قاب و خرپا از جمله اجزای پرکاربرد در ساختمان سازی به شمار می‌روند. این دو سازه از نظر کاربرد و ساختاری شباهت‌ها و تفاوت‌هایی با یکدیگر دارند. خرپا و قاب هر دو توسط بعضی از اعضای مثلثی ساخته شده و به اتصالات وصل می‌شوند. خرپا و قاب هر یک با توجه به ویژگی‌هایی که دارند، کاربردهای خاصی را در ساختمان‌ها دارند. اینکه خرپا و قالب چیستند؟ تفاوت خرپا با قاب در چیست؟ از جمله موضوعاتی است که در این مقاله از ویکی ساختمون به دنبال پاسخ دادن به آن‌ها هستیم.
خرپا چیست؟
قبل از پرداختن به تفاوت میان خرپا و قاب به ارائه تعریفی مختصر از هر یک می‌پردازیم. خرپا به اجزا و سازه‌هایی مثلثی شکل در ساختمان سازی گفته می‌شود که بخش‌های مختلف آن فاقد هر گونه انحنا بوده و اتصال آن‌ها به یکدیگر به صورت لولا است. استفاده از این سازه در مکان‌های مسقف شده و قسمت‌هایی که از زیربنای وسیعی برخوردار هستند، صورت می‌گیرد.
از ویژگی‌های خرپا میتوان به تحمل آن‌ها در برابر نیروهای فشاری و کششی اشاره کرد. این ویژگی سبب می‌شود خرپا تغییر شکل هندسی ندهد. این سازه در دسته سازه‌های ساده باربر قرار گرفته و در ساخت پل، سقف و سازه‌های هوا فضا از آن‌ها استفاده می‌شود. از آن جایی که اجزای سازه خرپا به شکل مفصلی به یکدیگر متصل هستند، نیروی گشتاور در آن‌ها تاثیری ندارد.
انواع خرپا و کاربرد آن‌ها
خرپاها را بر اساس ساختاری که دارند به سه نوع اصلی ساده، صفحه‌ای و فضایی تقسیم کرده‌اند. بر همین اساس، میتوان آن‌ها را در دسته‌های دو بعدی، سه بعدی، چندگانه، پرات، وارن و کی قرار داد. هر یک از این خرپا با توجه به ویژگی‌های خود، کاربردهای خاصی دارند.
| نوع خرپا | توضیحات و کاربردها |
| خرپای دو بعدی | به لحاظ هندسی اختلاف دو بعدی در آن‌ها وجود ندارد. در این نوع خرپا میتوان تمام اجزای خرپا را در یک صفحه قرار داد. |
| خرپای سه بعدی | مجموعه‌ای از اجزا و اتصالات است. از مزایای استفاده از خرپاهای سه بعدی میتوان به قابلیت تحمل بارهای سه بعدی اشاره کرد. این ویژگی باعث افزایش حجم سازه می‌شود. |
| خرپای چندگانه | در جهت بر طرف کردن نقاط ضعف و تقویت نقاط قوت از خرپای چندگانه استفاده می‌شود. مزایا و ویژگی‌های این گونه خرپاها میتوان به توان ظرفیتی بالای آن‌ها در تحمل بارهای صفحه‌ای و مقاومت خمشی و کمانشی مناسب در جهت‌های مختلف، اشاره کرد. این ویژگی با حفظ ابعاد متناسب در خرپا صورت می‌گیرد. |
| خرپای پرات | در ساخت پل و سازه‌های طاق مانند کاربرد دارد. بیش‌ترین فشار اعمالی در راستای عمودی صورت می‌گیرد. از مزایای این خرپا باید به طراحی ساده، وزن کم، ساده سازی ساخت سازه، کاهش هزینه ساخت و ساخت یک سازه مقرون به صرفه اشاره کرد. |
| خرپای وارن | زمانی که فشار وارد بر سازه در تمامی نقاط پخش می‌شود از این خرپا استفاده می‌شود. استفاده از این خرپا در سازه‌هایی که بار بر روی یک نقطه متمرکز می‌شود، مناسب نیست. از مزایای خرپای وارن باید به توزیع متناسب و برابر بارها در قسمت و اجزای مختلف سازه اشاره کرد. این خرپاها از طراحی نسبتاً ساده‌ای برخوردار هستند. |
| خرپای کی | در مقایسه با سایر خرپا مقداری پیچیده‌تر است. اجزای عمودی خرپای کی کوتاه‌تر از اجزای عمودی خرپای پرات است. این ویژگی سبب می‌شود سازه در برابر تنش‌های خمشی مقاومت بیش‌تری داشته باشند. از عمده‌ترین نقاط ضعف این سازه میتوان به غیر قابل پیش بینی بودن رفتار اجزای خرپا اشاره کرد. از مزایای خرپای کی میتوان به کاهش تنش کششی در اجزای عمودی و کاهش هزینه‌های بنا و در کنار آن افزایش راندمان آن اشاره کرد. |
ناگفته نماند که انواع بالا صرفاً چند نوع از خرپاهای مورد استفاده در ساختمان سازی هستند. خرپاها از نظر شکل هندسی نیز انواع مختلفی دارند که بحث در خصوص آن‌ها در مقوله این محتوا نمی‌گنجد.
