Phân tích và thiết kế kết cấu xây dựng sử dụng SAP2000, SAFE và ETABS

HCT Center of Training and Practice in Civil Engineering HCT −CEPT Thực hành phân tích khung phẳng bằng ETABS • Định nghĩa hệ lưới kết cấu: File → New model hoặc Ctrl + N → hộp thoại New

Trang 1

HCT Center of Training and Practice in Civil Engineering (HCT −

CEPT)

CÔNG TY CỔ PHẦN KỸ THUẬT XÂY DỰNG HCT

HCT Civil Engineering Joint-Stock Company

BÀI GIẢNG Phân tích và thiết kế kết cấu xây dựng sử dụng

SAP2000, SAFE và ETABS

Analysis and design for civil structures using SAP2000, SAFE and ETABS

Giảng viên

GV ThS Nguyễn Văn Thông

GV ThS Nguyễn Trung Hiếu

Trang 2

Giới thiệu về SAP2000, SAFE và ETABS

• Phần mềm ETABS (Extended Three

Dimensional Analysis of Building

Systems) là 1 trong 5 sản phẩm của

hãng CSI-Mỹ, CSI: Computer and

Structure Inc được thành lập từ năm

1975 Phần mềm này được sử dụng

trên 160 quốc gia ETABS được phát

triển đặc biệt cho các công trình xây

dựng thương mại và dân cư nhiều

tầng, chẳng hạn như tháp văn phòng,

căn hộ và các bệnh viện

• ETABS là phần mềm toàn diện nhất

cho việc mô hình, phân tích và thiết kế

các công trình từ đơn giản đến phức

tạp với các tính năng ưu việt như:

ETABS:

Trang 3

CEPT)

• Sử dụng hệ lưới và các lựa chọn bắt

điểm giống AutoCAD

• Xuất và nhập sơ đồ hình học từ môi

trường AutoCAD (file *.DXF)

• Tăng tốc nhập liệu nhà cao tầng bằng

khái niệm tầng tương tự - similar

story

• Có khả năng chia ảo phần tử, làm tăng

tốc quá trình phân tích tính toán

• Phân tích tĩnh học và động học tuyến tính và phi tuyến; Phân tích tĩnh học và động học có kể đến hiệu ứng P-Delta; Phân tích Phổ phản ứng; Phân tích theo lịch sử thời gian và Phân tích các tải trọng liên tục của công trình

• Tự động xác định tâm hình học, tâm cứng và tâm khối lượng công trình

• Tự động xác định chu kì và tần số dao động riêng của công trình

• Thiết kế tự động các phần tử từ các tiêu chuẩn có sẵn trong ETABS

ETABS:

Trang 4

• SAP2000 (Structural Analysis Program)

cũng là 1 trong 5 sản phẩm của hãng

CSI-Mỹ, phần mềm dành cho sử dụng

trên công trình dân dụng như đập,

tháp truyền thông, sân vận động, nhà

máy công nghiệp và các tòa nhà

• SAP2000 có thể phân tích các kết cấu

phức tạp với các tính năng nổi bật

Trang 5

CEPT)

• SAFE (Slab Analysis by the Finite

Element Method) là chương trình cung

cấp một chương trình hiệu quả và

mạnh mẽ cho việc phân tích và thiết

kế hệ thống sàn và nền móng bê tông

• SAFE có thể phân tích các phần tử tấm

với các tính năng nổi bật như:

• Phân tích các kết cấu tấm như: Sàn nấm; Sàn phẳng; Sàn ứng lực; Sàn sườn toàn khối, Móng đơn, Móng bè,…

Trang 6

Phần mềm ETABS – Thanh công cụ

• Thanh công cụ Main

STT Ý nghĩa STT Ý nghĩa

1 Tạo một bài toán mới 11 Phóng to kết cấu

2 Mở một bài toán mới 12 Thu nhỏ kết cấu

3 Lưu bài toán 13 Dịch chuyển quan sát

4 In các màn hình đồ họa 14 Quan sát không gian

5 In số liệu và kết quả 15 Quan sát mặt bằng

6 Hủy bỏ lệnh trước đó 16 Quan sát mặt đứng

7 Khóa/Mở kết cấu 17 Xoay kết cấu ở cửa sổ 3D

8 Phân tích kết cấu 18 Di chuyển lên một lưới

9 Xem toàn bộ kết cấu 19 Di chuyển xuống một lưới

10 Lấy lại lệnh zoom trước đó 20 Thiết lập thông số hiển thị

Trang 7

CEPT)

