Lập trình tính toán cầu thang thông dụng

để xác định nội lực là một việc không thể thiếu đối với người kỹ sư, từ đó ý tưởng tạo ra chương tính có thể xây dựng mô hình tự động theo ý muốn bắt đầu phát triển và ở đây là mô hình m

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

SKC 0 0 6 7 3 5

CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN

LẬP TRÌNH TÍNH TOÁN MỘT SỐ CẦU THANG THÔNG DỤNG

MÃ SỐ: SV2018-46

MỤC LỤC

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 2

MỞ ĐẦU 3

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5

1.1KHÁI NIỆM CHUNG 5

1.2CẤU TẠO CẦU THANG 7

1.3XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG LÊN BẢN THANG 8

1.4CẦU THANG DẠNG BẢN 2 VẾ 10

CHƯƠNG 2: CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN CẦU THANG THÔNG DỤNG 20

2.1 Ý TƯỞNG LIÊN KẾT VỚI PHẦN MỀM ETABS 20

2.3 CÁCH SỬ DỤNG NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH VISUAL BASIC ĐỂ TÁC ĐỘNG ĐẾN PHẦN MỀM ETABS 22

2.4 LƯU ĐỒ QUÁ TRÌNH TÍNH TOÁN CỦA CHƯƠNG TRÌNH 28

2.5 MODULE TÍNH TOÁN CỦA CHƯƠNG TRÌNH 29

2.6 CODE CHO CÁC NÚT CỦA CHƯƠNG TRÌNH TÍNH 32

CHƯƠNG 3: KIỂM CHỨNG KẾT QUẢ TÍNH CỦA CHƯƠNG TRÌNH 38

3.1 TÍNH TOÁN THEO LÝ THUYẾT 39

3.2 TÍNH TOÁN BẰNG CHƯƠNG TRÌNH 46

3.3 SO SÁNH VÀ NHẬN XÉT KẾT QUẢ 52

CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG VÀO CÔNG TRÌNH THỰC TẾ 53

4.1 GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH 53

4.2 THIẾT KẾ CẦU THANG TẦNG ĐIỂN HÌNH CHO THÁP A 54

KẾT LUẬN 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO 63

PHỤ LỤC 64

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

15149CL2 Khoa: Chất Lượng cao Năm thứ: 4 Số năm đào tạo: 4 năm

- Người hướng dẫn: TS Trần Tuấn Kiệt

2 Mục tiêu đề tài: Tạo ra chương trình tính toán tự động hóa cầu thang với bất kì trường hợp tải trọng và kích thước cầu thang một cách khoa học và chính xác

3 Tính mới và sáng tạo: Tìm ra được cách tạo mô hình trong phần mềm ETABS bằng ngôn ngữ lập trình Visual Basic

4 Kết quả nghiên cứu: Tạo ra được chương trình tính toán các loại cầu thang thông thường

5 Đóng góp về mặt giáo dục và đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng và khả năng áp dụng của đề tài: Rút ngắn được thời gian xây dựng mô hình trong phần mềm ETABS để tìm được nội lực, có thể phát triển bằng cách tạo thư viện mô hình

để rút ngắn được thời gian mô hình

Ngày 15 tháng 8 năm 2018

SV chịu trách nhiệm chính thực hiện đề tài

1 Thông tin chung:

- Tên đề tài: Lập trình tính toán một số cầu thang thông dụng

- Lớp:

MỞ ĐẦU

Sự cần thiết của đề tài

Hiện nay sự phát triển của nền xây dựng, công việc lập trình tính toán là một việc vô cùng cần thiết đối với các kỹ sư kết cấu, việc lập trình sẽ giúp công việc trở nên khoa học và sẽ tiết kiệm được thời gian cho người kỹ sư và nâng cao được hiệu quả làm việc Bên cạnh tạo ra được các chương trình toán ,việc xây dựng mô hình tính bằng các phần mềm máy tính chuyên ngành ( ETABS,SAFE,SAP200,ROBOT, ) để xác định nội lực là một việc không thể thiếu đối với người kỹ sư, từ đó ý tưởng tạo ra chương tính có thể xây dựng

mô hình tự động theo ý muốn bắt đầu phát triển và ở đây là mô hình một số cầu thang thông dụng bằng phần mềm ETABS

