Poradnik: Niestandardowe rozmieszczenie okien i drzwi
Tutorial |
Topic |
---|
Architecture |
Level |
Intermediate |
Time to complete |
60 minutes |
Authors |
vocx |
FreeCAD version |
0.18 or greater |
Example files |
none |
See also |
None |
Introduction
This tutorial shows how to place custom designed Arch Windows and Arch Doors in a building model. It uses the Draft Workbench, the Arch Workbench, and the Sketcher Workbench.
Common tools used are: Draft Grid, Draft Snap, Draft Wire, Arch Wall, Arch Window, and Sketcher NewSketch. The user should be familiar with constraining sketches.
This tutorial was inspired by the tutorials by jpg87 posted in the FreeCAD forums.
See also the following thread for more information on the position of windows and doors.
See also the following page for some videos on how to align windows.
Setup
1. Open FreeCAD, create a new empty document, and switch to the Arch Workbench.
2. Make sure your units are set correctly in the menu Edit → Preferences → General → Units. For example, MKS (m/kg/s/degree)
is good for dealing with distances in a typical building; moreover, set the number of decimals to 4
, to consider even the smallest fractions of a meter.
3. Use the Draft ToggleGrid button to show a grid with enough resolution. You can change the grid appearance in the menu Edit → Preferences → Draft → Grid and snapping → Grid. Set lines at every 50 mm
, with major lines every 20
lines (every meter), and 1000 lines
in total (the grid covers an area of 50 m x 50 m).
4. Zoom out of the 3D view if you are too close to the grid.
Now we are ready to create a simple wall on which we can position windows and doors.
Placing a wall
5. Use the Draft Wire tool to create a wire. Go counterclockwise.
- 5.1. First point in (0, 4, 0); in the dialog enter 0 m Enter, 4 m Enter, 0 m Enter.
- 5.2. Second point in (2, 0, 0); in the dialog enter 2 m Enter, 0 m Enter, 0 m Enter.
- 5.3. Third point in (4, 0, 0); in the dialog enter 4 m Enter, 0 m Enter, 0 m Enter.
- 5.4. Fourth point in (6, 2, 0); in the dialog enter 6 m Enter, 2 m Enter, 0 m Enter.
- 5.4. Fifth point in (6, 5, 0); in the dialog enter 6 m Enter, 5 m Enter, 0 m Enter.
- 5.5. In the number pad press A to finish the wire.
- 5.6. In the number pad press 0 to get an axonometric view of the model.
- Note: make sure the Relative checkbox is disabled if you are giving absolute coordinates.
- Note 2: the points can also be defined with the mouse pointer by choosing intersections on the grid, with the help of the Draft Snap toolbar and the Draft Grid method.
- Note 3: you can also create shapes programmatically by scripting in Python. Beware that most functions expect their input in millimeters.
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. Select the DWire
and click the Arch Wall tool; the wall is immediately created with a default width (thickness) of 0.2 m, and height of 3 m.
Base wire for the wall
Wall constructed from the wire
Placing preset doors and windows
7. Click the Arch Window tool; as preset select Simple door
, and change the height to 2 m.
- 7.1. Change the snapping to Draft Midpoint, and try selecting the bottom edge of the frontal wall; rotate the standard view as necessary to help you pick the edge and not the wall face; when the midpoint is active, click to place the door.
- 7.2. Click the Arch Window tool again, and place another door, but this time in the midpoint of the rightmost wall; rotate the standard view as necessary.
Snapping to the midpoint of the bottom edge of the wall to place the door
- Note: the
Sill height
is the distance from the floor to the lower edge of the element. For doors theSill height
is usually 0 m as doors are normally touching the floor; on the other hand, windows have a usual separation of 0.5 m to 1.5 m from the floor. TheSill height
can only be set when initially creating the window or door from a preset. Once the window or door is inserted, modify its placement by editing the DANEPosition vector[x, y, z]
of the underlying Sketcher Sketch.
