Giáo trình tính toán kết cấu bằng Sap2000 (Đại học Xây dựng)

Ứng dụng Tin học trong Thiết kế xõy dựng 12 Trong khi hướng tiếp cận truyền thống tập hợp từ các bản vẽ riêng lẻ, người thi công hoặc thiết kế phải hình dung ra các thành phần của công t

Phần I Tổng quan về cỏc phần mềm 9

Chương 1 Các phần mềm Kiến trúc, Qui hoạch

1 ứng dụng Tin học trong thiết kế kiến trúc

Trong phần này chúng tôi giới thiệu một số mô hình áp dụng các phần mềm vào công tác thiết kế kiến trúc Từ các mô hình phổ thông đến những hướng tiếp cận mới đã và đang

được ứng dụng tại các nước tiên tiến

Xét về phương diện định hướng cho sinh viên, trong giáo trình này sẽ tập trung vào những ứng dụng trong tương lai thay vì giới thiệu các mô hình đã được áp dụng nhiều năm trong môi trường thiết kế kiến trúc tại Việt Nam

1.1 Mô hình truyền thống

Tại Việt nam, quy trình thiết kế kiến trúc phổ biến tại các đơn vị thiết kế như sau:

- Kiến trúc sư sơ phác ý tưởng + Sử dụng các bản vẽ tay + Sử dụng các phần mềm trợ giúp tìm ý (SketchUp)

- Thiết kế sơ bộ + Lập các bản vẽ mặt bằng, mặt cắt, mặt đứng (thường sử dụng phần mềm AutoCAD)

+ Lập các bản vẽ phối cảnh (thường sử dụng phần mềm 3DSMax)

- Thiết kế kỹ thuật thi công + Triển khai các bản vẽ kỹ thuật (các mặt bằng, mặt cắt, chi tiết cấu tạo ) Thường

sử dụng AutoCAD Với mô hình này, người Kiến trúc sư đã tự động hóa được công việc vẽ, tận dụng khả năng sao chép, sử dụng thư viện có sẵn để nâng cao năng suất lao động Tuy nhiên, mô hình này xuất hiện nhiều nhược điểm khi phát triển theo nhóm thiết kế lớn, kết hợp giữa các bộ môn trong quá trình thiết kế (như Kiến trúc, Kết cấu, Điện, nước ) Đặc biệt, mô hình này

Ứng dụng Tin học trong Thiết kế xõy dựng

10

không tận dụng được Tin học trong công tác quản lý và vận hành công trình khi đưa vào

sử dụng

1.2 Mô hình BIM (Building Information Modeling)

BIM là mô hình thiết kế và quản lý toàn bộ các thông tin của tòa nhà trong suốt vòng đời của tòa nhà (từ tìm ý, thiết kế, xây dựng đến vận hành, quản lý và bảo trì ) Các đặc điểm của mô hình BIM bao gồm:

ã Các bản vẽ này được lưu lại dưới dạng các đoạn thẳng, cung tròn, các chữ chú thích Các thông tin này có thể dễ dàng phân tích bởi con người nhưng lại rất khó khăn cho các hệ thống máy tính

Hình 1.1 Xây dựng từ các đối tượng 3D giúp việc quản lý công trình nhất quán hơn

Phần I Tổng quan về cỏc phần mềm 11BIM khắc phục các nhược điểm này bằng cách biểu diễn tất cả các thành phần của công trình dưới dạng các đối tượng (ví dụ: dầm, cột, tường, cửa đi, cửa sổ ) Các đối tượng này mang các thuộc tính hình học (có thể là 2 chiều hoặc 3 chiều), chúng kết hợp với nhau để biểu diễn toàn bộ công trình Đối tượng sau đó có thể tách ra các thông tin để hiển thị ở các bản vẽ khác nhau theo các góc độ quan sát khác nhau Khi đối tượng thay đổi thuộc tính (di chuyển, quay ), các hình biểu diễn trên các bản vẽ tương ứng thay đổi theo

Hình 1.2 Từ các công trình 3D, phần mềm sẽ tự động triển khai các bản vẽ kỹ thuật

(mặt bằng, mặt cắt)

Hình 1.3 Khi thay đổi vị trí, thuộc tính trên mặt mô hình 3D, các bản vẽ kỹ thuật cũng

thay đổi theo

Ứng dụng Tin học trong Thiết kế xõy dựng

12

Trong khi hướng tiếp cận truyền thống tập hợp từ các bản vẽ riêng lẻ, người thi công hoặc thiết kế phải hình dung ra các thành phần của công trình BIM đã tiếp cận theo hướng ngược lại tạo ra mô hình mềm dẻo và lưu trữ thông tin chính xác hơn

Ngoài ra, với mô hình BIM, các đối tượng phổ biến được xây dựng sẵn thành các thư viện Người thiết kế chỉ cần thay đổi các thuộc tính của đối tượng mà không cần phải xây dựng

từ đầu như trong các phương pháp tiếp cận truyền thống

1.2.2 Thời gian thực

Nhờ vào hướng tiếp cận theo đối tượng, BIM có thể mô hình hóa tương đối chính xác các thành phần của một công trình trong suốt vòng đời của công trình từ pha thiết kế đến xây dựng và vận hành

Trong suốt quá trình phát triển theo thời gian, các thành phần của công trình thay đổi và tương tác với nhau Các phần mềm BIM mô phỏng sự thay đổi này giúp nâng cao hiệu quả của quá trình thiết kế và quản lý

