phần mềm thiết kế cốt thép cấu kiện bê tông cốt thép (tcvn 356 2005)

Tuy nhiên đối với các phần mềm thương mại thì không dám tin tưởng Hiện nay chưa có phần mềm nào đảm bảo chất lượng với viện KHCN ngay cả các phần mềm tính toán phổ biến hiện nay là FTW C

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỀ TÀI NCKH CẤP SINH VIÊN

PHẦN MỀM THIẾT KẾ CỐT THÉP CẤU KIỆN

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA CƠ KHÍ MÁY BỘ MÔN CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG

TP HỒ CHÍ MINH, 2010

GVHD: Th.S TRẦN TUẤN KIỆT SVTH: VÕ VĂN ĐỒNG

PHẦN MỀM THIẾT KẾ CỐT THÉP CẤU KIỆN

BÊ TƠNG CỐT THÉP (TCVN 356-2005)

Mã số: SV63 - 2009

SVTH: Võ Vân Đồng –MS:06114031 Page 1

I Đặt vấn đề:

1.Đối tượng nghiên cứu: trang 2

2.Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước trang 2

3 Những vấn đề còn tồn tại trang2

II Giải quyết vấn đề:

.1 Mục đích để tài trang 3

2 Phương pháp nghiên cứu trang 3

3.Nội dung trang 3

3.1.1Giải thuật tính dầm trang 4

3.1.2.Giải thuật thép cột đối xứng: trang 5

3.2.Phương pháp luận tính toán

3.2.1 Đối với dầm: .trang 6

3.2.2 Đối với cột: .trang 6

4.Giao diện người dùng trang 6

5.Các đoạn code chính trong phần mềm trang 11

III.Kết quả đạt được:

1.Tính khoa học trang 28

2.Khả năng ứng dụng thực tiễn trang 28

3.Hiệu quả kinh tế xã hội trang 29

IV Kết luận

Kết luận & đề nghị trang 30

V Phụ lục trang 31

SVTH: Võ Vân Đồng –MS:06114031 Page 2

Phần I ĐẶT VẤN ĐỀ

I Đối tượng nghiên cứu:

-Visual Basic, Visual basic for Excel, Bê tông cốt thép, Sap 2000 (CSI), Excel,

Access

II Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước:

- Hiện nay, ở Việt Nam cũng như thế giới rất nhiều phần mềm thiết kế kết cấu xây

dựng như Micofeap, gear, bats, graps( Viện công nghệ Châu Á- AIT- Thái Lan), Prokon

(Anh), Stadd pro (REC) và các phiên bản Sap, Etabs (CSI) Mỗi phiên bản đều có thể thiết kế

theo tiêu chuẩn Anh, Eurocode…Và hiển nhiên TCVN đều không được đưa vào các phần

mềm này! Và cũng kể từ đây hàng loạt các các công ty cũng như các cá nhân đã xây dựng các

chương trình tính BTCT từ các dữ kiện nội lực tính ra từ các phần mềm trên đây Tuy nhiên

đối với các phần mềm thương mại thì không dám tin tưởng (Hiện nay chưa có phần mềm

nào đảm bảo chất lượng với viện KHCN ngay cả các phần mềm tính toán phổ biến hiện nay

là FTW( Cty hài Hòa), RDW (CIC)…Còn các phần mềm do cá nhân viết trên Excel thì chỉ có

thể tính toán với số lượng nhỏ và công việc chọn lọc các giá trị nội lực từ các phần mềm tính

nội lực rất nhiều và phức tạp và cả thiếu chính xác

- Vì đây là phần mềm theo tiêu chuẩn riêng từng nước do vậy mang tính chất không

phổ biến Tuy nhiên trong phạm vi nào đó như khu vực Đông Nam Á thì TCVN được đưa ra

nghiên cứu

III.Những vấn đề còn tồn tại:

– Như đã nói ở trên vấn đề tồn tại lớn nhất khi tính toán kết thiết kế cốt thép theo tiêu

chuẩn nước ngoài thì không phù hợp và chính xác Ngoài ra việc thay thế các hệ số tính toán

các tiêu chuẩn nước ngoài như CSA-94 cho phù hợp TCVN thì chỉ mang tính chất dùng để

kiểm tra sau khi tính toán bằng TCVN

-Việc lập bảng tính trong Excel chỉ tính mang tính chất một chiều và riêng lẻ cho từng

cặp nội lực Và khi lập trình VBA thì hạn chế là khó so sánh kết quả khi thay đổi tiết diện cấu

kiện

-Chính vì mong muốn có một phần mềm tính toán cụ thể chính xác đặc biệt có thể thay

đổi phù hợp các tiêu chuẩn TCVN thì em viết phần mềm này.Vì thời gian có hạn nên vẫn còn

nhiều hạn chế( chưa mô hình nhà, chỉ tính với khung phẳng ) nhưng với sự ra đời phần mềm

này việt tính toán nhà từ một tầng một nhịp đến nhiều tầng nhiều nhịp thì chỉ vài cái nhấp

chuột Và thao tác nhập xuất dữ liệu tương đối dễ dàng Đẩy mạnh và tối ưu hóa công việc

thiết kế của các kĩ sư xây dựng

SVTH: Võ Vân Đồng –MS:06114031 Page 3

Phần II GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

II.1 Mục đích để tài:

-Nghiên cứu về tính toàn BTCT bằng các công cụ hỗ trợ (ứng dụng công nghệ

thông tin trong xây dựng)

- Giải quyết bài toán tính cốt thép (nội lực được lấy từ Sap)

-Phục vụ sinh viên làm các đồ án môn học, đồ án tốt nghiệp và cả khi đã tốt

nghiệp đi làm

-Có mã nguồn mở cho sinh viên học tập nghiên cứu

-Lập trình thiết kế cốt thép như thế nào, con đường phát triển tương lai

2.Phương pháp nghiên cứu:

-Đọc tài liệu về bê tông cốt thép

-Nghiên cứu về Sap

-Sự liên quan giữa Excel với Sap

-Tạo cơ sở dữ liệu cho cho chương trình

-Chạy thử kiểm tra tính chính xác cho công trình

-Và viết code hoàn chỉnh chương trình

3.Nôi dung:

-Sau khi tính toán nội lực từ Sap, ta xuất ra Excel bao gồm nội lực (Element Forces -

Frames) và tên các tiết diện thiết kế(Frame Section Assignments) đặt tên tiết diện như sau

D200x300 đối với dầm, C200x200 đối với cột …Để soft có thể nhận biết tính toán

- Sau đó nhập dữ liệu từ file Excel vừa xuất ra vào phần mềm

-Chọn các điều kiện đầu vào bao gồm B, loại thép, hệ số an toàn…

-Nhấn các nút để tính toán

-Xuất kết quả cốt thép bao gồm thứ tự tiết diện, thép cột đối xứng, đối với dầm thì xuất

cốt thép ở 3 tiết diện 2 gối và bụng ra Excel.(bao gồm momen âm và dương tài cùng một mặt

cắt)

sc o

M R bh A

R

 ≥ Cốt

s

R bh A

N N

SVTH: Võ Vân Đồng –MS:06114031 Page 6

3.2Phương pháp luận tính toán:

3.2.2 Đối với dầm:

Khi một công trình chịu nhiều tải trọng trước khi xuât hiện các phần mềm tính kết

cấu thì nội lực để tính toán là tổ hợp nội lực( tính nội lực từng tải trọng tác dụng, rồi tổ hợp

chúng lại với nhau).Đương nhiên nhưng khó khăn trong cách làm nay thì không thể kể hết rất

phức tạp dễ sai sót.Nhưng với sự ra đời của các phần mềm tính toán kết cấu việc thay vào đó

là tổ hợp tải trọng và đưa ra nội lực từng tải trọng hay tổ hợp của chúng lại với nhau rất đơn

giản, chính xác Đối với việc thiết kế dầm thì tải trọng tính toán là tổ hợp bao của từng trường

hợp tổ hợp tải trọng khác Tuy nhiên trong việc thiết kế dầm dàn mái một số công trình thì

nên tách lực gió ra khỏi tổ hợp tải trọng hoặc thiết kể trên từng tổ hợp riêng lẻ mới đạt độ

chính xác

Khi tính toán dầm việc chọn mặt cắt lấy nội lực để tính là 3 2 Đầu dầm nhịp và nhịp

dầm Ở mỗi mặt cắt thì lấy giá trị momen âm dương đạt min max, ở Sap thì mặt định lấy mặt

cắt từ trái qua phải tương ứng cặp nội lực (Min;Max) ở mỗi mặt cắt trong hình sau Min:

momen âm, max momen dương

3.2.3 Đối với cột:

Trong việc thiết kế cốt thép cột thì ta không thể dùng tổ hợp bao vì tổ hợp bao không lấy

tương ứng đúng với cặp tổ hợp Điều này dẫn tới thiết kế thép quá dư Như vậy đối với thép

cột ta thiết kế từng tổ hợp nội lực nhỏ Và sau đó chọn lấy cốt thép lớn nhất trong các tổ hợp

tính toán để phân bố toàn cột

4.Giao diện người dùng:

SVTH: Võ Vân Đồng –MS:06114031 Page 7

Chọn File/Open để nhập File Excel

Nhập các hệ số làm việc

SVTH: Võ Vân Đồng –MS:06114031 Page 8

-Hệ số biến dạng

-Hs: Hệ số điều kiệnl làm việc

-Phi từ: Phi: Chọn khoảng đường kính cốt thép thiết kế.(mm)

-SS: Sai số cho phép khi chọn cốt thép

- Chọn a,a’ để thiết kế chung cho cột và dầm

-Giao diện tính toán (Element forces frames) ta có thể xem xét một cách chi tiết nội lực nào

hay cạp tổ hợp nội lực nào dùng để tính toán…

- Chọn phi thép thiết kế, phụ thuộc vào sai số cho phép muốn tính chính xác cần chọn sai số

từ nhỏ đến lớn và cần kiểm tra lại khi cho sai số quá lớn

-Hệ số điều kiện làm việc, nên chọn mức vừa phải

Lưu ý: Sau khi làm việc chọn Exit để thoát chương trình

Các thủ tục xuất ra File Excel để tính toán

Chọn số mặt cắt xuẩt ra ở dầm và cột là 3

SVTH: Võ Vân Đồng –MS:06114031 Page 10

Xuất tất cả sang Excel

- Nhấp : Để đọc CSDL từ File Excel vào chương trình

- Nhấp : Để tính toán số liệu vừa nhập vào Lưu ý phải chọn các

điều kiện đầu vào như B, thép…

- Nhấp : Để chương trình lọc các dữ liệu vừa tính toán đồng thời

chọn các tiết diện theo yêu cầu

- Nhấp : Để chương trình xuất ngược ra Excel

SVTH: Võ Vân Đồng –MS:06114031 Page 12

Giao diện kết quả khi xuất sang Excel

5 Một số đoạn code chính trong thiết kế cốt thép dầm và cột:

If ((IsNumeric(txta) = True) And (IsNumeric(txtdklv) = True) And (IsNumeric(Txtaa) =

True)) = True Then

omg = 0.85 - 0.008 * Val(txtdklv) * Val(TXTCSN)

tinhx = (Val(txtcuongdotinhtoan) / smscu) * (1 - omg / 1.1)

xir = omg / (1 + tinhx)

ar = xir * (1 - 0.5 * xir)

Else

smscu = 400

omg = 0.85 - 0.008 * Val(txtdklv) * Val(TXTCSN)

tinhx = (Val(txtcuongdotinhtoan) / smscu) * (1 - omg / 1.1)

xir = omg / (1 + tinhx)

SVTH: Võ Vân Đồng –MS:06114031 Page 17

tinh2 = (0.11 / (0.1 + eo / h)) + 0.1

tinh3 = (es / eb) * iss

Ncr = tinh1 * ((ib / phi) * tinh2 + tinh3)

x = (xir + (1 - xir) / (1 + 50 * exo ^ 2)) * (h - a)

as1 = (n * 1000 * e - gama * Rb * b * x * (h - a - 0.5 * x)) / (Rsc * (h - a - aa))

