ویزارد بام (بام خودکار)

این مقاله شرح می‌دهد که ویزارد بام (بام خودکار) در StatiCAD چگونه یک بام چوبی کامل شکسته، دوشیب یا ترکیبی را در یک مرحله از روی چندضلعی بام می‌سازد. برای افزودن تک‌تک خرپاها و پرلین‌ها به مقاله‌های ویزارد خرپای بام و پرلین خودکار بین خرپاها مراجعه کنید.

شکل 1 – بام شکسته ساخته‌شده روی یک ساختمان سه‌طبقه بتن مسلح (پیش‌نمایش سه‌بعدی)

1. درباره این مقاله

ویزارد از روی چندضلعی بام و شیب اضلاع، هندسه بام شکسته، دوشیب یا ترکیبی را می‌سازد و کل سازه چوبی بام را در یک مرحله به مدل تحلیل اضافه می‌کند: رافترها، پرلین‌ها، تیر خط‌الرأس، تیرهای خط‌الرأس شکسته و آبرو، رافترهای لبه شیروانی، دیرک‌ها، مهاربندهای مورب و تخته پیشانی. بار پوشش به‌صورت بار خطی رافتر اعمال می‌شود یا یک دال چندضلعی روی سطح بام شبکه‌بندی می‌شود.

اطلاع

در کدام نسخه‌ها؟ ویزارد بام در همه نسخه‌های StatiCAD قابل استفاده است (مانند ویزاردهای خرپا و پرلین).

مثال‌ها بر پایه یک ساختمان سه‌طبقه بتن مسلح به ابعاد 20 × 10 m ارائه شده‌اند: محورهای تیرهای بالاترین طبقه به‌عنوان چندضلعی بام گرفته شده‌اند و یک بام شکسته با شیب 33% ساخته شده است.

2. چگونه کار می‌کند؟

2.1. هندسه بام

چندضلعی بام همان خط تکیه‌گاه است: محور دیوار یا تیری که پای رافترها روی آن می‌نشیند. به هر ضلع یک شیب (بر حسب درصد) داده می‌شود؛ در ضلعی که به‌عنوان شیروانی (gable) علامت بخورد، سطح بام قائم است (دیوار شیروانی بام دوشیب). ویزارد اضلاع را به اندازه پیش‌آمدگی لبه بام به سمت بیرون آفست می‌کند تا خط لبه بام به دست آید و بام را با روش اسکلت مستقیم وزن‌دار (weighted straight skeleton) می‌سازد: سطح هر ضلع با شیب خودش بالا می‌رود و خطوطی که سطوح در آن‌ها به هم می‌رسند، خط‌الرأس (افقی)، خط‌الرأس‌های شکسته (گوشه‌های محدب) و آبروها (گوشه‌های مقعر) را تشکیل می‌دهند. این روش برای پلان‌های غیرمستطیلی (L، T، U و چندضلعی‌های دارای اضلاع مایل) نیز بام درست را به دست می‌دهد؛ شیب‌های متفاوت اضلاع و شیروانی‌ها را می‌توان با هم به کار برد.

پیش‌آمدگی لبه بام یک اندازه افقی است و برای اضلاعی که شیب پیش‌فرض دارند اعمال می‌شود؛ در اضلاعی که شیب متفاوتی دارند، پیش‌آمدگی طوری تنظیم می‌شود که لبه بام در همه وجه‌ها در یک تراز بماند (خط ناودان پیوسته). اضلاع شیروانی علاوه بر این به اندازه «پیش‌آمدگی شیروانی» امتداد داده می‌شوند؛ خط‌الرأس و پرلین‌ها از دیوار شیروانی بیرون می‌زنند و انتهای آن‌ها را رافتر لبه شیروانی به هم می‌بندد.

