KHUNG KHÔNG GIAN - ETABS

KHUNG KHÔNG GIAN - ETABS

Bài tập 3 KHUNG SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP

Nhà BTCT 4 tầng Tầng 1 cao 4.5m, mỗi tầng còn lại cao 3.3m Bêtông M250 Kích thước tiết diện: Dầm 200x400 mm; cột 200x400mm; Sàn dày 120mm

Các trường hợp tải trọng

(1) Tĩnh tải

* Trọng lượng bản thân kết cấu (hệ số vượt tải = 1.1)

* Các lớp hoàn thiện trên sàn: 125 kG/m2(sàn 1, 2, 3) và 230 kG/m2(sàn mái)

* Trọng lượng tường xây phân bố đều trên dầm tầng 1, 2, 3:

1T/m (dầm biên) và 0.5 T/m (dầm giữa) (2) Hoạt tải sử dụng: 240 kG/m2(sàn 1, 2, 3) và 100 kG/m2(sàn mái)

(3) Hoạt tải gió: TPHCM (W0= 83 kG/m2), địa hình dạng B

Tải trọng gió

Áp lực gió tĩnh W(z) = n.c.kt(z).W0 (lực/diện tích)

Hệ số k tại độ cao z ứng với địa hình t là:

t m g t t

z

z z

k

2 844 1 ) (   

Ví dụ: với địa hình dạng B, vùng gió II-A ta có bảng tính áp lực gió tĩnh như sau:

(T/m2) (T/mWhút2) (T/mWtổng2)

Có 3 phương pháp nhập tải trọng gió vào công trình:

- Tải trọng gió phân bố đều tác dụng vào cột

- Tải trọng gió phân bố đều tác dụng lên dầm biên các tầng

- Tải trọng gió qui về lực tập trung tác dụng vào tâm cứng của từng tầng

Đối với bài tập này, ta xác định tải trọng gió bằng cách đưa về lực tập trung trên mỗi sàn

(1a) TLBT Trọng lượng bản

thân(x1.1)

COMB1 (TLBT + CTAO+TUONG) + HT (1b) CTAO Trọng lượng các lớp

hoàn thiện

COMB2 TLBT + CTAO+TUONG + 0.9 ( HOATTAI +

GIOX) (1c) TUONG Tải trọng tường tác dụng

lên dầm

COMB3 TLBT + CTAO+TUONG + 0.9 ( HOATTAI +

GIOXX) (2) HOATTAI Hoạt tải thẳng đứng COMB4 TLBT + CTAO+TUONG + 0.9 ( HOATTAI +

GIOY) (3) GIOX Gió phương X (trái ) COMB5 TLBT + CTAO+TUONG + 0.9 ( HOATTAI +

GIOYY) (4) GIOXX Gió phương -X (phải ) COMB6 TLBT + CTAO+TUONG + GIOX

(5) GIOY Gió phương Y (trước ) COMB7 TLBT + CTAO+TUONG + GIOXX

(6) GIOYY Gió phương –Y (sau ) COMB8 TLBT + CTAO+TUONG + GIOY

COMB9 TLBT + CTAO+TUONG + GIOYY BAO Bao của (COMB1 , COMB2 , , COMB 9)

Một số nội dung chính

 So sánh kết quả phân tích 2 mô hình kết cấu sau:

- Mô hình 1: Giống các phần mềm PTHH cổ điển, bản sàn được chia lưới ra nhiều phần tử nhỏ liên kết với nhau tại các nút

- Mô hình 2: Mỗi ô sàn lớn là một đối tượng AREA, gán thuộc tính chia lưới tự động của ETABS

 Các khái niệm cần làm quen để lập mô hình nhanh chóng: tầng tương tự (Similar stories), đối tượng (object)  phần tử (element)

 Làm lại bài này trong SAP 2000, so sánh kết quả và nhận xét

Bước 1: Tạo mô hình

A Chọn đơn vị

B Click File menu  New Model

hoặc nút Choose.edb: Dựng mô hình mới, sử dụng những

thông số từ một file mô hình đã có sẵn

Default.edb: Dựng mô hình mới từ một file mẫu

mặc định

No: Dựng mô hình mới chưa có sẵn.

Số đường lưới theo phương X:

Số đường lưới theo phương Y:

Khoảng cách lưới theo phương X:

Khoảng cách lưới theo phương Y:

Số tầng nhà:

Chiều cao tầng điển hình:

Chiều cao tầng trệt:

Lưu ý: Xem cách đánh tên trục trên mặt bằng: Nhấp vào Custom Grid Spacing trong hộp thoại

Building Plan grid System and Story Data Definition để hiệu chỉnh đường lưới.

