mô hình và thiết kế nhà cao tầng sử dụng etabs

MÔ HÌNH VÀ THIẾT KẾ NHÀ CAO TẦNG SỬ DỤNG ETABS BIÊN SOẠN :KS.LÊ VĂN DUY LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay hầu hết kĩ sư kết cấu sử dụng máy tính để thiết kế công trình.Chương trình thiết kế nhà cao

Trang 1

2011

KS LÊ VĂN DUY

MÔ HÌNH VÀ THIẾT KẾ NHÀ CAO TẦNG SỬ DỤNG ETABS

Trang 2

MÔ HÌNH VÀ THIẾT KẾ NHÀ CAO TẦNG SỬ DỤNG ETABS

BIÊN SOẠN :KS.LÊ VĂN DUY

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay hầu hết kĩ sư kết cấu sử dụng máy tính để thiết kế công trình.Chương trình thiết kế nhà cao tầng nối tiếng nhất là Etabs.Tài liệu hướng dẫn này dựa trên phiên bản Etabs v9.7.0.Tài liệu hướng dẫn mô hình và thiết kế chi tiết công trình 32 tầng và giải thích đầy đủ những chủ đề quan trọng (như thiết kế và phân tích động , kể đến tải trọng động đất và gió động …)

Tài liệu chú trọng việc vận dụng tiêu chuẩn TCVN vào chương trình Etabs và từng bước hướng dẫn phát triển mô hình một cách nhanh chóng và dễ dàng nhất

Ngoài ra tôi sẽ hướng dẫn phương thức chương trình truyền tải cơ sở dữ liệu sang các gói phần mềm khác

