Phân tích toàn bộ và thiết kế hệ thống sàn bằng phần mềm SAFE
SAFE TM PHÂN TÍCH TOÀN BỘ VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG SÀN BÀI HỌC THỰC HÀNH Đà Nẵng, 05/08/2009 Ks. Nguyễn Ngọc Tân Sinh ngày 06/02/1986 – Huế Do trình độ tiếng Anh còn hạn chế kinh nghiệm chưa nhiều, khó có thể tránh khỏi những thiếu sót trong phần biên dịch các thuật ngữ. Tác giả rất mong nhận được đóng góp để hoàn thiện cho tài liệu này. Mọi góp ý xin gửi đến địa chỉ ● Email: ngoctan_q@yahoo.com ● Điện thoại: 01684382601 Chúc các bạn tự tin, sáng tạo và thành công trong mọi công việc! Mô hình mẫu Mục đích của hướng dẫn này là nhằm cung cấp cho bạn kinh nghiệm thực hành sử dụng SAFE, cũng như cách nhanh nhất để làm quen với chương trình này. Chúng ta xác định được những nguyên tắc cơ bản của quá trình tạo mô hình và nhiều mô hình kĩ thuật xây dựng khác nhau được giới thiệu. Các bước chỉ dẫn chứng minh cho chúng ta thấy việc sử dụng SAFE thật dễ dàng. Khi bạn hoàn thành hướng dẫn này bạn sẽ xây dựng được mô hình đã chỉ ra trong hình 1. Đề bài Đối tượng của hướng dẫn này là sàn treo bê tông có hình dạng không theo qui tắc, với kích thước tổng thể từ 113 feet x 120 feet. Bên trong sàn tồn tại một lỗ mở lớn dành cho lối đi cầu thang. Sàn dày 10 inch được gối bởi vách dày 12 inch, bản mũ cột dày 16 inch, và dầm 12 inch x 24 inch ở hai bên chu vi. Cột vuông 18 inch, và chiều cao tầng bên dưới là 12 feet. Mô hình sẽ được phân tích dưới tác dụng của tải trọng phân bố đều 30 pounds/foot 2 (psf) cộng thêm trọng lượng bản thân của kết cấu, và hoạt tải 50psf. Bước 1 Bắt đầu mô hình mới Trong bước này, đường lưới cơ bản và kích thước sẽ được xác định, nó sẽ giúp cho người dùng tạo mô hình. Mô hình này sẽ được xây dựng mà không cần sử dụng công cụ mẫu được cung cấp sẵn trong SAFE như vậy bạn có thể thấy được cách tạo mô hình bằng đường lưới. Tuy nhiên, như qui tắc chung, chúng tôi khuyên bạn nên bắt đầu mô hình bằng cách sử dụng các mẫu có sẵn mỗi khi có thể Hình 1. Mô hình đối tượng vì thao tác nhanh chóng, dễ dàng. Tham khảo thêm phần Help của SAFE để có thêm thông tin về các mô hình mẫu. Chọn đơn vị Nếu đơn vị hiển thị ở danh sách sổ xuống nằm bên dưới góc tay phải của màn hình SAFE không phải lb-ft, trên thanh cuộn từ danh sách sổ xuống chọn đơn vị lb-ft. Định nghĩa hệ lưới A. Bấm chọn lệnh File > New Model hoặc chọn nút New Model để vào hộp thoại Grid Definition xem hình 2. Đây là hộp thoại được sử dụng để xác nhận số đường lưới và khoảng cách theo mỗi phương. Điều quan trọng là đường lưới được xác định để miêu tả thật chính xác dạng hình học của kết cấu, vì thế chương trình khuyên bạn nên lập kế hoạch thật cẩn thận về số lượng và khoảng cách của các đường lưới. B. Như hiển thị ở hình 2, nhập “Number of Grid Lines” theo phương X là 6 và theo phương Y là 9. Nhập “Grid Spacing” theo phương X là 20 feet và theo phương Y là 18 feet. C. Bấm chọn nút Edit Grid hiện hộp thoại như hình 3. Hộp thoại Define Grid được sử dụng để xác định và hiệu