Lý dó chọn đề tài

Đối với các bài toán siêu tĩnh việc xác định nội lực bằng tay sẽ tốn rất nhiều thời gian, việc sử dụng các phần mềm tính kết cấu để xác định nội lực sẽ tiết kiệm được rất nhiều thời gian Bên cạnh việc nhận thấy tầm quan trọng của việc lập trình tính toán các bản tính sẽ giúp ích rất nhiều cho người kỹ sư

Phương pháp nghiên cứu

Tìm hiểu và nắm vững quy trình tính toán cầu thang bằng bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn Việt Nam

Xây dựng một thư viện mô hình bằng phần mềm ETABS xuất các thông tin mô hình sang dạng text, từ đó dùng ngôn ngữ lập trình Visual Basic để marco các dạng text, từ đó có thể tạo ra hàng loạt các mô hình có kích thước tiết diện khác nhau và đã được gán tải

trọng tự động Từ đó cũng sử dụng ngôn ngữ lập trình Visual Basic để viết ra các lệnh tính toán và bố trí cốt thép theo TCVN

Áp dụng tính toán kiểm chứng cho một số công trình thực tế

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 KHÁI NIỆM CHUNG

Cầu thang là phương tiện chính của giao thông đứng của công trình, được hình thanh

từ các bậc liên tiếp tọa thành thân ( vế) thang, các vế thang nối với nhau bằng chiếu nghỉ, chiếu tới để tạo thành cầu thang Cầu thang là một yếu tô quan trọng về công dụng và

nghệ thuật kiến trúc, nâng cao tính thẩm mỹ của công trình

Các bộ phận cơ bản của cầu thang gồm : thân thang, chiếu nghỉ, chiếu tới, lan can, tay vịn, dầm thang

Chiều rộng của thân thang

Tính từ mặt tường đến mép ngoài tay vịn

htan

l

 

Bảng 1.1 : Tổng kết kích thước bậc thang và độ dốc Phạm vi Cho phép Thường dùng Thích hợp

Bảng 1.2 : Tổng kết kích thước bậc thang theo từng tính chất của công trình

Kích thước Nhà ở Trường học Công trình

Hình dáng của cầu thang:

- Cầu thang 1 hoặc 2 vế thẳng: hình chữ I

- Cầu thang 2 vế gấp khúc vuông: hình chữ L

- Cầu thang 2 vế gấp khúc song song: hình chữ O

- Cầu thang 3 vế thẳng và gấp khúc vuộng: hình chữ T

- Cầu thang 3 vế thẳng và gấp và gấp khúc song song: hình chữ M

- Cầu thang 3 vế gấp khúc vuông : hình chữ U

- Cầu thang 4 vế vuông góc: hình vuông

- Cầu thang 4 vế gấp song song: hình chữ X

- Cầu thang 2 vế gấp khúc nhọn: hình chữ V

- Cầu thang xoắn

- Cầu thang tròn

Hình 1.1: Hình dáng một số cầu thang thường gặp 1.2 CẤU TẠO CẦU THANG

Bảng 1.3 : Chiều dày, khối lượng các lớp cấu tạo cầu thang

STT Vật liệu Chiều

dày(mm)

Khối lượng (daN/m 3 ) Hệ số tin cậy

Hình 1.2 : Cấu tạo bậc thang và chiếu nghỉ

a) Các lớp cấu tạo bậc thang bằng gạch

b) Cấu tạo cốt thép bậc thang bằng BTCT

1.3 XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG LÊN BẢN THANG

Tĩnh tải: Gồm trọng lượn bản thân các lớp cấu tạo

 - khối lượng của lớp thứ i

i

 - chiều dày của lớp thứ i

n i - hệ số tin cậy của lớp thứ i

 - chiều dày tương đương ủa lớp thứ i theo phương của bản nghiên

n i - hệ số tin cậy của lớp thứ i

- Đối với lớp gạch ( đá hoa cương, đá mài, ) và lớp vữa xi măng có chiều dày i , chiều dày tương đương xác định như sau:

Trong đó:  - góc nghiêng của cầu thang

- Đối với bậc thang (xây gạch hoặc BTCT) có kích thước (lb , hb) , chiều dày tương đương xác định như sau:

b td

h cos2

Trong đó

pc, np – hoạt tải tiêu chuẩn, hệ số tin cấy lấy theo TCVN 2737-1995

Tổng tải trọng tác dụng là:

Đối với chiếu nghỉ: q1g1p (daN/m2)

Đối với bản thang: q2 g2p cos (daN/m2)

1.4 CẦU THANG DẠNG BẢN 2 VẾ

Bản thang

- Chọn sơ bộ chiều dày bản thang

o s

Lh

25 30



 (Lo – Nhịp tính toán của bản thang)

- Chọn sơ bộ kích thước các dầm cầu thang

Hình 1.4:Cầu thang dạng bản hai vế

- Xác định tải trọng ( xem phần xác định tải trọng ở mục 1.3)

- Xác định nội lực: đây là hệ tĩnh định , nội lực có thể dùng phương pháp cơ học kết cấu hoặc dùng các chương trình tính kết cấu để giải Có thể tính nội lực như sau:

x

cos

R cosx

2

R cosM

2q



Biểu đồ mô men thể hiện trên hình 1.5

Trường hợp tổng quát có thể áp dụng cho đa số dạng cầu thang có hình dáng phổ biến nhất ( trừ các dạng đặc biệt) có thể áp dụng cách phân phối mô men ở nhịp và gối B’ như sau mà vẫn đảm bảo an toàn cho kết cấu

Mô men ở nhịp: Mn 0.7Mmax

Từ các mô men ở nhịp và ở gối B’, tính cốt thép như cấu kiện chịu uốn có tiết diện ngang

là (1m x hs) đặt cốt đơn ( giống bản sàn), Mn 0.7Mmax tính được Asn, Mg 0.4Mmaxtính được Asg chọn và bố trí cốt thép tương tự như bản sàn (H.1.8) Cốt thép gối A, B đặt theo cấu tạo để chống nứt

a Phương án 1: cốt thép ở gối và nhịp riêng biệt

b Phương án 2: tận dụng cốt thép ở nhịp uốn lên gối

Đối với bản thường bê tông đủ khả năng chịu lực cắt

Nếu cần kiểm tra theo: QQb 0.6R bhbt o

Trước đây , người ta thường dùng cách này để tính cho đơn giảng nhanh chóng và an toàn Hiện nay, đã có cấc phần mềm tính kết cấu cho hệ siêu tĩnh thì việc tính nội lực theo

sơ đồ hình 1.7 khá dễ dàng tốt nhất nên dùng cách này để giải: sau khi có được kết quả

mô men ở nhịp và gối B’, thì dùng các giá trị mô men đó để tính cốt thép

Chú thích: Dầm chiếu nghỉ tính như trên chỉ là cách tính gần đúng vì xem dầm là cấu kiện chịu uốn thuần túy, thực chất dầm chiếu nghỉ là cấu kiện chịu uốn – xoắn: Do dầm chịu hai phản lực đứng và ngang tại gối B

và bố trí tại các tiết diện tương ứng

Trường hợp 3

Chọn sơ đồ tính toán của vế 1 và 2 thể hiện như sau:

Sơ đồ tính của vế 1 và 2 như trên hình 1.8 là hệ siêu tĩnh , để tính nổi lực phải dùng các chương trình tính kết cấu với sự trợ giúp của máy tính Kết quả tính toán sẽ được dạng biểu đồ mô men như trên hình 1.8 Từ các giá trị mô men ở nhịp, ở gối, tính cốt thép và

bố trí tại các tiết diện tương ứng

hệ số 0.4 ; 0.7 để điều chỉnh giá trị mô men ở gối B’ và ở nhịp là có cơ sở và an toàn Chứng ta có thể xét thêm trường hợp 4

