Konstruktor

Wersja programu Konstruktor została rozszerzona o dodatkowe moduły: zapotrzebowanie ciepła i termomodernizacja budynku, stateczność skarp i zboczy, osiadanie grupy fundamentów. Program przeznaczony jest dla konstruktorów budowlanych. Modułowa budowa programu, umożliwia wybór aktualnie potrzebnych narzędzi pracy, opartych na polskich normach budowlanych.

Zapotrzebowanie ciepła i termomodernizacja budynku. Moduł Konstruktora - Zapotrzebowanie ciepła i termomodernizacja budynku jest przeznaczony do obliczania sezonowego zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania, (zgodnie z normami PN-B-02025 "Obliczanie sezonowego zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania budynków mieszkalnych"). PN-EN ISO 6946 "Komponenty budowlane i elementy budynku. Opór cieplny i współczynnik przenikania ciepła. Metoda obliczania" oraz PN-83/B03430 "Wentylacja w budynkach mieszkalnych, zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej". Program do wyznaczania zapotrzebowania na ciepło sprawdza również wymagania zawarte w Dzienniku Ustaw 97.132.878 z dnia 30 września 1997 roku dotyczące ograniczenia wskaźnika zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania w zależności od współczynnika kształtu budynku. Sposób obliczania zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania zawarty w opisywanym module można stosować w odniesieniu do budynków mieszkalnych, zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej, (bez loggi obudowanych i szklarni przylegających do budynku). W obliczeniach założono, że cała ogrzewana przestrzeń budynku stanowi jedną strefę o temperaturze powietrza wewnętrznego równej 20^oC.
Program jest zatem kompleksową pomocą dla tych którzy zajmują się tematyką projektowania budynków pod względem cieplnym i wilgotnościowym.

Za pomocą programu można wykonać następujące obliczenia cieplne:

• Sprawdzenie zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania nowoprojektowanego lub istniejącego obiektu.
• Sprawdzanie zapotrzebowania na ciepło po dociepleniu istniejącego obiektu, program wykonuje też wariantowanie docieplenia (ściany, okna, strop, podłoga).

W ogólnym przypadku program może wykonać następujące obliczenia i sprawdzenia:

• Wyznaczenie strat ciepła: na skutek przenikania przez przegrody do powietrza zewnętrznego, straty ciepła na podgrzanie powietrza wentylacyjnego;
• Wyznaczenie zysków ciepła: od promieniowania słonecznego, wewnętrzne zyski ciepła;
• Wyznaczenie grubości docieplenia za pomocą tzw. "Kalkulatora docieplenia",
  w zależności od wymaganego całkowitego oporu cieplnego przegrody,
  z uwzględnieniem współczynnika przenikania ciepła przegrody istniejącej;
• Program umożliwia korzystanie z zaimplementowanej biblioteki materiałów docieplających (wełna mineralna, styropian i inne) wraz ze wszystkimi parametrami potrzebnymi do obliczeń;
• Wyznaczenie kosztów docieplania dla wszystkich kombinacji docieplenia;
• Wyznaczenie kosztów zużycia energii na ogrzewanie w sezonie grzewczym budynku istniejącego, jak również każdego wariantu docieplenia;
• Wyznaczenie wskaźnika sezonowego zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania, oraz skróconego czasu zwrotu (SPBT) nakładów poniesionych na docieplenie obiektu dla każdego wariantu docieplenia.

• Straty ciepła w sezonie grzewczym wynikające z przenikania przez ściany zewnętrzne;
• Straty ciepła w sezonie grzewczym wynikające z przenikania przez okna;
• Straty ciepła w sezonie grzewczym wynikające z przenikania przez stropodach.
• Straty ciepła w sezonie grzewczym wynikające z przenikania przez ściany pomieszczeń ogrzewanych piwnicy stykające się z gruntem;
• Straty ciepła w sezonie grzewczym wynikające z przenikania przez strop nad piwnicą nie ogrzewaną, lub przez ściany między pomieszczeniami ogrzewanymi i nie ogrzewanymi w piwnicy;
• Straty ciepła w sezonie grzewczym wynikające z przenikania przez strefę pierwszą podłogi;
• Straty ciepła w sezonie grzewczym wynikające z przenikania przez strefę drugą podłogi;
• Straty ciepła w sezonie grzewczym przypadające na podgrzanie powietrza wentylacyjnego.
  • Zyski ciepła w sezonie grzewczym od promieniowania słonecznego;
  • Wewnętrzne zyski ciepła.

  Moduł Konstruktora - Osiadanie grupy fundamentów przeznaczony jest do kompleksowego sprawdzania drugiego stanu granicznego grupy fundamentów. Obliczenia naprężeń pod poszczególnymi fundamentami (lub w dowolnie zdefiniowanym przez użytkownika przekroju), uwzględniają oprócz naprężeń wywołanych ciężarem własnym wpływy fundamentów sąsiadujących oraz dodatkowych obciążeń powierzchni gruntu. Wszystkie obliczenia przeprowadzane przez program zgodne są z zaleceniami: PN-81/B-03020 oraz wskazówkami zawartymi w książce Edwarda Motaka "Fundamenty bezpośrednie. Wzory, tablice, przykłady." Oprócz osiadań poszczególnych fundamentów wyznaczane są również przemieszczenia całego zespołu fundamentów, a ich wartości porównywane są z wielkościami normowymi.

