ví dụ tính nội lực thép

Sau đó vẽ các phần tử dầm tầng 2, 3, 4 và mái Kết quả được sơ đồ hệ như sau: Nhấn phím F7 để không thể hiện các đường lưới trên màn hình và vào menu View à Show Axes để không thể hiện

Sơ đồ tải trọng:

- Tải trọng tác động vào khung được phân tích thành 5 trường hợp tải trọng, gồm: Tĩnh tải, Hoạt tải 1, Hoạt tải 2, Gió trái và Gió phải Việc xác định giá trị các tải trọng không đề cập trong bài viết này, tuy nhiên số liệu tính toán trong ví dụ được lấy từ việc thiết kế một kết cấu thực tế

- Đơn vị của lực tập trung là kN, lực phân bố đều là kN/m

SƠ ĐỒ TĨNH TẢI

Xác định nội lực bằng phần mềm Sap2000 v14:

3.1 Lập sơ đồ tính:

- Chọn đơn vị kN-m-C

- Tạo hệ kết cấu mới và hệ lưới trục: File à New

Model à Grid Only: Khai báo số đường lưới theo

phương X = 6, Y = 1, Z = 5; khoảng cách lưới X = 0.7,

Z = 3.6 à OK

- Để lại 1 cửa sổ XZ trên màn hình: Options à

Windows à One và chọn biểu tượng XZ trên thanh

công cụ (Toolbar)

- Điều chỉnh kích thước các ô lưới: kích chuột phải vào màn hình à chọn Edit Grid Data à Modify/Show System à Chọn mục Spacing và sửa khoảng cách các trục theo đúng kích thước yêu cầu của hệ à OK à OK

- Vẽ các phần tử thanh: dùng biểu tượng vẽ nhanh , vẽ cột của từng trục (từ trục B à trục E), sau đó vẽ dầm của từng tầng (từ tầng 2 à tầng mái)

Tương tự vẽ các phần tử cột trục C, D, E Sau đó vẽ các phần tử dầm tầng 2, 3, 4 và mái

Kết quả được sơ đồ hệ như sau:

Nhấn phím F7 để không thể hiện các đường lưới trên màn hình và vào menu View à Show Axes để không thể hiện ký hiệu hệ trục tọa độ trên màn hình

Kéo chuột bao quanh các đường

lưới trục B sẽ vẽ được 4 phần tử

cột của trục B

- Đặt các liên kết gối vào khung: chọn 4 nút “chân

dùng biểu tượng ) à chọn liên kết ngàm à OK

- Xong bước 3.1 màn hình hiển thị sơ đồ khung như sau:

Muốn thể hiện tên nút và tên phần tử trên sơ đồ: à S Display Option, chọn Label tại vị trí Joint và Frame

Nhận xét: với việc vẽ các phần tử cột theo từng trục, tên của các phần tử cột sẽ được đánh số từ dưới lên trên, hết trục này đến trục khác Các phần tử dầm được vẽ sau nên sẽ được đánh số tiếp theo sau phần tử cột, theo thứ tự từ trái sang phải, hết dầm tầng này đến dầm tầng khác

3.2 Khai báo (Define) các thông số về vật liệu, ti t diện …

3.2.1 Vật liệu:

Define à Material à chọn 4000psi

à Modify/Show Material: Nhập các

thông số của vật liệu: tên vật liệu, trọng

lượng riêng, modul đàn hồi à OK à OK

3.2.2 Tiết diện:

Define à Section Property à Frame Section à chọn Add New Property, chuyển màn hình hiển thị các hình dạng tiết diện của kết cấu thép (Steel) sang hiển thị hình dạng tiết diện của kết cấu bê tông (Concrete)

Chọn hình dạng tiết diện chữ

nhật, nhập các thông số về tên tiết

diện, chiều cao, chiều rộng à OK

Thoát ra lại màn hình Frame

Property

Các tiết diện sau tương tự như

tiết diện đã khai báo nên để khai

báo nhanh, chọn tiết diện vừa được

khai báo đó (VD: tiết diện

D200x350) và chọn lệnh Add Copy

of Property và khai báo các thông

số cho tiết diện mới Tương tự như

vậy, khai báo tổng cộng 7 loại tiết

Define à Load Pattern à Nhập tên trường hợp tĩnh tải (VD: 1 TT), sửa hệ số trọng lượng bản thân từ 1 thành 0 à chọn Modify Load Pattern

