گونه خرپا به شمار می‌رود که البته این مزایا باعث افزایش هزینه و حجیم شدن سازه می‌شوند.

‌خرپای چند گانه‌

این دسته از خرپاها با هدف حذف نقاط ضعف و حفظ نقاط قوت دو گونه قبل ابداع شده‌اند. در این گونه از خرپاها معمولاً لینک‌های وسط به صورت تکی و لینک‌های بالا و پایین به صورت دوگانه و یا چندگانه طراحی می‌شوند. قدرت تحمل بارهای صفحه‌ای و مقاومت خمشی و کمانشی مناسب ‌در جهات گوناگون، در عین حفظ ابعاد متناسب از جمله نقاط قوت این گونه‌اند.

خرپا‌ی پرات‌

این نوع از انواع خرپا، برای ساخت پل و سازه‌های تاق مانند که بیشترین فشار اعمالی در آن‌‌ها در راستای عمودی است، گزینه‌ای بسیار مناسب و ایده‌آل شمار می‌‌رود.‌

مزایای خرپا‌ی پرات‌

آگاهی و اطلاع کامل از رفتار اعضای سازه، اعضای قطری تحت تنش کششی و اعضای عمودی تحت تنش فشاری هستند.

• با استفاده از طرح‌های فوق می‌‌توانید یک سازه مقرون به صرفه و اقتصادی بسازید.
• طراحی ساده
• طراحی مورد قبول و جا افتاده در میان صنعتگران
• وزن خود خرپا کمتر خواهد شد.
• ساخت سازه را تسهیل می‌‌کند.
• ‌هزینه‌های ساخت کاهش می‌‌یابد.

نقاط ضعف خرپا‌ی پرات‌

• اگر بار سازه در راستای عمود اعمال نشود به کارگیری این نوع از انواع خرپا مزیتی را در پی نخواهد داشت.

کاربرد

• مواقعی که به یک طراحی مقرون به صرفه و اقتصادی نیاز است.
• مواقعی که تلفیقی از چند نوع بار بر سازه وارد می‌‌شود.
• مواقعی که به یک سازه ساده احتیاج است

خرپا‌ی وارن‌

خرپا‌ی وارن یکی دیگر از ‌انواع خرپا به شمار می‌‌رود که می‌‌توان به راحتی و از روی ظاهرشان که به شکل مثلث متساوی الاضلاع است،‌ آنها را تشخیص داد‌.
یکی از مزایای عمده این خرپا توانایی سازه در پخش کردن بارهایی ست که به اعضای مختلف آن وارد می‌‌شود. لذا زمانی که از تمامی جهات بار، بر دوش سازه گذاشته می‌‌شود‌، استفاده از این نوع خرپا گزینه ایده آلی خواهد بود.‌ زمانی که فشار مشخصی بر روی یکی از بخش‌های خرپا متمرکز می‌‌شود، طراحی سازه به گونه‌ای است که نمی‌‌تواند با موفقیت این فشار را در میان اعضای خود توزیع کند، لذا در مواردی که فشار و بار وارد شده به سازه در تمامی جهات پخش می‌‌شود، می‌‌توان از خرپا‌ی وارن بهره برد. استفاده از آن در سازه‌هایی که بار بر روی یک نقطه متمرکز شده و در میان بخش‌های مختلف توزیع نشده، استفاده از این نوع خرپا منطقی‌ نخواهد بود.

مزایای خرپا‌ی وارن‌

• توزیع نسبتاً متوازن بارها در میان اعضای سازه
• طراحی نسبتاً ساده

نقاط ضعف خرپای وارن

• عملکرد ضعیف سازه زیر بارهای متمرکز
• با توجه به اعضای اضافی به کار رفته در طراحی آن، ساخت چنین سازه‌ای پیچیده‌تر و مستلزم صرف مواد و مصالح بیشتر است.

کاربرد

• سازه‌های بلند و طویل
• مواردی که توزیع بار در تمام سازه یکنواخت است.
• مواردی که به سازه‌ای ساده و بی‌‌تکلف نیاز است.

