سیستم خرپای متناوب

ساختمان های مسکونی همچون آپارتمان ها، و هتل ها، عموما عرضی به انداره 18متر و طولی متغیر در بازه 30 متر تا 60 متر و یا بیشتر دارند. برای بهره وری  بیشتر پژوهشی در دانشگاه MIT انجام شد تا بتوان سیستم جدیدی را برای چنین سازه هایی به وجود آورد. سیستمی با نام خرپای متناوب در نتیجه چنین مطالعاتی به وجود آمد. در این سیستم خرپاهایی به ارتفاع یک طبقه تمامی عرض ساختمان را در جهت عرضی بین ستون های محیطی ، می پوشانند . خرپاها با الگویی متناوب به صورت یک در میان در طبقات مشابه  شکل زیر قرار می گیرند. 

کف ها به صورت دیافراگم عمل کرده در بار های جانبی را به خرپاها انتقال می دهند. بنابراین ستون ها ممانی را از عملکرد  قابی دریافت نمی کنند. برای فراهم سازی راهرو هایی پیوسته و غیر منقطع قطری های خرپا در محل قرار گیری راهرو ها که عموما در میانه خرپا هستند، مطابق شکل فوق حذف می شوند. از آن جایی که اعضای قطری حذف می شوند برش توسط عملکرد ویرندیل اعضا عمودی خرپا و یال بالا و پایین تحمل می شود. باز شوهای ویرندیل به غیر از آن هایی که برای راهره ها نیاز است به دلایل اقتصادی می بایست اجتناب گردد. طراحی خرپا بر مبنای یال های پیوسته و اعضای مفصلی جان می باشد. عمدتا مقاطع بال پهن برای یال ها انتخاب می شود زیرا که این مقاطع برای مقاومت در برابر لنگر های خمشی ثانویه بین نقاط پانل کارامد هستند.
یک مزیت دیگر این سیستم آن است که اجازه می دهد تا در طبقه زیرین فضای داخلی بدون ستونی به وجود آید. خرپاهای متناوب عمدتا به صورت یکنواخت در طول هر یک از واحد های مسکونی قرار گرفته اند. اگر چه می توان یک، دو و یا سه اتاق خواب را در یک طبقه با تغییر فواصل ستون ها، جا داد. این سیستم محدود به پلان ها ساده مستطیلی نمی شود. این سیستم می تواند در پلان های منحنی الخطوط و مارپیچ مطابق شکل زیر، استفاده شود.

رفتار

اندرکنش سه بعدی بین مهاربندی های عمودی یک ساختمان که به دیافراگم های کف متصل شده اند را مطابق شکل زیر در نظر بگیرید.

می بایست در نظر گرفته شود که به علت الزامات طرح معماری نیاز به آن داریم که مهاربند ها در قاب های A و B پایین تر از تراز طبقه دوم حذف شوند. اما مجاز هستیم که مهاربند ها را در میانه ساختمان مطابق با شکل زیر قرار دهیم. این تنظیمات اجازه می هد تا برش از مهاربندهای بیرونی به مهاربند های درونی توسط عملکرد دیافراگمی کف ها، انتقال پیدا کند. بنابراین  ستون های زیرین مهاربندهای بیرونی تنها تحت اثر تنش های محوری ناشی از لنگر های واژگونی  قرار می گیرند، در صورتی که تمامی برش ها توسط مهاربند های داخلی که در زیر تراز طبقه دوم قرار گرفته است تحمل می شوند. این رویکرد اساس عمکرد سازه ای سیستم های خرپایی متناوب می باشد. همان طور که در شکل زیر نشان داده می شود، بار جانبی در یک خرپای مشخص توسط کف ها به خرپای مجاور زیرین و به صورت پیوسته با همین منوال به طبقات دیگر انتقال می یابد.

ستون های بین طبقات همان طور که در شکل زیر نشان داده می شود، هیچ لنگر خمشی را در اثر عملکرد قابی دریافت نمی کنند. این مسئله به این علت است که کل ساختمان در در تمامی ارتفاع خود مجهز به خرپاهای عمودی است که یک سازه کارامد را تشکیل داده است. از آنجا که خرپا ها در تراز های متناوب روی خطوط بین ستون ها مجاور، قرار گرفته اند، در راستاط طولی ساختمان فضا های داخلی بدون ستون در دوهانه به وجود آمده است.

منبع:

دپارتمان سازه شرکت کارگشا