Kalkulator: Ściana szkieletowa

Program służy do kompleksowego wymiarowania ścian szkieletowych z drewna wykonywanych w technologii platformowej. Umożliwia analizę ścian prostokątnych oraz szczytowych, z uwzględnieniem łącznie do trzech otworów okiennych i drzwiowych. Obliczenia prowadzone są zgodnie z Eurokodem 5 (EC5) według metody A.

Zakres sprawdzeń obejmuje kluczowe elementy pracujące w ścianie: nośność poszycia i jego połączenia z rusztem, ściskanie wzdłuż włókien słupka skrajnego oraz docisk w poprzek włókien w podwalinie. Program automatycznie kontroluje poprawność danych wejściowych – weryfikuje położenie otworów względem obrysu ściany oraz ich wzajemne nakładanie się, dzięki czemu eliminuje najczęstsze błędy geometryczne jeszcze przed przystąpieniem do obliczeń.

Wszystkie wyniki Stanów Granicznych Nośności (SGN) wyliczane są na bieżąco, bezpośrednio w arkuszu. Każda zmiana danych — geometrii ściany, obciążenia, przekroju słupków, grubości poszycia czy rozstawu łączników — natychmiast aktualizuje obrazek, obliczenia i stopnie wykorzystania poszczególnych warunków SGN.

Program ma wbudowane menu z możliwością zapisania pozycji. Każdą przeliczoną ścianę można zapisać jako nazwaną pozycję i w dowolnym momencie do niej wrócić, przywracając komplet danych wejściowych wraz z rysunkiem i wynikami. Dzięki temu w jednym pliku mieści się cały zestaw ścian danego obiektu – od ścian parteru, przez ściany szczytowe, po warianty porównawcze tego samego elementu. Pozycje można kopiować jako punkt wyjścia dla kolejnych ścian.

W zakresie poszycia program obejmuje typowe płyty stosowane w budownictwie szkieletowym, opisane parametrami zgodnymi z normami EN 13986 oraz EN 12369: płyty OSB, MFP, sklejki oraz płyty gipsowo-włóknowe. Dla każdego rodzaju płyty przypisany jest własny zestaw parametrów – gęstość charakterystyczna, moduł odkształcenia postaciowego Gmean, dostępne grubości oraz sposób wyznaczania podatności łącznika Kser. Dla produktów objętych aprobatami (np. płyty gipsowo-włóknowe wg ETA-03/0050) stosowane są wzory przewidziane w tych dokumentach, a nie ogólne zależności z tablicy 7.1 EC5, co przekłada się na poprawne wartości sztywności i nośności złącza. Poszycie może być jedno lub dwustronne, z możliwością zadeklarowania różnych płyt po obu stronach lub przejęcia parametrów warstwy zewnętrznej.

Program prowadzi Użytkownika przy doborze łączników poszycia. Dla przyjętej grubości płyty i przekroju rusztu podpowiadana jest minimalna długość gwoździa lub zszywki wynikająca z wymaganej głębokości wnikania w element drewniany, a także minimalna średnica i dopuszczalny zakres grubości poszycia. Kontrolowany jest rozstaw łączników wzdłuż krawędzi płyt oraz w polu tarczy, wraz z odległościami od krawędzi i od czoła elementu. Zbyt gęsty rozstaw sygnalizowany jest jako ryzyko rozłupania drewna, zbyt rzadki – jako utrata nośności tarczy. Użytkownik nie musi więc wertować tablic: warunki konstrukcyjne EC5 sprawdzane są równolegle z warunkiem nośności, a komunikaty wskazują konkretną wartość, którą należy poprawić.

