Informacje ogólne

W programie  R3D3 Rama 3D  umożliwiono zadawanie obciążeń powierzchniowych  na dowolną konstrukcję prętowo  -  szkieletową. Funkcja ta jest dostępna jedynie dla przestrzennej odmiany programu R3D3. Dla założonych w modelu obciążeń powierzchniowych program sam dokonuje rozkładu zdefiniowanego obciążenia powierzchniowego na najbardziej odpowiadające mu obciążenia ciągłe prętowe (równomierne lub trapezowe) i skupione siły węzłowe. Funkcja w szczególności przeznaczona jest do modelowania następujących typów obciążeń:

•      Obciążenia śniegiem i wiatrem połaci dachowych oraz prętowych struktur płaskich i przestrzennych, np. stropodachów i kopuł.

•      Obciążenia wiatrem konstrukcji prętowych konstrukcji ścian.

•      Obciążenia ciężarem własnym pokrycia: połaci dachowych, dachów, stropów o konstrukcji prętowej oraz prętowych struktur przestrzennych.

•      Obciążeń użytkowych równomiernych stropów o konstrukcji prętowej (pojedynczo o konstrukcji indywidualnej lub zbiorczo o konstrukcji powtarzalnej).

•      Obciążeń trapezowych lub trójkątnych od parcia gruntu na konstrukcję szkieletową.

•      Obciążenia pojedynczych prętów lub elementów (dowolnego pochodzenia)  zbierane z obszaru o typowym lub nieregularnym kształcie.

Jak widać z powyższego wykazu, zakres stosowania funkcji obciążenia powierzchniowego jest bardzo szeroki i obejmuje praktycznie wszystkie główne obciążenia występujące w typowych konstrukcjach budowlanych.

Na obciążenie powierzchniowe w programie składają się następujące, podstawowe elementy:

•      Pręty obciążenia powierzchniowego – wyselekcjonowana przez użytkownika lista prętów, do której będzie przypisane zadawane obciążenie powierzchniowe (do tego samego pręta może być przypisanych kilka obciążeń powierzchniowych w modelu). Pręty takie przeważnie dla większości obciążeń i konstrukcji powinny znajdować się na jednej płaszczyźnie równoległej do płaszczyzny obciążenia (np. na jednej połaci dachu lub ścianie budynku). Algorytm rozkładu obciążeń powierzchniowych jest na tyle ogólny, że będzie działał również dla prętów obciążenia powierzchniowego usytuowanych dowolnie w przestrzeni. Wówczas przed rozkładem zostaną one zrzutowane prostokątnie na zdefiniowaną płaszczyznę obciążenia, np. pozioma płaszczyzna obciążenia i pręty szkieletu kopuły. Stąd wniosek, że w rozkładzie zostaną zawsze pominięte pręty (niezależnie od ich selekcji), które będą dokładnie prostopadłe do płaszczyzny obciążenia (nie będą miały liniowego rzutu na tę płaszczyznę). Analogicznie będzie w przypadku prętów typu cięgno, które z założenia nie mogą być obciążone prostopadle do osi pręta na ich długości. Pręty tego typu zostaną pominięte w rozkładzie.

•      Płaszczyzna obciążenia – zdefiniowana przez użytkownika płaszczyzna, na której zadane będzie obciążenie powierzchniowe. Płaszczyzna obciążenia może być zdefiniowana w trybie płaskim przez wskazanie dwóch punktów (będzie ona wówczas zawsze prostopadła do powierzchni ekranu monitora) lub w trybie przestrzennym przez wskazanie trzech dowolnych punktów płaszczyzny na elementach układu. Ponieważ płaszczyzna obciążenia jest praktycznie dowolna, w programie można zadawać np. zarówno obciążenia połaciowe, jak i na rzut połaci. Stąd np.:

- obciążenie wiatrem – będzie obciążeniem połaciowym prostopadłym do połaci.

- obciążenie ciężarem własnym pokrycia – będzie obciążeniem połaciowym pionowym,

- obciążenie śniegiem – będzie obciążeniem pionowym zadanym na rzut połaci.