Trang 3

2.1.2 Chọn đơn vị 4

Đơn vị góc đo độ dùng trong SAP 2000 5

2.1.3 Click Menu File New Model 5

2.1.4 Điều chỉnh thông số lưới 6

2.1.5 Lưu mô hình 9

2.2 ĐỊNH NGHĨA TIÊU CHUẨN SỬ DỤNG TRONG CHƯƠNG TRÌNH : 10

2.2.1 Định nghĩa tiêu chuẩn thiết kế cho phần tử Frame : 10

2.3 ĐỊNH NGHĨA VẬT LIỆU VÀ TIẾT DIỆN 11

2.3.1 Định nghĩa vật liệu 11

2.3.2 Định nghĩa tiết diện (vách,cột,dầm,sàn) 13

a) Định nghĩa tiết diện vách 13

b) Định nghĩa tiết diện dầm 15

c) Định nghĩa tiết diện cột 18

2.4 VẼ CÁC ĐỐI TƯỢNG 20

2.4.1 Vẽ sàn, vẽ dầm : 20

2.4.2 Gán tiết diện 24

2.4.3 Replicate of the story 26

2.4.4 Vẽ cột 27

2.4.5 Vẽ dầm 28

2.5 CHIA SÀN VÀ GÁN ID CHO DIAPHRAGM 29

2.5.1 Chia sàn 29

2.5.2 Chia vách 30

2.5.3 Chia sàn 32

2.5.4 Gán Diaphragm 34

2.6 ĐỊNH NGHĨA TRƯỜNG HỢP TẢI TRỌNG VÀ GÁN TẢI TRỌNG 35

2.6.1 Định nghĩa tải trọng động đất 35

2.6.2 Định nghĩa tải trọng gió 39

2.6.3 Định nghĩa tổ hợp tải trọng : 40

2.6.4 Gán tĩnh tải và hoạt tải : 41

Trang 4

2.8 ĐỊNH NGHĨA MASS SOURCE & AUTO LINE CONSTRAIN & GÁN LIÊN

KẾT 45

2.8.1 Gán Auto Line Constrain 45

2.8.2 Định nghĩa Mass Source: 45

2.8.3 Gán liên kết Support : 48

2.9 KIỂM TRA MÔ HÌNH VÀ CHẠY PHÂN TÍCH 49

CHƯƠNG 3.HIỂN THỊ KẾT QUẢ 51

3.1 HIỂN THỊ KẾT QUẢ DẠNG BẢNG 51

3.1.1 Bảng tóm tắt 51

3.1.2 Hiển thị dạng đồ họa 53

3.2 HIỂN THỊ ĐỒ HỌA KẾT QUẢ PHÂN TÍCH 56

3.2.1 Phản lực (Reaction) 56

3.2.2 Nội lực của dầm và cột : 58

3.2.3 Hiển thị nội lực cho vách sà Spandrel 65

CHƯƠNG 4.THIẾT KẾ BÊ TÔNG CỐT THÉP 68

4.1 Thiết kế Frame (Dầm và cột) 68

4.1.1 Điều chỉnh tiêu chuẩn thiết kế và dữ liệu thiết kế 68

4.1.2 Chọn tổ hợp thiết kế 68

4.1.3 Bắt đầu thiết kế 69

4.1.4 Hiển thị thông tin thiết kế dầm 72

4.2 Thiết kế vách 77

4.2.2 Chọn tổ hợp tải trọng 79

4.2.3 Lựa chọn phương pháp thiết kế 80

CHƯƠNG 5.THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP 81

5.1 Thiết kế thép : 81

5.1.2 Định nghĩa danh sách tự động chọn tiết diện (Auto Select Section) 81

CHƯƠNG 6.THIẾT KẾ DẦM LIÊN HỢP 84

CHƯƠNG 7.PHÂN TÍCH P-∆ 85

CHƯƠNG 8.PHÂN TÍCH ĐỘNG (DYNAMIC ANALYSIS) 86

CHƯƠNG 9.PHÂN TÍCH KỂ ĐẾN CÁC GIAI ĐOẠN THI CÔNG ( SEQUENTIAL CONSTRUCTION) 87

CHƯƠNG 10 SECTION DESIGNER 88

CHƯƠNG 11 MESHING 89

Trang 5

12.1.2 Xuất mặt bằng sang Safe 93

12.2 Etabs và Sap 97

12.3 Etabs và Word 99

12.4 Etabs và Excel 99

12.5 Etabs và AutoCAD 100

CHƯƠNG 13 NHỮNG CHÚ Ý QUAN TRỌNG 101

13.1 BẮT ĐẦU MỘT MÔ HÌNH MỚI 101

13.2 Auto Line Constrains 102

13.3 Mặt cắt nâng cao 103

13.4 TÀI LIỆU THAM KHẢO 106

Trang 6

CHƯƠNG 2 MÔ HÌNH & PHÂN TÍCH.

• Mặt bằng của công trình như

MÔ HÌNH & PHÂN TÍCH

xây dựng mô hình như trong hình Hình 2-1 Mô hình công được giới thiệu và giải thích cặn kẽ

Trang 7

Ở góc phải bên dưới cửa sổ Etabs.Khuyến cáo sử dụng đơn vị kN-m

Có 2 hệ đơn vị trong ETABS : English và Metric.Một hệ đơn vị bao gồm đơn vị lực,chiều dài,nhiệt độ và thời gian

• Lực (lbs, kip, N, kN, etc.),

• Chiều dài (ft, in, m, mm, etc.),

• Thời gian (second),

e f

Trang 8

• Radian dùng để chỉ định góc xoay của chuyển vị

• Kết quả góc xoay xuất ra sử dụng đơn vị radian

Bạn có thể thay đổi đơn vị hiện tại bất kì lúc nào bằng cách click hộp xổ xuống ở bên phải thanh trạng thái

2.1.3 Click Menu File New Model

Hoặc Click vào Icon xuất hiện cửa sổ sau :

Hình 2-3 Cửa sổ New Model Initialization

Chú ý : Chọn No vì mô hình đầu tiên chúng ta sẽ tự xây dựng, trong các chương sau

Trang 9

Hình 2-4 Cửa sổ Building Plan Grid System and Story Data Definition

±0.000

• Grid Dimensions (Plan)

• Number Lines in X Direction = 11

• Number Lines in Y Direction = 7

Trang 10

Chương 1 Mô hình & phân tích

Hỡnh 2-5 Cửa sổ Story Data

• Click Ok !

Bạn cú thể thay đổi khoảng cỏch lưới bằng cỏch click vào Custom Grid Spacing

• Chọn Grid Label để sửa tờn lưới

Trang 11

Hình 2-6 Cửa sổ Grid Labeling Options

Click OK

• Chọn Edit Grid

Trang 12

cộng,trừ,nhõn,chia trực tiếp.