خرپا‌ی کی‌

نسخه پیچیده‌تر خرپا‌ی پرات به شمار می‌‌رود. با این تفاوت که اعضای عمودی این نوع خرپا کوتاه‌تر از نوع پرات است و این امر مقاومت بهتر سازه را در برابر تنش‌های خمشی در پی دارد. مزایا و معایب این دو نوع از انواع خرپاکاملاً مشابه‌ هم هستند اما استفاده از خرپا‌ی KK رونق و رواج چندانی نداشته و طراحی قوی و محکم این سازه نتوانسته این روند را معکوس کند. یکی از نقاط ضعف عمده این سازه غیر قابل پیش بینی بودن رفتار اعضای خرپاست. به عنوان مثال یکی از اعضای خرپا ممکن است زیر یک بار خاص به عنوان عضو کششی عمل کند و زمانی که بار دیگری به همان عضو اعمال شود، رفتارش تغییر کرده و به یک عضو فشاری تبدیل شود.

مزایای خرپا‌ی K‌

• کاهش تنش کششی در اعضای عمودی
• در صورتی که به درستی طراحی و اجرا شود، به فولاد کمتری برای ساخت آن نیاز است و در نتیجه هزینه‌های بنا کردن بنا کاهش و راندمان افزایش می‌‌یابد.

نقاط ضعف خرپا‌ی K‌

• طراحی نسبتاً پیچیده
• با توجه به اعضای اضافی به کار رفته در طراحی آن، ساخت چنین سازه‌ای پیچیده‌تر و مستلزم صرف مواد و مصالح بیشتر است.

شکل خرپا

خرپاهاى ساده از تعدادى شبكه مثلثى تشكيل می‌يابند و دليل استفاده از هندسه مثلثى در خرپاها، پايدارى هندسى مثلث نسبت به ساير اشكال هندسى است. چرا كه در مثلث تغيير زاويه مشروط به تغيير طول اضلاع آن بوده و اين تغيير در هندسه مثلثى خرپاها به سادگى اتفاق نمی‌افتد درحالى كه در يك هندسه چهارضلعى بدون تغيير طول اضلاع آنها تغییر شکل به راحتی صورت می‌گیرد.

انواع سازه‌های خرپایی‌

‌خرپا ساده simple truss‌

با اتصال سه عضو در دو گره به صورت مفصلی با یکدیگر یک مثلث تشکیل شده که به آن مثلث بنیادی خرپا گفته می‌شود. توسعه خرپا هر بار با اضافه نمودن دو عضو و یک گره صورت می‌گیرد. اعضای جدید در گره (محل تقاطع دو یا چند عضو را گره می‌گویند) جدید به یکدیگر مفصل شده و انتهای دیگر آنها به گره‌های موجود مفصل می‌شوند. خرپاهایی که بدین نحو ایجاد میشوند به خرپاهای ساده موسومند.

‌خرپای مرکب یا Compounded Trusses‌

خرپای مرکب خرپایی‌ که از اتصال و ترکیب دو یا چند خرپای ساده ایجاد می‌شود.

‌خرپای پیچیده و مبهم‌

به خرپایی که شرایط خرپای ساده و مرکب را نداشته باشد خرپای مبهم گفته می‌شود.

مهاربندی خرپا‌

اعضای خرپا لنگر خمشی را تحمل نمی‌کنند و پایداری اعضا در صفحه‌ی خرپا توسط گره‌ها تامیین می‌شود به همین دلیل می‌توان اعضا خرپا را از پروفیل‌های نازک‌تری ساخت که این موضوع باعث ایجاد مسئله پایداری ارتجاعی می‌شود که برای پایداری خرپا در جهت جانبی از مهاربند استفاده می‌کنند.