1.2.3 Tương lai của BIM

Hình 1.4 Mô hình BIM đề xuất bởi hãng Autodesk: tạo sự kết nối giữa chủ đầu tư, kiến

trúc sư, kỹ sư kết cấu, kỹ sư thiết kế hạ tầng, nhà thầu

Phần I Tổng quan về cỏc phần mềm 13Với những định hướng của BIM, người ta hình dung ra một thế hệ phần mềm hỗ trợ thiết

kế mới trong đó quá trình thiết kế và xây dựng được mô phỏng trực tuyến, thời gian thực với tên gọi đầy hấp dẫn là "4D CAD" Nhờ ưu điểm như tạo ra các công trình chất lượng hơn, với chi phí thiết kế và quản lý thấp hơn Chúng ta có thể tin chắc rằng BIM sẽ phát triển để trở thành các tiêu chuẩn trong ngành công nghiệp Kiến trúc và Xây dựng

2 Các phần mềm sử dụng trong thiết kế kiến trúc

Trong phần này, chúng tôi xin trình bày một cách hệ thống các phần mềm phổ biến được

sử dụng trong quá trình thiết kế kiến trúc của người Kiến trúc sư để có thể xác định được các đặc điểm chung, ưu điểm, nhược điểm của từng phần mềm trong công việc thiết kế kiến trúc Đó là các phần mềm AutoCAD, 3dsmax, 3dsVIZ, ArchiCAD, Autodesk Revit, SketchUp

2.1 AutoCAD

AutoCAD thực chất là một phần mềm CAD (Computer Aided Design) đa mục đích, có phạm vi sử dụng rất rộng (từ thiết kế xây dựng, kiến trúc đến thiết kế cơ khí, địa chất )

Do phạm vi ứng dụng rộng, AutoCAD không được phát triển dành riêng cho công tác thiết

kế kiến trúc Sử dụng AutoCAD, người Kiến trúc sư chỉ tự động hóa một phần công việc của mình (thay thế bút vẽ bởi máy tính)

Trong phạm vi chương này chúng ta chỉ phân tích ứng dụng của AutoCAD trong thiết kế kiến trúc

2.1.1 ứng dụng

- Thiết kế mặt bằng

- Thiết kế mặt cắt

- Thiết kế chi tiết

- Thiết kế 3D (ít sử dụng do chất lượng hình ảnh không cao)

Ứng dụng Tin học trong Thiết kế xõy dựng

14

- Không có sự liên hệ giữa các bộ phận của một đồ án (do không phải là phần mềm chuyên về thiết kế kiến trúc), nên phải thao tác bằng tay cho tất cả các chi tiết (mặt bằng, mặt đứng, mặt cắt ) khi có sửa đổi trong đồ án Cũng do không có sự liên hệ chặt chẽ, các đồ án thiết kế sử dụng AutoCAD rất dễ mắc phải lỗi thông tin dư thừa và không nhất quán

- Hỗ trợ 3D kém: Xét về mặt mỹ thuật, khả năng diễn họa 3D (render) của AutoCAD không tốt, cả về ánh sáng lẫn vật liệu Do đó, phần mềm này ít được lựa chọn khi xây dựng các hình ảnh phối cảnh kiến trúc Điều này đã bắt đầu được cải thiện ở các phiên bản mới (từ AutoCAD 2007) Tuy nhiên, để người sử dụng chuyển sang dùng 3D trong AutoCAD còn là một quá trình dài

Hình 1.5 Giao diện AutoCAD

Phần I Tổng quan về cỏc phần mềm 15

2.1.4 Đánh giá

AutoCAD đã và đang được ứng dụng rộng rãi không chỉ trong Kiến trúc mà còn trong toàn thể các lĩnh vực của ngành Xây dựng Việc sử dụng rộng rãi AutoCAD do các nguyên nhân sau:

- Tình trạng vi phạm bản quyền tại Việt Nam: Tất cả các kiến trúc sư, kỹ sư cho đến sinh viên đều có thể dễ dàng mua được 1 bản AutoCAD với giá không quá # USD

- Ngành Xây dựng đã và đang tạo ra suy nghĩ đồng nhất AutoCAD với CAD (các phần mềm hỗ trợ thiết kế nói chung) Trên thực tế có rất nhiều phần mềm CAD với chức năng tương đương với giá cả hợp lý hơn

- Tâm lý ngại học, ngại áp dụng kỹ thuật mới trong phần đông các Kiến trúc sư và Kỹ sư Xây dựng

Theo đánh giá riêng của nhóm tác giả, công tác thiết kế tại Việt Nam sẽ dịch chuyển dần sang sử dụng các thế hệ CAD mới (các thế hệ BIM) Sự thay đổi có thể so sánh như việc chuyển từ thiết kế với bút vẽ tay sang sử dụng máy tính (cả về thời gian chấp nhận cũng như hiệu quả công việc) Khi đó, AutoCAD không hoàn toàn biến mất mà đóng vai trò nền tảng cho các hệ thống BIM hiện đại

2.2 3D Studio Max & 3D Studio Viz

3D Studio Max và 3D Studio Viz là phần mềm hỗ trợ thiết kế 3D với khả năng dựng hình

và render mạnh mẽ, chất lượng hình ảnh đẹp Ngoài ra 3D Studio Max còn được hỗ trợ bởi nhiều bộ render engine (dưới dạng plugin) của các hãng nổi tiếng trong lĩnh vực này: Brazil, Vray, Renderman

3D Studio Viz thực chất là phần mềm mở rộng của 3DMax với một hệ thống các đối tượng phục vụ riêng cho thiết kế kiến trúc Sau đây chúng ta cùng tìm hiểu khả năng ứng dung,

ưu, nhược điểm của họ phần mềm này

2.2.1 ứng dụng

- Thiết kế phối cảnh 3D

- Xây dựng phim chuyển động Animation

- Các plugin hiện đại như Vray giúp cho chất lượng hình ảnh kết xuất bởi 3dsmax có chất lượng cao và rất giống với thực tế

2.2.2 Ưu điểm

- Đa dạng trong ứng dụng

Ứng dụng Tin học trong Thiết kế xõy dựng

và các mặt nhỏ nối các đỉnh này Sau khi hoàn thành mô hình, người thiết kế phải tiến hành gán màu sắc, vật liệu cho mô hình, thiết lập các thông số ánh sáng để diễn họa mô hình thành ảnh hoặc phim