Bubble Size : Kớch thước của vũng trũn xung quanh tờn lưới

Chỉnh sửa khoảng cỏch lưới và click Ok

Trong Etabs khụng cú chế độ AutoSave

Khi bạn chọn File menu > Export > Save Model as ETABS.e2k Text File thỡ file

*.e2k được lưu dưới đơn vị hiện tại

Trang 13

chuẩn và sử dụng tiêu chuẩn này cho thiết kế

2.2.1 Định nghĩa tiêu chuẩn thiết kế cho phần tử Frame :

• Click Menu Options Preferences Concrete Frame Design…

Hình 2-9 Lựa chọn tiêu chuẩn thiết kế Frame

Hiện ra cửa sổ sau :

Hình 2-10 Cửa sổ Concrete Frame Design Preferences

Trang 14

Hỡnh 2-11 Thay đổi tiờu chuẩn thiết kế

Hỡnh 2-12 Tiờu chuẩn thiết kế BS 8110 97

2.3 ĐỊNH NGHĨA VẬT LIỆU VÀ TIẾT DIỆN

Trang 15

Hình 2-13 Định nghĩa vật liệu

Click vào Add New Material xuất hiện cửa sổ

Hình 2-14 Cửa sổ Material Property Data

Định nghĩa sẽ theo tiêu chuẩn BS 8110 97.Click OK để chấp nhận khai báo

Trang 16

Tuy nhiờn nếu dựng luụn tiờu chuẩn cú sẵn trong Etabs như là một nguồn tham khảo thỡ việc khai bỏo giỏ trị vẫn cũn nhiều tranh cói chưa đi đến thống nhất và nú là một bớ mật nhỏ của mỗi cỏ nhõn hoặc cụng ty thiết kế

2.3.2 Định nghĩa tiết diện (vỏch,cột,dầm,sàn)

Số lượng chiều dày vỏch,kớch thước tiết diện cột và dầm,sàn sẽ do người chủ trỡ kết cấu

cú nhiều kinh nghiệm lựa chọn

a) Định nghĩa tiết diện vỏch

1.Click Menu Define Wall/Slab/Deck Section…

Hoặc Click vào icon xuất hiện cửa sổ

Hỡnh 2-15 Cửa sổ Define Wall/Slab/Deck Sections

Từ cửa sổ này cú thể định nghĩa vỏch và sàn

Chọn Add New Wall để định nghĩa vỏch

Trang 17

Hình 2-16 Khai báo tiết diện vách dày 30 cm

Click OK !

Chọn Add New Slab để định nghĩa tiết diện sàn

Trang 18

Hỡnh 2-17 Định nghĩa tiết diện sàn 15 cm

b) Định nghĩa tiết diện dầm

1.Click vào menu Define Frame Sections…

Hoặc click vào icon xuất hiện cửa sổ :

Trang 19

Hình 2-18 Cửa sổ Define Frame Properties

Bạn có thể xóa bớt tiết diện mẫu bằng cách click Delete Property

Click Add Rectangular để khai báo tiết diện dầm chữ nhật

Depth : Chiều cao của dầm

Width : Bề rộng dầm

Trang 20

Hỡnh 2-19 Cửa sổ rectangular Section

Click Reinforcement để định nghĩa thiết kế tiết diện

Concrete Cover to Rebar Center : Lớp bảo vệ kể đến tõm cốt thộp dọc.(Khỏc TCVN kể

Trang 21

c) Định nghĩa tiết diện cột

1.Click vào menu Define Frame Sections…

Hoặc click vào icon xuất hiện cửa sổ :

Hình 2-20 Cửa sổ Define Frame Properties

Bạn có thể xóa bớt tiết diện mẫu bằng cách click Delete Property

Click Add Rectangular để khai báo tiết diện dầm chữ nhật

Depth : Kích thước song song với trục Ox

Width : Kích thước song song với trục Oy

Trang 23

Lặp lại các bước trên để khai báo các tiết diện cột còn lại

2.4 VẼ CÁC ĐỐI TƯỢNG

2.4.1 Vẽ sàn, vẽ dầm :

Bạn có hai phương pháp để thêm phần tử kết cấu đến chương trình

a.Sử dụng các công cụ vẽ của chương trình Etabs

b.Sử dụng file DXF được tạo bởi AutoCAD

Chú ý : Tôi sẽ giải thích làm thế nào để vẽ phần tử kết cấu sử dụng chương trình AutoCAD vì hầu hết các kĩ sư đều thân thuộc với phương pháp này

