Tutorial custom placing of windows and doors/pt-br

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Tutorial
Topic
Arquitetura
Level
Intermediário
Time to complete
60 minutos
Authors
vocx
FreeCAD version
0.18 ou superior
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None
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Introdução

Este tutorial mostra como inserir Janelas em Arco e Portas em Arco com design personalizado em um modelo de edificação. Ele utiliza as bancadas de trabalho Draft, Arch e Sketcher.

As ferramentas comuns utilizadas são: Grade do Draft, Draft Snap, Draft Wire, Arch Wall, Arch Window e Sketcher NewSketch. O usuário deve estar familiarizado com a aplicação de restrições em esboços.

Este tutorial foi inspirado nos tutoriais de jpg87 publicados nos fóruns do FreeCAD.

Consulte também o seguinte tópico para mais informações sobre o posicionamento de janelas e portas.

Veja também a página seguinte para alguns vídeos sobre como alinhar janelas.

Configuração

1. Abra o FreeCAD, crie um novo documento vazio e mude para a Arch Workbench.

2. Certifique-se de que as unidades estejam configuradas corretamente no menu Editar → Preferências → Geral → Unidades. Por exemplo, MKS (m/kg/s/grau) é adequado para lidar com distâncias em uma edificação típica; além disso, defina o número de casas decimais como 4 para considerar até mesmo as menores frações de metro.

3. Use o botão Draft ToggleGrid para exibir uma grade com resolução suficiente. Você pode alterar a aparência da grade no menu Editar → Preferências → Draft → Grade e ajuste → Grade. Defina linhas a cada 50 mm, com linhas principais a cada 20 linhas (a cada metro) e um total de 1000 linhas (a grade cobre uma área de 50 m x 50 m).

4. Afaste o zoom da visualização 3D se estiver muito perto da grade.

Agora estamos prontos para criar uma parede simples na qual possamos posicionar janelas e portas.

Colocando uma parede

5. Use a ferramenta Draft Wire para criar uma polilinha. Siga no sentido anti-horário.

5.1. Primeiro ponto em (0, 4, 0); na caixa de diálogo, digite 0 m Enter, 4 m Enter, 0 m Enter.
5.2. Segundo ponto em (2, 0, 0); na caixa de diálogo, digite 2 m Enter, 0 m Enter, 0 m Enter.
5.3. Terceiro ponto em (4, 0, 0); na caixa de diálogo, digite 4 m Enter, 0 m Enter, 0 m Enter.
5.4. Quarto ponto em (6, 2, 0); na caixa de diálogo, digite 6 m Enter, 2 m Enter, 0 m Enter.
5.4. Quinto ponto em (6, 5, 0); na caixa de diálogo, digite 6 m Enter, 5 m Enter, 0 m Enter.
5.5. No teclado numérico, pressione A para finalizar a polilinha.
5.6. No teclado numérico, pressione 0 para obter uma vista axonométrica do modelo.
Nota: certifique-se de que a caixa de seleção Relative esteja desmarcada se você estiver fornecendo coordenadas absolutas. :Note 2: os pontos também podem ser definidos com o ponteiro do mouse, selecionando interseções na grade com o auxílio da barra de ferramentas Draft Snap e do método Draft Grid.
Note 3: você também pode criar formas programaticamente utilizando scripts em Python. Lembre-se de que a maioria das funções espera que os valores de entrada estejam em milímetros.
import FreeCAD
import Draft

p = [FreeCAD.Vector(0.0, 4000.0, 0),
FreeCAD.Vector(2000.0, 0.0, 0.0),
FreeCAD.Vector(4000.0, 0.0, 0.0),
FreeCAD.Vector(6000.0, 2000.0, 0.0),
FreeCAD.Vector(6000.0, 5000.0, 0.0)]

w = Draft.makeWire(p, closed=False)

6. Selecione o DWire e clique na ferramenta Arch Wall; a parede é criada imediatamente com uma largura (espessura) padrão de 0,2 m e uma altura de 3 m.

Fio de base para a parede

Muro construído com o arame

Posicionando portas e janelas predefinidas

7. Clique na ferramenta Arch Window; como predefinição, selecione Simple door e altere a altura para 2 m.

7.1. Altere a captura (snap) para Draft Midpoint e tente selecionar a aresta inferior da parede frontal; gire a standard view conforme necessário para ajudar a selecionar a aresta e não a face da parede; quando o ponto médio estiver ativo, clique para posicionar a porta.
7.2. Clique novamente na ferramenta Arch Window e posicione outra porta, mas desta vez no ponto médio da parede mais à direita; gire a standard view conforme necessário.