Hộp thoại Grid labeling Options

Beginning X, Y ID: tên trục bắt đầu theo phương X, Y Label Left to Right: tên trục đánh số từ trái sang phải theo

phương X

Label Bottom to Top: tên trục đánh số từ dưới lên theo phương

Y

Hộp thoại Define Grid Data (Hiệu chỉnh lưới cột)

X, Y Grid Data: lưới theo phương X, Y

Grid ID: tên trục

Ordinate: Tọa độ lưới

Line Type: Loại đường trục

- Primary: Lưới chính

- Secondary: Lưới phụ

- Lưới chính sẽ có tên lưới, lưới phụ sẽ không có tên lưới Để chuyển qua lại lưới chính và phụ, ta chỉ nhấp đúp chuột vào chữ Primary (Secondary) của lưới đó

Visibility: điều khiển sự ẩn hiện của lưới

- Show: Hiện lưới

- Hide: Ẩn lưới

- Để chuyển qua lại giữa Show và Hide ta nhấp đúp chuột vào chữ Show (Hide)

Bubble Loc: điều khiển vị trí tên lưới

- Top/Bottom: Trên/dưới

- Left/Right: Trái/Phải

- Để chuyển qua lại giữa Top/Bottom và Left/Right ta nhấp đúp chuột vào chữ

Top/Bottom và Left/Right của lưới đó

Grid color: điều khiển màu của lưới

Units: đơn vị

Display grid as: hiển thị lưới dưới dạng

- Ordinates: Tọa độ các lưới

- Spacing: Khoảng cách giữa các đường lưới

Hide all grid line: Ẩn tất cả các đường lưới

Glue to grid line: nối các điểm với đường lưới (nghĩa là khi ta hiệu chỉnh đường lưới thì các điểm

nằm trên lưới sẽ dịch chuyển theo)

Hộp thoại Story Data (Hiệu chỉnh chiều cao tầng)

Label: tên của tầng

Height: chiều cao tầng

Elevation: Cao độ của tầng

Master story: tầng chính (tầng chủ)

Similar To: khai báo tầng tương tự

Bước 2: Định nghĩa vật liệu (Bêtông mác 250 – Cấp độ bền B20)

Click Define menu  Materials…

Hoặc nút

Chọn CONC rồi click

Modify/Show Material…

- Khai báo vật liệu bê tông mác 250 như trong hộp

thoại Material Property Data dưới đây Các số liệu trong mục Design Property Data là cường độ của bê

tông, của thép Các giá trị này sẽ dùng cho thiết kế cốt thép

- Các cường độ bê tông, thép phải phù hợp với:

+ Tiêu chuẩn thiết kế dùng để thiết kế cốt thép + Mác bê tông

+ Mẫu thí nghiệm hình lập phương hay hình lăng trụ (phải phù hợp với tiêu chuẩn thiết kế)

Khối lượng riêng: Cường độ chịu nén của bê tong fc’:

Trọng lượng riêng: Giới hạn chảy của cốt thép chịu uốn fy:

Modun đàn hồi của bê tông (E): Giới hạn chảy của cốt thép đai fys:

Hệ số Poisson:

Hệ số dãn nở vì nhiệt:

Modun đàn hồi trượt (G)

Bước 3: Định nghĩa tiết diện

- Tiết diện dầm D2040

Click Define menu  Frame Sections …Hoặc nút

Chọn Display Color để gán màu cho tiết diện

- Tiết diện cột C2040: Tương tự, ta định nghĩa tiết diện cột C2040

Đối với dầm: t3= chiều cao, t2= chiều rộng

Đối với cột: t3= cạnh phương X, t2= cạnh phương Y

Bước 4: Định nghĩa tiết diện sàn

Click Define menu  Wall/Slab/Deck Sections …Hoặc nút Chọn Add New Slab

Khai báo chiều dày

Membrane (kéo, nén):

Bending (uốn):

Chọn Display Color để gán màu cho tiết diện

Bước 5: Vẽ mặt bằng dầm - cột - sàn

Các biểu tượng sử dụng để vẽ sàn, cột, dầm và vách cứng như sau:

Chuyển đổi chế độ chọn/chế độ vẽ

(phím ESC)

Reshape – điều chỉnh hình vẽ trên màn

hình

Vẽ thanh (trên mặt bằng, mặt cắt, 3D)