chỉnh hệ lưới theo hai phương X và Y, và dữ liệu sàn đặt ở phần trên cùng. Nó cho phép người sử dụng điều chỉnh hiển thị các tùy chọn kết hợp với đường lưới. 1. Trong mục “Display”, tích chọn X grid 2. Trong mục “Display Grid as”, tích chọn Ordinates Hình 2. Hộp thoại Grid Definition 3. Trong bảng hệ lưới, thay đổi tọa độ X như sau: 4. Trong mục Display, tích chọn Y Grid 5. Trong bảng hệ lưới, thay đổi tọa độ Y như sau: 6. Bấm chọn OK để chấp nhận những thay đổi. Khi bấm chọn OK, để mặc định, đường lưới xuất hiện trên hai cửa sổ thẳng đứng ở màn hình cửa sổ chính SAFE, Structural Layer Plan View ở bên trái và Structural Layer 3-D View ở bên phải. Số cửa sổ có thể được thay đổi bằng cách vào lệnh Options > Windows. Hình 3. Hộp thoại Define Grid Chú ý rằng Structural Layer Plan View đang hiện hành xem hình 4. Khi cửa sổ này đang hiện hành, thanh tiêu đề hiển thị nó được làm nổi. Khởi động khung nhìn bằng cách bấm vào bất cứ nơi đâu trên cửa sổ đó. Lưu bài toán Hãy luôn luôn lưu mô hình. Bấm vào lệnh File > Save, hoặc chọn nút . Xác nhận đường dẫn mà bạn muốn lưu mô hình. Theo như hướng dẫn này, xác nhận tên file là slab. Sau khi gõ tên bạn sẽ lưu lại bài tập mẫu với cái tên đã chọn. Tuy nhiên, chúng ta có thể lưu các quá trình công việc theo từng bước nhỏ hoặc là lưu 1 lần khi đã hoàn thành, vào lệnh File > Save As để lưu bằng tên khác. Bước 2 Định nghĩa các đặc trưng Trong bước này, đặc tính của sàn (phần tử tấm) và dầm (phần tử thanh) được định nghĩa. Định nghĩa đặc trưng sàn, bản mũ và cột A. Vào lệnh Define > Slab Properties để mở hộp thoại Slab Properties xem hình 5. Hình 4. Cửa sổ chính SAFE B. Trong vùng “Slab Property”, chọn SLAB1. C. Xem lại đề bài của hướng dẫn này, sàn dày 10 inch. Để điều chỉnh kích thước mặc định của SLAB1., bấm chọn Modify/Show Property để mở hộp thoại Slab Property Data xem hình 6. Hình 5. Hộp thoại Slab Properties Hình 6. Hộp thoại Slab Property Data Dữ liệu phân tích Dữ liệu thiết kế Chiều dày bê tông bảo vệ Giới hạn chảy của cốt thép Cường độ nén của bê tông 1. Chọn Slab từ Type danh sách sổ xuống; Ở đây đảm bảo rằng phần tử tấm nào với thuộc tính đã gán sẽ được nhận ra như phần tử sàn. Chú ý: Khi nhiều phần tử tấm chiếm cùng vị trí trên mặt bằng, SAFE xác định giá trị thuộc tính để sử dụng trong phương trình độ cứng dựa vào trật tự sau: Cột tiếp nối bản mũ, bản mũ đứng dưới sàn, và lỗ cầu thang nằm trên cùng. 2. Gõ 10in ở hộp Thickness trong mục “Analysis Property Data” Chú ý: Khi đơn vị đã được ấn định rõ ràng, trong trường hợp này là inches, chương trình sẽ tự động chuyển trị số đầu vào phù hợp với đơn vị dữ liệu (Xem lại đơn vị đã thiết lập lbs-ft). Giá trị đầu vào bằng 10/12, không còn đơn vị inch. 3. Bấm chọn OK để chấp nhận những thay đổi và trở lại hộp thoại Slab Properties. D. Xem lại đề bài bản mũ cột dày là 16 inch. Xác nhận thuộc tính của bản mũ cột, bấm chọn Add New Property ở hộp thoại Slab Properties và hoàn thành bước sau. 1. Gõ DROP trong hộp Property Name ở hộp thoại Slab Property Data. 2. Chọn Drop từ danh sách sổ xuống. 