2.2. اعضا

عضو	جانمایی	اتصال
رافتر	در هر وجه عمود بر لبه بام، با فاصله داده‌شده و متقارن نسبت به وسط وجه. در کنار خط‌الرأس شکسته و آبرو کوتاه می‌شود (رافترهای کوتاه).	در خط تکیه‌گاه و در محل تقاطع با پرلین‌ها تقسیم می‌شود (تیر پیوسته). در انتهای سمت خط‌الرأس/خط‌الرأس شکسته/آبرو مفصلی است. انتهای سمت لبه بام کنسول است.
پرلین	خطوط هم‌تراز: در همه وجه‌ها در ترازهای یکسان، به‌صورت حلقه‌ای که در خط‌الرأس‌های شکسته و آبروها به هم می‌رسد. پرلینی که بسیار نزدیک به بالای یک وجه باشد حذف می‌شود (تیر خط‌الرأس کافی است).	در صفحه محور رافترها (بدون خروج از مرکز). دو انتها مفصلی. در نقاط دیرک و مهاربند مورب تقسیم می‌شود.
خط‌الرأس / خط‌الرأس شکسته / آبرو	خطوط اسکلت. قطعاتی که روی یک خط قرار دارند یک عضو واحد را تشکیل می‌دهند.	در خط تکیه‌گاه، در انتهای پرلین‌ها و در نقاط دیرک تقسیم می‌شود.
رافتر لبه شیروانی	در امتداد خط بیرونی پیش‌آمدگی شیروانی.	با مقطع رافتر.
دیرک	زیر پرلین‌ها و خط‌الرأس؛ انتهای پایینی در تراز بالای طبقه (بخش 6).	پایین مفصلی، بالا پیوسته؛ نوع «دیرک خرپا» در StatiCAD (به‌طور خودکار تکیه‌گاه نمی‌گیرد).
مهاربند مورب	از هر دیرک به دو طرف، در امتداد پرلین/خط‌الرأسی که دیرک تحمل می‌کند؛ با زاویه داده‌شده نسبت به دیرک.	هر دو انتها مفصلی (فقط نیروی محوری). اگر روی دیرک جا نشود، با همان زاویه کوتاه می‌شود.
تخته پیشانی	در امتداد خط لبه بام؛ انتهای رافترها را به هم می‌بندد.	پیوسته.
پرلین دیوار	در امتداد خط تکیه‌گاه (اختیاری، به‌طور پیش‌فرض غیرفعال).	اگر روی خط تکیه‌گاه تیر بتن مسلح وجود داشته باشد، بر آن منطبق می‌شود.
ستون چوبی (بام مستقل)	زیر هر گره رافتر، خط‌الرأس شکسته/آبرو و شیروانی روی خط تکیه‌گاه، از تراز پایین طبقه (بخش 4.3).	نوع ستون/دیرک چوبی: پایه به‌طور خودکار تکیه‌گاه می‌گیرد، بالا پیوسته است.

2.3. اتصال به مدل تحلیل

در مدل اجزای محدود دو عضو به هم متصل نمی‌شوند، مگر اینکه انتهای یکی روی دیگری قرار گیرد. به همین دلیل ویزارد همه نقاط اتصال را به‌صراحت ایجاد می‌کند:

• چسباندن اضلاع: خط گره‌های اجزای محدود یک تیر لبه، نه در مرکز تیر، بلکه روی محور تعریف‌شده آن قرار دارد (در مثال 12.5 cm بیرون‌تر از مرکز). وقتی «اضلاع را به خطوط FEM تیرها بچسبان» فعال باشد (پیش‌فرض)، اضلاع چندضلعی به خط گره تیر موازی‌ای که حداکثر 30 cm فاصله دارد منتقل می‌شوند؛ به این ترتیب پای رافترها و انتهای خط‌الرأس‌های شکسته به تیر متصل می‌شوند.
• تقسیم: رافترها در محل تقاطع با پرلین‌ها، پرلین‌ها و خط‌الرأس در انتهای دیرک‌ها و مهاربندهای مورب، و خط‌الرأس‌های شکسته و آبروها در انتهای پرلین‌ها تقسیم می‌شوند.
• ادغام: انتهاهایی که کمتر از 6 cm از هم فاصله دارند ادغام می‌شوند (تا تیرهایی که در محدوده تلورانس 5 cm گره‌های برنامه جابه‌جا شده‌اند، اتصال را از دست ندهند).
• ردپای ستون: برنامه انتهای تیری را که درون محدوده پلان یک ستون بیفتد، با یک تیر فرضی به محور ستون متصل می‌کند. این اتصال فقط وقتی برقرار می‌شود که انتهای تیر در بازه تراز ستون باشد؛ انتهای رافترها، خط‌الرأس و پرلین‌هایی که بسیار بالاتر از سر ستون قرار دارند به ستون متصل نمی‌شوند. به همین دلیل رافترها روی محورهای ستون نیز طول کامل و فاصله منظم خود را حفظ می‌کنند.

