Konstruktor - oprogramowanie dla konstruktorów budowlanych cz.1

W pierwszym odcinku cyklu Projektuję z Konstruktorem chcę przybliżyć Państwu jeden z podstawowych modułów programu Konstruktor - Rama 2D. Konstruktor - kompleksowy program dla konstruktorów budowlanych, wprowadzony na rynek w 2000 roku. Dzięki swojej modułowej budowie, umożliwia wybór aktualnie niezbędnych narzędzi pracy, opartych na najnowszych polskich normach budowlanych.

Program składa się z modułów, które mogą ze sobą współpracować w ramach systemu Konstruktor lub też pracować niezależnie jako odrębne programy. Oznacza to, iż nie trzeba płacić za niewykorzystywane w danej chwili programy. Każdy może dostosować program do indywidualnych wymagań. Wykorzystanie technologii i metod strukturalnego programowania sprawia, iż wszystkie moduły są łatwe w obsłudze, a ich rozwój jest nieograniczony.
Nadrzędnym modułem, odpowiedzialnym za pełną integrację dowolnego elementu pakietu z systemem, zarządzanie projektami oraz wymianę danych między modułami jest menedżer o nazwie Konstruktor-moduł podstawowy. Jest on nieodzowną częścią programu Konstruktor.
Poszczególne moduły Konstruktora (Rama2D, Belka żelbetowa, Słup żelbetowy itd.) mogą pracować na dwa różne sposoby:
. niezależnie jako osobny program w którym wprowadzamy dane geometryczne, obciążenia, a jako wyniki otrzymujemy w formie graficznej i tekstowej siły przekrojowe oraz wyniki wymiarowania
. lub jako moduł współpracujący z programem Rama 2D (w przyszłości również z innymi modułami do obliczeń statycznych).

Konstruktor - Rama 2D  

Program do płaskiej analizy statycznej w zakresie liniowo-sprężystym, dowolnych układów prętowych, z uwzględnieniem konstrukcji hybrydowych, zaawansowanej kombinatoryki obciążeń, oraz przekrojów o zmiennej geometrii. Program zawiera generatory podstawowych układów statycznych (ram wielokondygnacyjnych i wielonawowych, kratownic, wiązarów dachowych, łuków, belek itp.). Moduł pozwala na zadawanie wszystkich podstawowych obciążeń: skupionych, ciągłych, termicznych i kinematycznych oraz wprowadzanie różnych typów podparć w tym również sprężystych. Zawiera on gotowe biblioteki materiałów i profili stalowych oraz bibliotekę profili użytkownika. Program umożliwia przekazywanie wyników obliczeń statycznych do modułów wymiarujących. Główny algorytm obliczeniowy programu wykorzystuje dokładny model metody przemieszczeń w ujęciu macierzowym (nie jest to zatem model przybliżony jak np. w metodzie elementów skończonych). Jedynym rzeczywistym ograniczeniem dla programu jest moc obliczeniowa komputera i czas potrzebny na wykonanie obliczeń statycznych. Moduł Rama 2D jest podstawowym składnikiem systemu wspomagania projektowania "Konstruktor" przeznaczonym do obliczeń statycznych płaskich układów prętowych. Wraz z programami "Belka żelbetowa", "Słup żelbetowy" i "Stopa żelbetowa" stanowi kompleksowy,
podstawowy pakiet do obliczania i wymiarowania płaskich, żelbetowych układów prętowych. Wraz z modułami do tworzenia (na podstawie przeprowadzonych obliczeń i wymiarowania) rysunków konstrukcyjnych w formacie DXF, pozwala na przejęcie przez komputer całości prac związanych z projektowaniem, od etapu zbierania obciążeń, do ich wyniku w postaci rysunków wykonawczych.

Wprowadzanie danych
Pracę rozpoczynamy od zdefiniowania geometrii układu, którego analizę statyczna chcemy wykonać.
Podczas definiowania układu w programie Rama 2D można posługiwać się kilkoma niezależnymi sposobami ich zadawania:
. metoda alfanumeryczna (wprowadzenie węzła przez podanie jego współrzędnych),
. metoda graficzna (wprowadzenie węzła przez kliknięcie myszką na węźle siatki pomocniczej),
. metoda parametryczna dla ram prostokątnych, wielonawowych, kratownic, wiązarów dachowych, prętów współliniowych, belek wieloprzęsłowych, łuków (kształtowanie całej geometrii układu za pomocą gotowych generatorów parametrycznych).
Wybór właściwej metody zależny jest od wprawy użytkownika i stopnia skomplikowania wprowadzanego układu. Przy włączonym trybie modyfikacji istnieje możliwość przenoszenia lub kopiowania węzłów i prętów, natomiast w opcji usuwania można usunąć niepotrzebne pręty lub węzły ze schodzącą się w nich grupą prętów. Dodatkowo dla włączonego trybu zadawania węzłów, pręt można podzielić na dwie części przez wprowadzenie dodatkowego węzła. Przy definiowaniu prętów należy określić materiał z jakiego jest on wykonany, wielkość i rodzaj przekroju oraz sposób łączenia z sąsiednimi elementami (sztywny lub przegubowy).
W trybie wstawiania podpór dla węzłów układu prętowego możemy zaznaczyć odebrane stopnie swobody oraz podać wartości podatności dla poszczególnych kierunków (dla podpór sprężystych).
Domyślnie program proponuje podporę niepodatną z odebranymi trzema stopniami swobody.

