مقدمه

با توجه به اینکه مفهوم خرپا (Truss) علاوه بر کاربرد گسترده در طراحی سازه‌ها، پل‌ها و سوله‌ها، در سیستم‌های تیرچه فلزی سقف نیز نقش اساسی دارد، در این مقاله به بررسی نحوه عملکرد خرپا در تیرچه‌های فلزی پرداخته می‌شود. همچنین عملکرد خرپایی در تیرچه‌های با جان باز (کرومیت) با تیرچه‌های فاقد بتن در جان (نیازیت) از منظر سازه‌ای، رفتاری و اجرایی مقایسه خواهد شد.

خرپا چیست؟

بر اساس آیین‌نامه‌ها و مراجع معتبر بین‌المللی، تعریف خرپا دارای الزامات مشخص هندسی و رفتاری است. مطابق Steel Joist Institute (SJI) و همچنین AISC و Eurocode 3، خرپا سیستمی است که در آن انتقال بار عمدتاً از طریق نیروهای محوری در اعضایی که به‌صورت مثلث‌های واقعی آرایش یافته‌اند انجام می‌شود و اتصالات رفتاری نزدیک به مفصلی دارند.

خرپا سیستمی سازه‌ای متشکل از اعضای مستقیم است که به‌صورت مثلثی به یکدیگر متصل شده‌اند. هر عضو خرپا صرفاً برای تحمل نیروی کششی یا فشاری محوری طراحی می‌شود و در حالت ایده‌آل، اعضا فاقد لنگر خمشی و نیروی برشی هستند.

در تحلیل کلاسیک خرپاها، اتصالات به‌صورت مفصلی در نظر گرفته می‌شوند و کل سیستم در برابر بارگذاری به‌صورت یک سازه خمشی معادل رفتار می‌کند، در حالی که اعضای منفرد تنها نیروهای محوری را تحمل می‌کنند.

عملکرد خرپا در تیرچه با جان باز (کرومیت)

مطابق تعریف SJI، سیستم‌هایی که اعضای جان آن‌ها به‌صورت پیوسته بوده و هم‌زمان تحت اثر کشش و فشار قرار می‌گیرند، از دیدگاه آیین‌نامه‌ای در دسته خرپاهای ایده‌آل قرار نمی‌گیرند و ممکن است دچار تنش‌های ثانویه و خمش ناخواسته شوند (ANSI/SJI 100).

در تیرچه‌های با جان باز موسوم به کرومیت، عضو میانی یا جان تیرچه به‌صورت زیگزاگ پیوسته اجرا می‌شود. این عضو:

• دارای شکل هندسی کاملاً مثلثی نیست

• به‌صورت متناوب تحت کشش و فشار قرار می‌گیرد

• در واقع یک عضو پیوسته است که هم‌زمان تنش‌های کششی و فشاری را تجربه می‌کند

به همین دلیل، اطلاق عنوان «خرپا» به این سیستم با ابهام سازه‌ای همراه است. در این نوع تیرچه‌ها، در محل قوس‌ها و شکست‌های زیگزاگ، تمرکز تنش بالایی ایجاد می‌شود.

بتن موجود در جان تیرچه کرومیت تا حدی از بازشدگی و جمع‌شدگی قوس‌ها جلوگیری می‌کند، اما این عملکرد به‌شدت وابسته به:

• کیفیت دانه‌بندی بتن

• ویبره مناسب در جان تیرچه

• عمل‌آوری صحیح بتن

در صورت ضعف اجرای بتن جان، به‌ویژه در شرایط بارگذاری دینامیکی مانند زلزله، بتن جان کارایی واقعی خود را از دست داده و در بلندمدت، سقف دچار خیز تدریجی می‌شود؛ چراکه هر قوس زیگزاگ هم‌زمان تحت کشش و فشار قرار دارد.