خرپاها

خرپا مجموعه ای مثلثی شکل است که بارها را به وسیلة ترکیبی مثلثی شکل از اعضا با اتصال مفصلی به تکیه گاه ها منتقل می کند. در اعضای خرپا فقط فشار و کشش ( نه برش و خمش) ایجاد می شود و تمامی نیروهای رانشی به صورت داخلی در آن 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 معمولاً با نیروی محوری یکجا در نظر گرفته شده و در عمل در تحلیل ها نادیده گرفته می شوند.

واحد هندسی اصلی خرپا مثلث است. مثلثث شکل ثابتی است که فرم آن بدون تغییر طول اضلاع حتی با اتصالات مفصلی نیز تغییر نمی کند. اتصالات در بقیة چند ضلعی ها (مانند مستطیل) غیر پایدار هستند (تصویر ب – 1 – 4 ).

اگر کابلی بین دو نقطه کشیده شده باشد، نیروی افقی به وسیلة تکیه گاه ها (که ثابت شده اند، تصویر الف-1-4) خنثی می شود. اگر وضعیت به گونه ای تغییر کند که یکی از تکیه گاه ها مفصلی و تکیه گاه دیگر غلتکی شوند، سیستم غیرپایدار می گردد زیرا هر دو تکیه گاه می توانند عکس العمل نیروی عمودی را تحمل نمایند ولی تکیه گاه غلتکی به وسیله نیروی افقی کابل به سمت مرکز کشیده خواهد شد. این مجموعه به عنوان یک خر پای ساده با هندسه مثلثی و دارای اتصالات گیردار و مقاومت درونی عمل می کند (تصویر ج-1-4).

اگر مجموعة خرپایی که در تصویر ج-1-4 نشان داده شده است معکوس گردد، نیروهای کششی و فشاری نیز معکوس خواهند گردید. تصویر 2-4 سیر تکاملیی خرپاهای پیچیده تری را نشان می دهد. توجه کنید که در حالت واحد اصلی هندسی به شکل مثلث باقی می ماند.

اعضای بالا و پایین خرپا به ترتیب میلة فوقانی و تحتانی خرپا نامیده می شوند. تمامی اعضای بین میله های فوقانی و تحتانی اعضا 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. در هر دو نوع خرپای ذکر ششده دهانه ها در یک جهت قرار گرفته اند (خصوصیات دهانه های غیر هم جهت در بخش 5 به عنوان قاب های فضایی تحت یک سیستم مستقل مورد مطالعه قرار می گیرند).

انواع خرپا

شکل محیطی اکثر خرپاهای فضایی مثلث و مستطیل قوسی شکل (انحنا رو به بالا یا پایین) یا کوژ (با انحنا به سمت بالا و پایین) می باششد. این اشکال محیطی به مثلث های کوچکتر تقسیم می شوند. تمامی اعضای کششی و فشاری به وسیلة اتصالات مفصلی (مانند لولای اجرا شده با پیچ) به یکدیگر متصل می باشند (نگاه کنید به تصاویر 3-3 تا 10-4).

مطالعات موردی خرپا

مرکز فرهنگی ژرژ پومیدو Centre George Pompidou

هدف ما قرار دادن سازه در بیرون ساختمان برای رسیدن به بیشترین انعطاف پذیری در فضاهای ساختمان می باشد، اگر چه ظاهراً به نظر می رسد در این حالت سازه عمر کوتاه تری نسبت به ساختمان دارد.

«ریچارد راجرز- در مرکز فرهنگی ژرژ پومیدو»

به دلیل نقش این ساختمان به عنوان یک مرکز ملی هنری، مرکز فرهنگی ژرژ پومیدو (1977: پاریس، مهندس معمار: پیانو و راجرز، مهندس سازه: اوو آروپ و همکاران) حتی قبل از اتمام کار نیز به عنوان یک ماشین غیر قابل انعطاف با اصول زیبایی شناسی مورد بحث قرار گرفت. تضادی مابین ساختمانی جدید با منطقه ای تاریخی که درون آن قرار گرفته است.

هدف طراحان این ساختمان، ایجاد بنایی «بدون ساخت» بوده است که برای رسیدن به آن پرده ای شفاف در پشت سازه قرار داده شد که می توان فعالیت های مختلف و نمایشگاه ها را با حفظخصوصیات هر یک در آن برگزار کرد. این ساختمان طرحی ابتکاری در سازه و جزئیات اجرایی دراد. حجم مکعب مستطیل شکل آن طولی برابر 551 فوت (168 متر) داشته و برای توسعة آینده و گسترش از بخش انتهایی آن نیز تدابیری صورت گرفته است. داکت های عمودی و سایر خدمات مکانیکی در نمای خیابان شرقی قرار گرفته و با رنگهای روشن رنگ آمیزی شده اند.