Creating custom doors and windows
8. Switch to the Sketcher Workbench; select the part of the wall to the right that has no door; click on the Sketcher NewSketch; select FlatFace as attachment method. If the existing geometry obstructs your view, click on Sketcher ViewSection to remove it.
9. Draw a fancy sketch containing three closed wires. Make sure to provide constraints to all wires.
- 9.1. The outside wire is the biggest one, and will define the main dimensions of the window object, and the size of the hole created when it's embedded in an Arch Wall. Make sure the dimensions are named appropriately, for example,
Width
andHeight
. A constraint also defines the curvature of the outer wire; give it an appropriate name, likeHeightCurve
. - 9.2. The second wire is offset from the outer wire, and together with it, they define the width of the fixed frame of the window. Name the offset appropriately, for example,
FrameFixedOffset
. It will be used for both the top vertical and horizontal offsets. The bottom offset, if set to zero, will result in the fixed frame touching the bottom of the window; this can be used to model a door instead of a window. Give it an appropriate name, likeFrameFixedBottom
. - 9.3. The third, innermost wire is offset from the second wire, and together with it, they define the frame of the window that can open. The innermost wire also defines the size of the glass panel. Again, give meaningful names to these offsets, for example,
FrameInnerOffset
andFrameInnerBottom
. - 9.4. In order to build succesfully the sketch, use horizontal (Sketcher ConstrainHorizontal) and vertical (Sketcher ConstrainVertical) constraints for the straight sides; use auxiliary construction geometry (Sketcher ToggleConstruction), and tangential constraints (Sketcher ConstrainTangent) to correctly place the circular arcs at the top. As in this case the window is symmetrical, consider equality (Sketcher ConstrainEqual), symmetrical (Sketcher ConstrainSymmetric), and point on object (Sketcher ConstrainPointOnObject) constraints where it makes sense.
Constraints for the outer wires of the sketch that form the window
Constraints for the inner wires of the sketch that form the window
10. Once the sketch is fully constrained, press Close to exit the sketch (Sketcher LeaveSketch).
- 10.1. Since a face of the wall was selected during the initial step of creating the sketch, the sketch is co-planar with that face; however, it may be in the wrong position, away from the wall. If this is the case, adjust DANEPosition within DANEAttachment Offset. Set DANEPosition to
[4 m, 1 m, 0 m]
so the sketch is centered in the wall, and it is one meter above the floor level. - 10.2. You can see the named constraints under DANEConstraints. The values can be modified to see the sketch change dimensions immediately.
Window sketch moved to the desired position on the wall
Named constraints of the sketch, which can be modified without going inside the sketch
11. Change back to the Arch Workbench and, with the new Sketch002
selected, use Arch Window. A window will be created, and will make a hole in the wall. The window is made from a custom sketch, and not from a preset, so it needs to be edited in order to correctly display its components, that is, the fixed frame, the inner frame, and the glass panel.
Custom window created from the sketch; it still doesn't have a proper frame, nor glass
Setting up the custom window
12. In the tree view select Sketch002
underlying Window
, and press Space, or change the property WIDOKVisibility to true
.
13. Double click Window
in the tree view to start editing it.
- 13.1. Inside the
Window elements
dialog there are two panes,Wires
andComponents
. There are three wires,Wire0
,Wire1
, andWire2
, and one component,Default
. The wires refer to the closed loops that were drawn in the sketch; the components define the areas in the sketch that will be extruded to create frame or glass panels with real thicknesses; these areas are delimited by the wires. A window created from a preset already has two components,OuterFrame
andGlass
. The custom window needs to be edited to have a similar structure.
Dialog to edit a window or a door
- 13.2. Click on
Default
, and click the Remove button to eliminate it.
- 13.3. Click Add; this shows the properties of a new component like
Name
,Type
,Wires
,Thickness
,Offset
,Hinge
, andOpening mode
. Give a name, such asOuterFrame
, chooseFrame
forType
, and click onWire0
and thenWire1
; they should highlight in the 3D viewport. Add a small value forThickness
,15 mm
, and check the checkbox to add the default value. This default value is the length assigned to the DANEFrame property; a similar default can be assigned to the DANEOffset property. Click the +Create/update component button to finish editing the component.