- Khi sửa đổi một thành phần trong mô hình, các thành phần khác không được tự động thay đổi theo (do không có sự liên kết giữa các mô hình)

- Việc thay đổi càng khó khăn hơn nếu đồ án có sự thay đổi từ mặt bằng, mặt cắt Khi

đó người thiết kế phải cố gắng chỉnh sửa trên mô hình của 3Dsmax sao cho giống với thay đổi trên mặt bằng, mặt cắt thiết kế bằng AutoCAD Quá trình này dễ phát sinh nhiều lỗi do không có cơ chế kiểm tra sự tương ứng giữa các thay đổi

Hình 1.6 Giao diện phần mềm 3D Studio Max

Phần I Tổng quan về cỏc phần mềm 17

Hình 1.7 Một bức ảnh nội thất được vẽ bằng 3Dsmax, sử dụng plugin Vray, cho chất

lượng không kém gì ảnh thật 2.3 ArchiCAD

Khác với AutoCAD, ArchiCAD thực sự là phần mềm dành riêng cho kiến trúc với khả năng kết nối giữa các bộ phận của 1 công trình ArchiCAD được phát triển bởi một công ty của Hungary là Graphicsoft

ArchiCAD là một ứng dụng BIM Với ArchiCAD, người thiết kế chỉ việc dựng 1 mô hình cho một dự án, tất cả các bản vẽ khác (mặt bằng, mặt đứng, mặt cắt, chi tiết, thống kê ) đều

được xây dựng tự động từ mô hình Tuy nhiên, do nhiều lý do khách quan mà ArchiCAD ít

được ứng dụng trong thiết kế kiến trúc tại Việt nam

2.3.1 ứng dụng

- Thiết kế đầy đủ, hoàn thiện một hồ sơ kiến trúc, bao gồm

Ứng dụng Tin học trong Thiết kế xõy dựng

- Thống nhất giữa các bản vẽ trong cùng 1 project

- Chỉnh sửa nhanh do có sự kết nối giữa các bản vẽ và các chi tiết kiến trúc

2.3.3 Nhược điểm

- Cộng đồng người dùng ArchiCAD tại Việt nam quá nhỏ

Hình 1.8 Giao diện phần mềm ArchiCAD - Tất cả các bản vẽ được quản lý thông nhất

Phần I Tổng quan về cỏc phần mềm 19dựng và kiến trúc tại Việt nam Đây có lẽ là lý do chính khiến cho việc áp dụng ArchiCAD không được rộng rãi

Hình 1.9 Từ mô hình 3D, bạn có thể triển khai bất kỳ một bản vẽ kỹ thuật (mặt bằng,

mặt cắt hay chi tiết cấu tạo nào)

2.4 Autodesk Revit 2.4.1 Revit là bộ phần mềm được hãng Autodesk thiết kế theo mô hình BIM, với các đặc điểm sau:

ã Thiết kế dựa trên đối tượng (object-based):

Các phần mềm quen thuộc như AutoCad cho phép người dùng vẽ từng đoạn thẳng, từng

đường cong, ghi chú Cách tiếp cận này chưa tận dụng hết ưu thế của thiết kế sử dụng máy tính do chưa có sự gắn kết giữa các thành phần trong bản vẽ, mỗi thành phần kiến trúc được vẽ đi vẽ lại nhiều lần trong các bản vẽ khác nhau dẫn đến chậm và thiếu nhất quán Revit tiếp cận theo hướng cung cấp các đối tượng (dầm, cột, tường, cửa, cầu thang) Người dùng xác định các thuộc tính của đối tượng

Ứng dụng Tin học trong Thiết kế xõy dựng

20

ã Thông minh:

Các đối tượng có tham số Khi người dùng thay đổi tham số, đối tượng thay đổi tương ứng Ngoài ra, các đối tượng có sự tương tác với nhau trong không gian 3 chiều (ví dụ: Cửa đi

được đặt trên tường sẽ tự động khoét lỗ thủng) Nhờ sự tương tác thông minh này, các lỗi

do người thiết kế không hình dung đầy đủ không gian 3 chiều sẽ được giảm thiểu

2.4.2 Dưới đây là một số ưu điểm của Revit được nhà sản xuất liệt kê trong phiên bản Autodesk Revit 2008

ã Hỗ trợ tìm ý

Từ mô hình khối đặc (có thể tự vẽ hoặc nhập từ các phần mềm 3D khác như form-Z, Rhino, Google SketchUp hoặc AutoCAD) người dùng có thể gán thuộc tính trần, tường, sàn cho các bề mặt của chúng để nhanh chóng tạo ra các bản thiết kế sơ bộ về hình khối của công trình

Hình 1.10 Từ mô hình khối đặc, bạn có thể nhanh chóng tạo ra mô hình 3D cũng như

mặt bằng, mặt cắt cho công trình

Phần I Tổng quan về cỏc phần mềm 21

ã Lập mặt bằng tổng thể

Hình 1.11 Mặt bằng tổng thể thiết kế trực tiếp từ Revit

Là công cụ thiết kế kiến trúc, Revit hỗ trợ tối đa quá trình lập mặt bằng tổng thể của công trình: Từ địa hình đến các chức năng tô màu và tính toán bóng đổ

ã Kiểm tra giao cắt

Khi thiết kế trên bản vẽ truyền thống, lỗi thường gặp của Kiến trúc sư là để các đối tượng giao, cắt với nhau do hình dung không chính xác về không gian 3D mà bản vẽ thể hiện

Do phần mềm Revit quản lý các đối tượng 3D nên có thể dễ dàng phát hiện các lỗi này, giúp giảm lỗi trong quá trình thiết kế

Ứng dụng Tin học trong Thiết kế xõy dựng

Khái niệm khối (block) của AutoCAD giúp người thiết kế hình thành thư viện các chi tiết để

sử dụng lại trong quá trình thiết kế Tuy nhiên, các thư viện này tĩnh, không thể thay đổi