3. باز کردن ویزارد و چندضلعی بام

ویزارد از سه مسیر باز می‌شود: دکمه بام («Roof») در نوار ابزار سمت چپ (زیر دکمه‌های خرپا («Truss») و پرلین («Purlin»))، ترسیم › بام (ویزارد بام خودکار)... («Draw › Roof (automatic roof wizard)...») و ماکروها › ویزارد بام (بام خودکار)... («Macros › Roof wizard (automatic roof)...»). بام روی طبقه فعال ساخته می‌شود؛ ویزارد در طبقه پی باز نمی‌شود.

چندضلعی بام به یکی از دو روش زیر داده می‌شود:

1. دال چندضلعی انتخاب‌شده: اگر هنگام باز شدن ویزارد یک دال چندضلعی در پلان انتخاب شده باشد، گوشه‌های آن چندضلعی بام را تشکیل می‌دهند. وقتی پنجره باز است نیز می‌توان از دکمه «از دال چندضلعی انتخاب‌شده» («From selected polygon slab») استفاده کرد. در این حالت گزینه پوشش خودبه‌خود به «شبکه‌بندی دال چندضلعی منبع روی بام» تغییر می‌کند.
2. ترسیم در پلان: دکمه «ترسیم در پلان» («Draw in plan») پنجره را می‌بندد؛ گوشه‌های خط تکیه‌گاه را به‌ترتیب روی پلان کلیک کنید (Shift: متعامد). کلیک روی نقطه اول یا کلیک راست، چندضلعی را می‌بندد (دست‌کم 3 نقطه) و ویزارد دوباره باز می‌شود. نقاط میانی واقع بر یک خط راست ادغام می‌شوند.

شکل 2 – ویزارد بام: در سمت چپ پیش‌نمایش پلان (وجه‌ها، اعضا، شماره اضلاع)، در سمت راست زبانه بام

4. زبانه بام («Roof»)

4.1. شیب و شیروانی

شیب پیش‌فرض («Default slope») (بر حسب درصد؛ زاویه معادل آن بر حسب درجه در کنارش نمایش داده می‌شود) شیب اضلاع جدید است؛ «اعمال به همه اضلاع (حذف شیروانی‌ها)» («Apply to all edges (clears gables)») همه اضلاع را به این شیب می‌رساند و شیروانی‌ها را حذف می‌کند. جدول اضلاع، طول، شیب و وضعیت شیروانی هر ضلع را فهرست می‌کند. خانه شیب قابل ویرایش است؛ مقدار جدید با Enter یا هنگام رفتن به خانه دیگر اعمال می‌شود. علامت زدن کادر شیروانی («Gable») یا کلیک روی یک ضلع در پیش‌نمایش، شیروانی را فعال یا غیرفعال می‌کند (دست‌کم یک ضلع باید شیب‌دار بماند). شماره اضلاع در پیش‌نمایش داخل دایره نشان داده می‌شود؛ اضلاع شیروانی بنفش هستند.

شکل 3 – بام L شکل: انتهای دو شاخه شیروانی است و در گوشه داخلی یک آبرو قرار دارد؛ پیش‌نمایش سه‌بعدی با کشیدن ماوس چرخانده می‌شود