- 13.4. Click Add; give another name, such as
InnerFrame
, chooseFrame
forType
, and click onWire1
and thenWire2
. Add a sensibleThickness
,60 mm
, andOffset
,15 mm
. Then click the +Create/update component button.
- 13.5. Click Add; give another name, such as
Glass
, chooseGlass panel
forType
, and click onWire2
. Add a sensibleThickness
,10 mm
, andOffset
,40 mm
. Then click the +Create/update component button. If any of the three components needs to be modified, select it and press Edit; modifications are only saved after pressing the +Create/update component button.
Editing a previously defined component of a window or a door
- 13.6. If everything is set, click Close to finish editing the window. The sketch may become hidden again, but the window will show distinct solid elements for the
OuterFrame
, theInnerFrame
, and theGlass
. Give a value of100 mm
to DANEFrame to assign a default thickness, which will be added to the value specified in theOuterFrame
component.
Property view of the window to add default Frame length, Offset length, and other options
Finished window with appropriate components embedded in the wall
Duplicating the custom window
14. In the tree view, select Window
and its underlying Sketch002
. Then go to Edit → Duplicate selection, and answer No if asked to duplicate unselected dependencies. A new Window001
and Sketch003
will appear in the same position as the original elements.
15. Select the new Sketch003
. Go to the DANEMap Mode property, and click on the ellipsis next to the FlatFace
value. In the 3D viewport select the left side of the wall which doesn't have any element; rotate the standard view as necessary. Change the Attachment offset
to [-1 m, 0 m, 0 m] to center the window, and click OK. The sketch and the window should appear in a new position.
- Note: the attachment operation can also be performed by changing to the Part Workbench, and then using the menu Part → Attachment.
Dialog to edit the attachment plane of the sketch
16. You may adjust the dimensions of the new window by changing the named parameters in Sketch003
under DANEConstraints, for example, set Height
to 2 m
, and Frame Fixed Bottom
to 0 m
. Then press Ctrl+R to recompute the model. If the wall doesn't show a bigger hole for the new window, select the wall in the tree view, right click and choose Mark to recompute
, then press Ctrl+R again.
17. These operations have changed the position of the new window, but the opening in the wall doesn't look correct. It is slanted, that is, the hole is not perpendicular to the face of the wall, and it may even cut other parts of the wall. The problem is that Window001
has retained the DANENormal information of the original Window
.
Incorrect opening in the wall due to bad Normal of the window
Normals of doors and windows
18. Each Arch Window object controls the extrusion of its body and the opening that is created in its host wall by means of the DANENormal.
The normal is a vector [x, y, z]
that indicates a direction perpedicular to a wall. When a window or door preset is created with the Arch Window tool directly over an Arch Wall, the normal is automatically calculated, and the resulting window or door is correctly aligned; the first two objects, Door
and Door001
, were created in this way.
In similar way, when a sketch is created by selecting a planar surface, it is oriented on this plane. Then when the Arch Window tool is used, the window will use as normal the perpendicular direction to the sketch. This was the case with the third object, the custom Window
.
If the window already exists and needs to be moved, as was the case with the duplicated Window001
object, the sketch needs to be remapped to another plane; doing this moves both the sketch and the window, but the latter doesn't automatically update its normal, so it has incorrect extrusion information. The normal needs to be calculated manually and written to DANENormal.
The three values of the normal vector are calculated as following.
x = -sin(angle)
y = cos(angle)
z = 0
Where angle
is the angle of the local Z axis of the sketch with respect to the global Y axis.