1.Mở chương trình AutoCAD

2.Mở file mặt bằng của tầng đầu tiên hoặc mở một file mới trong chương trình và tạo 4 layer sau :

i Layer Beam : Cho dầm và vách

ii.Layer Floor : Cho sàn iii.Opening : Cho Opening iv.Columns : Cho cột

3.Vẽ PLINE theo biên của sàn trong layer Floor theo hướng ngược chiều kim

đồng hồ

Hình 2-21 Hướng vẽ Pline của sàn

4 Vẽ dầm và vách như đường thẳng trong layer Beam và nếu bạn có cột thì vẽ

nó như là đường thẳng trong 3D

Trang 24

Hỡnh 2-22 Hướng vẽ dầm và vỏch

5.Dựng Pline vẽ theo biờn của Opening trong layer Opening

6 Lưu file DXF với tờn là Example1

7.Trong Etabs click menu File Import Dxf Floor Plan

Trang 25

Trong mặt bằng không có cột nên layer Columns chọn là 0

Chú ý : Trước khi export file Dxf tới ETABS thì phải chắc rằng gốc tham chiếu (0,0)

trong Dxf phải trùng với gốc tham chiếu (0,0) trong Etabs nếu không phải di chuyển tất

cả bản vẽ từ điểm giao của lưới (A,1) đến gốc (0,0)

9.Chọn tim vách sau đó click menu Edit Extrude Line to Areas

Trang 26

Xuất hiện form sau :

Trang 27

Khai báo dz có dấu (-) và chiều cao tầng để sinh ra vách xuống dưới Lựa chọn Delete

Trang 28

Lặp lại các bước tương tự để gán chiều dày cho các vách V40

• Gán tiets diện cho dầm :

Chọn dầm và click menu Assign Frame/Line Frame Section…

Trang 29

Hoặc click vào icon xuất hiện form sau :

Hình 2-24 Cửa sổ Assign Frame Properties

Chọn dầm muốn gán và click Ok!

2.4.3 Replicate of the story

Chọn toàn bộ tầng bằng chế độ chọn Window và click menu Edit Replicate…

Hoặc click vào icon xuất hiện form sau

Trang 30

Hoặc click vào icon xuất hiện form sau :

Chọn tiết diện cột muốn gán và pick vào vị trí cột trên mặt bằng

Trang 31

Hình 2-26 Vẽ cột

2.4.5 Vẽ dầm

Click menu Draw Draw Line Objects Draw Lines (Plan,Elev,3D)

Hoặc click icon xuất hiện form :

Chọn tiết diện dầm muốn vẽ và pick vào vị trí điểm đầu và điểm cuối dầm trên mặt bằng

Trang 32

o Với vách tốt hơn là chia thủ công

o Với sàn tốt hơn là chia tự động

Chú ý : Những thứ quan trọng bạn phải tạo ra trước để sinh ra các hệ lưới phụ là cơ sở

để chia lưới

Vẽ lưới phụ :

Chọn toàn bộ kết cấu hoặc chọn chỉ những điểm bạn muốn làm cơ sở chia lưới

Click menu Edit Edit Grid Data Add Grid at Selected Points…

Trang 33

Hình 2-28 Cửa sổ Add Grid Lines at Selected Point

• Chọn lưới song song với trục X hoặc song song với trục Y

• Click Ok!

2.5.2 Chia vách

• Chọn toàn bộ vách bằng cách click menu Select By Area Object Type…

Xuất hiện form :

Trang 34

• Chọn Wall rồi click Ok!

• Click menu Edit Mesh Area xuất hiện Form

Hỡnh 2-29 Mesh Selected Areas

Click Ok để chấp nhận

• Nếu bạn muốn chia vỏch nhỏ hơn thỡ chọn lại vỏch và pick lựa chọn thứ 3 và cho biết kớch thước muốn chia

Trang 35

2.5.3 Chia sàn

Chú ý : Sàn chúng ta sẽ chia tự động

• Chọn toàn bộ sàn bằng cách click menu Select By Area Object Type…

Xuất hiện form :

Hình 2-30 Cửa sổ Select Area Object Type

Chọn Floor sau đó click Ok!

• Click menu Assign Shell/Area Area Object Mesh Options…

Trang 36

Hỡnh 2-31 Cửa sổ Area Object Auto Mesh Options

• Lựa chọn tương tự như chia vỏch

• Click Ok!