4.2. لبه بام و تراز

تنظیم	توضیح
پیش‌آمدگی لبه بام (افقی) («Eave overhang (horizontal)»)	بیرون‌زدگی انتهای رافترها از خط تکیه‌گاه (پیش‌فرض 50 cm).
پیش‌آمدگی شیروانی («Gable overhang»)	بیرون‌زدگی خط‌الرأس و پرلین‌ها از اضلاع شیروانی (پیش‌فرض 30 cm).
تراز نشستن («Seated on»)	تراز بالای طبقه فعال («Top of active storey») (پیش‌فرض): بام در تراز دال/تیر بالاترین طبقه می‌نشیند. تراز پایین طبقه فعال (طبقه بام) («Base of active storey (roof storey)»): در یک طبقه بام جداگانه، بام در تراز پایین طبقه (روی تیرهای طبقه زیرین) می‌نشیند؛ در طبقه‌ای که دال ندارد، ویزارد خودش این گزینه را انتخاب می‌کند.
تراز اضافی خط تکیه‌گاه («Bearing line offset»)	ارتفاع پای رافترها بالاتر از تراز نشستن (مثلاً یک دیوار کوتاه زیر بام).
اضلاع را به خطوط FEM تیرها بچسبان (≤ 30 cm) («Snap edges to beam FEM lines (≤ 30 cm)»)	بخش 2.3.
مصالح چوبی («Timber»)	مصالح همه اعضای بام (چوب‌های پروژه و کتابخانه).

اخطار

طبقه بام جداگانه و تحلیل مودال: در تحلیل مودال با دیافراگم صلب، در طبقه بامی که دال ندارد هیچ گرهی به گره اصلی (master) دیافراگم متصل نمی‌شود؛ بنابراین ممکن است حل مودال همگرا نشود. وقتی بام همراه با ساختمان تحلیل می‌شود، آن را روی تراز بالای بالاترین طبقه (پیش‌فرض) قرار دهید.

4.3. تحلیل مستقل بام

برای تحلیل بام به‌تنهایی و مستقل از ساختمان (مثلاً در یک پروژه خالی)، گزینه تحلیل مستقل بام (بدون ساختمان) («Standalone roof analysis (no building)») را علامت بزنید. در این حالت زیر گره‌هایی که در حالت عادی روی تیرها می‌نشینند، یعنی پای رافترها در پشت لبه بام، گوشه‌های خط‌الرأس شکسته و آبرو، و گره‌های پرلین و خط‌الرأس روی خطوط شیروانی، اعضای ستون/دیرک چوبی («Timber Column/Post») از تراز پایین طبقه قرار داده می‌شوند. این اعضا نه به‌صورت دیرک خرپا، بلکه به‌صورت ستون چوبی وارد مدل می‌شوند؛ بنابراین پایه آن‌ها به‌طور خودکار تکیه‌گاه می‌گیرد. مقطع ستون با «ستون چوبی b × h» («Timber column b × h») تعیین می‌شود (پیش‌فرض 12 × 12 cm).

دیرک‌های زیر پرلین‌ها و خط‌الرأس نیز تا تراز پایین طبقه امتداد می‌یابند و به ستون چوبی تبدیل می‌شوند؛ با علامت زدن این گزینه، جانمایی دیرک‌ها خودبه‌خود به «فاصله مساوی» («Equal spacing») تغییر می‌کند. بام روی تراز بالای طبقه فعال می‌نشیند؛ تراز نشستن و چسباندن اضلاع به تیرها به کار نمی‌روند (کم‌رنگ نمایش داده می‌شوند).

شکل 4 – تحلیل مستقل بام: ستون‌های چوبی از تراز پایین طبقه زیر پای رافترها و دیرک‌هایی که تا تراز پایین طبقه امتداد می‌یابند؛ گزینه مربوط در زبانه بام در سمت راست

اطلاع

تعداد ستون‌ها و تحلیل: زیر هر پای رافتر یک ستون قرار داده می‌شود؛ بنابراین فاصله ستون‌ها برابر فاصله رافترهاست (در مثال 12 × 8 m، 80 ستون). در یک پروژه خالی، تحلیل بام‌های شکسته 10 × 6 m و 45 × 24 m بدون هشدار عضو معلق در هوا یا ماتریس منفرد به پایان رسید؛ پایه ستون‌ها تکیه‌گاه گیردار گرفتند.

5. زبانه اعضا («Members»)

فاصله و مقطع رافترها؛ پرلین‌ها (فعال/غیرفعال، فاصله افقی در شیب پیش‌فرض، مقطع)؛ تیر خط‌الرأس؛ تیرهای خط‌الرأس شکسته/آبرو؛ رافتر لبه شیروانی؛ تخته پیشانی و پرلین دیوار هر کدام جداگانه فعال یا غیرفعال می‌شوند و مقطع آن‌ها (b × h، cm) وارد می‌شود. مقاطع پیش‌فرض: رافتر 5 × 10 (فاصله 50 cm)، پرلین 10 × 12، خط‌الرأس 12 × 16، خط‌الرأس شکسته/آبرو 10 × 16، دیرک 10 × 10، مهاربند مورب 8 × 10، تخته پیشانی 3 × 15.

ترازهای پرلین با تقسیم مساوی ارتفاع بالاترین نقطه بام به دست می‌آیند: فاصله داده‌شده، فاصله افقی در شیب پیش‌فرض است (مثلاً 200 cm × 33% ← گام تراز حداکثر 66 cm). سطر خلاصه گام تراز واقعی را نشان می‌دهد.

شکل 5 – زبانه‌های اعضا، دیرک‌ها و بار / پوشش

6. دیرک‌ها و مهاربندهای مورب

دیرک‌ها زیر پرلین‌ها و تیر خط‌الرأس قرار داده می‌شوند. دو نوع جانمایی وجود دارد:

جانمایی	توضیح
روی خطوط تیرهای باربر («Over bearing beam lines») (پیش‌فرض)	دیرک در نقطه‌ای قرار داده می‌شود که پرلین/خط‌الرأس در پلان، تیری را در تراز بالای طبقه قطع می‌کند؛ انتهای پایینی آن روی خط گره تیر می‌نشیند و در تحلیل به تیر متصل می‌شود. برای پرلین/خط‌الرأسی که زیر آن تیری وجود ندارد، در خلاصه هشدار داده می‌شود.
فاصله مساوی («Equal spacing»)	دیرک‌ها طوری به‌طور یکنواخت توزیع می‌شوند که فاصله آن‌ها از مقدار داده‌شده بیشتر نشود. اگر زیر انتهای پایینی آن‌ها تیری نباشد، در تحلیل معلق در هوا می‌مانند (پوسته دال گره داخلی نمی‌گیرد)؛ برنامه هشدار می‌دهد.

مهاربندهای مورب از هر دیرک به دو طرف عضوی که دیرک تحمل می‌کند، با زاویه داده‌شده نسبت به دیرک (پیش‌فرض 45°) و با طول افقی داده‌شده (پیش‌فرض 60 cm) قرار داده می‌شوند. اگر طول قائم مهاربند روی دیرک جا نشود، مهاربند با همان زاویه کوتاه می‌شود؛ طرفی که بیش از حد به دیرک مجاور نزدیک باشد نادیده گرفته می‌شود.

نکته

دهانه پرلین: وقتی دیرک‌ها فقط روی خطوط باربر قرار داده می‌شوند، دهانه پرلین می‌تواند به اندازه فاصله تیرها باشد (در مثال 6.5 m). پس از کنترل مقاطع، در صورت نیاز جانمایی با فاصله مساوی را انتخاب کرده و زیر دیرک‌ها تیر اضافه کنید یا مقطع پرلین را بزرگ‌تر کنید.

7. زبانه بار / پوشش («Load / cladding»)

گزینه	توضیح
به‌صورت بار خطی رافتر («As rafter line load»)	به هر رافتر، از عرضی برابر فاصله رافترها، بار پوشش G (روی سطح بام، kg/m²) و بار برف (روی تصویر افقی، kg/m² × cos α) به‌صورت بار خطی داده می‌شود (بارهای اضافی G و Q تیر، kg/m). مقادیر پیش‌فرض: G = 50، برف = 75 kg/m².
شبکه‌بندی دال چندضلعی منبع روی بام («Mesh the source polygon slab onto the roof»)	اگر چندضلعی بام از یک دال چندضلعی گرفته شده باشد، دال با یک شبکه مثلثی بر اساس ترازهای انتهای تیرها روی سطح بام نشانده می‌شود (همانند ماکروها › دال چندضلعی را بر اساس ترازهای انتهای تیرها شبکه‌بندی کن (TIN - پوشش بام)؛ نک. تنظیم خودکار ترازهای پوشش بام و دیرک‌ها). بارها همان مقادیر G/Q خود دال هستند؛ برای پوشش از یک دال نازک و سبک (مثلاً OSB) استفاده کنید. گره‌هایی که زیر سطح بام قرار دارند (پای دیرک‌ها، مهاربندهای مورب، بال تحتانی خرپاها، تیرهای طبقه زیر بام) در شبکه به کار نمی‌روند؛ تعداد آن‌ها در خلاصه گزارش می‌شود.
بدون بار («No load»)	به اعضای بام بار اضافی داده نمی‌شود (فقط وزن خود).