Vẽ thanh theo đường lưới

Vẽ nhanh cột trên mặt bằng

Vẽ dầm phụ

Vẽ sàn hình đa giác

Vẽ sàn hình chữ nhật (2 nút đối diện)

Vẽ nhanh sàn hình chữ nhật theo đường lưới

Vẽ vách cứng trên mặt bằng

Vẽ nhanh vách cứng trên mặt bằng

Vẽ cửa số Window

Vẽ cửa Doors

- Thanh công cụ dùng để di chuyển mặt bằng, mặt cắt giữa các tầng

- Các thanh công cụ sau lần lượt để phóng to thu nhỏ cửa sổ nhìn

- Các công cụ sau dùng để hiện khung nhìn dưới dạng 3D, mặt bằng, mặt cắt, quay khung nhìn, nhìn công trình với góc nhìn từ trên xuống

 Vẽ mặt bằng dầm (Tầng 1) - Chọn chế độ vẽ

Vẽ và gán tiết diện phần tử cho dầm tầng 1 bằng cách

kích vào biểu tượng hoặc , tiết diện dầm

được gán ngay trong quá trình vẽ ở hộp thoại

Properties of Object trên màn hình Sau đó kích chọn

các vị trí có dầm trên mặt bằng

Lưu ý

+ Khác với SAP 2000, trong ETABS chúng ta không nhất thiết phải vẽ từng đoạn dầm nhỏ, chúng ta chỉ bắt buộc phải chia nhỏ khi có tiết diện thay đổi

+ Giống như SAP 2000, trong ETABS việc vẽ phần tử Frame từ trái qua phải hay từ phải sang trái sẽ làm thay đổi hệ tọa độ địa phương của phần tử Frame

Kích vào biểu tượng Set Building View

Options , sau đó chỉnh View by Colors of

Sections và Special Effects như hình vẽ.

 Vẽ mặt bằng cột (Tầng 1)

Click biểu tượng vẽ cột trên mặt bằng Chỉnh

Property sang tiết diện cột C2040, sau đó kích chọn

cột bằng cửa sổ

Lưu ý

Trên mặt bằng, nếu ta chọn một điểm, ta kích vào điểm cần chọn Nếu ta chọn một cột, ta khoanh cửa sổ bao quanh cột đó

 Vẽ mặt bằng sàn (Tầng 1)

Sử dụng chức năng để vẽ sàn qua các đỉnh của một đa giác Chọn tiết diện sàn SAN 120 trong

thuộc tính Property của hộp thoại Properties of Object Sau đó vẽ qua các đỉnh của đa giác

Bước 6: Nhân bản (sao chép) mặt bằng kết cấu

Trên cửa sổ mặt bằng tầng 1, chọn tất cả các phần tử bằng Ctrl + A hoặc bấm nút

Sau đó vào menu Edit  Replicate Chọn mục Story, chọn TANG2, TANG3, TANG4 Nhấn

OK Ta có kết quả như sau

Lưu ý

Trong hộp thoại Replicate có mục Option, trong mục này có rất nhiều lựa chọn cho việc sao chép

tầng Ví dụ, bạn chỉ có thể sao chép mặt bằng kết cấu dầm cột sàn mà không sao chép tải trọng trên mặt bằng kết cấu đó

Bước 7: Gán điều kiện biên ngàm

Chuyển cửa sổ mặt bằng xuống BASE Chọn tất cả

các nút chân cột bằng cửa sổ, rồi vào menu

AssignJoint/PointRestraint (Supports) Hộp

thoại Assign Restraints hiện lên, ta chọn biểu

tượng ngàm

Bước 8: Định nghĩa các trường hợp tải trọng

Vào menu Define  Static load Cases Hộp thoại sau sẽ hiện lên

Ở tải trọng TLBT (trọng lượng bản thân) ta nhập vào hệ số Self Weight Multiplier là 1.1 (hệ số

nhân trọng lượng bản thân) cho phần mềm tự động tính toán trọng lượng bản thân kết cấu Các

trường hợp tải trọng còn lại nhập là 0

Bước 9: Gán các trường hợp tải trọng

- TLBT: Không gán tải trọng, phần mềm tự tính toán

- CTAO: Chọn tất cả sàn tầng 1, 2, 3, 4 Vào menu Assign  Shell Area Loads  Uniform

…hoặc biểu tượng Ta khai báo hộp thoại sau

- HTAI: Hoạt tải tác dụng phân bố đều lên sàn khai báo tương tự tải trọng CTAO

- TUONG: Chọn các dầm có tải trọng tường tác dụng Vào menu Assign  Frame/ Line loads