  Za pomocą programu można wykonać następujące obliczenia: 

• Wyznaczenie płaszczyzny naprężeń pod każdym fundamentem (również wtedy, gdy pod częścią fundamentu występuje szczelina - "odrywanie");
• Obliczanie naprężeń w gruncie pod środkiem geometrycznym fundamentu;
• Wyznaczanie osiadań pierwotnych, wtórnych całkowitych oraz wyznaczanie płaszczyzny osiadań dla każdego fundamentu;
• Obliczanie osiadań średnich oraz przechylenia całej budowli.

• Wyznaczanie płaszczyzny naprężeń pod fundamentami następujących typów: stopa prostokątna, ława fundamentowa, stopa kołowa. Obliczany jest również przypadek, gdy zachodzi odrywanie stopy, przy czym wielkość odrywanej strefy nie może przekraczać wielkości zawartej w normie;
• Wyznaczenie profilu naprężeń pod każdym fundamentem. Uwzględniane są również wpływy od fundamentów sąsiadujących oraz od dodatkowych obciążeń przyłożonych w poziomie terenu. Istnieje możliwość zdefiniowania następujących obciążeń zewnętrznych: siła skupiona, obciążenie równomierne liniowe, obciążenie równomierne powierzchniowe;
• Wyznaczenie profilu naprężeń w dowolnie zdefiniowanym przez użytkownika miejscu. Naprężenia wyznaczane są do zadeklarowanej głębokości. Przy wyznaczaniu naprężeń w gruncie uwzględniane są naprężenia od sąsiadujących fundamentów oraz od obciążeń zewnętrznych;
• Obliczane są osiadania pierwotne, wtórne oraz całkowite dla każdego fundamentu. Wyznaczane są również współczynniki definiujące płaszczyznę przechylenia każdego fundamentu w lokalnym układzie współrzędnych, jak również całkowite przechylenie fundamentu;
• Istnieje również możliwość obliczania osiadań średnich całych budowli, przechylenia budowli oraz maksymalnych względnych osiadań fundamentów budowli. Obliczane wartości porównywane są z wartościami normowymi definiowanymi w zależności od rodzaju budowli.

.

W przypadku, gdy głębokość  z_maxwypada w obrębie warstwy geotechnicznej o module ściśliwości M_o przynajmniej dwukrotnie mniejszym niż w warstwie geotechnicznej zalegającej bezpośrednio głębiej, to głębokość ta jest zwiększona do spągu warstwy słabszej. Obliczane są również współczynniki określające płaszczyznę osiadań każdego fundamentu oraz całkowite przechylenie fundamentu. Współczynniki określające płaszczyznę osiadania wyznaczane są w układzie lokalnym danego fundamentu. Płaszczyzna osiadania fundamentu wyznaczana jest na podstawie wielkości osiadań w odpowiednio dobranych punktach metodą najmniejszych kwadratów.

Osiadanie budowli
Program może służyć również do obliczania średniego osiadania, przechylenia oraz maksymalnego osiadania względnego fundamentów, przy czym zakłada się, że wszystkie fundamenty należą do jednej budowli. Wielkości te obliczane są zgodnie z polską normą. Płaszczyzna przechylenia budowli wyznaczana jest na podstawie całkowitego osiadania poszczególnych fundamentów metodą najmniejszych kwadratów. Obliczone przez program wielkości są porównywane z wymaganiami normowymi, przy czy wymagania określane są na podstawie rodzaju budowli.

Moduł Konstruktora - Stateczność skarp i zboczy - rozbudowany graficznie program do płaskiej analizy stateczności ogólnej dowolnie wymodelowanej (o dowolnym kształcie), uwarstwionej i obciążonej skarpy (zbocza). Obliczenia można prowadzić dwiema podstawowymi metodami: Bishopa i Felleniusa. Model może zawierać nawodnione, dowolnie kształtowane warstwy gruntowe, a także owierzchniowe zwierciadła wody swobodnej. Na zboczu mogą występować dodatkowe obciążenia ciągłe i skupione, oraz różnorodnie bciążone bloki fundamentowe. Przy analizie stateczności można uwzględniać wzajemną relację współczynników stateczności i wielkości objętości) klina odłamu -- posługując się odpowiednim filtrem. Program umożliwia dowolne definiowanie siatki punktów środków obrotu (powierzchnie kołowe), oraz dowolne definiowanie przyrostu promienia klina odłamu. Zapewnienie stateczności skarp jest niezwykle trudnym zadaniem geotechnicznym ze względu na duże problemy związane z prawidłowym zbadaniem gruntów, określeniem możliwości powstania osuwisk oraz prawidłowym zabezpieczeniem terenu przed osuwiskiem. Stateczność skarp może być zapewniona tylko wtedy, gdy zostaną spełnione odpowiednie warunki:

• szczegółowe rozpoznanie budowy geologicznej i warunków wodnych terenu,
• prawidłowe wyznaczenie właściwości mechanicznych i fizycznych gruntu,
• zastosowanie prawidłowych metod obliczeniowych stateczności skarp,
• prawidłowe zastosowanie ewentualnych zabezpieczeń.