4 Trường hợp 4 ( Sơ đồ tính: 1 đầu ngàm tại A, 1 đầu gối cố định tại B): ứng với trường hợp này mô men âm tại gối A có giá trị xấp xỉ 0.5 Mmax của trường hợp 1 Tuy nhiên, trong thực tế thi công phổ biến nhất là thi công dầm trước, thi công bản thang sau, do đó tại gối A chưa chắc là ngàm hoàn toàn

Nếu chúng ta có thể khẳng định rằng: tại gối A chọn liên kết ngàm là chính xác thì có thể dùng sơ đồ tính của trường 1, sau đó dùng các hệ số 0.5; 0.6 để điều chỉnh giá trị mô mên

Hình 1.12 :Bố trí cốt thép cầu thang

Hiện nay, việc tính nội lực đối với hệ siêu tĩnh khá đơn giản do có phần mềm hỗ trợ cho kết quả nhanh chóng, chính xác, dùng kết quả đó tính cốt thép mà không cần thông qua các hệ số điều chỉnh nào cả Tuy nhiên cần chú y, khi tính bản thang, nếu chọn sơ đồ tính

là hệ siêu tĩnh thì khi tính dầm chiếu nghỉ sẽ gặp khó khăn, dầm chiếu nghỉ là cấu kiện chịu uốn- xoắn: do dầm chịu hai phản lực đứng và ngang tại gối B, kể cả mô men

CHƯƠNG 2: CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN CẦU THANG THÔNG DỤNG

2.1 Ý TƯỞNG LIÊN KẾT VỚI PHẦN MỀM ETABS

Phần mềm ETABS có rất nhiều phiên bản, và khi người sử phần mềm ETABS có phiên bản mới hơn gửi mô hình sang người sử phần mềm ETABS phiên bản cũ thì người

sử dụng phần mềm ETABS cũ không thể mở file Do đó, ETABS có chức năng xuất mô hình sang một file text để người sử dụng ETABS cũ có thể mở được file

Từ đó, tận dụng các file text của phần mềm ETABS sử dụng ngôn ngữ lập trình Visual Basic tác động vào file text để thay đổi thông tin tiết diện, vật liệu , tải trọng mà người kỹ sư mong muốn để tiết kiệm được thời gian mô hình

Từ ý tưởng đó, tiếp theo sẽ xây dựng hàng loạt các loại mô hình cầu thang thông dụng ở Việt Nam hiện nay là cầu thang 2 , 3 vế để tạo thành một thư viện cũng giống như các hãng phần mềm máy tính về kết cấu trên thị trường hiện nay cũng có hàng loạt thư viện vật liệu, tiết diện cho từng quốc gia Tương tự như thế đối với chương trình tính toán cầu thang thông dụng thì các file text mô hình các dạng cầu thang là một thư viện cho người sử dụng khai thác

2.2 LƯU ĐỒ CHO QUÁ TRÌNH TÁC ĐỘNG ĐẾN PHẦN MỀM ETABS

ETABS

• Xây dựng mô hình mẫu

• Xuất dữ liệu của mô hình sang dạng text

WORD

• Copy các dữ liệu sang word

• Tạo các biến cho các giá trị tiết diện, vật liệu và tải trọng

2.3 CÁCH SỬ DỤNG NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH VISUAL BASIC ĐỂ TÁC ĐỘNG ĐẾN PHẦN MỀM ETABS

Sau khi có được các file text được xuất ra từ file ETABS được tạo sẵn Copy tất cả

dữ liệu trong file đó sang một file WORD và tạo các biến cho các giá trị tiết diện, vật liệu

và tải trọng, và file word đó sẽ là file mẫu

Hình 2.1: File Text được xuất từ phần mềm ETABS

( Các giá trị được khoanh tròn chính là các biến )

Sử dụng ngôn ngữ lập trình VBA để thay đổi các biến thành các thông số theo ý muốn của người sử dụng trong file text mẫu