 Distributed …hoặc biểu tượng

Bước 10: Gán sàn tuyệt đối cứng (Diaphragms)

a Định nghĩa các Diaphragms

- Vào menu Define  Diaphragms Hộp thoại Define Diaphragm hiện lên, bấm nút Add New

Diaphragm Điền tên Diaphragm TANG 1 vào hộp thoại, sau đó chọn Rigid, rồi bấm OK

- Tương tự ta định nghĩa các Diaphragms cho tầng 2, 3, 4

b Gán Diaphragms cho các tầng

- Chuyển cửa sổ nhìn mặt bằng xuống tầng 1 Chọn tất cả các cấu kiện của tầng 1 bằng cửa sổ bao

kín cả mặt bằng Sau đó vào menu Assign  Shell/Area  Diaphragms, chọn TANG 1 trong hộp

thoại Assign Diaphragms

- Chọn chức năng lấy lại các phần tử được chọn

Get Previous Selection (chức

năng ps trong thanh công cụ này) Sau đó vào

menu Assign  Joint/Point  Diaphragms,

chọn TANG 1 trong hộp thoại Assign Diaphragms

- Tương tự ta gán các Diaphragms cho tầng 2, 3, 4

Bước 11: Gán tải trọng GIOX, GIOY (lực tập trung tại tâm cứng mỗi sàn)

- Vào menu Define  Static Load Cases Hộp thoại Define Static Load Cases hiện lên, bấm nút

User Defined  Modify Lateral Load

Tương tự gán tải trọng GIOY: Tải trọng được gán vào cột FY

Bước 12: Khai báo tự động chia nhỏ sàn và dầm

a Tự động chia nhỏ dầm

Mặc định ETABS tự động chia nhỏ dầm tại nơi:

- Dầm giao với dầm

- Sàn giao với dầm

- Tại vị trí sàn tự động chia nhỏ

Cho nên ta không cần khai báo tự động chia nhỏ dầm (tức là giữ nguyên chế độ mặc định)

b Tự động chia nhỏ sàn

- Chọn tất cả sàn của các tầng bằng Ctrl + A hoặc bấm nút

- Sau đó vào menu Assign  Shell/Area  Area Object Mesh Options

Chọn chức năng Auto Mesh Object into Structural Elements và chọn chức năng Subdivide là

0.5m như hộp thoại trên

Để xem lại sự chia nhỏ này, kích vào biểu tượng

Set Building View Options , sau đó chỉnh

Other Special Items như hình bên (chọn Auto

Area Mesh) Nhấn OK để thoát khỏi hộp thoại

Bước 13: Định nghĩa tổ hợp tải trọng

Vào Define  Load Combinations, hiển thị hộp thoại sau

Tương tự khai báo cho các COMB2, ….COMB9, BAO

Bước 14: Kiểm tra lại sơ đồ hình học và tải trọng

Trước khi chạy mô hình để lấy kết quả nội lực, bạn đọc cần kiểm tra lại sơ đồ hình học và sơ đồ tải trọng

a Kiểm tra lại sơ đồ hình học: Bạn đọc cần kiểm tra lại:

- Tiết diện dầm, cột, sàn, vách cứng (nếu có)

- Các diaphragm và các liên kết nối đất

b Kiểm tra lại sơ đồ tải trọng: Bạn đọc cần kiểm tra lại tất cả các tải trọng nhập vào sơ đồ

hình học bằng cách:

- Menu Display  Show load  Joint/Point để hiển thị tải trọng tập trung tại nút hoặc tải trọng

tập trung trên thanh

- Menu Display  Show load  Frame/Line để hiển thị tải trọng phân bố trên thanh

- Menu Display  Show load  Shell/Area để hiển thị tải trọng tác dụng lên phần tử Area.

Bước 15: Kiểm tra mô hình

Sau khi lập mô hình xong, người thiết kế nên kiểm tra lại mô hình bằng cách chọn menu Analyze

 Check models Kích vào tất cả các mục như hình vẽ

Nếu mô hình không có lỗi, hộp thoại sau sẽ hiện lên

Ví dụ 1

TANG 3, F17 & F6 are too close Check at (-0.003, 9.845, 11.2): Tầng 3, sàn 17 (Floor 17) và sàn

6 (Floor 6) quá gần Phương pháp sửa như sau:

- Chuyển sang cửa sổ nhìn mặt bằng, dung chức năng chuyển mặt phẳng nhìn lên TANG 3

- Kích vào biểu tượng Set Building View Options , sau đó chỉnh Object View Options như hình bên (chọn Area Labels) Nhấn OK để thoát khỏi hộp thoại.