اتصالات خرپا

پس از تعیین حداقل سطح مقطع اعضا، طراحی اتصالات خرپا آخرین گام در طراحی خرپا است. اعضای خر‌پاها به وسیله جوش‌، پیچ و مهره و یا پرچ به یکدیگر متصل می‌شوند. بر اساس نیازهای پروژه، اتصالات خرپا داخلی (مفاصل) می‌تواند به شکل سفت و سخت، نیمه سفت و سخت، یا لولا طراحی شود.

اتصال اعضا گاهی به طور مستقیم و گاهی به وسیله ورقی موسوم به (ورق اتصال) صورت می‌گیرد. بنابراین در عمل، نه تنها حالت اتصال مفصلی در انتهای اعضا وجود دارند، بلکه پیوند آن‌ها به یکدیگر و به ورق اتصال از گیرداری قابل ملاحظه‌ای نیز برخوردار است. توجه به نکاتی خاص موجب می‌شود که فرض اتصال مفصلی و نیروی محوری خالص در اعضای خرپاها واقعیت بیشتری پیدا کند.‌ در طرح خرپا سعی می‌شود تا امتداد محور میله‌ها از نقطه مشترکی بگذرد. همچنین اعمال نیروهای خارجی به محل گره‌ها از شرایط دیگر این فرض است.

به طور کلی برای حل خرپا دو روش وجود دارد. روش اول تعادل مفصلی و روش دوم تعادل برشی است. روش تعادل مفصلی، روشی با قاعده و مراحل انجام آن مشخص است اما برای خرپاهای دو بعدی معمولاً محاسبات بیشتری را نسبت به روش تعادل برشی نیاز دارد. روش تعادل برشی کمی نیاز به ابتکار دارد اما برای خرپاهای دو بعدی معمولاً جواب را سریع تر نتیجه می‌دهد و برای حل تست‌های آزمون مناسب‌تر است. در روش تعادل مفصل ابتدا سعی می‌شود با استفاده از معاملات تعادل کل سیستم، نیروهای تکیه گاه‌های خرپا یا حداقل بعضی از آنها محاسبه شود. البته این مورد همیشه امکان پذیر نیست زیرا ممکن است تعداد قیود تکیه گاهی از تعداد معاملات تعادل بیشتر باشد، سپس تعادل هر یک از مفصل‌های خرپا در نظر گرفته شده و برای هر یک ۲ معادله تعدل افقی و عمودی نوشته می‌شود. به این ترتیب تعدادی معادله برای پیدا کردن مجهولات (نیروهای اعضا و نیروهای تکیه گاهی که هنوز مجهول هستند) به وجود میآید.

اصول ساخت خرپاها

چون در خرپاها فرض می‌شود که اعضا در انتهای خود به اعضای دیگر لولا شده‌اند، بنابراین ‌(شکل مثلثی)‌ تنها شکی پایدار خواهد بود. اگر شبکه در یک صفحه واقع باشد، خرپا را ‌(خرپای صفحه‌ای)‌ و اگر شبکه فضایی باشد، خرپای حاصل را ‌(خرپای فضایی)‌ می‌گویند. مطالعه خرپایی نشان می‌دهد که خرپای مثلثی تحت تاثیر نیروی وارد آمده تغییر شکل نمی‌دهد مگر این که یکی از اعضای آن خم شده یا بشکند. شبکه‌هایی که به صورت چهار عضو یا بیشتر باشند، پایدار نیستند و تحت تاثیر نیروهای موثر فرو می‌ریزند. این شکل‌ها بدون این که در طول و اندازه اعضای آن‌ها تغییری رخ دهد، تغییر فرم می‌دهند.

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.

معرفی سیستم سازه‌ای قاب خرپایی متناوب

‌‌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 می‌شود 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)‌.