When a sketch is created, it always has two axes, a local X (red) and a local Y (green). If the sketch is mapped to the global XY working plane, then these axes are aligned; but if the sketch is mapped on the global XZ or global YZ planes, as is common with windows and doors (the sketches are "standing up"), then the local Z (blue) forms an angle with the global Y axis; this angle varies from -180 to 180 degrees. The angle is considered positive if it opens counterclockwise, and it is negative if it opens clockwise, starting from the global Y axis.
Local coordinates of a sketch that is "standing up", that is, mapped to the global XZ plane
Intended directions of the normals for each door and window
If we look at the geometry created so far, we see the following normals.
Door
- The local Z is aligned with the global Y, therefore, the
angle
is zero. The normal vector is
x = -sin(0) = 0
y = cos(0) = 1
z = 0
or DANENormal is [0, 1, 0]
.
Door001
- The local Z is rotated 90 degrees from the global Y, therefore, the
angle
is 90 (positive, because it opens counterclockwise). The normal vector is
x = -sin(90) = -1
y = cos(90) = 0
z = 0
or DANENormal is [-1, 0, 0]
.
Window
- The local Z is rotated 45 degrees from the global Y, therefore, the
angle
is 45 (positive, because it opens counterclockwise). The normal vector is
x = -sin(45) = -0.7071
y = cos(45) = 0.7071
z = 0
or DANENormal is [-0.7071, 0.7071, 0]
.
Window001
- The local Z direction is found by using the Draft Dimension tool and measuring the angle that the wall trace (
Wire
) makes with the global Y axis, or any line aligned to it. This angle is26.57
; the desired angle is the complement to this, so90 - 26.57 = 63.43
.
This means the local Z axis is rotated 63.43 degrees from the global Y, therefore, the angle
is -63.46 (negative, because it opens clockwise). The normal vector is
x = -sin(-63.43) = 0.8943
y = cos(-63.43) = 0.4472
z = 0
Therefore DANENormal should be changed to [0.8943, 0.4472, 0]
.
After doing these changes, recompute the model with Ctrl+R. If the wall doesn't update the hole, select it in the tree view, right click and choose Mark to recompute
, then press Ctrl+R again.
19. The orientation of the extrusion of the window is resolved, together with the opening in the wall.
Correct opening in the wall due to proper Normal of the window
Final remarks
20. As demonstrated, the initial placement of the Arch Window is very important. The user should either
- use the Arch Window tool to insert and automatically align a preset to a wall, or
- map a sketch to the desired wall, and build the window after that.
If a window already exists, and it needs to be moved, the supporting sketch should be remapped to a new plane, and the DANENormal of the window needs to be recalculated.
The new normal direction can be obtained by measuring the angle
of the new wall with respect to the global Y axis, considering whether this angle is positive (counterclockwise) or negative (clockwise), and using a simple formula.
x = -sin(angle)
y = cos(angle)
z = 0
To confirm that the operations are correct, the absolute magnitude of the normal vector should be one. That is,