Nhập tên các trường hợp tải trọng (VD: 2 HT1; 3 HT2; 4 GT; 5 GP) à chọn Add New Load Pattern (thực hiện với 4 trường hợp tải trọng còn lại) Kết quả được như sau:

Chọn OK để thoát về màn hình chính

Dù ta đã thay đổi tên của trường hợp tải trọng mặc định trong Sap2000 từ DEAD thành

1 TT nhưng khi xuất kết quả, Sap2000 vẫn lấy tên là DEAD, vì tên của các trường hợp tải trọng trong các bảng kết quả được lấy theo tên Load Case (không phải Load Pattern), do đó cần thay đổi tên của Load Case cho phù hợp Define à Load Case à chọn DEAD à Modify/Show Load Case à sửa lại tên từ DEAD thành 1 TT à OK

Ngoài ra trong hệ còn có 1 trường hợp Load Case mặc định khác đó là Modal (dùng để tính dao động của hệ), đối với kết cấu không cần phân tích động thì ta có thể xóa bớt Load Case này để việc phân tích, tính toán kết cấu được đơn giản hơn

Chọn Modal à Delete Load Case à OK à OK thoát về màn hình chính

3.3 Gán (Assign) ti t diện và tải trọng:

Nguyên tắc Noun-Verb (chọn đối tượng trước à thực hiện lệnh sau)

3.3.1 Gán tiết diện cho các thanh:

- Chọn các phần tử 17, 19, 20, 22, 23, 25,

26, 27, 29, 30 à Assign à Frame à Section

hoặc dùng biểu tượng à chọn tiết diện

D200x350 để gán cho các thanh đó à OK

- Tương tự gán tiết diện D200x500 cho

phần tử 28; tiết diện D200x550 cho các phần tử

18, 21, 24 … Kết quả cuối cùng như hình bên

3.3.2 Đặt tải trọng vào hệ:

3.3.2.1 Tĩnh tải:

- Đặt tải trọng phân bố đều: chọn các phần

tử thanh (VD: chọn các phần tử 17, 20, 23) à

à a Load à Distribute hoặc

chọn biểu tượng à nhập giá trị lực phân bố

đều vào mục Uniform Load (VD: 6.48) Tiếp

tục với các phần tử khác

- Đặt tải trọng tập trung: chọn các nút (VD:

nút 2, 3, 4) à Assign à Joint Load à Force

hoặc chọn biểu tượng à nhập giá trị tải

trọng thẳng đứng vào mục Force Golal Z (VD:

-28.75; chú ý lực hướng xuống có dấu - ) Tiếp

- Cách đặt tải trọng phân bố đều và tải trọng tập trung tương tự như trường hợp Tĩnh tải nhưng chú ý cần thay đổi mục Load Pattern Name từ 1 TT thành 2 HT1 (hoặc 3 HT2)

Kết quả như hình trên

3.3.2.3 Gió trái và gió phải:

- Ngoài việc cần thay đổi mục Load Pattern Name từ 3 HT2 thành 4 GT hoặc 5 GP, ở đây phương của tải trọng phân bố cũng phải thay đổi từ Gravity thành X

- Đồng thời tải trọng gió tác dụng vào 2 phần tử cột tầng 1 không thuộc dạng tải trọng phân bố đều Uniform mà phải khai báo là tải trọng dạng Trapezoidal và dùng 2 điểm (điểm 1

có khoảng cách theo cách tính Absolute là 1.65m, điểm 2 có khoảng cách là 5.55m)

- Chú ý khi nhập tải trọng có dạng Trapezoidal cần cho giá trị của tải trọng phân bố đều Uniform = 0, và ngược lại, khi tải trọng có dạng phân bố đều Uniform, cần cho giá trị của tải trọng Trapezoidal = 0, nếu không 2 loại tải trọng này sẽ cộng với nhau thành tải trọng cuối cùng tác động lên hệ à giá trị tải trọng không đúng yêu cầu