- Sau đó sử dụng chức năng phóng

to thu nhỏ, tìm đến cạnh giao giữa 2

sàn F17 và F6 Hoặc chuyển đến tọa

độ (-0.003, 9.845, 11.2) để tìm

Phóng to cạnh đó lên và quan sát lỗi

Sau khi phát hiện ra lỗi, người lập

mô hình tự chỉnh sửa

Ví dụ như lỗi sàn F17 và F6 có một

phần bị trùng lên nhau như hình bên

Ví dụ 2

TANG 3, B72 & B70 are too close Check at (0, 3.9, 11.2): Tầng 3, dầm 72 (Beam 72) và dầm 70

(beam 70) quá gần Phương pháp chỉnh sửa như sau:

- Chuyển sang cửa sổ nhìn mặt bằng, dung chức năng chuyển mặt phẳng nhìn lên TANG 3

- Kích vào biểu tượng Set Building View Options , sau đó chỉnh Object View Options như hình bên (chọn Line Labels) Nhấn OK để thoát khỏi hộp thoại.

- Sau đó sử dụng chức năng phóng

to thu nhỏ, tìm đến cạnh giao giữa 2

dầm B71 và B70 Hoặc chuyển đến

tọa độ (0, 3.9, 11.2) để tìm Phóng to

cạnh đó lên và quan sát lỗi Sau khi

phát hiện ra lỗi, người lập mô hình

tự chỉnh sửa

Ví dụ như hình bên thể hiện lỗi 2

dầm quá sát nhau

Ví dụ 3

Warning: Check meshing, At TANG 3

area F18 (40.29% Increment): Lỗi này

gặp phải khi có một đoạn sàn nhô ra khỏi

dầm như hình bên

Ví dụ 4

TANG 3, 148 & B54 are too close Check at (-0.001, 3.889, 11.2): Tầng 3, điểm 148 và dầm B54

quá gần nhau

- Đây là lỗi giữa điểm và dầm, nên ta có thể ẩn sàn đi cho dễ nhìn Sau đó cho hiển thị tên đường

Line và Point lên Để làm được việc đó, bạn đọc kích vào biểu tượng Set Building View Options , sau đó chỉnh Object View Options như hình bên (chọn Line Labels, Point Labels và bỏ chọn

Floor Area) Nhấn OK để thoát khỏi hộp thoại.

- Sau đó sử dụng chức năng

phóng to thu nhỏ, tìm đến cạnh giao

giữa 2 dầm B54 và điểm 148 Hoặc

chuyển đến tọa độ (-0.001, 3.889,

11.2) để tìm Phóng to cạnh đó lên

và quan sát lỗi Sau khi phát hiện ra

lỗi, người lập mô hình tự chỉnh sửa

Bước 16: Lưu và giải bài toán

- Vào File  Save as  Chọn đường dẫn, thư mục để lưu bài toán

- Vào Analyze  Run Analysis

Xem kết quả nội lực:

- Menu Show  Show Deformed Shape: xem sơ đồ kết cấu đã bị biến dạng của từng trường hợp

tải trọng hoặc của từng trường hợp tổ hợp tải trọng

- Menu Show  Show Mode Shape: xem tần số dao động và sơ đồ kết cấu đã bị biến dạng của

từng dạng dao động

- Menu Show Member Force  Stress Diagram  Support/ Spring Reactions: xem phản lực

tại các liên kết nối đất

- Menu Show Member Force  Stress Diagram  Frame/Pier/Spandrel Forces: xem nội lực

tại các phần tử Frame, Pier, Spandrel

- Menu Show Member Force  Stress Diagram  Shell Stresses/Forces: xem ứng suất và nội

lực của phần tử Area

Lưu ý

Bạn đọc cần phải kiểm tra lại kết quả nội lực bằng cách:

- Quan sát một cách trực quan nội lực của từng phần tử Tìm ra những chỗ vô lý nếu có

- So sánh phản lực chân cột mà ETABS tính ra với kết quả phản lực mà bạn đọc dồn tải tính toán sơ

bộ bằng tay Nếu 2 kết quả đó chênh lệch quá lớn, bạn đọc cần kiểm tra lại các bước trên

Sơ đồ chuyển vị do GIOX