abs(N) = 1 = sqrt(x^2 + y^2 + z^2)
abs(N) = 1 = sqrt(sin^2(angle) + cos^2(angle) + z^2)
- Elementy: Mury, Konstrukcja, ściana kurtynowa, Okna, Drzwi, Dach, Kubatura, Schody, Wyposażenie, Ramy, Ogrodzenie, Kratownica, Profil, Rura, Kształtka
- Zbrojenie: Pręty zbrojeniowe proste, Pręty zbrojeniowe typu U, Pręty zbrojeniowe typu L, Strzemiona, Strzemiona, Pręty zbrojeniowe spiralne, Zbrojenie słupów, Zbrojenie belek, Zbrojenie płyt stropowych, Zbrojenie stóp fundamentowych, Pręt zbrojeniowy
- Panels: Panel, Panelizacja do cięcia, Arkusz panela, Zagnieżdżanie
- Materiał: Wybór materiału, Materiał złożony
- Organizacja: Część budowli, Projekt, Teren, Budowla, Piętro, Odniesienie, Płaszczyzna przekroju, Obmiar
- Osie: Osie, Układ osi, Siatka
- Modifikacja: Płaszczyzna cięcia, Komponent dodaj, Komponent usuń, Przegląd
- Narzędzia: Komponent, Klonuj komponent, Podziel siatkę, Siatka na kształt, Zaznacz siatki nie bryłowe, Usuń kształt., Zamknij otwory, Połącz ściany, Sprawdź, Przełącz flagę Brep IFC, Trzy widoki, Arkusz kalkulacyjny IFC, Przełącz widoczność odjęcia
- Dodatkowe: Preferencje, Ustawienia Importu i Eksportu (IFC, DAE, OBJ, JSON, 3DS); SHP), Architektura: API
- Kreślenie: Linia, Polilinia, Zaokrąglenie, Łuk, Łuk przez 3 punkty, Okrąg, Elipsa, Wielokąt foremny, Krzywa złożona, Krzywa Bezier'a, Punkt, Łącznik ścian, Kształt z tekstu, Kreskowanie, Prostokąt
- Adnotacje: Adnotacja wieloliniowa, Wymiarowanie, Etykieta, Edytor stylów adnotacji, Widżet skali anotacji
- Modyfikacja: Przesuń, Obróć, Skala, Odbicie lustrzane, Odsunięcie, Przytnij, Rozciągnij, Klonuj, Szyk, Szyk biegunowy, Szyk kołowy, Szyk po ścieżce, Szyk powiązań po ścieżce, Szyk z punktów, Szyk powiązań w punktach, Edycja, Podświetl element podrzędny, Połącz, Rozdziel, Ulepsz kształt, Rozbij obiekt na elementy, Polilinia na krzywą złożoną, Rysunek Roboczy do szkicu, Nachylenie, Obróć wymiar, Widok 2D kształtu
- Tacka narzędziowa: Wybór płaszczyzny, Ustaw styl, Przełącz tryb konstrukcyjny, Grupowanie automatyczne
- Przyciąganie: Przełącz przyciąganie, Przyciągnij do punktu końcowego, Przyciągnij do punktu środkowego, Przyciągnij do środka, Przyciągnij do kąta, Przyciąganie do punktu przecięcia, Przyciągnij prostopadle, Rozszerz, Przyciągnij równolegle, Przyciągnij specjalnie, Przyciąganie do najbliższego, Przyciągnij ortogonalnie, Przyciągnij do siatki, Przyciągnij do płaszczyzny roboczej, Przyciągnij do wymiaru, Pokaż / ukryj siatkę
- Różności: Zastosuj bieżący styl, Warstwa, Zarządzaj warstwami, Dodaj grupę o nazwie, Dodaj do grupy, Wybierz grupę, Dodaj do grupy konstrukcyjnej, Przełącz tryb wyświetlania, Pośrednia płaszczyzna robocza, Ulecz, Przełącz tryb kontynuacji, Pokaż przybornik przyciągania
- Dodatkowe:: Wiązania, Wypełnienie wzorem, Preferencje, Ustawienia Importu i Eksportu, DXF/DWG, SVG, OCA, DAT
- Menu podręczne:
- Kontener warstwy: Połącz duplikaty warstw, Dodaj warstwę
- Warstwa: Aktywuj warstwę, Zaznacz zawartość warstwy
- Pośrednia płaszczyzna robocza: Zapisz ujęcie widoku, Zapisz stan obiektów