- Các tải trọng thuộc trường hợp Gió phải sẽ mang dấu -

- Đổi Load Pattern Name thành

4 GT

- Đổi phương lực là phương X

- Chọn cách tính khoảng cách theo Abssolute

- Nhập 2 khoảng cách (1.65; 5.55) và giá trị lực (2.63)

Kết quả thể hiện như hình dưới

Tính toán và xu t k t quả:

3.4.1 Thực hiện tính toán:

- Khai báo kết cấu tính toán thuộc dạng hệ phẳng: Analyze à Set Analysis Option à chọn XZ plane à OK

- Tính toán: Analyze à Run Analysis hoặc dùng biểu tượng à chọn Run now

3.4.2 Xem kết quả trên màn hình:

- Xem kết quả phản lực: Display à Show Force/Stress à Joint hoặc dùng biểu tượng , bấm vào tam giác nhỏ bên phải, chọn Joint à bỏ chọn mục Show Result as Arrow

Trên màn hình sẽ thể hiện kết quả phản lực của trường hợp T nh tải

Muốn thay đổi trường hợp tải trọng thể hiện kết quả trên màn hình, dùng biểu tượng nằm phía dưới màn hình, gần hộp chọn đơn vị VD: bấm vào mũi tên sang phải, màn hình sẽ thể hiện kết quả phản lực của trường hợp ạt tải 1

- Xem kết quả nội lực: Display à Show

Force/Stress à Frame hoặc dùng biểu tượng ,

bấm vào tam giác nhỏ bên phải, chọn Frame à chọn

thành phần nội lực cần thể hiện (Axial Force: lực dọc;

Shear 2-2: lực cắt; Moment 3-3: moment), chọn tỷ lệ

(Auto: tự động hoặc nhập hệ số tỷ lệ nếu chọn Scale

Factor), chọn mục Show value on Diagram

Trên màn hình sẽ thể hiện kết quả nội lực của

trường hợp Tĩnh tải

Tương tự, muốn thay đổi trường hợp tải trọng thể

hiện kết quả trên màn hình, dùng biểu tượng

Chú ý: do quy ước dấu của Shear 2-2 và lực cắt Q theo quy định của Việt Nam ngược nhau nên đối với biểu đồ lực cắt cần nhập hệ số tỷ lệ (không chọn Auto) với giá trị âm

3.4.3 Xuất kết quả dạng hình ảnh:

- Khi cần lưu kết quả hình ảnh đang thể hiện trên màn hình thành file ảnh (file này sau đó

có thể được sử dụng để chèn vào file thuyết minh …): à Capture Enhance Metafile à đặt tên cho file ảnh đó Như vậy hình ảnh đang thể hiện trên màn hình sẽ được lưu lại thành file hình ảnh (dạng emf) trên máy tính

- Khi cần chèn hình ảnh đó vào file thuyết minh (file Word): trong phần mềm Word: Insert à Picture à From file: tìm đến vị trí của file ảnh đó trên máy và chèn vào Word Kết quả như sau:

-24.52 16.77

-17.72 22.99 -28.18

0.68

-1.70 4.39

-5.96 4.91

-5.85 5.51 -4.63

-4.10

-13.80 -10.12 -15.31

4.00

13.19 9.58 14.21

0.43

2.88 2.99 2.82

3.4.4 Xuất kết quả dạng số (bảng tính Excel):

- Ngoài việc xuất kết quả dạng hình ảnh như trên, ta cần xuất kết quả nội lực của các thanh trong hệ ở dạng số (bảng tính) để thực hiện tổ hợp nội lực cũng như tính toán cốt thép sau này

- Để bảng số liệu được đơn giản, trong dầm ta chỉ cần

lấy giá trị nội lực tại 5 tiết diện (đầu thanh, ¼ l, giữa thanh, ¾

l, cuối thanh), trong cột ta chỉ cần lấy nội lực tại 2 đầu phần

tử Cách thực hiện như sau: mở khóa hệ ( à ) để có

thể sửa được giá trị số liệu, chọn các phần tử dầm à Assign

à Frame à Output station hoặc dùng biểu tượng :

nhập vào số 5, bỏ chọn 2 mục Intersection và Concentrated

Tương tự chọn các phần tử cột, thực hiện lệnh, nhập vào số 2 và bỏ chọn các mục dưới