3. Gõ 16in ở hộp Thickness 4. Bấm chọn OK để chấp nhận những thay đổi và trở lại hộp thoại Slab Properties. E. Xem lại đề bài là cột vuông 18 inch. Xác nhận thuộc tính của cột, bấm chọn Add New Property ở vùng “Click to” của hộp thoại Slab Properties và hoàn thành bước sau. 1. Gõ COL trong hộp Property Name ở hộp thoại Slab Property Data. 2. Chọn Column từ danh sách sổ xuống. 3. Gõ 50in ở hộp Thickness. Kích thước trên mặt bằng của cột sẽ được xác định cùng với các phần tử tấm làm vậy mô hình bản mũ và sàn sẽ chính xác. Độ dày đã gán cho sàn là 50 inches, hoặc tăng độ dày ban đầu lên 5 lần, được gán cho cột để đảm bảo ít nhất độ cứng cột hơn bản sàn xung quanh 2 lần. Việc này mang lại kết quả cao nhưng làm triệt tiêu biến dạng uốn trong vùng cột. 4. Tích vào No Design trong vùng “Design Property Data” bởi vì cột không được dùng để thiết kế mà sử dụng trong kỹ thuật thiết kế sàn. 5. Bấm chọn OK để chấp nhận những thay đổi và trở lại hộp thoại Slab Properties. Bấm chọn OK để kết thúc việc xác định đặc tính sàn. Bấm vào lệnh File > Save, hoặc chọn nút , để lưu bài toán. Định nghĩa đặc trưng dầm A. Vào lệnh Define > Beam Properties, để hiển thị hộp thoại Beam Properties. B. Trong vùng Beam Property, chọn Beam1. Xem lại đối tượng dầm là 12inch x 24inch (hoặc 1 feet x 2 feet đơn vị đang xác định lb-ft). Để xem lại kích thước mặc định của Beam1, bấm chọn Modify/Show Property để vào hộp thoại Property Data for Rectangular xem hình 7. Khi hộp thoại xuất hiện, nó có thể có các giá trị thích hợp trong vùng “Analysis Property Data” (Width là 1 và Depth là 2) và vùng “Design Property Data” (Width là 1 và Depth là 2). Nếu các giá trị này hiển thị không đúng, gõ các giá trị thích hợp vào hộp thoại. C. Bấm chọn OK hai lần để kết thúc việc xác định đặc tính dầm. Bấm vào lệnh File > Save, hoặc chọn nút , để lưu bài toán. Bước 3 định nghĩa các gối Trong bước này, đặc tính của các gối cột và tường được xác định. Vào xác nhận dữ liệu trong các bước thao tác sau, chương trình sẽ tính toán các đặc tính của liên kết lò xo được sử dụng thay cho các gối cột và vách. Định nghĩa các cột đỡ A. Vào lệnh Define > Column Supports để vào hộp thoại Support Properties. B. Trong mục “Support Properties”, chọn COL1. C. Bấm chọn Modify/Show Property để vào hộp thoại Column Support Property Data xem hình 8. 1. Đảm bảo rằng Rectangular Properties được chọn trong mục “Define Column by” của hộp thoại. 2. Chắc chắn rằng Below Slab Only được chọn trong mục “Activate Support Property” của hộp thoại. 3. Gõ 18in vào hộp X Dimension và 18in vào hộp Y Dimension. 4. Gõ 12 vào hộp Column Height. 5. Bấm chọn OK để chấp nhận những thay đổi và quay về hộp thoại Support Properties. D. Nhấp OK để đóng hộp thoại Support Properties. Hình 7. Hộp thoại Property Data for Rectangular Beam Định nghĩa các tường đỡ A. Vào lệnh Define > Wall Supports để vào hộp thoại Support Properties. B. Trong mục “Support Properties”, chọn WALL1. C. Bấm chọn Modify/Show Property để vào hộp thoại Wall Support Property Data xem hình 9. 