• Hộp thoại Set Building View Options

Trang 8

• Thanh công cụ View

• Thanh công cụ Edit

• Thanh công cụ Point and Joints

Assigns

Trang 9

CEPT)

• Thanh công cụ Frame and Line Assigns

• Thanh công cụ Draw

• Thanh công cụ Shell and Assigns

• Thanh công cụ Select • Thanh công cụ Snap

Trang 10

Tổng quan ETABS

• Tạo một bài toán mới: File → New

model hoặc Ctrl + N → hộp thoại New

Model Initialization

• Choose.edb: Chọn từ file dữ liệu kết cấu mẫu

• Default.edb: Chọn từ file dữ liệu kết cấu mặc định

• No: Khởi tạo kết cấu theo kiểu chuẩn của Etabs

• Mở một bài toán đã có dưới định dạng File *.edb (Ctrl + O): File →

Open → Hộp thoại Open Model File → Chọn File cần mở dưới dạng

*.edb

• Mở một bài toán đã có dưới định dạng File *.edb (Ctrl + S): File → Save hoặc Save as → Hộp thoại Save hoặc Save as → Đưa vào tên File cần lưu

Trang 11

CEPT)

Thực hành phân tích khung phẳng bằng ETABS

• Định nghĩa hệ lưới kết cấu: File → New model hoặc Ctrl + N → hộp thoại New Model Initialization → hộp thoại Building Plan Grid System and Story Data Definition → Thiết lập thông số → OK

Trang 12

• Chỉnh sửa hệ lưới trên mặt bằng: Chọn Custom Grid Spacing → Edit Grid → Hộp thoại Define Grid Data

Trang 13

CEPT)

• Chỉnh sửa hệ lưới cho các tầng (theo chiều cao z): Chọn Custom Story Data→ Edit Story Data → Story Data

Trang 14

• Mở một bài toán đã có dưới định dạng File *.edb (Ctrl + O): File →

Open → Hộp thoại Open Model File → Chọn File cần mở dưới dạng

*.edb

• Mở một bài toán đã có dưới định dạng File *.edb (Ctrl + S): File → Save hoặc Save as → Hộp thoại Save hoặc Save as → Đưa vào tên File cần lưu

• Định nghĩa vật liệu: Define → Material Properties → Hộp thoại Define Materials

• Materials: Danh sách các loại vật liệu

• Add New Material: Thêm loại VL mới

• Modify/Show Material: Chỉnh sửa

vật liệu đã có

• Delete Material: Xóa vật liệu

Trang 15

CEPT)

• Thêm một loại vật liệu mới: Define → Material Properties → Hộp thoại Define Materials → Add New Material → Hộp thoại Material Properties Data

Trang 16

• Định nghĩa tiết diện cho phần tử

thanh: Define → Frame Section →

Hộp thoại Define Frame Section

• Thêm một loại tiết diện mới:

Define → Frame Section → Hộp

thoại Define Frame Section →

Chọn loại tiết diện cần thêm

mới

Trang 17

CEPT)

• Vẽ phần tử thanh: Draw → Draw Line Object

Trang 18

• Hệ tọa độ tổng thể (The Global Coordinate system-HTĐTT)

• Mỗi đối tượng đều có một HTĐĐP Các trục của HTĐĐP kí hiệu 1 (đỏ), 2 (trắng), 3 (xanh) và tuân theo quy tắc bàn tay phải

• Đối tượng đường thẳng đứng: Trục 1 nằm dọc theo đối tượng có chiều dương cùng chiều với chiều dương trục Z; Trục 2 vuông góc với đối tượng có hình chiếu của trục 2 lên trục X giống chiều dương của trục X; Trục 3 vuông góc với đối tượng có chiều dương của trục 3 xác định từ trục 1 và 2 theo quy tắc bàn tay phải

• Đối tượng đường nằm ngang: Trục 1 nằm dọc theo đối tượng có chiều dương cùng chiều với chiều dương trục X ( nếu song song trục X) và chiều dương cùng chiều với chiều dương trục Y ( nếu song song trục Y); Trục 2 vuông góc với đối tượng và hình chiếu của trục 2 lên trục Z giống chiều dương của trục Z; Trục 3 vuông góc với đối tượng và nằm ngang có chiều dương của trục 3 xác định từ trục 1 và 2 theo quy tắc bàn tay phải

• Hệ tọa độ địa phương (The Local Coordinate system-HTĐĐP)

• Các trục tọa độ X, Y, Z vuông góc với nhau và tuân theo quy tắc bàn tay phải

Trang 19

CEPT)

• Đối tượng đường nằm xiên: Trục 1 nằm dọc theo đối tượng và hình chiếu của trục 1 lên trục Z giống chiều dương của trục Z; Trục

2 vuông góc với đối tượng Mặt phẳng 1-2 thẳng đứng, hình chiếu của trục 2 lên trục Z giống chiều dương của trục Z; Trục 3 vuông góc với đối tượng và nằm ngang Chiều dương của trục 3 xác định

từ trục 1 và 2 theo quy tắc bàn tay phải

Trang 20

• Đối tượng tấm nằm ngang: Trục 1 nằm trong mặt phẳng đối tượng Chiều dương của trục 1 giống chiều dương của trục X; Trục

2 nằm trong mặt phẳng đối tượng Chiều dương của trục 2 giống chiều dương của trục Y; Trục 3 vuông góc với đối tượng và nằm ngang Chiều dương của trục 3 giống chiều dương của trục Z

Trang 21

CEPT)

• Đối tượng tấm thẳng đứng: Trục 2 nằm trong mặt phẳng đối tượng Chiều dương của trục 2 giống chiều dương của trục Z; Trục

1 nằm trong mặt phẳng đối tượng; Trục 3 vuông góc với đối tượng

và nằm ngang Chiều dương của trục 1, trục 3 phụ thuộc theo quy trình vẽ đối tượng

Trang 22

• Định nghĩa các trường hợp tải trọng: Define → Static Load Case → Hộp thoại Define Static Load Case → Khai báo các trường hợp tải trọng và chọn các kiểu tải trọng tương ứng

Trang 23

CEPT)

• Định nghĩa các tổ hợp: Define →

Load Combinations → Hộp thoại

Define Load Combinations → Khai

báo các tổ hợp theo tiêu chuẩn

thiết kế

• Thêm một tổ hợp mới: Define →

Load Combinations → Hộp thoại

Define Load Combinations → Hộp

thoại Load Combinations Data

Trang 24

• Gán tải trọng phân bố đều lên

phần tử thanh: Assign →

Frame/Line Load → Distributed →

Hộp thoại Frame Distributed →

Uniform Load

• Gán tải trọng tập trung lên phần

tử thanh: Assign → Frame/Line

Load→ Point → Hộp thoại Frame

Point Load

• Gán tải trọng tam giác, hình

thang lên phần tử thanh: Assign

→ Frame/Line Load → Distributed

→ Hộp thoại Frame Distributed →

Trapezoidal Loads

Trang 25

CEPT)

• Gán tải trọng tại điểm nút: Assign

→ Joint/Point Load→ Force → Hộp

thoại Point Force

• Gán các loại liên kết (Retraints):

Assign → Joint/Point → Restrain →

Hộp thoại Assign Restrains

Trang 26

• Xem biểu đồ nội lực: Display →

Show Member Forces/ Stress

Diaphram → Frame/Pier/Spandrel

Force

Trang 27

• Khai báo tiết diện B20x40

• Khai báo trường hợp tải

• Khai báo tổ hợp tải

• Gán tiết diện

• Gán tải trọng

• Phân tích nội lực và xuất biểu đồ

moment

Trang 28

BÀI TẬP Thực hành phân tích khung phẳng bằng ETABS

BÀI TẬP 2

• Tính toán nội lực cho khung chịu

lực như hình vẽ Lực phân bố q là

tĩnh tải, Lực tập trung P1 là hoạt

tải, lực tập trung P2 là tải trọng

gió

• Biết: Vật liệu bê tông cấp độ bền

B20 (M250), E=2.7e7 kN/m2; γ =

2 5kN/m3, ν = 0.2

Trang 29

CEPT)

Bước 1 : Khởi động Etabs

Bước 2 : Khai báo đặc trưng vật liệu và đặc trưng các tiết diện

Bước 3 : Mô hình các phần tử cột, dầm

Bước 4 : Khai báo các trường hợp tải trọng

Bước 5 : Gán tải trọng

Bước 6 : Khai báo các tổ hợp tải trọng

Bước 7 : Gán liên kết cho Model

Bước 8 : Save file và giải

Bước 9 : Xem biểu đồ nội lực

Bước 10 : Xuất nội lực

Trang 30

• Khai báo vùng cứng phần tử thanh : Assign → Frame/Line → Frame End Offsets → Hộp thoại Assign Frame End Offsets

Lc = L – Rigid * (EndI + EndJ)

• Lc là chiều dài tính toán của thanh

• L là chiều dài thực của thanh

• Rigid là hệ số độ cứng (0÷1)

• Ioff = EndI*Rigid; Joff = EndJ*Rigid

Trang 31

CEPT)

• Khai báo số mặt cắt khi đưa ra kết

quả tính toán nội lực: Assign →

Frame/Line → Frame Output

Spacing → Hộp thoại Assign Output

Station Spacing

• Tự động chia nhỏ phần tử (Automatic Frame Subdivide): Chọn phần

tử Line → Assign → Frame/Line → Automatic Frame Subdivide → Hộp thoại Line Object Auto Mesh Options

Trang 32

• Xuất dữ liệu (nội lực và chuyển vị) ra phần mềm Excel: Display →

Show Tables

Trang 33

CEPT)

BÀI TẬP 3

• Mô hình trong Etabs khung

phẳng với các đặc trưng tiết diện

và tải trọng cho trong hình

• Biết: Vật liệu bê tông cấp độ bền

B20 (#250), E=2.7e7 kN/m2; γ = 2

5kN/m3, ν = 0.2

Trang 34

Trang 35

CEPT)

Trang 36

Trang 37

CEPT)

Thực hành khung kèo thép tiền chế ZAMIL bằng ETABS

• Thanh có tiết diện thay đổi (Non-Prismatic Sections): Define → Frame Section → Hộp thoại Define Frame Section → Add Nonprimastic

Trang 38

• Liên kết giữa hai phần tử: Điểm chèn (Insertion point): Assign →

Frame/Line → Insertion Point → Hộp thoại Frame Insertion Point

Trang 39

CEPT)

• Liên kết giữa hai phần tử: Release (Frame Releases and Partial Fixity):Assign → Frame/Line → Frame Realeases/Partial Fixity → Hộp thoại Assign Frame Release

Trang 40

• Chia nhỏ thực phần tử thanh: Edit → Divide Lines → Hộp thoại Divide Selected Lines

Trang 41

CEPT)

BÀI TẬP: Thực hành khung kèo thép tiền chế ZAMIL bằng ETABS

Cho một khung kèo thép ZAMIL với các kích thước và tiết diện cho trong bản vẽ CAD đính kèm Các tải trọng tính toán tác dụng cho trong các hình

Cường độ thép sử dụng là CCT34 có f = 2100kG/cm2, fu = 3400kG/cm2,

Es = 210000 Mpa

Yêu cầu:

1 Mô hình bài toán bằng phần mềm Etabs

2 Xác định nội lực trong khung thép

3 Xác định chuyển vị lớn nhất của khung thép

Trang 42

HOÀN THIỆN (SDL)

Trang 43

CEPT)

GIÓ (WY)

GIÓ (WYY)

Trang 44

Tổ hợp khai báo trong mô hình

5 TLBT + SDL + 0.9HT + 0.9GP

6 CVB = ENVE (1, ,5)

Trang 45

CEPT)

Thực hành phân tích khung không gian bằng ETABS

• Định nghĩa tiết diện cho phần tử

Trang 46

Thực hành phân tích khung không gian bằng ETABS

• Vẽ các phần tử Tấm bản: Draw → Draw Area Object

Tiêu đề	Phân tích và thiết kế kết cấu xây dựng sử dụng SAP2000, SAFE và ETABS
Tác giả	Nhóm tác giả
Người hướng dẫn	GV. ThS. Nguyễn Văn Thông, GV. ThS. Nguyễn Trung Hiếu
Trường học	Trường Cao đẳng Huấn luyện và Thực hành Xây dựng HCT
Chuyên ngành	Kỹ thuật xây dựng
Thể loại	Bài giảng
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	68
Dung lượng	7,04 MB