قاب چیست؟
قاب در واقع به سازه‌ای گفته می‌شود که در آن اتصال تیر به ستون با بهره‌گیری از انواع مفصل صورت می‌گیرد و از جوانبی با خرپا تفاوت دارد. در اتصال مفصلی بین تیر و ستون هیچ نوع لنگری مبادله نمی‌شود و فقط در این اتصال از جدا شدن اعضا تیر و ستون از یکدیگر ممانعت می‌شود، یعنی زاویه تیر و ستون در محل اتصال می‌تواند از 90 درجه بیشتر یا کمتر شود. قاب‌ها در ساختمان دو وظیفه تحمل بارهای ثقلی یا همان بارهای مرده و وزنده و تحمل بارهای ناشی از زلزله و باد را بر عهده دارد.
مطلب پیشنهادی: اسکلت ساختمان چیست؟ از فلزی و بتنی تا LSF و CFT
انواع قاب و کاربرد آن‌ها
به طور کلی قاب‌ها را به صورت زیر دسته بندی می‌کنند.
- قاب ساده (اتصالات مفصلی)
- قاب خمشی (اتصالات صلب)
- قاب دوگانه (اتصالات نیمه صلب)
قاب ساده
قاب نوع ساده یا قاب سازه‌ای مهاربندی‌شده، اتصالات برقرار شده میان بخش‌های مختلف قاب با استفاده از مفصل‌ها برقرار شده است و به همین دلیل هم امکان برقراری هیچ گونه لنگری وجود ندارد. در این نوع از سیستم قاب، انتقال بارهای مرده و زنده بر عهده تیر و ستون است.
قاب خمشی یا صلب
قاب‌هایی از نوع خمشی به منظور کنترل نیروهای جانبی به مانند نیروهای وارد شده بر ساختمان ناشی از زلزله استفاده می‌شوند.
قاب‌های خمشی را به سه نوع قاب خمشی معمولی، متوسط و ویژه دسته بندی می‌کنند. در قاب خمشی از دیوار برشی و مهاربند استفاده نمی‌شود و بارهای جانبی به واسطه قاب خمشی مهار می‌شوند. استفاده از این سیستم عموماً در ساختمان‌های اداری به چشم می‌خورد. چرا که در این گونه ساختمان‌ها نیاز به فضایی منعطف با کاربری‌های متنوع است و از آن جایی که استفاده از این سیستم باعث ایجاد فضای آزاد معماری می‌شود، برای انجام این کار مناسب است.
بیشتر بخوانید: سازه دیاگرید چیست؟ مزایا، معایب و کاربردها
قاب خمشی معمولی
از ویژگی‌های قاب خمشی معمولی میتوان به استفاده از جزئیات دقیق در ساخت اجزاء آن اشاره کرد. این جزئیات به اندازه‌ای است که از ایجاد هرگونه تغییر شکل فرا ارتجاعی اندک در هنگام زلزله می‌کند. استفاده از سیستم قاب خمشی معمولی در مناطقی با احتمال پایین زلزله، امکان پذیر است.