Jak już wspomniałem, program wykonuje obliczenia korzystając z dwóch alternatywnych metod blokowych: Felleniusa lub Bishopa.

Metoda Felleniusa

W metodzie Felleniusa przyjmuje się, że dla danej geometrii zbocza istnieje jedna najbardziej niebezpieczna powierzchnia poślizgu, charakteryzująca się najmniejszym współczynnikiem bezpieczeństwa określonego wzorem:

gdzie M_u jest momentem sił utrzymujących bryłę, obliczonym względem środka obrotu:

natomiast M_obl jest momentem sił obracających bryłę, opisanym wzorem:

Analiza stateczności skarpy o danej geometrii sprowadza się więc do ustalenia takiej powierzchni poślizgu, która dałaby najmniejszy współczynnik bezpieczeństwa F_min. Metodę Felleniusa można stosować w przypadku obliczeń skarp z gruntów niejednorodnych oraz w przypadku wyraźnie ukształtowanej nieregularnej powierzchni poślizgu (aproksymując ją cylindryczną powierzchnią) na terenie już zaistniałego osuwiska.

Metoda Bishopa

W metodzie Bishopa przyjmuje się, że siły działające na boczne ściany wydzielonych bloków są poziome. Rzuty ich na kierunek pionowy są równe zeru. Obliczenia najczęściej przeprowadza się stosując naprężenia efektywne. Siły tarcia wzdłuż powierzchni poślizgu są rozumiane jako siły równoważące aktualne siły osuwające. Współczynnik bezpieczeństwa wyznaczany jest według. następującego wzoru:

gdzie:

W powyższych wzorach współczynnik bezpieczeństwa F znajduje się po lewej i
po prawej stronie równania. Jest to równanie nieliniowe. Rozwiązanie tego równania należy otrzymać iteracyjnie przy zastosowaniu np. metody Newtona - Raphsona lub metodą kolejnych przybliżeń. Iteracje przeprowadza się do momentu kiedy różnica pomiędzy współczynnikiem obliczonym w aktualnej iteracji i wartością współczynnika z poprzedniej iteracji jest mniejsza od zadeklarowanej w programie (0,001).

Konstruktor - pozostałe moduły >>

Obliczenia

Osiadania fundamentów

Obliczenia prowadzone są według metody naprężeń, zgodnie z polską normą PN-81/B-03020. Program wyznacza osiadanie pierwotne, wtórne oraz całkowite pod każdym fundamentem. Osiadania wtórne są uwzględniane tylko w przypadku, gdy czas wznoszenia budowli (od wykonania wykopów fundamentowych do zakończenia stanu surowego, z montażem urządzeń stanowiących obciążenia) jest dłuższy niż 1 rok. Osiadanie w każdej warstwie jest sumą osiadania wtórnego i pierwotnego. Sumowanie osiadań poszczególnych warstw w celu wyznaczenia całkowitego osiadania fundamentu przeprowadzane jest do głębokości z_max, na której jest spełniony warunek:

W ogólnym przypadku program może wykonać następujące obliczenia i sprawdzenia:

Podstawowe możliwości

Wprowadzanie danych

Do wprowadzania danych służy interfejs analogiczny do pozostałych modułów programu Konstruktor. Dane wprowadzane są zatem poprzez poszczególne zakładki pogrupowane tematycznie oraz pod względem odpowiedniej kolejności wprowadzanych danych. I tak w programie występują kolejno zakładki: Przegrody (zakładka Przegrody pozwala na zdefiniowanie odpowiednich parametrów przegród budynku istniejącego lub projektowanego), Okna (w zakładce Okna użytkownik ma możliwość zdeklarowania dowolnej ilości okien oraz określenia ich parametrów), Wyniki (w tej zakładce użytkownik definiuje sezonowe wewnętrzne zyski ciepła, sezonowe straty ciepła na podgrzanie powietrza wentylacyjnego), Docieplenie 1-2 (Użytkownik deklaruje tutaj grubości docieplenia ścian zewnętrznych, charakterystyki okien po wymianie, podłogi oraz stropów oraz obserwuję jak zmniejszają się straty ciepła przez przenikanie przy zastosowaniu odpowiedniego docieplenia), Koszty (w tej zakładce użytkownik definiuje wszystkie koszty jednostkowe związane z docieplaniem elementów budynku).

Obliczenia sezonowych zysków ciepła

W skład sezonowych zysków ciepła w metodzie zalicza się dwie pozycje:

Obliczenia sezonowych strat ciepł

Sezonowe straty ciepła dla obiektu budowlanego obliczane są zgodnie z PN-B-02025 "Obliczanie sezonowego zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania budynków mieszkalnych".

Przy obliczaniu sezonowych strat ciepła program uwzględnia następujące przypadki:

Zakres działania programu