سیستم قاب خرپایی متناوب یک ایده جدید در سازه‌های فلزی مخصوصاً سازه‌های بلند است.‌ برای تامین شکل پذیری کافی این سیستم از یک قاب ویراندل با عملکرد خمشی در وسط دهانه قاب خرپایی استفاده می‌شود‌. فلسفه طراحی لرزه‌ای در این سیستم به گونه‌‌ای است که تغییرشکل‌های غیر الاستیک و خرابی‌های احتمالی باید محدود باشد. تا هم پایداری کلی سازه حفظ شود و هم هزینه تعمیر و مقاوم سازی پس از وقوع زلزله به حداقل برسد. برای این منظور ابعاد مقاطع به گونه‌ای انتخاب می‌شود که تحت بارهای جانبی مفاصل پلاستیک تنها در قاب ویراندل ایجاد شود و سایر اعضای خرپایی و ستون‌ها کاملاً الاستیک باقی بماند. که این امر سبب کنترل خرابی در ناحیه کم خطر شده و هزینه مقاوم سازی را نیز به حداقل می‌رساند.

‌مزایا‌

• 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 اجرایسقف‌های کاذب به علت تغییرات در ارتفاع مقاطع‌)
• افزایش مقاومت ساختمان در مقابل حریق به علت فاصله ی زیاد ستون ها
• 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

سازه نگهبان خرپایی (Guardian truss structures)

یکی از روش‌های پایدار سازی جداره گودبرداری است. سازه نگهبان خرپایی متداول‌ترین روش پایداری سازی در گودهای با عمق متوسط است. در این روش پروفیل‌های فولادی خرپایی، در فواصل معین به دیواره گود، تکیه داده می‌شود. خرپاها با تحمل فشار جانبی ناشی از سربار خاک، و انتقال آن به زمین، مانع از ریزش دیواره گود می‌شود.

‌شروع اجرای سازه نگهبان خرپایی،‌ قبل از گودبرداری است. در بعضی از مواقع، ممکن است این کار حتی قبل از تخریب سازه قدیمی آغاز شود. شروع سازه نگهبان با حفر چاهک آغاز می‌شود. حُسنِ این کار این است که قبل از گودبرداری خاک از تراکم خوبی برخوردار است‌. به همین دلیل امکان ریزش دیواره چاهک کمتر است.

خرپای‌ فضایی‌

یکی از مقاومترین و جالبترین سازه‌ها‌ی شبکه فضایی ‌‌یا خرپای فضایی است‌. از خرپاهای فضایی‌، به علت سختی و استحکام زیادی که دارند‌، برای پوشش فضاهای کارخانه‌ها‌، نمایشگاه‌ها‌، استخرها و … استفاده می‌شود‌. در عمل از این سیستم برای پوشاندن سقف‌هایی به مساحت ۹۰×۹۰ بدون بهره‌گیری از ستون استفاده می‌کنند‌. در طی سال‌های اخیر از شبکه‌های دو لایه‌ای که یک یا هر دو لایه آنها از شش ضلعی‌هایی تشکیل می‌‌شود‌، برای احداث بام استفاده‌ شده است‌. جنس و نوع پروفیل‌های به کار رفته در خرپاهای فضایی ممکن است لوله فلزی‌، آلومینیومی ،نبشی و یا قوطی باشد که اتصالات به صورت مفصلی است‌.

همیشه کار ها اونجور که می خوایم پیش نمی ره! جک هنوز مجرد بود ، با پدرش زندگی می کرد و همان کسب و کار خانوادگی را ادامه داده بود . می دانست که وقتی پدر بیمارش بمیرد ، ثروت هنگفتی را به ارث خواهد برد . تصمیم گرفت با دختری زیبا ازدواج کند . یک روز عصر در جلسه سرمایه گذاری ، چشمش به زیباترین زنی که در عمرش دیده بود افتاد . زیبایی طبیعی زن برایش حیرت آور بود . نزدیکش رفت و گفت : "شاید ظاهرم شبیه افراد معمولی باشد ولی تا چند سال دیگر پدرم خواهد مرد و ۶۵ میلیون دلار به من خواهد رسید ." زن که بسیار تحت تاثیر قرار گرفته بود ، کارت ویزیت جک را گرفت ... سه روز بعد ، آن زن ، مادر خوانده اش شده بود !