Captura no ponto médio da aresta inferior da parede para posicionar a porta

Nota: a Sill height (altura da soleira) é a distância do piso até a borda inferior do elemento. Para portas, a Sill height é geralmente 0 m, pois as portas normalmente tocam o piso; por outro lado, as janelas costumam ter um afastamento de 0,5 m a 1,5 m em relação ao piso. A Sill height só pode ser definida no momento da criação inicial da janela ou porta a partir de uma predefinição. Após a inserção da janela ou porta, modifique seu posicionamento editando o vetor [x, y, z] da propriedade DadosPosition do Esboço do Sketcher subjacente.

Criando portas e janelas personalizadas

8. Mude para a Sketcher Workbench; selecione a parte da parede à direita que não possui porta; clique em Sketcher NewSketch; selecione FlatFace como método de fixação. Se a geometria existente obstruir sua visão, clique em Sketcher ViewSection para removê-la.

9. Desenhe um esboço elaborado contendo três contornos fechados. Certifique-se de aplicar restrições a todos os contornos.

9.1. O contorno externo é o maior e definirá as dimensões principais do objeto janela, bem como o tamanho do vão criado quando ele for inserido em uma Parede Arch. Certifique-se de que as dimensões tenham nomes apropriados, por exemplo, Width (Largura) e Height (Altura). Uma restrição também define a curvatura do contorno externo; dê a ela um nome apropriado, como HeightCurve.
9.2. O segundo contorno é definido por um deslocamento (*offset*) em relação ao contorno externo e, juntos, eles definem a largura da moldura fixa da janela. Nomeie o deslocamento adequadamente, por exemplo, FrameFixedOffset. Ele será usado tanto para os deslocamentos verticais quanto para os horizontais superiores. O deslocamento inferior, se definido como zero, fará com que a moldura fixa toque a base da janela; isso pode ser usado para modelar uma porta em vez de uma janela. Dê a ele um nome apropriado, como FrameFixedBottom.
9.3. O terceiro contorno, o mais interno, é definido por um deslocamento em relação ao segundo contorno e, juntos, eles definem a moldura da parte móvel da janela. O contorno mais interno também define o tamanho do painel de vidro. Novamente, dê nomes significativos a esses deslocamentos, por exemplo, FrameInnerOffset e FrameInnerBottom.
9.4. Para construir o esboço com sucesso, utilize restrições horizontais (Sketcher ConstrainHorizontal) e verticais (Sketcher ConstrainVertical) para os lados retos; use geometria de construção auxiliar (Sketcher ToggleConstruction) e restrições de tangência (Sketcher ConstrainTangent) para posicionar corretamente os arcos circulares na parte superior. Como, neste caso, a janela é simétrica, considere o uso de restrições de igualdade (Sketcher ConstrainEqual), simetria (Sketcher ConstrainSymmetric) e ponto sobre objeto (Sketcher ConstrainPointOnObject) onde fizer sentido.

Restrições para os fios externos do esboço que formam a janela

Restrições para os fios internos do esboço que formam a janela

10. Assim que o esboço estiver totalmente restringido, pressione Close para sair do esboço (Sketcher LeaveSketch).

10.1. Como uma face da parede foi selecionada durante a etapa inicial de criação do esboço, o esboço é coplanar a essa face; no entanto, ele pode estar na posição errada, afastado da parede. Se for esse o caso, ajuste DadosPosition dentro de DadosAttachment Offset. Defina DadosPosition como [4 m, 1 m, 0 m] para que o esboço fique centralizado na parede e a um metro acima do nível do piso.
10.2. Você pode visualizar as restrições nomeadas em DadosConstraints. Os valores podem ser modificados para observar a alteração imediata das dimensões do esboço.

Esboço da janela movido para a posição desejada na parede

Restrições nomeadas do esboço, que podem ser modificadas sem entrar no esboço

11. Volte para a Arch Workbench e, com o novo Sketch002 selecionado, use a ferramenta Arch Window. Uma janela será criada e abrirá um vão na parede. Como a janela é baseada em um esboço personalizado e não em um modelo predefinido, ela precisa ser editada para exibir corretamente seus componentes: a moldura fixa, a moldura interna e o painel de vidro.

Janela personalizada criada a partir do esboço; ela ainda não possui uma moldura adequada nem vidro

Configurando a janela personalizada

12. Na visualização em árvore, selecione Sketch002 sob Window e pressione Space, ou altere a propriedade VistaVisibility para true.

