تحقیق خرپاها
خرپاها;واحد هندسی;خرپا;هندسه مثلثی;خرپاهای فضایی;مطالعات موردی خرپا
خرپاها
خرپا مجموعه ای مثلثی شكل است كه بارها را به وسیلة تركیبی مثلثی شكل از اعضا با اتصال مفصلی به تكیه گاه ها منتقل می كند. در اعضای خرپا فقط فشار و كشش ( نه برش و خمش) ایجاد می شود و تمامی نیروهای رانشی به صورت داخلی در آن خنثی می گردد. در عمل، ممكن است تنش خمشی در بین اتصالات به میزان كمی در اثر اصطكاك آنها و بارهای وارده و پخش شده در اعضا بوجود آید: این نیروها معمولاً با نیروی محوری یكجا در نظر گرفته شده و در عمل در تحلیل ها نادیده گرفته می شوند.
واحد هندسی اصلی خرپا مثلث است. مثلثث شكل ثابتی است كه فرم آن بدون تغییر طول اضلاع حتی با اتصالات مفصلی نیز تغییر نمی كند. اتصالات در بقیة چند ضلعی ها (مانند مستطیل) غیر پایدار هستند (تصویر ب – 1 – 4 ).
اگر كابلی بین دو نقطه كشیده شده باشد، نیروی افقی به وسیلة تكیه گاه ها (كه ثابت شده اند، تصویر الف-1-4) خنثی می شود. اگر وضعیت به گونه ای تغییر كند كه یكی از تكیه گاه ها مفصلی و تكیه گاه دیگر غلتكی شوند، سیستم غیرپایدار می گردد زیرا هر دو تكیه گاه می توانند عكس العمل نیروی عمودی را تحمل نمایند ولی تكیه گاه غلتكی به وسیله نیروی افقی كابل به سمت مركز كشیده خواهد شد. این مجموعه به عنوان یك خر پای ساده با هندسه مثلثی و دارای اتصالات گیردار و مقاومت درونی عمل می كند (تصویر ج-1-4).
اگر مجموعة خرپایی كه در تصویر ج-1-4 نشان داده شده است معكوس گردد، نیروهای كششی و فشاری نیز معكوس خواهند گردید. تصویر 2-4 سیر تكاملیی خرپاهای پیچیده تری را نشان می دهد. توجه كنید كه در حالت واحد اصلی هندسی به شكل 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 یك سطح قرار دارند،
در حالی كه خرپاهای فضایی در سه بعد، این اعضا را دارند. در هر دو نوع خرپای ذكر ششده دهانه ها در یك جهت قرار گرفته اند (خصوصیات دهانه های غیر هم جهت در بخش 5 به عنوان قاب های فضایی تحت یك سیستم مستقل مورد مطالعه قرار می گیرند).
انواع خرپا
شكل محیطی اكثر خرپاهای فضایی مثلث و مستطیل قوسی شكل (انحنا رو به بالا یا پایین) یا كوژ (با انحنا به سمت بالا و پایین) می باششد. این اشكال محیطی به مثلث های كوچكتر تقسیم می شوند. تمامی اعضای كششی و فشاری به وسیلة اتصالات مفصلی (مانند لولای اجرا شده با پیچ) به یكدیگر متصل می باشند (نگاه كنید به تصاویر 3-3 تا 10-4).
مطالعات موردی خرپا
مركز 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 كوتاه تری نسبت به ساختمان دارد.
«ریچارد راجرز- در مركز فرهنگی ژرژ پومیدو»
به دلیل نقش این ساختمان به عنوان یك مركز ملی هنری، مركز فرهنگی ژرژ پومیدو (1977: پاریس، مهندس معمار: پیانو و راجرز، مهندس سازه: اوو آروپ و همكاران) حتی قبل از اتمام كار نیز به عنوان یك ماشین غیر قابل انعطاف با اصول زیبایی شناسی مورد بحث قرار گرفت. تضادی مابین ساختمانی جدید با منطقه ای تاریخی كه درون آن قرار گرفته است.
هدف طراحان این ساختمان، ایجاد بنایی «بدون ساخت» بوده است كه برای رسیدن به آن پرده ای شفاف در پشت سازه قرار داده شد كه می توان فعالیت های مختلف و نمایشگاه ها را با حفظخصوصیات هر یك در آن برگزار كرد. این ساختمان طرحی ابتكاری در سازه و جزئیات اجرایی دراد. حجم مكعب مستطیل شكل آن طولی برابر 551 فوت (168 متر) داشته و برای توسعة آینده و گسترش از بخش انتهایی آن نیز تدابیری صورت گرفته است. داكت های عمودی و سایر خدمات مكانیكی در نمای خیابان شرقی قرار گرفته و با رنگهای روشن رنگ آمیزی شده اند.
به علت اینكه پوشش فلزی دیوارها در پشت سازه نمایان آن قرار گرفته است، سیركولاسیون داخلی و خدمات مكانیكی، نمود بسیار كمی در نمای نهایی ساختمان دارند. (اورتون Orton، 1988، ساندكرواگن Sandker and Eggen، 1992) (تصاویر 11-4 و 12-4).
آنچه كه به ساختار بصری ساختمان اهمیت می بخشد و بافت نما، مقیاس و جزئیات بصری را تعیین می كند، قاب خرپایی سازة اصلی آن است كه 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 حركت در اثر دما مورد استفاده قرار می گیرند.
ساختمان از كل اجزای سازه شامل اعضاء اتصالات و اسكلت حجیم فولادی كه تیرهایی از آن به وسیلة قلاب هایی آویزان است، استفاده می كند، در نتیجه به سازه و كل ساختمان انرژی و پویایی می بخشد. بخشی از سازه كه در بالای زمین قرار گرفته متشكل از 14 قاب دو بعدی با دهانه های 157 فوتی (48 متر) و یك بخش الحاقی 25 فوتی (6/7 متر) در هر طرف (برای حركت افراد روی قسمت غربی و بخش خدمات مكانیكی 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 كف به یكدیگر 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 كه به عنوان پایه های اصلی و ستون های لوله ای شكل فولادی با ضخامت زیاد كه برای محافظت در برابر آتش سوزی با آب پر شده اند،عمل می نمایند. این ستون ها با اتصالات قاب فولادی با ضخامت زیاد كه 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 یك میلة عمودی 8 اینچی (200 میلیمتر) نگاه داشته می شوند كه گوشه های داخلی خرپای اصلی را نگاه می دارد. هر یك 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 تكی(فشار) یا توپر (كشش) اعضای فشاری را به صورت متناوب كامل می كنند، تمام اتصالات آنها به قالب فولادی و اعضای متصل به آن به صورت جوش می باشد.
تالار گاند Gund Hall
تالار گاند (1972: كمبریج، 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 یك كارگاه كه ارتباطی بهتر بین دانشجویان رشته های مختلف را فراهم می سازد.
اندروز چنین توضیح می دهد: یك كارگاه بزرگ با فضاهایی كوچكتر كه برای فعالیتهای بخصوصی به هم پیوسته اند. برای ایجاد فضای لازم مورد نیاز، كارگاه ها شبیه سینی هایی روی هم ردیف گشته و به وسیلة یك سطح شیب دار پوشیده شده اند. (تیلور و اندروز Taylor and ANDREWS، 1982).