được Từ AutoCAD 2007, block được bổ sung thêm các tham số giúp người dùng có thể thay đổi được một số tính chất chúng Revit đưa ra khái niệm đối tượng có tham số (được gọi là family) Các đối tượng này cho phép người dùng chỉnh sửa không chỉ kích thước mà còn vị trí, số lượng của các thành phần thuộc tính Trong hình minh họa, chúng ta có thể thấy đối tượng "bàn ăn" cho phép thiết lập với các tham số: không có ghế, 4 ghế, 5 ghế,

10 ghế tùy thuộc vào đường kính của bàn

Phần I Tổng quan về cỏc phần mềm 23

Hình 1.13 Từ các mô hình 3D, Revit sẽ triển khai thành nhiều mặt cắt và các bản vẽ chi

tiết khác nhau

ã Tạo đối tượng có tham số

Hình 1.14 Đối tượng có tham số có thể thay đổi số lượng, cách bố trí các đối tượng

thành viên khi các tham số tương ứng bị thay đổi

Ứng dụng Tin học trong Thiết kế xõy dựng

24

Các tính năng khác Khả năng render các bản vẽ phối cảnh của Revit được cải thiện đáng kể so với AutoCAD nhờ sử dụng render engine tiên tiến là Metal Ray Nhờ khả năng này, người dùng có thể trực tiếp tạo ra các bản vẽ phối cảnh với chất lượng cao, gần với thực tế mà không cần phải thông qua các phần mềm hỗ trợ render chuyên nghiệp như 3DSMax hoặc Vray

2.5 SketchUp

Khác với phương pháp tiếp cận đến các bản vẽ kỹ thuật của các phần mềm được giới thiệu ở trên SketchUp nhắm đến một giai đoạn quan trọng nhất nhưng chưa được chú ý

đầy đủ: Giai đoạn tìm ý và sơ phác ý tưởng

Hình 1.15 SketchUp tạo ra cách tiếp cận rất tự nhiên, giống như khi Kiến trúc sư vẽ

phác trên giấy

SketchUp cung cấp các công cụ đơn giản nhưng hiệu quả và rất gần gũi với các bản vẽ tay Mặc dù thiết kế trên môi trường 3D, SketchUp tạo ra phương pháp tiếp cận tự nhiên khi Kiến trúc sư vạch ra các nét sơ phác của công trình

Để làm quen với phương pháp tiếp cận BIM, trong phần này chúng tôi sẽ mô tả sơ lược các bước sử dụng 3Dsmax để xây dựng bản thiết kế của một công trình cụ thể Qua đó, bạn sẽ thấy ưu điểm của phương pháp tiếp cận từ các đối tượng 3D so với sử dụng các bản vẽ truyền thống

Ứng dụng Tin học trong Thiết kế xõy dựng

26

Hình 1.17 Xuất phát từ các bản vẽ mặt bằng, mặt đứng trên AutoCAD

Hình 1.18 Kiến trúc sư nhập mặt bằng, mặt đứng vào 3dsmax, căn cứ vào đó dựng lên

các chi tiết kiến trúc Bắt đầu là tường, sàn, trần

Phần I Tổng quan về cỏc phần mềm 27

Hình 1.19 Sau đó là các chi tiết (gờ, phào, cửa đi, cửa sổ)

Hình 1.20 Gán vật liệu, màu sắc cho các bề mặt

Ứng dụng Tin học trong Thiết kế xây dựng

Ứng dụng Tin học trong Thiết kế xây dựng

Phần I Tổng quan về cỏc phần mềm 31

ã Tạo tường bao che

Hình 1.27 Vẽ tường bao che

ã Tạo cửa ra vào

Hình 1.28 Vẽ cửa trên tường bao che

Ứng dụng Tin học trong Thiết kế xõy dựng

32

ã Tạo cầu thang

Hình 1.29 Xác định vị trí cầu thang và các thông số về số bậc, chiều rộng bậc

ã Vẽ các chi tiết đặc biệt

Hình 1.30 Ngoài các chi tiết thông thường như dầm, cột, sàn, tường, Revit cũng hỗ trợ

thiết kế các chi tiết đặc biệt

Phần I Tổng quan về cỏc phần mềm 33

ã Tạo các chi tiết phụ trợ

Hình 1.31 Bổ sung thêm các chi tiết phụ trợ (lan can, tay vịn, đèn chiếu sáng)

3 Giới thiệu phần mềm qui hoạch MAPINFO 3.1 GIS:

GIS (GEOGRAPHIC INFORMATION SYSTEM) là một hệ thống thông tin địa lý, được sử dụng để quản lý các đối tượng địa lý trên toàn thế giới, hay trong một vùng địa lý nhất

định, nhằm phân tích các sự vật hiện tượng thực trên trái đất GIS với khả năng phân tích thống kê, phân tích địa lý, với khả năng này thì GIS có phạm vi ứng dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau

ã Thông tin về một đối tượng không gian là hết sức đa dạng, và mức độ đa dạng đó phụ thuộc vào mục đích nghiên cứu

Dữ liệu vào gồm hai dạng:

- Dữ liệu không gian

- Dữ liệu phi không gian

Ứng dụng Tin học trong Thiết kế xây dựng

Phần I Tổng quan về cỏc phần mềm 35

3.2 Phần mềm MAPINFO

Phần mềm được biết đến nhiều nhất hỗ trợ GIS đó chính là phần mềm MAPINFO

Hiện nay MAPINFO có rất nhiều phiên bản, được phát triển rất lâu và cho đến nay mới nhất là phiên bản MAPINFO Professional Version 9.0 (Release Build 42)

Giao diện quen thuộc với hệ thống menu và toolbar:

Hình 1.33

MapInfo quản lý các đối tượng rất chặt chẽ, thông qua các dữ liệu địa lý và dữ liệu thuộc tính Trong đó để xây dựng được dữ liệu địa lý cho bản đồ, MapInfo đã cung cấp cho người dùng một hệ công cụ hỗ trợ vẽ rất phong phú, có thể sử dụng để xây dựng được bản đồ theo ý muốn

Tuy nhiên với các bản đồ khá phức tạp và không thể xây dựng được bằng tay, thì chương trình cũng đã hỗ trợ hệ thống Import giúp người dùng sử dụng các dữ liệu đã có sẵn, cụ thể là các bức ảnh được chụp từ vệ tinh hay các dạng bảng đồ dạng điểm, đường, vùng,

được xây dựng từ hệ vẽ được coi là mạnh nhất hiện này đó là AutoCAD Với một bản vẽ CAD, các đối tượng đặt trên layer hợp lý, và lưu file dưới dạng *.dxf, MAPINFO cho phép import vào chương trình thành các dữ liệu địa lý

Ứng dụng Tin học trong Thiết kế xõy dựng

36

Hình 1.34

Tất cả các đối tượng sẽ được chuyển vào MAPINFO và trở thành các đối tượng Để xử lý

được những dữ liệu này, vẫn cần thiết lập cấu trúc dữ liệu cho các lớp đối tượng(hình 1.35)

Hình 1.35

Phần I Tổng quan về cỏc phần mềm 37Ngoài ra MAPINFO cho phép người dụng nhập các bản đồ đưới dạng số hóa, hoặc vẽ lại các bản đồ dựa trên các hình ảnh chụp, chủ yếu là các hình chụp từ vệ tinh

Với các dữ liệu thuộc tính thì được MapInfo trình bày dưới dạng bảng, rất dễ quản lý và hiển thị Sử dụng cách quản lý thông qua các bản ghi (Record), và các trường dữ liệu (Field), giúp người dùng dễ dàng tạo được dạng dữ liệu phù hợp, tương ứng với một đối tượng địa lý sẽ mang các dữ liệu thuộc tính (hình 1.36)

Hình 1.36

Cũng như dữ liệu địa lý, các dữ liệu thuộc tính cũng được đưa vào trực tiếp bằng tay Nhưng cũng không quên mở rộng chức năng cho phép người dùng Import vào MapInfo thông qua các hệ quản trị dữ liệu khác, như Access, Excel, Text,…

Với MapInfo không phải dữ liệu thuộc tính lúc nào cũng nhập vào từ bàn phím hay từ một bảng dữ liệu đã có sẵn, mà chương trình cũng cung cấp công cụ hỗ trợ tính toán các giá trị ngay từ dữ liệu địa lý như tính diện tích, chiều dài của đối tượng v… v…

MapInfo tách riêng bản đồ thành nhiều lớp khác nhau, rất dễ quan sát và sử dụng, các lớp

sẽ được xếp chồng lên nhau tạo thành một bản đồ hoàn chỉnh Có thể thêm, xóa bỏ, bố trí các lớp bản đồ theo một trật tự khác nhau tùy theo yêu cầu người sử dụng Việc bố trí các lớp bản đồ còn giúp người dùng dễ dàng thao tác, vẽ, chỉnh sửa lớp bản đồ dựa trên một lớp bản đồ khác, để tránh những sai sót khi chỉnh sửa, MapInfo đã hạn chế việc chỉnh sửa chỉ diễn ra trên từng lớp một

Ứng dụng Tin học trong Thiết kế xõy dựng

38

ã Chức năng Selection:

Đây là một trong những chức năng rất quan trọng của MapInfo nhằm lọc ra các số liệu phù hợp với yêu cầu, để từ đó có thể thống kê hoặc tính toán tiếp Đối với mỗi dữ liệu địa

lý hay dữ liệu thuộc tính, người dùng sẽ có các cách lọc khác nhau

Dữ liệu địa lý được lọc trực tiếp trên lớp bản đồ thông qua các công cụ lọc trên thanh toolbar, như lựa chọn từng đối tượng, lựa chọn đối tượng nằm trong một vùng, đối tượng nằm trong vùng bán kính,…

Hình 1.37

- Select: Lựa chọn từng đối tượng cụ thể

- Radius Select: Lựa chọn tất cả đối tượng nằm trong vùng bán kính

- Marquee Select: Lựa chọn các đối tượng nằm trong vùng chữ nhật

- Polygon Select: Lựa chọn các đối tượng nằm trong vùng đa giác khép kín trên bản đồ

- Boundary Select: Lựa chọn các đối tượng trong vùng đường bao

- Invert Selection: Lựa chọn đảo ngược cho phép lựa chọn các đối tượng không cần thiết, sau đó đảo ngược để có được các đối tượng cần chọn

Selection sẽ tạo ra các bảng dữ liệu tạm thời, để người có thể kiểm soát các dữ liệu đã

được lọc, các bảng này có đầy đủ các thao tác như:

- Xem dữ liệu (cả dữ liệu đồ họa, hay dữ liệu thuộc tính)

- Hiệu chỉnh các dữ liệu trong bảng như Copy, Cut, Paste

- Mạnh hơn nữa đó là công cụ lọc bằng các Truy Vấn (Query)

Hình 1.38

Các truy vấn cho phép người dùng tạo ra

được các bảng dữ liệu mới dựa trên các bảng dữ liệu cũ, dựa trên hàng loạt các

điều kiện mà MapInfo đã thông minh liệt kê

ra cho người dùng lựa chọn Với việc chia nhỏ dữ liệu thành các bảng, sau đó tổng hợp lại thông qua các truy vấn có xét đến

điều kiện, sẽ tạo cho người dùng một bảng dữ liệu mới có đầy đủ các thông tin cần thiết