Dla wszystkich tego typu obciążeń, zadanych zgodnie z fizyką ich działania, nie jest wymagane przeliczanie ich wartości (pobranych bezpośrednio z norm obciążeniowych) przez współczynniki funkcji trygonometrycznych, wynikających z nachylenia połaci i kierunki rozkładu. W przypadku obciążeń powierzchniowych dachów zaleca się zachować następującą kolejność działania: pierwsze zadajemy (odsunięte od układu) obciążenie powierzchniowe śniegiem na wszystkie połacie na raz, następnie obciążenie powierzchniowe ciężarem własnym pokrycia dla każdej połaci osobno, a na końcu wszystkie te obciążenia odsuwamy pionowo. Na samym końcu zadajemy na każdej połaci osobno obciążenie wiatrem. Zachowanie takiej kolejności zadawania obciążeń powierzchniowych dla dachów zapewni największą przejrzystość modelu w trakcie definiowania tych obciążeń.

•      Obszar obciążenia – określony i wydzielony przez użytkownika obszar  jednospójny leżący w płaszczyźnie obciążenia, na którym przyłożone będzie obciążenie powierzchniowe. Domyślnie jest to otoczka wypukła opisana na wszystkich zrzutowanych na płaszczyznę obciążenia prętach.

•      Wartość, kierunek i zwrot obciążenia powierzchniowego - wartość obciążenia w kN/m², kierunek działania obciążenia powierzchniowego (jeden
z kierunków osi globalnego układu współrzędnych lub kierunek prostopadły do płaszczyzny obciążenia) oraz jego zwrot określony znakiem plus lub minus wartości obciążenia.

W modelu układu statycznego może być zdefiniowanych wiele obciążeń powierzchniowych, przypisanych do tych samych lub różnych prętów. Obciążenie powierzchniowe pamiętane jest w modelu oraz zapisane jest w pliku projektu wraz z przypisanym do niego rozkładem na poszczególne, wybrane pręty układu. Każda modyfikacja wprowadzona do tego obciążenia odpowiednio modyfikuje również  rozkład obciążeń na odpowiednich prętach przypisanych do tego obciążenia.

Ponieważ w trakcie rozkładu obciążenia powierzchniowego na wybrane pręty
i węzły układu, przed wykonaniem rozkładu program rzutuje prostokątnie wszystkie wybrane pręty na płaszczyznę obciążenia, należy pamiętać o konsekwencjach takiego działania w niektórych przypadkach szczególnych. Pierwszy z nich to taki, w którym po rzutowaniu na płaszczyznę obciążenia rzuty dwóch prętów znajdujących się jeden za drugim w części lub w całości pokryją się. W takim przypadku obciążenie po rozkładzie przypadnie po połowie na oba pręty, których rzuty się pokrywają. Tego przypadku należy przeważnie unikać, wybierając zawsze właściwe pręty do rozkładu. Jedyny wyjątek stanowić tu mogą elementy prętowe kolejnych stropów budynku o dokładnie takim samym układzie konstrukcyjnym  i takich samych obciążeniach.
W takim przypadku dla np. 3 kondygnacji można zadać dla elementów stropowych każdej z nich trzy odrębne obciążenia powierzchniowe lub zadać jedno obciążenie powierzchniowe o wartości 3 razy większej, działające jednocześnie na elementy stropowe wszystkich trzech kondygnacji na raz. Efekt obliczeniowy w obu przypadkach będzie dokładnie taki sam. Drugi przypadek to taki, w którym wybrane zostały pręty, których rzuty wprawdzie się nie pokrywają, ale w rzeczywistej konstrukcji część prętów i rozpiętych między nimi osłon zasłania pręty pozostałe. Jak widać, dla prawidłowego działania funkcji rozkładu obciążenia powierzchniowego na pręty bardzo istotny jest prawidłowy wybór przez użytkownika, na jakie pręty ma być to obciążenie rozłożone. Dla ilustracji problemu wróćmy do przykładu szkieletu kopuły. Dla pionowego obciążenia śniegiem możemy wybrać wszystkie pręty kopuły, gdyż żaden
z nich po zrzutowaniu na płaszczyznę obciążenia nie powinien się pokryć i nie będzie zasłaniał pozostałych prętów. Natomiast dla poziomego obciążenia wiatrem powinna być bezwzględnie wybrana jedynie połowa prętów kopuły, gdyż pozostałe pręty są przesłonięte (ewentualne ssanie zakładamy dla pozostałych prętów jako odrębne obciążenia powierzchniowe zadane w tej samej grupie obciążeń).