Projektowanie konstrukcji budowlanych w kilku słowach.

Konstrukcje budowlane - od obciążeń, przez obliczenia statyczne i wymiarowanie, do rysunku wykonawczego.

W projektowaniu podstawowych konstrukcji żelbetowych takich jak belki, słupy, fundamenty itp. analogicznie jak w przypadku konstrukcji stalowych czy drewnianych, możemy wyróżnić kilka podstawowych faz tworzenia projektu:

• Faza 1 - Zestawienie i przyjęcie obciążeń czyli: ustalenie ich wartości i zakresów działania, współczynników obciążenia, charakteru, możliwych relacji oddziaływań.
• Faza 2 - Przyjęcie najbardziej optymalnego modelu schematu statycznego uwzględniającego takie parametry jak: warunki podparcia i łączenia poszczególnych elementów, długości obliczeniowe elementów oraz ewentualne sztywności podparć sprężystych.
• Faza 3 - Obliczenia statyczne wykonane na bazie przyjętego schematu statycznego prowadzące do uzyskania pełnej informacji o wartościach i zakresie sił wewnętrznych jakie mogą powstać w projektowanych elementach.
• Faza 4 - Wymiarowanie konstrukcji (stalowych, żelbetowych drewnianych), oraz sprawdzenie pozostałych warunków: stateczności, nośności podłoża, stanów granicznych użytkowania (osiadania, przemieszczenia, ugięcia, zarysowania).
• Faza 5 - Wykonanie na bazie przeprowadzonych obliczeń rysunków wykonawczych, uwzględniających wszystkie warunki konstrukcyjne przewidziane dla danego typu elementu stalowego, żelbetowego lub drewnianego.

Na przykładzie modułów do obliczeń konstrukcji żelbetowych w modułowym programie Konstruktor, możemy prześledzić jak na poszczególnych etapach tworzenia projektu, możemy wspierać się programem komputerowym i odwrotnie w których momentach to maszyna oczekuje wsparcia o wiedzę jaką posiada projektant. Opisany poniżej proces jest na tyle ogólny, że z małymi modyfikacjami, zależnymi od zakresu działania poszczególnych programów konstrukcyjnych, można stosować dla większości aplikacji w zakresie konstrukcji budowlano - inżynierskich.

W fazie pierwszej mamy do dyspozycji w programie Konstruktor, moduł do zbierania obciążeń. Aplikacja zawierając wszystkie podstawowe normy obciążeniowe, pozwala użytkownikowi na ustalenie wartości obciążeń i ich współczynników obciążenia. Obciążenia mogą być pogrupowane w odpowiednie pozycje obliczeniowe i zestawy obciążeń a następnie wykorzystane przy definiowaniu obciążeń w poszczególnych modułach obliczeniowych. Na tym w zasadzie kończy się wsparcie maszyny w tej fazie, dalej cały proces przyjmowania obciążeń na element zależny jest od wiedzy projektanta. To inżynier musi określić na jakich odcinkach i w jakich punktach działa wyliczone obciążenie, jaki ma ono charakter (stały lub zmienny, krótkotrwały lub długotrwały itp.), jakie mogą wystąpić niezależne grupy obciążeń zmiennych i jakie mogą być ewentualne relacje między nimi.

Cała faza druga jest w całości domeną projektanta i żadna maszyna nie zastąpi tu jego wiedzy i doświadczenia. Jedynym wsparciem jakie może dać komputer są ułatwiające pracę generatory typowych układów konstrukcyjnych i obciążeń, sztywności itp., które z założenia obejmują ograniczoną ilość przypadków. Przykłady takich generatorów występują np. w modułach Rama 2D i Wiązary drewniane. Z reguły występują tu dwa wzajemnie sprzeczne przypadki, które precyzyjnie widać na przytoczonych modułach. Albo program jest uniwersalny i pozwala liczyć praktycznie dowolne układy jak Rama 2D ale jego definiowanie nie jest całkowicie banalne, albo moduł przeznaczony jest do jednego bardzo konkretnego celu (np. Wiązary drewniane, Belka żelbetowa czy Fundamenty) i wówczas łatwe jest wprowadzanie obciążeń, definiowanie schematu i pełne wymiarowanie ale do ograniczonej z góry ilości możliwych schematów i geometrii. Częściowy wyjątek stanowi tu Belka żelbetowa, w której nie można co prawda policzyć kratownicy czy ramy, ale już schemat belki ciągłej może być praktycznie dowolny.