Phần I Tổng quan về cỏc phần mềm 39Truy vấn trong MAPINFO cho phép chọn một bản ghi và các đối tượng dựa trên dữ liệu thuộc tính, có thể sử dụng để làm nổi các đối tượng trong bảng dữ liệu thuộc tính, cũng có thể tạo ra một bảng kết quả có thể là bản đồ, dữ liệu thuộc tính, hoặc các biểu đồ như các table khác

Hình 1.39

Thiết lập các biểu thức: đây chính là bước tạo ra các điều kiện để thực hiện truy vấn, các điều kiện này có thể gõ bằng tay hoặc là sử dụng công cụ có sẵn của MAPINFO để lựa chọn cho mình một biểu thức phù hợp nhất thông qua hộp thoại Expression

Hình 1.40

MAPINFO cũng cung cấp các hàm thuộc hệ quản trị cơ sở dữ liệu thông qua chức năng SQL Select, giúp người dùng thực hiện được các truy vấn phức tạp

Để có thể lưu lại toàn bộ phần bản

đồ được ghép chồng, hay các thao tác lựa chọn đã được thực hiện thông qua truy vấn, MAPINFO cho phép người dùng lưu dưới dạng không gian làm việc (WorkSpace)

1 Chương trình MicroFEAP

Chương trình MicroFEAP là một bộ chương trình tính toán kết cấu theo dạng mô đun, đầy

đủ có 6 bộ do nhóm lập trình của khoa xây dựng viện Công nghệ châu á AIT xây dựng theo phương pháp phần tử hữu hạn Mỗi mô đun của chương trình tính toán cho một dạng kết cấu cụ thể, ví dụ MicroFEAP P1 tính cho kết cấu khung dàn phẳng, có thể kể đến cả

tường cứng ; P2 tính cho kết cấu tấm phẳng và hệ dầm trực giao ; P3 Tính cho các kết cấu khung không gian

Đây là một bộ chương trình dựa theo phương pháp phần tử hữu hạn và viết bằng ngôn ngữ BASIC Chương trình tuân theo giả thiết chuyển vị nhỏ, biến dạng bé và vật liệu đàn hồi tuyến tính

Khả năng tính toán của chương trình phụ thuộc một phần vào cấu hình của máy tính, nói chung có thể tính cho các kết cấu khoảng 2400 nút,1600 phần tử

Hai mô đun đầu của chương trình P1 ,P2 ra đời vào 1987, vào thời điểm này, cấu hình của các thế hệ máy tính còn nhiều hạn chế , với ưu điểm có thể chạy trên các máy 286 có ổ

đĩa mềm 360 K, và chương trình chia thành những môđun nhỏ, dễ học và dễ sử dụng, MỉcroFEAP đã trở thành thông dụng cho nhiều nước ở châu á và đặc biệt ở Việt nam, chương trình đã góp một phần đáng kể trong quá trình tự động hoá thiết kế trên máy tính

Trong một thời gian dài ( hơn 10 năm ) nhiều kỹ sư, sinh viên xây dựng,thủy lợi, kiến trúc

đã sử dụng chương trình để tính cho đồ án môn học ,đồ án tốt nghiệp và nhiều công trình thực tế , thậm chí trong một số cơ quan đã dùng để thẩm định kết cấu

Kết quả của chương trình mới chỉ dừng ở phần cho các nội lực, chuyển vị, phản lực của kết cấu Kết quả cho dưới dạng bảng biểu với các giá trị số và các hình vẽ cho các dạng biểu

42 Tên sách

đồ và sơ đồ hình học Dạng tải trọng cũng như dạng kết cấu chưa đa dạng và chưa giải quyết được các bài toán khối hay bài toán phi tuyến hoặc chịu các tải trọng động Các kết quả bằng hình vẽ còn thô vì sử dụng ngôn ngữ lập trình Basic

Giao diện của chương trình dưới dạng menu và các bảng biểu cho quá trình vào dữ liệu khá thuận tiện cho người dùng Chương trình viết rất dễ sử dụng và không cần phải có hiểu biết nhiều về sử dụng máy tính Kết quả trên bảng bố trí hợp lý, dễ in ấn và đọc kết quả Các kết quả đã dược kiểm nghiệm chính xác

Trên một phương diện nào đó đây là một mô hình hay cho quá trình thiết lập hệ mô đun các chương trình vì : chia nhỏ mô đun như vậy, chương trình dễ học, dễ sử dụng, giá bán

sẽ không cao đồng thời người sử dụng chỉ cần mua và học những mô đun nào liên quan

STADD-STADD-III có khả năng phân tích và thiết kế cho các kết cấu dạng khung, tấm và vó , có thể coi là hầu hết các loại kết cấu đều phân tích được bằng STADD-III , chủ yếu là các kết cấu không gian Cụ thể như : các kết cấu khung không gian( FRAME ), kết cấu phẳng ( PLANE ) trong mặt phẳng XY và chịu tải trọng trong cùng mặt phẳng, kết cấu dàn ( TRUSS ) chỉ chịu lực dọc trục và không chịu uốn ,kết cấu sàn (dầm trực giao- FLOOR ) hai hoặc 3 chiều không chịu tải trọng ngang hoặc gây ra mô men theo phương ngang trong kết cấu , kết cấu vỏ ( SHELL ) chịu tải trọng theo mọi phương.Trong STADD-III có thể tính cho kết cấu thanh mà tại thời điểm này chỉ chịu nén ,còn ở thời điểm khác chỉ chịu kéo

Trong chương trình STADD-III có thể dùng nhiều hệ đơn vị khác nhau Hệ đơn vị có thể khai báo ngay từ đầu chương trình và không đổi trong toàn bộ các giai đoạn mô tả mô hình và các yêu cầu tính toán hoặc có thể thay đổi liên tục các loại đơn vị trong từng phần của dữ liệu vào , ví dụ ( hệ đơn vị khi mô tả dạng hình học của kết cấu là tấn -mét , hệ đơn

vị khi khai báo các đặc trưng vật liệu là kg-cm , hệ đơn vị khi khai báo tải trọng là kip-inch ) Hệ đơn vị cho phần vào dữ liệu và đưa ra kết quả cũng có thể khác nhau Kết quả sẽ

in ra theo hệ đơn vị khai báo cuối cùng Chương trình cũng sử dụng hai hệ toạ độ là hệ toạ độ chung ( global) và hệ toạ độ riêng (local ) Hệ toạ độ chung ký hiệu X,Y, Z luôn chọn hướng Z là hướng thẳng đứng Hệ toạ