- Tiến hành tính toán (Run) lại kết cấu Lúc bây giờ biểu đồ nội lực sẽ không được “mịn”

vì số tiết diện ít nên các đường cong biến thành đường gãy khúc

- Xuất kết quả nội lực sang Excel: Display à Show Table: sẽ xuất hiện cửa sổ để xuất kết quả, bên trái dùng để chọn số liệu, bên phải là các lệnh như chọn trường hợp tải trọng nào

để lấy kết quả (Select Load Case) …

Bấm vào dấu cộng bên cạnh mục Element Output à bấm tiếp vào dấu cộng bên cạnh mục Frame Output à chọn mục Table: Element Force – Frame à OK (ở đây cần lấy kết quả của cả 5 trường hợp tải trọng nên không cần chọn Select Load Case) Trên màn hình sẽ xuất hiện bảng số liệu kết quả nội lực trong hệ à File à Export Current Table à To Excel:

số liệu sẽ được tự động chuyển thành bảng tính trên Excel Kết quả như sau:

TABLE: Element Forces - Frames

Kết cấu dầm ta cần các thành phần nội lực gồm Moment ( ) và Lực cắt ( ) nên trong Dầm xóa các cột dữ liệu Case Type, P, V3, T, M2, FrameElem và ElemStation Kết quả nội lực dầm còn lại trong Sheet Dầm như sau:

TABLE: Element Forces - Frames

TABLE: Element Forces - Frames

Sắp xếp các số liệu trong 2 Sheet trên theo các trường hợp tải trọng:

- Trong Sheet Dầm, chọn tất cả các hàng dữ liệu (từ phần tử 17 đến 30)

Vùng dữ liệu chọn

à Vào menu Data à Sort à Chọn Sort by: (2) Text Kết quả ta sẽ được các số liệu nội lực được sắp xếp liên tục theo các trường hợp tải trọng từ 1 TT đến 5 GP

- Trong Sheet Cột, tương tự, chọn tất cả các hàng dữ liệu (từ phần tử 1 đến 16) à vào menu Data à Sort à Chọn Sort by: (2) Text Kết quả ta sẽ được các số liệu nội lực được sắp xếp liên tục theo các trường hợp tải trọng từ 1 TT đến 5 GP

Kết quả như sau:

- Khi tính cốt thép dọc trong dầm ta chỉ cần 3 giá trị Moment tại hai đầu dầm và giữa nhịp dầm, khi tính cốt thép đai trong dầm ta cần 4 giá trị Lực cắt tại hai đầu dầm và tại các tiết diện ¼ và ¾ nhịp dầm Do đó, ta copy Sheet Dầm ra thành 2 Sheet, 1 Sheet đặt tên là Q Dầm,

1 Sheet đặt tên là M Dầm Trong Sheet M Dầm, xóa các hàng nội lực tại tiết diện ¼ và ¾ nhịp dầm, trong Sheet Q Dầm, xóa các hàng nội lực tại các tiết diện giữa nhịp dầm

Để thực hiện được nhanh chóng, trước khi copy Sheet và xóa các hàng dữ liệu nội lực, ta sắp xếp nội lực của các trường hợp tải trọng sao cho song song với nhau theo phương ngang

TABLE: Element Forces - Frames

Sau đó copy Sheet này thêm 1 Sheet nữa, 1 Sheet đặt tên là M ầm, 1 Sheet đặt tên là

ầm Trong Sheet M ầm ta sẽ xóa các hàng nội lực tại tiết diện ¼ và ¾ nhịp dầm và xóa các cột nội lực V2 Trong Sheet ầm ta sẽ xóa các hàng nội lực tại tiết diện giữa nhịp dầm và các cột nội lực

Do quy ước dấu của V2 ngược với quy ước dấu của theo Việt Nam nên cần nhân các giá trị của 2 với -1 để đảo dấu

Kết quả được như sau:

t M Dầm:

TABLE: Element Forces - Frames

TABLE: Element Forces - Frames

4 Tổ hợp nội lực và tính toán cốt thép trong dầm và cột:

Dùng file bảng tính lập sẵn (file Khung.xls)

- Trong Sheet TH M Dầm (của file Khung.xls): nhập tên phần tử dầm đầu tiên, trong

VD là phần tử 17 (vì từ phần tử 1÷16 là phần tử cột), copy giá trị Moment trong Sheet M Dầm (của Sap2000) vào Sheet TH M Dầm này (theo từng cột – hoặc có thể xóa luôn các cột Output Case thì copy được cả bảng) Lưu ý để giữ được định dạng của bảng khi paste số liệu vào bảng TH M Dầm, nên dùng lệnh (kích chuột phải) à Paste special à value (hoặc text) Kết quả như sau:

TT HT1 HT2 GT GP M min M max M ttoán

Kết quả như sau:

TT HT1 HT2 GT GP Q min Q max |Q| max

Trường hợp tải trọng (
n vị KN) Tiết

- Tương tự đối với S Cột (kết quả từ Sap2000), sắp đặt số liệu nội lực trong các trường hợp tải trọng sao cho ngang hàng (song song) nhau

TABLE: Element Forces - Frames

Frame Station OutputCase P M3 OutputCase P M3 OutputCase P M3 OutputCase P M3 OutputCase P M3

Copy Sheet này thêm được 1 Sheet tương tự Một Sheet đặt tên là N Cột, 1 sheet đặt tên

là M Cột Trong Sheet N Cột xóa các cột dữ liệu M3 và OutputCase, trong Sheet M Cột xóa các cột dữ liệu P và OutputCase Copy số liệu nội lực M cột và N cột paste vào Sheet TH M,

N Cột trong file Khung.xls (nên Paste special để giữ được định dạng)

Kết quả như sau:

TT HT1 HT2 GT GP TT HT1 HT2 GT GP M max N tư M min N tư M tư N max

tử

Tổ hợp cơ bản tính toán Tiết

diện

Lực dọc   n v KN) Moment ( n v KN.m)

Xóa các hàng số liệu thừa

- Thực hiện tính toán cốt thép trong các Sheet tính thép trong file Khung Chú ý khi tính thép cột cần phải sửa giá trị µ gt sao cho xấp xỉ µ tt , đồng thời chiều dài tính toán l o phải được xác định theo tiêu chuẩn TCXDVN 356-2005 (tùy thuộc vào sơ đồ khung 2 nhịp, 3 nhịp …)

TT HT1 HT2 GT GP M min M max M ttoán

tử

Trườngợp ải  ọng(đơn v" KN.m) Tiế

TT HT1 HT2 GT GP M min M max M ttoán

2Ø18

2Ø16 2Ø16

2Ø14

2Ø18

2Ø16 2Ø18

2Ø16

2Ø18

2Ø20 2Ø16 + 2Ø18

2Ø20

2Ø18

2Ø16 2Ø16 + 2Ø18

2Ø20

2Ø18

2Ø16 2Ø18

2Ø16

2Ø18

2Ø20 3Ø18

2Ø20 2Ø16 + 2Ø18

2Ø20 3Ø16 + 2Ø18

2Ø20 4Ø18

2Ø14 2Ø14 + 2Ø16

2Ø16

2Ø14

4Ø16

2Ø20 2Ø16

2Ø20 55

55 55

2Ø14

2Ø16

2Ø14 2Ø16

2Ø14

2Ø16

2Ø14 2Ø16

2Ø14

2Ø16

3Ø18 2Ø14 + 2Ø16

2Ø18

2Ø16

2Ø14 2Ø14 + 2Ø16

2Ø18

2Ø16

2Ø14 2Ø16

2Ø14

TT HT1 HT2 GT GP Q min Q max |Q| max

tử

Trườngợ ả  ọn(đơn v KN) Tiế

TT HT1 HT2 GT GP Q min Q max |Q| max

Q bt

Cốt thép Ø ≤ Cốt thép Ø >

|Q| max N

(kN/m)

210'000 210'000

2

l 1

K.tra đoạn g.nhịp

Bố trí cốt đai

CII, A-II

TT HT1 HT2 GT GP TT HT1 HT2 GT GP M max N tư M min N tư M tư N max

TT HT1 max tư min tư tư max

1.18%

2.52 20 3.89 20

4

20 30 4

25 3

-3.89 4.71 -77.00 1.07 -148.16