قاب خمشی متوسط
قاب خمشی متوسط به آن دسته از انواع قاب‌های ساختمانی گفته می‌شود که می‌تواند در برابر تغییر شکل‌های فرا ارتجاعی محدودی از خود مقاومت نشان دهد. از ویژگی‌های ساختاری این قاب‌ها میتوان به وجود مفصل‌های پلاستیکی در انتهای تیر و در خارج از قسمت اتصال تیر به ستون اشاره کرد. این مفاصل پلاستیکی دارای ظرفیت دورانی می‌باشند. استفاده از این نوع قاب خمشی در مناطقی با ریسک زلزله از کم تا متوسط صورت می‌گیرد.
قاب خمشی ویژه
قاب‌های خمشی ویژه به قاب‌های ساختمانی گفته می‌شود که می‌توانند تغییر شکل‌های فرا ارتجاعی قابل ملاحظه‌ای را تحمل کنند. از سیستم قاب خمشی ویژه باید در مناطق زلزله خیز استفاده کرد.
تفاوت خرپا با قاب در چیست؟
انواع خرپا با انواع قاب از نظر شکل هندسی و ساختاری و همچنین کاربردهایی که دارند تفاوت هایی با یکدیگر دارند. شاید بتوان نحوه اتصالات اجزای مختلف در این دو سازه را یکی از مهم‌ترین تفاوت ها دانست.
به طور کلی اعضای قاب مانند تیر هستند که عمدتاً برای حمل بارهای عرضی یا جانبی در طول خود طراحی شده‌اند. این بارهای خارجی باعث ایجاد نیروهای داخلی مانند برش و گشتاور خمش می‌شوند. برخی از اعضای قاب (مانند ستون‌ها) حتی می‌توانند برای تحمل بارهای محوری (طولی) زیاد طراحی شوند. این نوع اعضا به دلیل نحوه اتصال آن‌ها به یکدیگر یا با دیگر سازه‌ها می‌توانند این بارها را تحمل می‌کنند. قاب‌ها از طریق اتصالات کاملاً سفت و سخت مانند جوش یا پیچ و مهره به یکدیگر اتصال داده می‌شوند که امکان انتقال برش و گشتاور را فراهم می‌کند.
از سوی دیگر در خصوص تفاوت خرپا با قاب میتوان عنوان داشت که وقتی که یک خرپا را متصور می‌شویم، معمولاً میله‌هایی که توسط اتصالات پین به یکدیگر متصل شده‌اند به ذهن ما می‌آید. اعضای خرپا با استفاده از اتصالات پین می‌توانند حرکاتی آزاد داشته باشند. این بدان معنی است که گشتاورهای برش و خم شدن به عضو منتقل نمی‌شوند. تنها نوع باری که یک خرپا می‌تواند تحمل کند، بارهای محوری است.
| قاب | خرپا | |
| مفصل | مفصل‌های سخت و ثابت در انتها | مفاصل از نوع پین در انتها |
| چرخش عرضی | ثابت | آزاد |
| بارهای داخلی | محوری، برشی، گشتاور خمشی و پیچشی | فقط محوری |
| بارهای خارجی | بارهای محوری، عرضی و پیچشی | فقط بارهای محوری |
به طور خلاصه، یک عضو از طریق نحوه اتصال در انتهای آن به عنوان خرپا و قاب طبقه بندی می‌شود که توانایی آن در تحمل انواع خاصی از بارها را تعیین می‌کند. تفاوت میان این دو در این است که خرپا چرخش آزاد دارند و فقط می‌توانند بارهای محوری را تحمل کنند. در حالی که قاب کاملاً اتصالی محکم و ثابت دارد و می‌تواند انواع بار را پشتیبانی کند. هنگامی که نوبت به استفاده از خرپا و قاب در سازه‌ها می‌رسد، یک خرپا می‌تواند سبک‌تر از قاب باشد زیرا فقط بارهای محوری را حمل می‌کند.
سخن آخر
قاب و خرپا از جمله اجزای مثلثی شکل به کار رفته در ساختمان سازی هستند که منظور کنترل نیروها و فشارهای وارد بر ساختمان استفاده می‌شوند. این دو سازه هر یک انواع مختلفی دارند. این دو سازه علاوه بر شباهت‌ها، تفاوت‌های قابل توجهی نیز با یکدیگر دارند. خوشحال خواهیم شد، نظرات خود را در خصوص این مقاله با ما در میان بگذارید.