Code cho dạng cầu thang 1:Phụ lục 1.1

Code cho dạng cầu thang 2: Phụ lục 1.2

Code cho dạng cầu thang 3: Phụ lục 1.3

Sau khi thay đổi được các biến trong file mẫu copy tất cả dữ liệu sang mohinh.e2k Từ đó

mở phần mềm ETABS và import vào

Chú thích file “mo hình” có đuôi e2k là đuôi do phần mềm ETABS xuất ra nên để tác động được vào ETABS cần phải bắt đầu từ file có đuôi e2k

2.3 Hướng dẫn sử dụng chương trình

Bước 1: Chọn các thông số tiết diện, vật liệu, tải trọng,liên kết cho sơ đồ tính.( các ô tô

vàng là các giá trị do người sử dụng khai báo)

Hình 2.2: Kích thước cầu thang

Hình 2.3: Chọn vật liệu

Hình 2.4: Tải trọng tác dụng

Hình 2.5: Liên kết

Bước 2: Chọn loại mô hình cầu thang cho phù hợp với kết cấu thực tế cầu thang cần tính,

sau đó bấm nút “LAY MO HINH”

Hình 2.6: Mô hình dạng 1

Hình 2.7: Mô hình dạng 2

Hình 2.8: Mô hình dạng 3

Bước 3: Sau khi bấm nút “LAY MO HINH” sẽ xuất hiện một Word

Hình 2.9: File WORD xuất hiện sau khi bấm nút “LAY MO HINH”

Sau đo CTRL+A, copy tất cả các dữ liệu trong file Word và paste sang file “mohinh” có đuôi e2k cũng được mở dưới dạng Word, và save file.Đây chính là mô hình tính đã được khai báo trong chương trình (EXEL)

Hình 2.10: File mô hình tính toán được lưu dưới dạng text

Bước 4: Mở phần mềm ETABS và import file vừa save “mohinh” có đuôi e2k và bấm

“RUN” để sử dụng phần mềm ETABS xác định nội lực

Hình 2.11: Import “filelaytietdien”vào ETABS Bước 5: Xuất nội lực, và phản lực sang file EXEL và quay trở lại chương trình tính

Bước 6: Bấm nút “BAT DAU THIET KE” sau bấm nút “LAY NOI LUC” và chọn file

Exel vừa được xuất từ ETABS và tiếp tục bấm nút “BAT DAU THIET KE”

Bước 7: Bấm nút “TINH THEP” và bố trí cốt thép, sau đó bấm nút “KIEM TRA” để

kiểm tra hàm lượng thép

2.4 LƯU ĐỒ QUÁ TRÌNH TÍNH TOÁN CỦA CHƯƠNG TRÌNH

Khai báo

thông số

• Khai báo tiết diện của bản nghiêng, bản chiếu nghỉ, chiếu tới (nếu có)

• Khai báo vật liệu (bê tông, thép)

• Khai báo tải trọng ( các lớp cấu tạo của cầu thang và chiều dày các lớp cấu tạo)

2.5 MODULE TÍNH TOÁN CỦA CHƯƠNG TRÌNH

2.5.1 Hàm khai báo vật liệu tự động

Function TinhRb(betong)

If betong = "B15" Then TinhRb = 8.5

If betong = "B20" Then TinhRb = 11.5

If betong = "B22.5" Then TinhRb = 13

If betong = "B25" Then TinhRb = 14.5

If betong = "B30" Then TinhRb = 17

End Function

Function TinhRbt(betong)

If betong = "B15" Then TinhRbt = 0.75

If betong = "B20" Then TinhRbt = 0.9

If betong = "B22.5" Then TinhRbt = 1

If betong = "B25" Then TinhRbt = 1.05

If betong = "B30" Then TinhRbt = 1.2

End Function

Function TinhRs(Thep)

If Thep = "AI" Then TinhRs = 225

If Thep = "AII" Then TinhRs = 280

If Thep = "AIII" Then TinhRs = 365

End Function

Function TinhRsc(Thep)

If Thep = "AI" Then TinhRsc = 225

If Thep = "AII" Then TinhRsc = 280

If Thep = "AIII" Then TinhRsc = 365

End Function

Function TinhEb(betong)