Faza trzecia w odróżnieniu od fazy drugiej jest całkowitą domeną maszyny i użytkownik nie wiele ma tu do powiedzenia. Liczenie statyki w Konstruktorze wykonywane jest dokładną, macierzową metodą przemieszczeń. Przy założeniu, że pierwsze dwie fazy zostały wykonane prawidłowo, wyniki tez będą zgodne z oczekiwaniem. Większość (98%) uwag zgłaszanych przez użytkowników, wyrażających swoje wątpliwości co do wyników, dotyczy tak naprawdę nieścisłości lub błędów wprowadzonych do układu w fazie pierwszej a zwłaszcza drugiej. Użytkownik może tu zdecydować jedynie jaki zakres policzonych wyników sił wewnętrznych ma być zaprezentowany w raportach. Wbrew pozorom w niektórych przypadkach może być to dość istotna decyzja, wpływająca istotnie na zalesienie kraju, kondycję firm papierniczych i koszt wydania opracowania.

Wymiarowanie konstrukcji wykonywane jest w całości przez maszynę na podstawie zaimplementowanego algorytmu liczącego. Jednak użytkownik ma tu do dyspozycji często wiele parametrów sterujących, którymi może wpływać na wyniki obliczeń. W przypadku konstrukcji żelbetowych są to np. dane materiałowe stali i betonu, dopuszczalna szerokość rys, dobór zbrojenia na rysy, zakres użytych średnic zbrojenia i typy zbrojenia, strefy o jednakowym zbrojeniu itp. Przy ustalaniu tych parametrów, użytkownik powinien mieć na uwadze dwa cele. Z jednej strony oczywiście otrzymanie wyników spełniających wszystkie warunki nośności i użytkowania i z drugiej możliwość konstruowania zbrojenia w ramach wykonywanego przez program rysunku wykonawczego.

Ostatnia faza tworzenia projektu sprowadza się do wykonania na podstawie obliczeń i wymagań konstrukcyjnych, rysunków wykonawczych. Jest to ostateczny cel projektu, który następnie w postaci dokumentacji przekazywany jest na budowę. Z tego powodu jest to chyba najbardziej istotny element opracowania i błędy popełnione na tym etapie mogą mieć swoje poważne konsekwencje. Z tego powodu wielu użytkowników decyduje się mieć ten proces pod całkowita kontrolą, tworząc rysunek ręcznie od podstaw. Ponieważ jednak jest to proces, który pochłania znaczną część czasu przeznaczoną na opracowanie, w programie Konstruktor dla modułów żelbetowych, program sam na podstawie obliczeń, warunków konstrukcyjnych i kilku danych uzupełniających, wykonuje automatycznie rysunki wykonawcze. Wykonane rysunki są gotowe i zawierają wszystkie niezbędne elementy potrzebne w tego typu opracowaniu. Jednak z powodów jakie opisane zostały powyżej, użytkownik powinien traktować je jako zaawansowaną propozycję, wymagającą jak zawsze kontroli i umożliwiającą wprowadzenie dowolnych zmian zaproponowanych przez użytkownika. Dlatego rysunek został wykonany w otwartym formacie DXF umożliwiającym edycję w praktycznie dowolnym programie CAD. Rysunki wykonywane w Konstruktorze wykonane są na podstawie dwóch elementów obiektywnych i jednego subiektywnego: wyników obliczeń, warunków konstrukcyjnych i doświadczenia twórców aplikacji. Należy tu również pamiętać, że typowe elementy żelbetowe takie jak fundamenty, słupy, schody, ściany oporowe, mają z góry określony schemat zbrojenia występujący co najwyżej w kilku typach zależnych od ich geometrii. Trochę inna sytuacja występuje w przypadku dowolnych żelbetowych belek ciągłych. Tutaj z powodu praktycznie nieograniczonej geometrii belek, ilość możliwych wariantów zbrojenia jest praktycznie nieograniczona, dlatego też w programie zrezygnowano z niektórych typowych rozwiązań, które nadmiernie komplikowałyby i tak złożony algorytm (pręty odgięte i w wielu rzędach).

Jak widać z opisanych powyżej przykładów, proces tworzenia projektu za pomocą dowolnego programu jest i musi być ciągłym sprzężeniem zwrotnym miedzy projektantem, maszyną i jej możliwościami określonymi przez twórców aplikacji. W opisie zamieszczonym powyżej staraliśmy się pokazać momenty i procesy, w których priorytet działania ma raz projektant a raz maszyna i jak one często się między sobą przeplatają i jak istotny mają wpływ na siebie. Procesy opisane powyżej na podstawie Konstruktora, można w zasadzie odnieść, z niewielkimi modyfikacjami wynikającymi z założeń poszczególnych programów, do dowolnej aplikacji w zakresie statyki i wymiarowania konstrukcji stalowych, żelbetowych i drewnianych.