13. Clique duas vezes em Window na visualização em árvore para começar a editá-la.

13.1. Dentro da caixa de diálogo Window elements, há dois painéis: Wires e Components. Existem três fios (Wire0, Wire1 e Wire2) e um componente (Default). Os fios referem-se aos contornos fechados desenhados no esboço; os componentes definem as áreas do esboço que serão extrudadas para criar painéis de estrutura ou de vidro com espessuras reais; essas áreas são delimitadas pelos fios. Uma janela criada a partir de uma predefinição já possui dois componentes: OuterFrame e Glass. A janela personalizada precisa ser editada para ter uma estrutura semelhante.

Caixa de diálogo para editar uma janela ou uma porta

13.2. Clique em Default e clique no botão Remove para removê-lo.
13.3. Clique em Add; isso exibe as propriedades de um novo componente, como Name, Type, Wires, Thickness, Offset, Hinge e Opening mode. Defina um nome, como OuterFrame, escolha Frame para Type e clique em Wire0 e, em seguida, em Wire1; eles devem ficar destacados na visualização 3D. Insira um valor pequeno para Thickness, como 15 mm, e marque a caixa de seleção para aplicar o valor padrão. Esse valor padrão é o comprimento atribuído à propriedade DadosFrame; um padrão semelhante pode ser atribuído à propriedade DadosOffset. Clique no botão +Create/update component para concluir a edição do componente.
13.4. Clique em Add; atribua outro nome, como InnerFrame, selecione Frame para Type e clique em Wire1 e, em seguida, em Wire2. Defina valores adequados para Thickness (60 mm) e Offset (15 mm). Depois, clique no botão +Create/update component.
13.5. Clique em Add; atribua um nome, como Glass, selecione Glass panel para Type e clique em Wire2. Defina valores adequados para Thickness (10 mm) e Offset (40 mm). Em seguida, clique no botão +Create/update component. Caso algum dos três componentes precise ser modificado, selecione-o e clique em Edit; as alterações só serão salvas após clicar no botão +Create/update component.

Editando um componente de janela ou porta definido anteriormente

13.6. Se tudo estiver configurado, clique em Close para finalizar a edição da janela. O esboço pode ficar oculto novamente, mas a janela exibirá elementos sólidos distintos para OuterFrame, InnerFrame e Glass. Defina o valor de 100 mm para DadosFrame a fim de atribuir uma espessura padrão, que será somada ao valor especificado no componente OuterFrame.

Painel de propriedades da janela para definir o comprimento padrão da moldura, o comprimento do deslocamento e outras opções

Janela finalizada com os componentes adequados embutidos na parede

Duplicando a janela personalizada

14. Na vista em árvore, selecione Window e o Sketch002 associado a ela. Em seguida, vá em Editar → Duplicar seleção e responda Não caso seja perguntado se deseja duplicar dependências não selecionadas. Um novo Window001 e um novo Sketch003 aparecerão na mesma posição dos elementos originais.

15. Selecione o novo Sketch003. Vá para a propriedade DadosMap Mode e clique nas reticências ao lado do valor FlatFace. Na visualização 3D, selecione o lado esquerdo da parede que não possui nenhum elemento; rotacione a vista padrão conforme necessário. Altere o Attachment offset para [-1 m, 0 m, 0 m] para centralizar a janela e clique em OK. O esboço e a janela devem aparecer em uma nova posição.

Nota: a operação de fixação também pode ser realizada alternando para a Bancada de Trabalho Part e, em seguida, utilizando o menu Part → Attachment.

Caixa de diálogo para editar o plano de fixação do esboço

16. Você pode ajustar as dimensões da nova janela alterando os parâmetros nomeados em Sketch003 em DadosConstraints; por exemplo, defina Height como 2 m e Frame Fixed Bottom como 0 m. Em seguida, pressione Ctrl+R para recalcular o modelo. Se a parede não exibir uma abertura maior para a nova janela, selecione a parede na visualização em árvore, clique com o botão direito do mouse e escolha Mark to recompute; depois, pressione Ctrl+R novamente.

17. Estas operações alteraram a posição da nova janela, mas a abertura na parede não parece correta. Ela está inclinada — ou seja, o vão não é perpendicular à face da parede — e pode até mesmo cortar outras partes da parede. O problema é que a Window001 manteve a informação de DadosNormal da Window original.

Abertura incorreta na parede devido à normal inadequada da janela

Vetores normais de portas e janelas

18. Cada objeto Arch Window controla a extrusão de seu corpo e a abertura criada na parede hospedeira por meio da DadosNormal.

A normal é um vetor [x, y, z] que indica uma direção perpendicular a uma parede. Quando uma predefinição de janela ou porta é criada com a ferramenta Arch Window diretamente sobre uma Arch Wall, a normal é calculada automaticamente e a janela ou porta resultante fica corretamente alinhada; os dois primeiros objetos, Door e Door001, foram criados dessa maneira.