1. Đảm bảo rằng Dimensions được chọn trong mục “Define Wall by” của hộp thoại. 2. Chắc chắn rằng Below Slab Only được chọn trong mục “Activate Support Property” của hộp thoại. 3. Xem lại đề bài vách dày 12 inches và đơn vị ở đây là lb-ft. Vì vậy, gõ 1 vào hộp Thickness. 4. Một lần nữa xem lại đề bài chiều cao tầng là 12 feet. Vì vậy, gõ 12 vào hộp Hieght. 5. Bấm chọn OK để chấp nhận những thay đổi và quay về hộp thoại Support Properties. Hình 8 . H ộp thoại Column Support Property Data D. Nhấp OK để đóng hộp thoại Support Properties. Bấm vào lệnh File > Save, hoặc chọn nút , để lưu bài toán. Bước 4 Định nghĩa các trường hợp tải trọng Trong bước này, các trường hợp tĩnh tải và hoạt tải được xác định. Việc này, chúng ta sẽ đặt tên các loại tải trọng, chọn mục (động hoặc tĩnh), và xác nhận hệ số nhân trọng lượng bản thân và hệ số nhân biến dạng dài hạn để phân tích biến dạng nứt. Các loại tải trọng sẽ được gán vào các đối tượng, và được xác nhận các giá trị tải trọng (tĩnh tải phân bố đều 30 psf và hoạt tải 50 psf), ở bước 7. A. Vào lệnh Define > Static Load Cases để vào hộp thoại Static Load Cases Names xem hình 10. Hình 9 . H ộp thoại Wall Support Property Data Hình 10 . H ộp thoại Static Load Case Names [...]... này, tĩnh tải và hoạt tải sẽ được gán vào bản sàn Đảm bảo rằng cửa sổ Structural Layer Plan đang hiện hành, và lựa chọn mô hình trong chương trình (vào lệnh Draw > Select) A Chọn bản sàn bằng cách nhấp vào bất kỳ ở đâu trên bản sàn không phải là dầm, vách đỡ, cột và lỗ mở Thanh trạng thái ở tay trái góc bên dưới hiển thị dòng “1 Areas selected” Nếu bạn chọn nhầm, nhấp vào Clear Selection , và cố gắng... Text Files và chọn tên file mở rộng LOG B Khi phân tích được hoàn thành, hiển thị thông báo “ANALYSIS COMPLETE” Nhấp OK để đóng cửa sổ phân tích Chương trình tự động hiển thị biến dạng mô hình, và mô hình được khóa Mô hình được khóa khi nút Lock/Unlock Model bị lún xuống Mô hình đang khóa để ngăn chặn những thay đổi mô hình làm ảnh hưởng kết quả phân tích Bước 9 Xem biểu đồ kết quả phân tích Trong... chương trình và sau đó vào lệnh Help và lựa chọn About SAFE Nếu phiên bản SAFE của bạn thấp hơn phiên bản 6.01 và bạn muốn giải bài hướng dẫn này, bạn cần gọi cho Computers Structures theo số (510) 845-2177 để có thông tin về cập nhật SAFE Muốn hiểu được Safe thì trước tiên phải hiểu được từ etabs xuất sang Safe chứ phải không ? Tính toán sàn BTCT xuất ra từ kết quả của Etabs 1.Mở file Etabs , vào File/Export/Save... A8, SAFE sẽ vẽ phần tử tấm tại vị trí này Tiếp tục vẽ thêm bản mũ cột bằng cách nhấp vào các giao điểm đường lưới B8, C8, D8, E8, E7, E5, A4, C4, E3, E2, và E1 E Chú ý đến 4 bản mũ cột có một phần ở bên ngoài sàn (A8, A4, C4 và E1) Để hiệu chỉnh chúng vào đúng cạnh sàn, bước đầu bấm chọn Select Object , hoặc nhấp Esc ở bàn phím để thoát lệnh Draw Rectangular Area Objects F Nhấn phím Ctrl ở bàn phím và. .. động và