' -KIEMTRA

muy1 = 2 * as1 / (b * (h - a))

If muy1 < 0.0005 Or (as1 < 0) Or lap > 100 Or muy1 > 0.03 Then

If muy1 < 0.0005 Or (as1 < 0) Or lap > 100 Then

SVTH: Võ Vân Đồng –MS:06114031 Page 21

ex = 1 - Sqr(1 - (2 * am))

as1 = (ex * ym * Rb * b * (h - a)) / Rs

If ((as1 / (b * (h - a))) > 0.0005 And (as1 / (b * (h - a)) < (xir * ym *

If (ass / (b * (h - a))) > 0.0005 Then

as1 = (xir * ym * Rb * b * (h - a)) / Rs + (Rsc * ass) / Rs

If ((as1 / (b * (h - a))) > 0.0005 And (as1 / (b * (h - a)) < (xir * ym *

SVTH: Võ Vân Đồng –MS:06114031 Page 23

End If

End If

End Sub

b.Đoạn code lọc cốt thép để thiết kế :

Private Sub cmdx_Click()

Dim h, i, qq, kk, uu, k, t, lap, u, max, ab, w, y, f, q, mm

Dim ii, dd, nn, asm, dt, d, ss

SVTH: Võ Vân Đồng –MS:06114031 Page 24

Else

If IsNumeric(txtpd) = True And IsNumeric(txtpc) = True And (Val(txtpc) > Val(txtpd))

And IsNumeric(Val(txtss)) = True Then

'If Left(Sheet2.Cells(u, 4), 1) = "c" Or Left(Sheet2.Cells(u, 4), 1) = "C" Then

MyFlexGrid2.TextMatrix(t - lap + ab, 2) = MyFlexGrid1.TextMatrix(u, 4)

If Val(max) < 153 Or IsNumeric(Val(MyFlexGrid.TextMatrix(t, 14))) = False Then

MyFlexGrid2.TextMatrix(t - lap + ab, 6) = "tct"

IsNumeric(MyFlexGrid.TextMatrix(t, 14)) = False Then

MyFlexGrid2.TextMatrix(t - lap + ab, 6) = "tct"

SVTH: Võ Vân Đồng –MS:06114031 Page 30

End Sub

IV Kết quả đạt được:

1 Tính khoa học:

-Thực sự soft này viết trong vòng một năm thời gian có thể tương đối dài, thế

nhưng đối với dân không chuyên thì vô vàn những khó khăn từ việc kiến thức cơ bản

lập trình cho đến nâng cao phải tự trang trải lấy Và hầu hết code trong này sử dụng

vòng lặp cực kì nhiều vì vậy soft này được tạo ra từ rất nhiều các soft nhỏ hơn gắn kết

lại với nhau Ngoài ra để dễ dàng kiểm soát chương trình và tính chính xác của nó thì

hầu hết đoạn code đã được chạy thử qua VBA

–Ngoài ra chương trình được viết với giải thuật tương đối sáng sủa dễ hiểu

2.Ứng dụng thực tiễn:

-Thiết kế cốt thép một cách nhanh chóng cho các công trình dân dụng, các nhà

cao tầng.(Việc tính nội lực trong phải bằng Sap 2000)

- Chúng ta có công cụ để kiểm tra kiểm soát các thông số tính toán trong

chương trình học, từ đó có thể thay đối thay thế để tối ưu hóa các bước thiết kế của

người kĩ sư sau này Và hình thành những kĩ năng cơ bản của người kĩ sư nhanh,

chính xác, đọc hiểu và làm được từ các tài liệu sẵn có…

-Có thể sử dụng, dễ dàng thay đối vì vậy rát phù hợp khi tính toán thiết kế sau

này

3 Hiệu quả kinh tế xã hội:

-Việc ra đời soft tính toán mang hiệu quả kinh tế rất đáng khích lệ việc giải nhanh

chóng và chính xác bài toán thiết kế vấn đề cốt lõi trong xây dựng nói chung Rút

ngắn thời gian thiết kế đẩy nhanh tiến độ thi công giảm chi phí rất đáng kể khi thi

công công trình.Dẫn đến giảm các chi phí xã hội khi thi công công trình

- Giảm các tính toán sai dẫn đến các sự cố công trình đáng tiếc

-Giảm giá thành thiết kế dẫn đến các chi phí xã hội giảm

SVTH: Võ Vân Đồng –MS:06114031 Page 31

Phần3 KẾT LUẬN

1.Kết luận & đề nghị:

Sau khi viết phần mềm này thì có thể dễ dàng nhận thấy rằng VBA là công cụ cực

kì mạnh mẽ đơn giản hoá, xúc tích hóa, dễ dàng…Và khi lập các chương trình ứng

dụng hay lớn bên cạnh các nhược điểm về giao diện người dùng,các thủ tục chưa phổ

biến…Thì các mặt còn lại đều mạnh mẽ và đạt năng suất cao nhất Khi tính toán lập

trình các tính toán nhỏ thì nên dùng công cụ mạnh mẽ này

Việc nghiên cứu KHSV thực sự cần thiết cho môi trường học tập đặc biệt là môi

trường học tập Tuy nhiên việc bài vở quá nhiều hay chưa có môi trường nghiên cứu

thực sự đem lại những rào cản quá lớn để có thể có hình thành các đề tài nghiên cứu

và hoàn thành chúng…Như vậy cần có những thay đổi cần thiết trong cơ cấu tổ chức,

lẫn hình thức, cách thức cụ thể từng khoa từng cá nhân để có thể đẩy mạnh phong trào

nghiên cứu khoa học trong SV Đây chỉ là soft nhỏ nhưng hy vọng qua đây có thể

khích lệ tinh thần học hỏi nghiên cứu trong khoa XD nói riêng và tinh thần học hỏi

của các bạn Sinh viên nói chung

Bên cạnh đó thì mỗi trường cần liên kết chặc chẽ các công ty bên ngoài vì đào tạo

phải gắn liền với các hoạt động thực tiễn thì mới tạo nên hiệu quả cho việc đào tạo

Ngoài ra việc nghiên cứu các vấn đề thực tế giải quyết nó đem lại ý nghĩa lớn về kinh

tế lẫn giáo dục

SVTH: Võ Vân Đồng –MS:06114031 Page 32

Tài liệu tham khảo:

1 Kết cấu bêtông cốt thép tập 1,2,3 – Võ Bá Tầm –Nhà xuất bản đại học quốc gia

tp HCM

2 Kết cấu bê tông cốt thép tập1-Phan Quang Minh-Ngô Thế Phong- Nguyễn Đình

Cống- NXB KHKT

3 Sổ tay thực hành kết cấu công trình-Vũ Mạnh Hùng- NXB Xây Dựng

4 Tính toán thực hành kết cấu BTCT-Nguyễn Đình Cống- NXB Xây Dựng

5 Tính toán tiết diện cột BTCT-Nguyễn Đình Cống – NXB Xây Dựng

6 Cẩm nang kết cấu xây dựng- Bùi Đức Tiễn-NXB Xây Dựng

7 MicroAcces 2000 Lập trình Ứng dụng CSDL-Tập 1,2- Nguyến ĐÌnh Tê-NXB

Giáo dục

8 Microsoft Visual Basic 6.0 Lập trình CSDL-Nguyễn Thị Ngọc Mai- NXB Giáo

Dục

9 Microsoft Visual Basic 6.0 –Nguyễn Minh Hiếu-NXB ĐH Quốc Gia tp HCM

10 Microsoft Excel VBA programing for the absolute beginer-Andi hanris- NXB

Duanne BirnBaum

11 Introduction ti using maccro in microsoft Excel 2003-NXB University of Duran

Information of technology Servise

12.Lập trình tính toán kết cấu-Bùi Đức Tiễn- NXB XÂY DỰNG

13 MSDN of Microsoft corporation

14.TCVN 356-2005

Các Chương Trình Mẫu-Đậu Quang Tuấn-NXB Tổng Hợp tp HCM

16.Excel 2002 Power Programming with VBA-John Walkenbach