Trang 37

2.5.4 Gán Diaphragm

Chúng ta có 2 lựa chọn gán Diaphragm

• Rigid Diaphragm : Liên kết làm cho tất cả các điểm liên kết cùng nó di chuyển trong cùng mặt phẳng là độ cứng chống lại biến dạng kéo.Và thường được dùng

để khai báo tải trọng gió

• Semi Rigid Diaphragm : Mục đích chính là để khai báo tải trọng gió và làm cho công trình có khả năng ứng xử giống với thực tế (khuyến cáo sử dụng)

o Lựa chọn toàn bộ công trình bằng cách click icon

o Click menu Assign Shell/Area Diaphragms…

Xuất hiện form sau:

Trang 38

Hỡnh 2-33 Cửa sổ Diaphragm Data

• Chọn Semi Rigid và click Ok!

Sau đú click Ok cho form chớnh

trỡnh sẽ tự động gỏn Diaphragm với tham chiếu tờn từng tầng và lựa chọn Semi Rigid sẽ làm cho sàn cú ứng sử thực tế hơn

2.6 ĐỊNH NGHĨA TRƯỜNG HỢP TẢI TRỌNG VÀ GÁN TẢI TRỌNG

Tải trọng tĩnh tỏc động lờn cụng trỡnh trong vớ dụ mẫu này gồm cú :

Theo TCVN 375-2007 cú 2 phương phỏp tớnh toỏn tải trọng động đất :

• Phương phỏp tĩnh lực tương đương : ỏp dụng cho với những cụng trỡnh đủ tiờu chuẩn về tớnh đều đặn theo mặt bằng và phương đứng

• Phương phỏp phổ phản ứng : ỏp dụng mọi cụng trỡnh

Cựng với hai phương phỏp đú sẽ cú hai cỏch khai bỏo tải trọng động đất vào trong mụ hỡnh Etabs

Khai bỏo theo phương phỏp phổ phản ứng :

1.Click menu Define Static Load Cases…

Trang 39

Hoặc click icon xuất hiện form:

Hình 2-34 Cửa sổ Define Static Load Case Names

trọng Dead với những công trình bê tông cốt thép theo qui định của TCVN 1995.Khai báo này chương trình sẽ tự động kể đến 1.1 lần tải trọng bản thân cho tất cả các phần tử

2737-• Khai báo như form dưới rồi click Modify Load

Trang 40

Hỡnh 2-35 Cửa sổ Define Static Load Case Names

• Click Modify Lateral Load…xuất hiện form sau:

Trang 41

Hình 2-36 Cửa sổ User Seismic Loading

• Các giá trị thuộc cột FX là tĩnh lực tương đương theo phương X gán vào tâm khối lượng theo các dạng dao động được tính toán riêng theo một bảng tính riêng có sử dụng một mô hình Etabs độc lập (chắc phải dành một buổi khác để thảo luận)

Trang 42

E E hệ quả tác động động đất đang xét (lực, chuyển vị, vv );

E Ei giá trị của hệ quả tác động động đất này do dạng dao động thứ i gây ra

o Lựa chọn CQC :

Nếu điều kiện T j ≤ 0,9 T i không thoả mãn, cần thực hiện các quy trình chính xác hơn để tổ hợp các phản ứng cực đại của các dạng dao động, ví dụ như cách “ Tổ hợp bậc hai đầy đủ” (Tham khảo thêm của tác giả Nguyễn Lê Ninh - Động đất và thiết kế công trình chịu động

đất- NXB Xây dựng 2007)

• Lựa chọn Direction Combination : Chọn SRSS

2.6.2 Định nghĩa tải trọng giú

• Khai bỏo như form dưới rồi click Modify Load

• Click Modify Lateral Load…xuất hiện form sau:

Trang 43

• Giá trị cột FX là tải trọng gió động theo phương X theo một dạng dao động tác dụng lên công trình được tính toán theo một bảng tính riêng có sử dụng kết quả từ một mô hình Etabs riêng.(Để tính toán giá trị này sẽ phải dành ra một tiết để thảo luận)

• Giá trị cột X-Ord và Y-Ord là tọa độ tâm khối lượng được lấy từ mô hình Etabs

Trang 44

2.6.4 Gán tĩnh tải và hoạt tải :

• Chọn sàn bằng cách pick chuột lên mặt bẳng

• Click menu Assign Shell/Area Loads Uniform…

Hoặc click icon xuất hiện form sau :

Hình 2-37 Cửa sổ Uniform Surface Loads

Trang 45

• Khai báo giá trị vào ô Load rồi click Ok!

2.7 GÁN TÊN PIER VÀ SPANDREL

Gán Pier Label cho walls và columns.Các đối tượng thuộc cùng một tầng và có cùng tên

Pier Label thì được xem như là một bộ phận của pier đó.Một Wall Pier không thể vượt