độ riêng ký hiệu x,y,z theo qui tắc bàn tay phải , là tuỳ ý theo người dùng , có thể khai báo

44 Tên sách

cụ thể hoặc không khai báo, chương trình sẽ lấy theo mặc định Mối quan hệ giữa hai hệ toạ độ này thông qua góc b ( b Angle ) hay điểm phụ (Reference point )

Các loại phần tử sử dụng trong chương trình bao gồm :

Phần tử FRAME là phần tử dùng cho các kết cấu hệ thanh Phần tử mô tả qua hai nút I

và J ,có mặt cắt ngang không đổi hoặc thay đổi liên tục Tải trọng có thể đặt trên nút hoặc phần tử Mỗi nút có 6 bậc tự do ,nội lực phân tử cho lực dọc ,lực xoẵn , mô men và lực cắt trong hai mặt phẳng Chương trình có thể tính cho một số loại phần tử thanh đặc biệt như phần tử kéo thuần tuý, phần tử nén thuần tuý và phần tử cáp

Phần tử PLATE / SHELL dùng cho các kết cấu hệ tấm , sàn, vỏ được mô tả qua 3-4

nút , ký hiệu I , J, K, L chiều dày phần tử có thể khác nhau tại mỗi nút Mỗi nút có thể có

6 bậc tự do Tải trọng có thể đặt trên nút hoặc phân bố đều hay không đều trên phần tử

Đối với tải trọng phân bố trên phần tử ,chương trình có thể tự tính và qui đổi về các cạnh của phần tử Nội lực của phần tử cho tại các nút là lực cắt, lực màng và mô men uốn , các ứng suất chính, góc xác định phương chính

Phần tử SOLID dùng trong các kết cấu dạng khối có ứng suất theo cả 3 phương ( ví dụ

cho kết cấu đập bê tông, các kết cấu đất hoặc đá ).Phần tử SOLID có thể có từ 6 đến 9 nút , có hệ toạ độ riêng trùng với hệ toạ độ chung X, Y, Z Các nút ký hiệu từ 1-9 và nội lực đưa ra tại các nút gồm các ứng suất pháp theo các phương X,Y,Z , các ứng suất cắt , các ứng suất chính Phần tử này không khai báo bằng đồ hoạ được mà phải viết bằng file text

So với một số chương trình cùng thời ,điều kiện biên trong STADD-III khá đa dạng, ngoài các gối cố định như ngàm, khớp cố định, khớp di động , gối đàn hồi có các phương theo phương của hệ toạ độ chung, chương trình cho phép khai báo các liên kết xiên theo một phương bất kỳ hoặc một liên kết không phải ngàm,khớp được tổ hợp từ các thành phần ngăn cản chuyển vị Chương trình có thể tự xác định liên kết đàn hồi từ diện tích đáy móng và hệ số nền

Các tải trọng có thể đặt trên mô hình kết cấu và được tính trong STADD-III bao gồm : các tải trọng tĩnh thông thường như tải trọng tập trung tại nút , tải trọng tập trung trên phần tử ,chuyển vị cưỡng bức của các gối tựa ,tải trọng phân bố trên phần tử ( khá đa dạng so với một số chương trình tính toán kết cấu khác ), tải trọng phân bố trên sàn, tải trọng bản thân , các tải trọng nhiệt , lực áp mặt, ứng suất trước Đối với tải trọng động , chương trình tính cho các tải trọng phổ phản ứng ( Response spectrum -tải trọng động đất theo UBC ) , các tải trọng hàm thời gian ( Time History ) Chương trình có khả năng tự động tính tải trọng gió , phân phối tải trọng sàn về các phần tử thanh , tải trọng động đất đưa về tải trọng tĩnh (theo tiêu chuẩn UBC )

Tên phần 45

Khả năng phân tích chương trình của STADD-III khá linh động, người dùng có thể thay đổi các dữ liệu trong tệp dữ liệu vào để trong cùng lần chạy ,chương trình sẽ phân tích nhiều lần theo các dữ liệu khác nhau và kết quả các phân tích này có thể tổ hợp dùng cho quá trình thiết kế Các kiểu phân tích kết cấu trong STADD-III có thể là : phân tích độ cứng , phân tích theo P-Delta ( xét đến mô men thứ cấp do lực dọc và chuyển vị ngang gây ra ), phân tích phi tuyến ( xét đến sơ đồ biến dạng có chuyển vị lớn ) Ngoài ra chương trình tính cho bài toán động gồm tính các dao động riêng của kết cấu , phân tích các tải trọng

động và nhóm các tải trọng di động ( trong bài toán cầu )

Trong STADD-III cung cấp thư viện các kết cấu mẫu Để tạo một mô hình mới có thể sử dụng một trong những kết cấu đã thiết lập sẵn do chương trình cung cấp Các kết cấu này có dạng đơn giản và đều nhau về kích thước Chúng có thể là dàn , khung phẳng, khung không gian, vỏ trụ, vỏ cầu Người sử dụng có thể dùng một kết cấu mẫu hoặc ghép nối nhiều kết cấu với nhau hoặc ghép vào một kết cấu đã có để tạo thành một kết cấu mới cho mình hoặc dựa trên những mô hình này biến đổi lại kích thước cho phù hợp với kết cấu thực mong muốn

Khả năng thiết kế của STADD-III có thể thiết kế các cấu kiện bằng thép, bêtông và gỗ Ngoài ra chương trình có thể thiết kế một số dạng của móng đơn