Da mesma forma, quando um esboço é criado selecionando uma superfície plana, ele é orientado sobre esse plano. Então, ao utilizar a ferramenta Arch Window, a janela adotará como normal a direção perpendicular ao esboço. Esse foi o caso do terceiro objeto, a Window personalizada.

Se a janela já existir e precisar ser movida — como ocorreu com o objeto Window001 duplicado —, o esboço precisa ser remapeado para outro plano; ao fazer isso, tanto o esboço quanto a janela são movidos, mas a janela não atualiza automaticamente sua normal, resultando em informações de extrusão incorretas. A normal precisa ser calculada manualmente e inserida na propriedade DadosNormal.

Os três valores do vetor normal são calculados da seguinte forma: 

x = -sin(angle)
y = cos(angle)
z = 0

Onde angle é o ângulo do eixo Z local do esboço em relação ao eixo Y global.

Ao criar um esboço, ele sempre possui dois eixos: um eixo X local (vermelho) e um eixo Y local (verde). Se o esboço estiver mapeado para o plano de trabalho global XY, esses eixos estarão alinhados; no entanto, se o esboço estiver mapeado nos planos globais XZ ou YZ — como ocorre frequentemente com janelas e portas, onde os esboços ficam "em pé" —, o eixo Z local (azul) formará um ângulo com o eixo Y global; esse ângulo varia de -180 a 180 graus. O ângulo é considerado positivo se a abertura ocorrer no sentido anti-horário e negativo se ocorrer no sentido horário, tendo como referência o eixo Y global.

Coordenadas locais de um esboço que está "em pé", isto é, mapeado para o plano global XZ

Direções pretendidas das normais para cada porta e janela

Se observarmos a geometria criada até o momento, veremos as seguintes normais.

Door
O eixo Z local está alinhado com o eixo Y global; portanto, o angle é zero. O vetor normal é
x = -sin(0) = 0
y = cos(0) = 1
z = 0

ou a DadosNormal é [0, 1, 0].

Door001
O eixo Z local está rotacionado 90 graus em relação ao eixo Y global; portanto, o angle é 90 (positivo, pois a rotação ocorre no sentido anti-horário). O vetor normal é
x = -sin(90) = -1
y = cos(90) = 0
z = 0

ou a DadosNormal é [-1, 0, 0].

Window
O eixo Z local está rotacionado 45 graus em relação ao eixo Y global; portanto, o angle é 45 (positivo, pois a rotação ocorre no sentido anti-horário). O vetor normal é
x = -sin(45) = -0,7071
y = cos(45) = 0,7071
z = 0

ou a DadosNormal é [-0,7071, 0,7071, 0].

Window001
A direção Z local é encontrada usando a ferramenta Draft Dimension e medindo o ângulo que o traço da parede (Wire) faz com o eixo Y global, ou qualquer linha alinhada a ele. Este ângulo é 26,57; o ângulo desejado é o complemento deste, então 90 - 26,57 = 63,43.

Isso significa que o eixo Z local está rotacionado 63,43 graus em relação ao eixo Y global; portanto, o angle é -63,46 (negativo, pois a rotação ocorre no sentido horário). O vetor normal é 

x = -sin(-63.43) = 0.8943
y = cos(-63.43) = 0.4472
z = 0

Assim, a propriedade DadosNormal deve ser alterada para [0.8943, 0.4472, 0].

Após realizar essas alterações, recompute o modelo com Ctrl+R. Se a parede não atualizar o furo, selecione-a na visualização em árvore, clique com o botão direito e escolha Marcar para recomputar; em seguida, pressione Ctrl+R novamente.

19. A orientação da extrusão da janela é resolvida, juntamente com a abertura na parede.

Abertura correta na parede devido à orientação adequada da normal da janela

Considerações finais

20. Conforme demonstrado, o posicionamento inicial da Janela em Arco é muito importante. O usuário deve

Se uma janela já existir e precisar ser movida, o esboço de suporte deve ser remapeado para um novo plano, e a DadosNormal da janela precisa ser recalculada.

A direção da nova normal pode ser obtida medindo-se o ângulo da nova parede em relação ao eixo Y global, levando em conta se esse ângulo é positivo (sentido anti-horário) ou negativo (sentido horário) e utilizando uma fórmula simples. 

x = -sin(angle)
y = cos(angle)
z = 0

Para confirmar que as operações estão corretas, a magnitude absoluta do vetor normal deve ser igual a um. Ou seja, 

abs(N) = 1 = sqrt(x^2 + y^2 + z^2)
abs(N) = 1 = sqrt(sin^2(angle) + cos^2(angle) + z^2)


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Draft
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