Istotnym elementem obliczeń jest dobór złączy z katalogu. Łączniki filtrowane są według funkcji, rodzaju łącznika, sposobu zakotwienia, minimalnej szerokości słupka oraz wymaganej nośności dla dwóch dostawców złącz: Rothoblaas i Simpson Strong-Tie, dzięki czemu Użytkownik otrzymuje wyłącznie rozwiązania rzeczywiście możliwe do zastosowania w danej sytuacji projektowej. Uwzględniane są zarówno złącza do drewna, jak i zakotwienia do betonu, w tym typoszeregi kotew przeciw wyrywaniu (hold-down) oraz kotew przenoszących ścinanie. Przy każdym łączniku podawany jest wymagany komplet gwoździ lub wkrętów wraz z ich minimalną długością oraz warunek minimalnej szerokości elementu drewnianego, do którego złącze jest mocowane – jeden z najczęściej pomijanych warunków w praktyce projektowej.

Dla połączeń kotwionych w betonie brane są pod uwagę między innymi klasa betonu, minimalna głębokość zakotwienia hef oraz minimalna odległość od krawędzi c1. Obliczeniowa nośność złącza przyjmowana jest jako najmniejsza z nośności wynikających z wytrzymałości drewna, stali oraz betonu – co odpowiada rzeczywistemu mechanizmowi zniszczenia połączenia i zabezpiecza przed przeszacowaniem nośności zakotwienia.

Program wyznacza również zastępczą sztywność poziomą ściany K_total, którą można wykorzystać bezpośrednio w modelach MES. Pozwala to na bardziej realistyczne określenie rozkładu sił poziomych pomiędzy poszczególne ściany konstrukcji, zamiast rozdziału proporcjonalnego wyłącznie do długości ścian.

W obliczeniach sztywności uwzględniane są:
– geometria oraz liczba aktywnych tarcz ściennych,
– sztywność postaciowa poszycia G_{mean · t},
– sztywność słupków skrajnych pracujących jako para sił, z uwzględnieniem E_0,mean oraz pola przekroju słupków,
– podatność łączników K_ser zgodnie z EC5, tablica 7.1,
– rozstaw łączników poszycia wzdłuż krawędzi płyt,
– liczba stron poszycia, z możliwością sumowania sztywności poszycia obustronnego.
Dzięki temu program pozwala uwzględnić rzeczywistą podatność poszczególnych komponentów ściany, zamiast traktowania jej jako elementu o idealnie sztywnym poszyciu.

Na podstawie wprowadzonych danych program automatycznie generuje rysunek analizowanej ściany wraz z geometrią i otworami. Rysunek aktualizuje się wraz ze zmianą danych, co ułatwia wariantowanie rozwiązań – porównanie grubości poszycia, rozstawu łączników czy położenia otworów sprowadza się do zmiany kilku parametrów i natychmiastowego odczytu wytężenia.

Istotną, bardzo cenną, informacją pojawiającą się już na etapie tworzenia rysunku i przyjmowania danych jest automatyczny podział ściany na tarcze spełniające warunki geometryczne. Program analizuje obrys ściany wraz z rozmieszczeniem otworów i wydziela te fragmenty, które zgodnie z metodą A mogą zostać uznane za czynne tarcze ścienne, przenoszące obciążenie poziome. Pozostałe fragmenty, mimo że fizycznie istnieją i są poszyte, do nośności ściany nie są wliczane.

Wyniki obliczeń można bezpośrednio wykorzystać w dokumentacji projektowej, a notkę obliczeniową wyeksportować do formatów PDF oraz DOCX.

Ściana szkieletowa stanowi narzędzie do szybkiego i powtarzalnego wymiarowania ścian szkieletowych, łączące w jednym arkuszu obliczenia nośności, dobór połączeń, analizę sztywności poziomej oraz automatyczne przygotowanie dokumentacji. Zamiast rozproszonych arkuszy, kart katalogowych i ręcznych zestawień, projektant otrzymuje jeden spójny tok obliczeniowy – od danych geometrycznych, przez dobór złączy i kontrolę warunków konstrukcyjnych, aż po gotową notkę i parametr K_total do modelu MES.