If betong = "B22.5" Then TinhEb = 29000

If betong = "B25" Then TinhEb = 30000

If betong = "B30" Then TinhEb = 32500

End Function

Function TinhEs(Thep)

If Thep = "AI" Then TinhEs = 210000

If Thep = "AII" Then TinhEs = 210000

If Thep = "AIII" Then TinhEs = 200000

End Function

2.5.2 Module tính thép cho bản thang

Sub Thepsan(Rb, Rs, Rsc, M, h, a, Athep, Muy)

Omega = 0.85 - 0.008 * Rb

SiR = Omega / (1 + Rs / 400 * (1 - Omega / 1.1))

AlphaR = SiR * (1 - 0.5 * SiR)

End Sub

2.5.3 Module tính thép cho dầm chiếu nghỉ

Sub Thepdam(Rb, Rs, Rsc, M, b, h, a, Thepkeo, Thepnen, Muy)

'CHUONG TRINH CON DUNG DE TINH THEP CHO DAM

Omega = 0.85 - 0.008 * Rb

SiR = Omega / (1 + Rs / 400 * (1 - Omega / 1.1))

AlphaR = SiR * (1 - 0.5 * SiR)

ho = h - a

Alpham = Abs(M) * 10 ^ 6 / (0.9 * Rb * b * ho ^ 2)

' BAI TOÁN COT THEP DON

If Alpham <= AlphaR Then

' BAI TOAN COT THEP KEP

If Alpham > AlphaR And Alpham < 0.5 Then

Thepnen = (Abs(M) * (10 ^ 6) - AlphaR * 0.9 * Rb * b * ho ^ 2) / (Rsc * (ho - a)) Thepkeo = SiR * 0.9 * Rb * ho / Rs + Rsc / Rs * Thepnen

Muy = (Thepkeo + Thepnen) * 100 / (b * ho)

2.6 CODE CHO CÁC NÚT CỦA CHƯƠNG TRÌNH TÍNH

2.6.1 Nút lấy nội lực từ phần mềm ETABS

Private Sub CommandButton1_Click()

FName = Application.GetOpenFilename(FILEFILTER:="excel

files*.xlsx;*.xls,*.xlsx;*.xls", Title:="Chon File Nguon", MultiSelect:=Fale)

Set mybook = Workbooks.Open(FName)

Call Thepsan(Rb, Rs, Rsc, M, h, a, Athep, Muy)

Sheet4.Cells(i, "I") = Athep

Sheet4.Cells(o, "W") = Athep1

o = o + 1

Wend

End Sub

2.6.3 Nút kiểm tra hàm lượng thép bố trí

Private Sub CommandButton4_Click()

Sheet4.Cells(i, "O") = "OK"

Else: Sheet4.Cells(i, "O") = " NOT OK"

Sheet4.Cells(o, "AA") = nuychon1

If Sheet4.Cells(o, "AA") > Sheet4.Cells(o, "AB") And Sheet4.Cells(o, "Z") >

Sheet4.Cells(o, "W") Then

Sheet4.Cells(o, "AC") = "OK"

Else: Sheet4.Cells(o, "AC") = " NOT OK"

Private Sub CommandButton3_Click()

If Sheet5.Cells(16, "E") = "" Then

CHƯƠNG 3: KIỂM CHỨNG KẾT QUẢ TÍNH CỦA CHƯƠNG TRÌNH

Bài toán mẫu

Thiết kế cầu thang có mặt bằng như Hình 3.1

Hình 3.1: Mặt bằng, mặt cắt ( kích thước) cầu thang

Chọn sơ bộ chiều dày bản thang hs = 100 mm

Cấu tạo bậc thang như sau

Hình 3.2: Cấu tạo của cầu thang

Cầu thang thiết kế bằng BTCT, bê tông có cấp độ bền B15 , Rb = 8.5 MPa,  b 0.9 ,cốt thép có Rs = 280 MPa, Rsw = 225 MPa

3.1 TÍNH TOÁN THEO LÝ THUYẾT

Xác định tải trọng tác dụng lên bản thang

Tĩnh tải gồm trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo