XII Konferencja Naukowa - Korbielów 2000
 Metody Komputerowe w Projektowaniu i Analizie Konstrukcji Hydrotechnicznych3
Projektowanie fundamentów bezpośrednich
z wykorzystaniem wspomagania komputerowego
Jan Gaszyński1
Jacek Królikiewicz2
1. WST
P
FUNDAMENTY  tak nazywa się nowy program, który ukaże się już niedługo na rynku
oprogramowania dla projektantów i konstruktorów. W skład programu wchodzą moduły do
obliczeń geotechnicznych i projektowania fundamentów bezpośrednich. Zakres działania
programu obejmuje w chwili obecnej projektowe obliczenia geotechniczne i konstrukcyjne
- stóp i ław fundamentowych. Podstawę tych obliczeń stanowią obowiązujące normy: PN-
81/B-03020 (Posadowienie bezpośrednie budowli) i PN-84/B-03264 (Konstrukcje
betonowe żelbetowe i sprężone) oraz normy z nimi związane.
Przy pomocy tego programu można szybko i wygodnie zaprojektować stopy i ławy
fundamentowe w dowolnych warunkach gruntowych i o różnych kształtach przekrojów
1
Prof. nzw. dr hab., Instytut Geotechniki Politechniki Krakowskiej - Kraków
2
Mgr inż., DATACOMP - Kraków
konstrukcji. Zgodnie z obowiązującymi normami, kryteriami obliczeń są warunki stanów
granicznych.
2. ZAA
OŻENIA
Przy pisaniu programu uwzględniono aspekt dowolności kształtowania projektu, ze
szczególnym uwzględnieniem wszystkich decyzji projektowych podejmowanych przez
projektanta w trakcie procesu projektowania. Użytkownik może również sprawdzić
natychmiast przy pomocy programu czy przyjęte rozwiązania spełniają wymagane warunki
normowe. Oprócz tego to co jest bardzo istotne, że w trakcie pracy z programem nie ma
potrzeby odwoływania się do norm, gdyż wszystkie tablice i wykresy, nanogramy oraz dane
materiałowe włączono do programu za pomocą specjalnych procedur.
Program ma poza tym możliwość pracy nad kilkoma modułami fundamentowymi w
ramach jednego projektu.
Na uwagę zasługuje ten program również pod względem ułatwienia projektantowi
pracy ze względu na wprowadzenie wszelkich danych, które do tej pory trzeba było
żmudnie poszukiwać w normach i tabelach do projektowania. Teraz wystarczy podać tylko
te niezbędne parametry a program sam wyliczy lub zaproponuje pozostałe.
3. WPROWADZANIE DANYCH
Program ten podzielony jest na kilka części w celu ułatwienia użytkownikowi jego obsługę:
podawanie danych, wprowadzanie poprawek, korekty danych oraz oglądanie wyników
obliczeń.
Wprowadzanie danych do obliczeń zorganizowane jest w bardzo prosty sposób, podzielone
jest na kilka tematycznych grup, tak że użytkownik bez trudu może wybrać praktycznie
dowolną kolejność podawania danych lub ich poprawianie w trakcie projektowania
umożliwiając jednocześnie na bieżącą kontrolę poprawności wprowadzonych wartości przy
zastosowaniu szeregu komunikatów informujących użytkownika o ewentualnych błędach.
Wśród tych grup wprowadzania danych można wyróżnić następujące:
·ð MateriaÅ‚  tu podawane sÄ… dane dotyczÄ…ce definiowania rodzaju materiaÅ‚u
(żelbet / beton), poszczególnych klas stali i betonów jak również takich
parametrów, które będą potrzebne do obliczenia np. osiadania konstrukcji
(definiowanie dopuszczalnego osiadania dla danego typu konstrukcji), czy też
zakotwienia słupa stopy fundamentowej (wartość minimalna zakotwienia słupa
stopy fundamentowej),
·ð Geometria  kolejno definiuje siÄ™ parametry geometryczne: wymiary stopy lub
ławy fundamentowej oraz elementu konstrukcyjnego na niej wspartego (słupa
lub ściany) jak również poziom posadowienia konstrukcji. Program umożliwia
definiowanie przez użytkownika szeregu kombinacji geometrycznych kształtu
od schematu blokowego, schodkowego po trapezowe przy dowolnym kształcie
podstawy i przekroju słupa. Odpowiednio do wybranego fundamentu pojawiają
się w oknie programu jego charakterystyczne przekroje, najpierw jako wstępne
szkice, a po wprowadzeniu koniecznej i wystarczającej ilości informacji - jako
przekroje zwymiarowane (szkic narysowany z zachowaniem proporcji). Na tym
etapie program dokonuje wstępnego sprawdzenia poprawności przyjmowanych
wymiarów i proponowanego przekroju z uwagi na kryteria wytrzymałościowe
obowiązujące dla przyjętego materiału.
·ð Grunt  Program ten umożliwia definiowanie podÅ‚oża uwarstwionego.
Parametry gruntowe definiuje się według metody A i B, które są metodami
normowymi. Należy tu nadmienić, że program jest w tym przypadku bardzo
pomocny, gdyż określanie parametrów gruntowych metodą normową
B wiązało się do tej pory z odczytywaniem tych parametrów z szeregu tablic
i nanogramów co zostało w programie zastąpione przez odpowiednie
procedury, dzięki czemu użytkownik programu nie musi praktycznie w ogóle
zaglądać do normy. Parametry te można również podawać wprost (według
metody normowej A), jak również użytkownik ma możliwość modyfikacji w
każdej chwili dowolnego parametru (udostępniona tzw. metoda
modyfikowana). Program uwzględnia również działanie wody gruntowej w
podłożu co wiąże się z dodatkowymi przeliczeniami gęstości objętościowej
warstw gruntowych znajdujących się poniżej założonego lustra wody
gruntowej. Również i tą opcję program realizuje a wynik uwzględnienia wody
gruntowej można od razu zobaczyć na szkicu warstw gruntowych jak i w tabeli
warstw gruntowych.
·ð Obciążenia  kolejno zdefiniowane sÄ… obciążenia przekazywane przez
fundament na podłoże gruntowe. Wartości obciążeń należy podawać według
konwencji znakowania odpowiadającej sytuacji pokazanej na szkicu, który
określa konwencję znakowania wartości obciążeń działających na konstrukcję
stopy lub Å‚awy fundamentowej.
·ð Opis techniczny  istnieje również możliwość podania charakterystyki
ogólnej posadowienia obiektu, opisu technicznego, charakterystyki gruntu oraz
uwag końcowych.
4. OBLICZENIA GEOTECHNICZNE
Pierwsze w kolejności wykonywane są obliczenia geotechniczne. Najpierw jednak
wywoływana jest procedura sprawdzenia kompletności zbioru wprowadzonych
danych. Brak niezbędnych danych jest sygnalizowany użytkownikowi ze
wskazaniem na przyczynę zatrzymania procesu sprawdzenia. Gdy zbiór danych jest
przygotowany właściwie, program wylicza opór graniczny podłoża gruntowego w
poziomie posadowienia. W przypadku podłoża niejednorodnego (uwarstwionego)
program oblicza także opór graniczny w stropach warstw znajdujących się w
zasięgu dwukrotnej szerokości fundamentu (zgodnie z normą PN-81/B-03020).
Stanowi to  jak twierdzą praktycy  znacznie dokładniejsze sprawdzenie w
porównaniu do obliczeń  ręcznych , w których tak dokładne sprawdzenie jest
zwykle pomijane. W razie niespełnienia, któregokolwiek z warunków, program
sygnalizuje to użytkownikowi ze wskazaniem na przyczynę niespełnienia
warunków obliczeniowych.
Po wyznaczeniu oporu granicznego program sprawdza warunek I stanu graniczne-
go w poziomie posadowienia i stropach warstw spełniających wyżej podane kryterium.
Niezwykle istotną dla użytkownika programu zaletą jest to, że uciążliwe
odczytywanie z normowych wykresów, tabel oraz nanogramów, potrzebnych do obliczeń
wartości współczynników, z uwzględnieniem odpowiednich parametrów dla każdej z
warstw rozpatrywanego gruntu jak i materiałów użytych do konstrukcji (beton, stal
zbrojeniowa) przejmuje na siebie program. Wielkości te są wyznaczane w odpowiednich
procedurach.
Rezultaty wykonania obliczeń są podawane użytkownikowi w formie informacji o
spełnieniu lub nie warunków stanu granicznego jak i danych szczegółowych o procesie
obliczeń geotechnicznych.
W przypadku nie spełnienia warunków stanu granicznego, program informuje o tym
użytkownika i proponuje różne sposoby rozwiązania zaistniałego problemu. Po spełnieniu
warunku I stanu granicznego, program wykonuje geotechniczne obliczenia stanu
granicznego użytkowania. Wyznaczone elementy tego stanu, np.: osiadania fundamentu
można porównać z umieszczonymi w bazie programu osiadaniami dopuszczalnymi dla
danego rodzaju budowli.
5. OBLICZENIA KONSTRUKCYJNE
Po wykonaniu wszystkich obliczeń geotechnicznych z pozytywnym wynikiem  czyli
spełnieniu warunków I i II stanu granicznego, użytkownik może podjąć decyzję o
ostatecznym kształcie i wymiarach fundamentu oraz przejść do obliczeń konstrukcyjnych.
Obejmują one, zgodnie z normą PN-84/B-03264, sprawdzenie stanu granicznego nośności
na przebicie i ścinanie oraz określenie w oparciu o to kryterium wymaganej wysokości i
kształtu stopy oraz zaprojektowaniu potrzebnego zbrojenia w przypadku stóp i ław
żelbetowych. Tu program oferuje dużą elastyczność w projektowaniu zbrojenia stóp i law
żelbetowych. Użytkownik ma możliwość zmiany decyzji w każdym momencie w kwestii
zastosowanego materiału, średnicy użytych do zbrojenia wkładek jak również ilości prętów
zbrojeniowych potrzebnych do spełnienia warunków wytrzymałościowych.
Każde przekroczenie warunków projektowych takich jak za mała lub za duża
odległość pomiędzy prętami zbrojeniowymi czy za mała przyjęta powierzchnia zbrojenia -
jest sygnalizowana natychmiast za pomocą odpowiedniego komunikatu jak również przy
użyciu koloru sygnalizującego błąd, czy tez możliwość modyfikacji danych.
Dokonane zmiany wymagają od użytkownika wykonania wyłącznie niezbędnych
obliczeń, takich, które muszą uwzględnić zaistniałe poprawki.
Interfejs jest przygotowany pod względem obsługi bardzo dobrze a jego obsługa jest
bardzo intuicyjna i nie sprawia użytkownikowi kłopotów w obsłudze.
6. DOKUMENTACJA TECHNICZNA
Po ostatecznym ustaleniu przez użytkownika liczby wkładek zbrojeniowych, można
teraz przejść do przygotowania wstępnego opisu technicznego, który można potem
wydrukować łącznie z raportem z całego projektu obliczeniowego. Jest również możliwość
wyeksportowania owego raportu do innych programów edycyjnych, co na pewno jest
atrakcyjnym atutem programu, gdyż pozwala dołączyć ten raport wraz ze szkicami do
jakiegoś większego raportu lub dokumentacji technicznej.
Oprócz tego wybrane rysunki można eksportować do innych programów typu CAD
(np. AutoCAD) w postaci plików o formacie  dxf .
7. PODSUMOWANIE
Wszystkie wymienione powyżej cechy programu można zawrzeć w kilku istotnych
dla jego oceny krótkich punktach:
·ð możliwość pracy nad kilkoma projektami i moduÅ‚ami projektów jednoczeÅ›nie,
·ð Å‚atwość wprowadzania danych i kontroli wizualnej poprawnoÅ›ci danych (szkice),
·ð unikniÄ™cie koniecznoÅ›ci korzystania z tabel i wykresów normowych zastÄ…pionych w
programie odpowiednimi procedurami,
·ð zintegrowanie obliczeÅ„ geotechnicznych i wymiarowania konstrukcyjnego,
·ð możliwość wykonania wielu wariantów obliczeÅ„ w krótkim czasie z jednoczesnÄ…
możliwością decydowania o zmianie niektórych parametrów w trakcie wykonywania
danego projektu,
·ð możliwość edycji na bieżąco opisu technicznego z jednoczesnÄ… możliwoÅ›ciÄ…
eksportu danych do programów edycyjnych w celu wykonania dokumentacji
technicznej projektu,
·ð możliwość eksportu szkiców konstrukcyjnych do programów CAD w formacie  dxf
8. WYMAGANIA SPRZ
TOWE
Minimalna konfiguracja konieczna do uruchomienia programu z pakietu w wersji
pod Windows:
·ð system Windows 95, Windows 98,
·ð 8 MB RAM,
·ð karta graficzna VGA, SVGA.