Wprowadzanie obciążeń
Po zdefiniowaniu geometrii, materiałów oraz warunków podparcia należy zadać obciążenia. Wprowadzanie obciążeń trzeba rozpocząć od określenia nazw poszczególnych grup obciążeń, podania ich charakteru (stałe czy zmienne) i współczynników obciążenia. W związku z powyższym w programie, przez grupę obciążeń rozumie się zespół wspólnie występujących obciążeń (mogą być różnego rodzaju - np. skupione i ciągłe), mających jednakowy charakter działania (stały lub zmienny), i do których przypisane są takie same współczynniki obciążenia. Po określeniu grup obciążeń możemy przystąpić do definiowania poszczególnych obciążeń składających się na daną grupę.
Obciążenia mogą być przykładane w programie do węzła lub do pręta. Przy zadawaniu sił dla prętów, należy wstępnie ustalić kierunek obciążenia podawany w układzie globalnym (dla całego układu) lub lokalnym (związanym z pojedynczym prętem). Dla węzła mogą być wprowadzone obciążenia w postaci sił skupionych (pionowych bądź poziomych), momentów skupionych a dla węzłów podpartych dodatkowe wymuszenia kinematyczne w postaci osiadań. Natomiast dla prętów przewidziano obciążenia: równomierne, trapezowe, skupione (siła i moment), wydłużeniem termicznym pręta, różnicą temperatur między górną i dolną stroną elementu oraz przemieszczeniem kinematycznym. Każde obciążenie przyłożone na węzeł lub pręt układu konstrukcyjnego należy bezwzględnie przypisać do właściwej grupy obciążenia.

Kombinatoryka obciążeń
Dla każdej grupy obciążeń musi być określony charakter sił w niej zawartych (stały bądź zmienny). Przy oznaczeniu grupy jako obciążenia stałego występuje możliwość określenia dwóch niezależnych współczynników obciążenia minimalnego i maksymalnego. Grupa obciążeń stałych z uwzględnieniem odpowiedniego współczynnika jest zawsze uwzględniana w kombinacji obciążeń na podstawie której otrzymywana jest obwiednia sił wewnętrznych. Dla grup obciążeń zmiennych istnieje możliwość określenia tylko jednego współczynnika obciążenia, natomiast wzajemne relacje tych grup ustalane są w odpowiedniej tabeli. Algorytm programu "Rama 2D" przewiduje możliwość wprowadzenia następujących relacji między dwiema dowolnymi grupami obciążeń zmiennych A i B:
. obciążenia A i B są niezależne od siebie (np. obciążenie zmienne w jednej nawie ramy i obciążenie zmienne w drugiej nawie),
. obciążenia A i B wykluczają się wzajemnie (np. jeżeli wiatr z lewej to nie z prawej i odwrotnie),
. obciążenia A i B występują razem (np. obciążenie śniegiem na ryglach kolejnych naw ramy),
. jeżeli występuje A to musi wystąpić B (np. jeżeli występuje siła pozioma hamowania od suwnicy to musi ona dawać również obciążenie pionowe),
. jeżeli występuje B to musi wystąpić A (analogicznie jak wyżej).
[zrzut: rama8.bmp]
W trakcie wprowadzania relacji między grupami obciążeń program kontroluje poprawność i nie dopuszcza do wprowadzenia powiązań wzajemnie sprzecznych. W programie istnieje również możliwość "sztywnego" zdefiniowania kombinacji to znaczy wpisanie do określonej kombinacji wszystkich grup obciążeń które wystąpią zawsze tak, jakby były wyłącznie grupami obciążenia stałego.

Komunikacja z pozostałymi modułami
Program Konstruktor umożliwia wymianę danych pomiędzy modułem Rama 2D, a pozostałymi modułami, wykorzystując metodę "przeciągnij i upuść". Po wykonaniu obliczeń, w "drzewie" projektu, widocznym w lewej części ekranu, dane zawarte w gałęzi "Wyniki - Wyniki do wymiarowania" należy przeciągnąć na nowo utworzony element zawarty w "drzewie" tego samego projektu. Przy korzystaniu z metody przeciągania danych przekazywane są jednocześnie wyniki dla jednego pręta ramy i tylko on podlega procedurze wymiarowania. W przypadku modułu Stopa żelbetowa przejmowane są reakcję przekazywane przez ramę.