vào lệnh Display > Show Undeformed Shape hoặc bấm Show Undeformed Shape để loại bỏ hiển thị biểu đồ mô men Hình 28 Biểu đồ mô men Mxx F Nhấp Set Object Options và bỏ chọn Fill Elements ở hộp thoại Set Objects, và sau đó nhấp OK Bước 10 Thiết kế Trong bước này, những phần tử tấm với sàn và bản mũ đã gán, phần tử thanh với dầm đã gán Chú ý đã giải bài toán trước đó theo các bước sau A Vào lệnh... thép cần thiết cho cả bản sàn và dầm Khi thiết kế hoàn thành, cốt thép cần thiết cho dải theo phương X được hiển thị, như hình 30 Vị trí con trỏ tại bất kỳ điểm nào trên mặt bằng bố trí cốt thép trong dải theo phương X để xem kết quả giá trị cốt thép cần thiết ở trên và ở dưới được hiển thị ở góc tay trái bên dưới cửa sổ C Để xem bố trí cốt thép cần thiết trong dải theo phương Y, vào lệnh Design > Display... Bước 8 Chạy chương trình phân tích Trong bước này, phân tích được thực hiện A Vào lệnh Analyze > Run Analysis, hoặc nhấp Run Analysis để bắt đầu giải bài toán Chương trình sẽ tạo những phân tích mô hình dựa trên đối tượng SAFE, và sẽ hiển thị thông báo “Analyzing, Please Wait” Dữ liệu sẽ cuộn ở cửa sổ khi chương trình giải bài toán Thông tin này có được đường dẫn sau bằng cách vào lệnh File > Display... vị của kết cấu có chuyển luôn được không? Xuất kết quả từ etabs sang safe thì chỉ cần vào file\export\ f2k là OK Sau đó nó có một số lựa chọn, nếu chọn cái cuối cùng là xuất cả tải trọng và chuyển vị sang safe ++ Shell là phần tử tấm tổng quát Còn Plate là phần tử tấm chỉ chịu uốn và Membrane là phần tử tấm chỉ chịu lực màng mà thôi Shell = Plate + Membrane Em nhập lại kích thước các strip bằng cách... dùng tính bản sàn mà thôi khi thiết kế có thể cho phép xuất nọi lực theo dãy bản chia trước có thể cho nó tự thiết kế luôn Chỉ cần xuất một sàn tầng nào đó từ etap, chỉnh sửa lại rồi design là ta có kết quả mômen Tuy nhiên khi sử dụng kết quả tính thép của safe thì tôi thấy có nhiều sai lệch so với kết quả của ta nếu muốn chính xác thì hình như phải thay đổi nhiều thông số Bản vẽ của safe còn khác... định và một hệ xác định thì kết quả nội lực phải giống nhau ( chưa xét tới thép) , bởi ví mình nghĩ nó dùng phần tử hữu hạn để giải thì phần mềm nào cũng giống nhau cả (có thể khác chút xíu) Cho mình hỏi thêm là , làm sao khai báo "một liên kết ngàm" hoặc 1 "liên kết khớp" cho một biên của sàn( bản kê 4 cạnh)? Hai liên kết này khi xuất file INPUT ra thì thấy khác nhau : - Ngàm : có giá trị Kzz và KRX(hoặc . SAFE TM PHÂN TÍCH TOÀN BỘ VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG SÀN BÀI HỌC THỰC HÀNH Đà Nẵng, 05/08/2009 Ks. Nguyễn Ngọc Tân Sinh. để thiết kế mà sử dụng trong kỹ thuật thiết kế sàn. 5. Bấm chọn OK để chấp nhận những thay đổi và trở lại hộp thoại Slab Properties. Bấm chọn OK để kết thúc việc xác định đặc tính sàn. Bấm vào. (động hoặc tĩnh), và xác nhận hệ số nhân trọng lượng bản thân và hệ số nhân biến dạng dài hạn để phân tích biến dạng nứt. Các loại tải trọng sẽ được gán vào các đối tượng, và được xác nhận các