Expertul pentru acoperiș (acoperiș automat)

Acest articol explică cum construiește expertul pentru acoperiș (acoperiș automat) din StatiCAD, într-un singur pas, un acoperiș complet din lemn în patru ape, în două ape sau mixt, pornind de la un poligon de acoperiș. Pentru adăugarea individuală a fermelor și a panelor, consultați articolele Expertul pentru ferme de acoperiș și Pane automate între ferme.

Figura 1 – Acoperiș în patru ape construit pe o clădire din beton armat cu trei etaje (previzualizare 3D)

1. Despre acest articol

Pornind de la un poligon de acoperiș și de la pantele laturilor, expertul construiește geometria unui acoperiș în patru ape, în două ape sau mixt și adaugă într-un singur pas, în modelul de analiză, întreaga structură din lemn: căpriori, pane, grinda de coamă, căpriori de muchie și de dolie, căpriori de fronton, montanți, contrafișe și pazie. Încărcarea din învelitoare se aplică ca încărcare liniară pe căpriori sau un planșeu poligonal este discretizat pe suprafața acoperișului.

info

În ce ediții? Expertul pentru acoperiș poate fi folosit în toate edițiile StatiCAD (ca și expertul pentru ferme și cel pentru pane).

Exemplele folosesc o clădire din beton armat cu trei etaje, de 20 × 10 m: axele grinzilor de la ultimul etaj sunt luate ca poligon al acoperișului și se construiește un acoperiș în patru ape cu panta de 33%.

2. Cum funcționează?

2.1. Geometria acoperișului

Poligonul acoperișului este linia de rezemare: axa peretelui sau a grinzii pe care reazemă picioarele căpriorilor. Fiecărei laturi i se dă o pantă (în procente); la o latură marcată ca fronton, suprafața acoperișului este verticală (peretele de fronton al unui acoperiș în două ape). Expertul decalează laturile spre exterior cu valoarea ieșirii streașinii, obținând linia streașinii, și construiește acoperișul cu metoda scheletului drept ponderat (weighted straight skeleton): suprafața corespunzătoare fiecărei laturi urcă cu panta proprie, iar liniile în care se întâlnesc suprafețele devin coama (orizontală), muchiile (colțuri convexe) și doliile (colțuri concave). Metoda dă acoperișul corect și pentru planurile nedreptunghiulare (L, T, U și poligoane cu laturi oblice); pantele diferite ale laturilor și frontoanele pot fi combinate.

Ieșirea streașinii este o dimensiune orizontală și se aplică laturilor cu panta implicită; la laturile cu altă pantă, ieșirea se ajustează astfel încât streașina să rămână la aceeași cotă pe toți versanții (linie continuă a jgheabului). Laturile cu fronton se prelungesc suplimentar cu „streașina la fronton”; coama și panele ies dincolo de peretele de fronton, iar capetele lor sunt legate de căpriorul de fronton.

2.2. Elementele

Element	Amplasare	Legătură
Căprior	Pe fiecare versant, perpendicular pe streașină, la distanța dată, simetric față de mijlocul versantului. Lângă muchii și dolii se scurtează (căpriori scurți).	Se împarte la linia de rezemare și la intersecțiile cu panele (grindă continuă). Articulat la capătul de la coamă/muchie/dolie. Capătul de la streașină este în consolă.
Pană	Curbe de nivel: la aceleași cote pe toți versanții, formând un inel care se închide la muchii și dolii. Pana foarte apropiată de vârful versantului este omisă (grinda de coamă este suficientă).	În planul axelor căpriorilor (centric). Capete articulate. Se împarte în punctele montanților și ale contrafișelor.
Coamă / muchie / dolie	Liniile scheletului. Bucățile coliniare formează un singur element.	Se împart la linia de rezemare, la capetele panelor și în punctele montanților.
Căprior de fronton	De-a lungul liniei exterioare a streașinii de la fronton.	Cu secțiunea căpriorului.
Montant	Sub pane și sub coamă; capătul inferior la cota superioară a etajului (Secțiunea 6).	Articulat jos, continuu sus; tipul StatiCAD „Montant de fermă” (nu primește reazem automat).
Contrafișă	De la fiecare montant spre ambele părți, de-a lungul panei/coamei pe care o susține; la unghiul dat față de montant.	Articulată la ambele capete (numai efort axial). Dacă nu încape pe montant, se scurtează sub același unghi.
Pazie	De-a lungul liniei streașinii, leagă capetele căpriorilor.	Continuă.
Cosoroabă	De-a lungul liniei de rezemare (opțională, implicit dezactivată).	Coincide cu grinda din beton armat, dacă pe linia de rezemare există una.
Stâlp din lemn (acoperiș independent)	Sub fiecare nod de căprior, de muchie/dolie și de fronton de pe linia de rezemare, de la baza etajului (Secțiunea 4.3).	Tipul Stâlp/montant din lemn: baza primește reazem automat, partea superioară este continuă.

2.3. Legătura cu modelul de analiză

În modelul cu elemente finite, două elemente nu se leagă dacă capătul unuia nu se află pe celălalt. De aceea expertul creează explicit toate punctele de legătură:

• Alinierea laturilor: în modelul cu elemente finite, linia nodurilor unei grinzi de margine se află pe axa ei definită, nu în centrul grinzii (în exemplu, la 12,5 cm spre exterior față de centru). Când opțiunea „Aliniază laturile pe liniile FEM ale grinzilor” este activă (implicit), laturile poligonului sunt mutate pe linia nodurilor unei grinzi paralele aflate la cel mult 30 cm; astfel, picioarele căpriorilor și capetele muchiilor se leagă de grindă.
• Împărțirea: căpriorii se împart la intersecțiile cu panele, panele și coama la capetele montanților și ale contrafișelor, muchiile și doliile la capetele panelor.
• Unirea: capetele aflate la mai puțin de 6 cm unul de altul sunt unite (pentru ca grinzile deplasate în limita toleranței de nod de 5 cm a programului să nu rateze legătura).
• Amprenta stâlpului: programul leagă de axa stâlpului, printr-o grindă fictivă, capătul de grindă care cade în amprenta în plan a stâlpului. Această legătură se face numai dacă capătul grinzii se află în intervalul de cote al stâlpului; capetele căpriorilor, ale coamei și ale panelor aflate mult deasupra vârfului stâlpului nu se leagă de stâlp. De aceea, căpriorii își păstrează lungimea completă și distanța regulată și pe axele stâlpilor.

3. Deschiderea expertului și poligonul acoperișului

Expertul se deschide din trei locuri: butonul Acoperiș din bara de instrumente din stânga (sub butoanele Fermă și Pană), Desenare › Acoperiș (expertul pentru acoperiș automat)... și Macro-uri › Expertul pentru acoperiș (acoperiș automat).... Acoperișul se construiește la etajul activ; la etajul de fundație expertul nu se deschide.

Poligonul acoperișului se dă în unul dintre următoarele două moduri:

1. Planșeu poligonal selectat: dacă la deschiderea expertului este selectat în plan un planșeu poligonal, colțurile lui devin poligonul acoperișului. Cât timp fereastra este deschisă, se poate folosi și butonul „Preia din planșeul poligonal selectat”. În acest caz, opțiunea de învelitoare trece automat pe „Discretizează planșeul poligonal sursă pe acoperiș”.
2. Desenare în plan: butonul „Desenează în plan” închide fereastra; faceți clic pe rând, în plan, pe colțurile liniei de rezemare (Shift: ortogonal). Clicul pe primul punct sau clicul dreapta închide poligonul (cel puțin 3 puncte), iar expertul se deschide din nou. Punctele intermediare aflate pe aceeași dreaptă sunt unite.

Figura 2 – Expertul pentru acoperiș: în stânga previzualizarea în plan (versanți, elemente, numerele laturilor), în dreapta fila Acoperiș

4. Fila Acoperiș

4.1. Panta și frontoanele

Panta implicită (în procente; alături se afișează unghiul în grade) este panta laturilor noi; „Aplică la toate laturile (elimină frontoanele)” aduce toate laturile la această pantă și elimină frontoanele. Tabelul laturilor arată lungimea, panta și starea de fronton a fiecărei laturi. Celula pantei poate fi editată; valoarea nouă se aplică cu Enter sau la trecerea în altă celulă. Bifarea casetei Fronton sau clicul pe o latură în previzualizare activează/dezactivează frontonul (cel puțin o latură trebuie să rămână înclinată). În previzualizare, numerele laturilor apar în cercuri; laturile cu fronton sunt mov.

Figura 3 – Acoperiș în formă de L: capetele celor două aripi sunt cu fronton, la colțul interior se formează o dolie; previzualizarea 3D se rotește prin tragere cu mouse-ul

4.2. Streașina și nivelul de rezemare

Setare	Descriere
Ieșirea streașinii (orizontală)	Ieșirea capetelor căpriorilor dincolo de linia de rezemare (implicit 50 cm).
Streașina la fronton	Ieșirea coamei și a panelor dincolo de laturile cu fronton (implicit 30 cm).
Nivelul de rezemare	Cota superioară a etajului activ (implicit): acoperișul reazemă la cota planșeului/grinzilor ultimului etaj. Baza etajului activ (etaj de acoperiș): pe un etaj de acoperiș separat, acoperișul reazemă la baza etajului (pe grinzile etajului de dedesubt); la un etaj fără planșee, expertul alege singur această variantă.
Cota suplimentară a liniei de rezemare	Înălțimea picioarelor căpriorilor deasupra nivelului de rezemare (de ex. un parapet de mansardă).
Aliniază laturile pe liniile FEM ale grinzilor (≤ 30 cm)	Secțiunea 2.3.
Material lemn	Materialul tuturor elementelor acoperișului (clasele de lemn din proiect și din bibliotecă).

danger

Etaj de acoperiș separat și analiza modală: În analiza modală cu diafragmă rigidă, de nodul master al diafragmei unui etaj de acoperiș fără planșee nu se leagă niciun nod, de aceea soluția modală poate să nu conveargă. Când acoperișul este analizat împreună cu clădirea, construiți-l pe cota superioară a ultimului etaj (implicit).

4.3. Analiza acoperișului independent

Pentru a analiza acoperișul singur, independent de o clădire (de exemplu într-un proiect gol), bifați Analiza acoperișului independent (fără clădire). Atunci, sub nodurile care în mod normal ar rezema pe grinzi (picioarele căpriorilor din spatele streașinii, colțurile muchiilor și ale doliilor, nodurile panelor și ale coamei de pe liniile de fronton), se pun de la baza etajului elemente Stâlp/montant din lemn. Ele sunt create ca stâlpi din lemn, nu ca montanți de fermă, de aceea bazele lor primesc reazeme automate. Secțiunea stâlpului se dă cu „Stâlp din lemn b × h” (implicit 12 × 12 cm).

Montanții de sub pane și de sub coamă coboară și ei până la baza etajului și devin stâlpi din lemn; la bifarea opțiunii, amplasarea montanților trece pe „Distanțe egale”. Acoperișul reazemă la cota superioară a etajului activ; nivelul de rezemare și alinierea pe grinzi nu se folosesc (apar în gri).

Figura 4 – Analiza acoperișului independent: stâlpi din lemn de la baza etajului sub picioarele căpriorilor, montanți care coboară până la baza etajului; în dreapta, opțiunea din fila Acoperiș

info

Numărul de stâlpi și analiza: Sub fiecare picior de căprior se pune câte un stâlp, de aceea distanța dintre stâlpi este egală cu distanța dintre căpriori (80 de stâlpi în exemplul de 12 × 8 m). Într-un proiect gol, analiza acoperișurilor în patru ape de 10 × 6 m și 45 × 24 m s-a încheiat fără avertismente privind elemente în aer sau matrice singulară; bazele stâlpilor au primit reazeme încastrate.

5. Fila Elemente

În această filă se introduc distanța și secțiunea căpriorilor; panele (activ/inactiv, distanța orizontală la panta implicită, secțiunea), grinda de coamă, căpriorii de muchie/dolie, căpriorul de fronton, pazia și cosoroaba se activează sau se dezactivează separat, iar secțiunile lor (b × h, cm) se introduc individual. Secțiuni implicite: căprior 5 × 10 (distanța 50 cm), pană 10 × 12, coamă 12 × 16, muchie/dolie 10 × 16, montant 10 × 10, contrafișă 8 × 10, pazie 3 × 15.

Cotele panelor se obțin prin împărțirea în părți egale a înălțimii celui mai înalt punct al acoperișului: distanța este distanța orizontală la panta implicită (de ex. 200 cm × 33% → un pas de cotă de cel mult 66 cm). Rândul de rezumat arată pasul de cotă real.

Figura 5 – Filele Elemente, Montanți și Încărcare / învelitoare

6. Montanți și contrafișe

Montanții se pun sub pane și sub grinda de coamă. Există două moduri de amplasare:

Amplasare	Descriere
Pe liniile grinzilor de rezemare (implicit)	Montantul se pune în punctul în care pana/coama intersectează în plan o grindă de la cota superioară a etajului; capătul lui inferior reazemă pe linia nodurilor grinzii și în analiză se leagă de grindă. Pentru o pană/coamă sub care nu există grindă, în rezumat se afișează un avertisment.
Distanțe egale	Montanții se distribuie uniform, fără a depăși distanța dată. Dacă sub capetele lor inferioare nu există grindă, în analiză rămân în aer (shell-ul planșeului nu primește nod interior); programul avertizează.

Contrafișele se pun de la fiecare montant spre ambele părți ale elementului pe care îl susține, la unghiul dat față de montant (implicit 45°) și cu lungimea orizontală dată (implicit 60 cm). Dacă lungimea verticală nu încape pe montant, contrafișa se scurtează sub același unghi; partea prea apropiată de montantul vecin este omisă.

tip

Deschiderea panelor: Când montanții se pun numai pe liniile grinzilor de rezemare, deschiderea panelor poate ajunge cât distanța dintre grinzi (6,5 m în exemplu). După verificarea elementelor, dacă este necesar, alegeți distanțe egale și adăugați grinzi sub montanți sau măriți secțiunea panelor.

7. Fila Încărcare / învelitoare

Opțiune	Descriere
Ca încărcare liniară pe căpriori	Fiecare căprior primește, pe o lățime egală cu distanța dintre căpriori, încărcarea din învelitoare G (pe suprafața acoperișului, kg/m²) și încărcarea din zăpadă (pe proiecția în plan, kg/m² × cos α) ca încărcări liniare (încărcările suplimentare G și Q ale grinzii, kg/m). Implicit: G = 50, zăpadă = 75 kg/m².
Discretizează planșeul poligonal sursă pe acoperiș	Dacă poligonul acoperișului a fost preluat dintr-un planșeu poligonal, planșeul este așezat pe suprafața acoperișului cu o rețea de triunghiuri, pe baza cotelor de capăt ale grinzilor (la fel ca Macro-uri › Discretizează planșeul poligonal după cotele de capăt ale grinzilor (TIN - învelitoarea acoperișului); vezi Ajustarea automată a cotelor învelitorii acoperișului și ale montanților). Încărcările sunt valorile G/Q proprii ale planșeului; pentru învelitoare folosiți un planșeu subțire și ușor (de ex. OSB). Nodurile aflate sub suprafața acoperișului (capetele inferioare ale montanților, contrafișele, tălpile inferioare ale fermelor, grinzile etajului de sub acoperiș) nu sunt incluse în rețea; numărul lor este raportat în rezumat.
Fără încărcare	Elementelor acoperișului nu li se aplică încărcare suplimentară (numai greutatea proprie).

Grup de selecție: toate elementele sunt puse într-un singur grup de selecție (ROOF-01, ROOF-02 …; prefixul poate fi schimbat); grupul poate fi selectat și șters. Dacă este bifată opțiunea „Șterge acoperișul anterior de pe acest poligon”, rularea din nou a expertului cu același poligon elimină acoperișul anterior și îl construiește pe cel nou (în cadrul sesiunii).

8. Construirea acoperișului și rezultatul

Butonul „Construiește acoperișul” adaugă elementele în model; fereastra cu rezultate arată numele grupului, numărul de grinzi și de montanți, lista elementelor și avertismentele. Înainte și după operație se înregistrează o stare pentru anulare: Anulare elimină acoperișul într-un singur pas.

Figura 6 – Exemplu de acoperiș în patru ape (previzualizare 3D): inelul de pane, coama, muchiile, montanții de pe liniile grinzilor și contrafișele

9. Note privind analiza

• La acoperișurile-exemplu în patru ape și în două ape, analiza s-a încheiat fără avertismente: niciun grup de elemente în aer, nicio matrice de rigiditate singulară, analiza modală normală.
• Rata „S-a produs o eroare parțială în transferul încărcărilor” se poate modifica odată cu acoperișul: aceasta este o verificare de total pe calea clasică a încărcărilor (încărcarea totală a etajului față de încărcarea care ajunge la elementele verticale ale parterului). Deoarece montanții reazemă pe grinzi, încărcarea acoperișului nu este urmărită pe calea clasică; soluția cu elemente finite nu este afectată.
• Informarea „axe de calcul cu grilă din lemn detectată, dar fără definiție de vibrații” provine din grinzile din lemn aflate deasupra planșeelor ultimului etaj; pentru acoperiș nu este necesară verificarea vibrațiilor.
• Căpriorii, panele și celelalte elemente se verifică prin proiectarea grinzilor și a stâlpilor din lemn; actualizați secțiunile în funcție de rezultate.

10. Limite

• Parametrii nu se salvează împreună cu proiectul; elementele se salvează ca grinzi și montanți obișnuiți. Pentru a modifica acoperișul, rulați din nou expertul cu același poligon („șterge acoperișul anterior” funcționează în cadrul sesiunii) sau ștergeți grupul și construiți-l din nou.
• Golurile în acoperiș, lucarnele, șipcile, cleștii (acoperiș fără pane) și contravântuirile montanților nu sunt încă disponibile.
• La acoperișul independent se pune câte un stâlp sub fiecare picior de căprior; dispunerea cu stâlpi mai rari, care susțin o grindă de rezemare, nu este încă disponibilă.
• Laturile curbe ale poligonului nu sunt acceptate; dacă o latură foarte scurtă, împreună cu o ieșire mare a streașinii, face ca linia streașinii să se autointersecteze, expertul afișează un avertisment.