- Przybory: Nowy szkic, Edycja szkicu, Mapuj szkic na powierzchnię, Zmień orientację szkicu, Sprawdź poprawność szkicu, Połącz szkice, Odbicie lustrzane szkicu, Zamknij szkic, Widok szkicu, Widok przekroju, Włącz / wyłącz siatkę, Włącz / wyłącz przyciąganie, Kolejność renderowania, Przerwij operację
- Geometrie szkicownika: Punkt, Linia, Komponent utwórz łuk, Łuk, Utwórz łuk przez 3 punkty, Komponent utwórz okrąg, Okrąg, Utwórz okrąg przez 3 punkty, Komponent utwórz stożek, Utwórz elipsę względem środka, Utwórz elipsę przez 3 punkty, Utwórz łuk elipsy, Utwórz łuk hyperboli, Utwórz łuk paraboli, Komponent utwórz krzywą złożoną, Utwórz krzywą złożoną, Utwórz okresową utwórz krzywą złożoną, Polylinia (linia wielopunktowa), Prostokąt, Komponent utwórz wielokąt foremny, Trójkąt, Kwadrat, Pięciokąt, Sześciokąt, Siedmiokąt, Ośmiokąt, Utwórz wielokąt foremny, Rowek, Zaokrąglenie, Zaokrąglenie z zachowaniem wiązań, Przytnij, Rozszerz, Geometria zewnętrzna, Kalka techniczna, Tryb konstrukcyjny
- Wiązania szkicownika
- Wiązania geometryczne Wiązanie zbieżności punktów, Wiązanie punktu na obiekcie, Wiązanie pionowe, Wiązanie poziome, Wiązanie równoległości, Wiązanie prostopadłości, Wiązanie styczności, Wiązanie równości, Wiązanie symetrii, Wiązanie zablokowania
- Wiązania wymiarów Wiązanie blokady odległości, Zwiąż odległość poziomą, Zwiąż odległość pionową, Wiązanie odległości, Wiązanie promienia, Wiązanie średnicy, Zwiąż automatycznie promień / średnicę, Wiązanie kąta, Wiązanie prawo Snella
- Narzędzia wiązań: Przełącz kontrolę wiązania, Przełącz aktywność wiązania
- Narzędzia szkicownika Wybierz elementy bez wiązań, Wybierz powiązane więzy, Wybierz powiązaną geometrię, Wybierz zbędne wiązania, Wybierz wiązania konfliktowe, Pokaż / ukryj geometrię wewnętrzną, Wybierz odniesienie położenia, Wybierz oś poziomą, Wybierz oś pionową, Odbicie lustrzane, Klonuj, Kopiuj, Przesuń, Szyk prostokątny, Usuń wyrównanie osi, Usuń wszystkie geometrie, Usuń wszystkie wiązania
- Narzędzia B-spline dla szkicownika. Pokaż / ukryj stopień krzywej złożonej, Pokaż/ukryj ramkę kontrolną krzywej złożonej, Pokaż / ukryj grzebień krzywizny krzywej złożonej, Pokaż / ukryj wyświetlanie węzłów krzywej złożonej, Pokaż / ukryj wagę punktu kontrolnego krzywej złożonej, Konwertuj geometrię na krzywą złożoną, Zwiększ stopień krzywej złożonej, Zmniejsz stopień krzywej złożonej, Zwiększ krotność węzłów krzywej złożonej, Zmniejsz krotność węzła krzywej złożonej, Wstaw węzeł, Połącz krzywe
- Przestrzeń wirtualna szkicownika Przełącz przestrzeń wirtualną
- Dodatkowe: Okienko dialogowe Szkicownika, Preferencje, Skrypty Szkicownika
- Jak zacząć
- Instalacja: Pobieranie programu, Windows, Linux, Mac, Dodatkowych komponentów, Docker, AppImage, Ubuntu Snap
- Podstawy: Informacje na temat FreeCAD, Interfejs użytkownika, Profil nawigacji myszką, Metody wyboru, Nazwa obiektu, Edytor ustawień, Środowiska pracy, Struktura dokumentu, Właściwości, Pomóż w rozwoju FreeCAD, Dotacje
- Pomoc: Poradniki, Wideo poradniki
- Środowiska pracy: Strona Startowa, Architektura, Assembly, CAM, Rysunek Roboczy, MES, Inspekcja, Siatka, OpenSCAD, Część, Projekt Części, Punkty, Inżynieria Wsteczna, Robot, Szkicownik, Arkusz Kalkulacyjny, Start, Powierzchnia 3D, Rysunek Techniczny, Test Framework, Web