به علت اینکه پوشش فلزی دیوارها در پشت سازه نمایان آن قرار گرفته است، سیرکولاسیون داخلی و خدمات مکانیکی، نمود بسیار کمی در نمای نهایی ساختمان دارند. (اورتون Orton، 1988، ساندکرواگن Sandker and Eggen، 1992) (تصاویر 11-4 و 12-4).

آنچه که به ساختار بصری ساختمان اهمیت می بخشد و بافت نما، مقیاس و جزئیات بصری را تعیین می کند، قاب خرپایی سازة اصلی آن است که بر روی سه عضو دیگر اثر می گذارد. اتصالات گیر دار به طور گسترده ای جهت ایجاد تأثیر بصری مطلوب و پاسخی به بارگذاری مناسب مقیاس بزرگ و حرکت در اثر دما مورد استفاده قرار می گیرند.

ساختمان از کل اجزای سازه شامل اعضاء اتصالات و اسکلت حجیم فولادی که تیرهایی از آن به وسیلة قلاب هایی آویزان است، استفاده می کند، در نتیجه به سازه و کل ساختمان انرژی و پویایی می بخشد. بخشی از سازه که در بالای زمین قرار گرفته متشکل از 14 قاب دو بعدی با دهانه های 157 فوتی (48 متر) و یک بخش الحاقی 25 فوتی (6/7 متر) در هر طرف (برای حرکت افراد روی قسمت غربی و بخش خدمات مکانیکی در بخش شرقی) می باشد. این قاب ها شش طبقه بوده و ارتفاع هر طبقه برابر 23 فوت (7 متر) می باشد. قاب ها به وسیله دال های کف به یکدیگر متصل می شوند و با استفاده از میله های فولادی متقاطع در برابر نیروهای جانبی مهاربندی می شوند. قطر ستون های اصلی 34 اینچ (850 میلیمتر) بوده که به عنوان پایه های اصلی و ستون های لوله ای شکل فولادی با ضخامت زیاد که برای محافظت در برابر آتش سوزی با آب پر شده اند،‌عمل می نمایند. این ستون ها با اتصالات قاب فولادی با ضخامت زیاد که برای محافظت در برابر آتش سوزی با آب پر شده اند، عمل می نمایند. این ستون ها با اتصالات قاب فولادی اصلی دارای اتصال گیردار می باشند.

قلاب ها در بخش بیرونی انتهای محور اصلی به وسیلة یک میلة عمودی 8 اینچی (200 میلیمتر) نگاه داشته می شوند که گوشه های داخلی خرپای اصلی را نگاه می دارد. هر یک از دهانه های خر پا، طولی برابر 147 فوت(8/44 متر) و ارتفاعی برابر 3/9 فوت (82/2 متر) دارند. میلة فوقانی خرپا مضاعف بوده و قطر آن 16 اینچ (419 میلیمتر) و قطر میلة تحتانی 9 اینچ (225 میلیمتر) می باشد، لوله هایی به صورت تکی(فشار) یا توپر (کشش) اعضای فشاری را به صورت متناوب کامل می کنند، تمام اتصالات آنها به قالب فولادی و اعضای متصل به آن به صورت جوش می باشد.

تالار گاند Gund Hall

تالار گاند (1972: کمبریج، ماساچوست، مهندس معمار: جان اندروز) فارغ التحصیلان مدرسه طراحی هاروارد را با برنامه هایی در معماری، طراحی فضای سبز و طراحی شهری در خود جای می دهد. مفهوم طراحی، فضایی وسیع در یک کارگاه که ارتباطی بهتر بین دانشجویان رشته های مختلف را فراهم می سازد.

اندروز چنین توضیح می دهد: یک کارگاه بزرگ با فضاهایی کوچکتر که برای فعالیتهای بخصوصی به هم پیوسته اند. برای ایجاد فضای لازم مورد نیاز، کارگاه ها شبیه سینی هایی روی هم ردیف گشته و به وسیلة یک سطح شیب دار پوشیده شده اند. (تیلور و اندروز Taylor and ANDREWS، 1982).