Đối với kết cấu thép, qui trình thiết kế dựa theo các tiêu chuẩn của ASD, LRFD và AASHTO Trong quá trình thiết kế , chương trình cung cấp sẵn các thư viện cấu kiện mẫu , người dùng có thể chọn một hoặc danh sách các cấu kiện mà chương trình cần dùng trong quá trình thiết kế Người dùng cũng có thể để cho chương trình tự chọn tiết diện và sau quá trình thiết kế sẽ đưa ra kết quả cuối cùng Kết quả cho biết cấu kiện có đủ khả năng chịu lực khi kiểm tra trong thiết kế hay không, tên của thư viện chứa cấu kiện đã chọn, vị trí mặt cắt gây nội lực nguy hiểm và trường hợp tải trọng gây ra nội lực nguy hiểm

AISC-Đối với kết cấu bê tông , thiết kế theo các tiêu chuẩn của ACI318 , BS8110 cho các cấu kiện thanh và tấm chịu uốn Kết quả thiết kế cho biết số lớp thép cần bố trí trong cấu kiện, các tham số cần thiết liên quan đến việc bố trí cốt thép như khoảng cách, số lượng Giao diện đồ hoạ của STADD-III

Giao diện đồ hoạ của STADD-III bố trí một màn hình chính có đầy dủ các chức năng khởi tạo ( theo đồ hoạ hay file text ) , tính toán, thiết kế và hiển thị Mỗi chức năng là một mô

đun độc lập trong đó có các menu và hộp thoại phục vụ cho chức năng đó Màn hình cấu trúc của mỗi mô đun thông thường gồm thanh Menu chính , thanh công cụ dọc và ngang

để người sử dụng dễ dàng truy cập đến những thao tác thông dụng nhất Thông thường

46 Tên sách

mô đun nào cũng có các công cụ cho hiển thị ,nó thường là dùng để chọn số cửa sổ cần

mở và hướng nhìn cho từng của sổ Các menu và hộp thoại đều có tính phân cấp phụ thuộc vào độ liên quan đến dữ liệu của nó Một phần lớn của màn hình dùng cho vùng hiện

Kết quả của STADD-III : có thể hiện trên màn hình hoặc đưa ra máy in Trong tệp kết quả

đưa ra , người dùng có thể cho in các dữ liệu vào ( như sơ đồ hình học , sơ đồ tải trọng, liên kết ) và các kết quả tính toán trên cùng một file Nội lực tính toán hoặc các kết quả thiết kế vừa hiện theo đồ hoạ vừa có thể hiện theo các bảng biểu

Trong đồ hoạ của màn hình, chương trình có thể hiện các sơ đồ chuyển vị tại các mặt cắt

đã khai báo theo dạng tĩnh hoặc động , các biểu đồ nội lực kèm theo các giá trị nội lực tương ứng , sơ đồ chuyển vị tại các nút , sơ đồ cho biết các vị trí và giá trị phá hoại kết cấu, các biểu đồ ứng suất và các dạng dao động

Trong file text có thể coi như một báo cáo tổng hợp của người thực hiện tính toán, trong đó bao gồm cả dữ liệu và kết quả như: có thể in ra tệp dữ liệu vào , các sơ đồ và biểu đồ của kết cấu khi chưa tính toán và sau khi tính toán, các kết quả bằng số về chuyển vị , nội lực, thiết kế , số lượng biểu đồ cần in ra ,các loại kết quả cần in phụ thuộc vào khai báo của người dùng So với các phần mềm khác đây là những tiện lợi cho người sử dụng và dễ dàng cho việc đọc và hiểu kết quả

Hình 2.5 Giao diện của STADDIII

Tên phần 47

- Cho biết mô hình phá hoại của các cơ cấu

- Xác định trạng thái ứng xuất nhiệt của hệ

- Giải các bài toán tiếp xúc

- Giải các bài toán tương tác giữa kết cấu và chất lỏng

4 Chương trình SAMCEP

- Là bộ chương trình hoàn chỉnh để mô hình hoá, phân tích, mô phỏng kết cấu

- Thực hiện bởi các chuyên gia của các trờng ĐH Pháp , Bỉ , Đức

- Phân tích các kết cấu tuyến tính, phi tuyến , mất ổn định do uốn dọc

- Giải các bài toán cơ học, cơ khí ( tính đến các chuyển động tròn xoay)theo LT cơ học phá huỷ

- Phân tích các bài toán nhiệt, nhiệt cơ học

- Phần mềm Rotor để phân tích động KC có chuyển động quay ( cho vận tốc tới hạn, nội lực theo t )

- Dễ dàng khởi tạo sơ đồ tính, hoặc ghép nối chúng với nhau, có th viện mẫu , hệ lới phụ trợ

- Tự cặp nhật các dữ liệu có liên quan đến nhau

- Có hớng dẫn từng phần chi tiết, thuận tiện cho ngời sử dụng

- Dùng các phần tử thanh, dầm , màng, vỏ

- Kết quả hiện dới dạng bảng biểu , biểu đồ, đờng đồng ứng suất tại các mặt ngoài, mặt cắt , 2D hoặc 3D

48 Tên sách

5 Phần mềm ETABS:

Extended 3D Analysis of Building Systems: Đây là một phần mềm được sản xuất và phát triển bởi hãng phần mềm xây dựng nổi tiếng thế giới CSI (Computer & Structures INC) Phần mềm chuyên tính toán nhà cao tầng, cho phép người dùng xây dựng mô hình nhà cao tầng một cách nhanh chóng, cung cấp các lựa chọn tự động và chuyên dụng nhằm phân tích, thiết kế bài toán một cách nhanh chóng và tiện lợi

- Ngoài việc mô hình được xây dựng bằng tay, Etabs cho phép Nhập và Xuất mô hình thông qua môi trường AutoCAD rất dễ dàng

Hình 2.9