گروه انتخاب: همه اعضا در یک گروه انتخاب واحد قرار می‌گیرند (ROOF-01، ROOF-02 …؛ پیشوند قابل تغییر است)؛ گروه را می‌توان انتخاب و حذف کرد. اگر «حذف بام قبلی روی این چندضلعی» («Delete the previous roof on this polygon») علامت‌دار باشد، اجرای دوباره ویزارد با همان چندضلعی، بام قبلی را حذف کرده و بام جدید را می‌سازد (در طول همان نشست).

8. ساخت بام و نتیجه

«ساخت بام» («Create roof») اعضا را به مدل اضافه می‌کند؛ پنجره نتیجه نام گروه، تعداد تیرها و دیرک‌ها، فهرست اعضا و هشدارها را نشان می‌دهد. پیش و پس از عملیات یک نقطه بازگردانی ثبت می‌شود: Undo (بازگردانی) بام را در یک گام حذف می‌کند.

شکل 6 – بام شکسته نمونه (پیش‌نمایش سه‌بعدی): حلقه پرلین، خط‌الرأس، خط‌الرأس‌های شکسته، دیرک‌های روی خطوط تیر و مهاربندهای مورب

9. نکات تحلیل

• در بام‌های شکسته و دوشیب نمونه، تحلیل بدون هشدار به پایان رسید: گروه اعضای معلق در هوا وجود ندارد، ماتریس سختی منفرد نیست و تحلیل مودال عادی است.
• نسبت «خطای جزئی در انتقال بار رخ داد» («Partial error occurred during the load transfer») ممکن است با افزودن بام تغییر کند: این یک کنترل مجموع در مسیر بار کلاسیک است (بار کل طبقه در برابر باری که به اعضای قائم طبقه همکف می‌رسد). چون دیرک‌ها روی تیرها می‌نشینند، بار بام در مسیر کلاسیک دنبال نمی‌شود؛ حل اجزای محدود تحت تأثیر قرار نمی‌گیرد.
• پیام «محورهای محاسبه‌ای که شبکه چوبی تشخیص داده شده ولی تعریف ارتعاش ندارند» («calculation axes containing a timber joist grid but no vibration definition») از وجود تیرهای چوبی روی دال‌های بالاترین طبقه ناشی می‌شود؛ برای بام کنترل ارتعاش لازم نیست.
• رافترها، پرلین‌ها و سایر اعضا با طراحی تیر و ستون چوبی کنترل می‌شوند؛ مقاطع را بر اساس نتایج به‌روز کنید.

10. محدودیت‌ها

• پارامترها همراه پروژه ذخیره نمی‌شوند؛ اعضا به‌صورت تیر و دیرک معمولی ذخیره می‌شوند. برای تغییر بام، ویزارد را با همان چندضلعی دوباره اجرا کنید (گزینه «حذف بام قبلی» در طول همان نشست معتبر است) یا گروه را حذف کرده و بام را دوباره بسازید.
• بازشوهای بام، پنجره‌های سقفی (دورمر)، توفال‌ها، تیرهای کش (collar tie؛ بام بدون پرلین) و کلاف‌بندی دیرک‌ها هنوز در دسترس نیستند.
• در بام مستقل زیر هر پای رافتر یک ستون قرار داده می‌شود؛ چیدمان ستون‌های با فاصله بیشتر که یک تیر نشیمن را تحمل کنند هنوز در دسترس نیست.
• اضلاع منحنی چندضلعی پشتیبانی نمی‌شوند؛ اگر یک ضلع بسیار کوتاه همراه با پیش‌آمدگی بزرگ لبه بام باعث شود خط لبه بام خودش را قطع کند، ویزارد هشدار می‌دهد.