Đất nước ngày càng phát triển thì yêu cầu đặt ra ngày càng cao và nhà cao tầng mọc lên ngày càng nhiều, đòi hỏi những sinh viên chúng ta phải mạnh dạn và đương đầu với những khó khăn trong việc hoàn thiện một tòa nhà cao tầng. Vì thế mà chúng em đã chọn đề tài này để thực hiện. Qua đề tài này chúng em muốn khẳng định rằng sinh viên của trường chúng ta có thể làm được tất cả những gì mà các bạn sinh viên trường khác có thể làm, để sau khi ra trường không phải e ngại khi gặp về váchlõi cứng trong nhà cao tầng.
MỤC LỤC Trang phụ bìa Lời cám ơn Mục lục Danh mục từ viết tắt Danh mục bảng hình CHƯƠNG 1 THỰC TRẠNG 5 1.1 TÌNH HÌNH CHUNG 5 1.2 THỰC TRẠNG CÁC PHẦN MỀM ĐÃ CÓ 5 1.2.1 Các phần mềm trong nước 5 1.2.1.1 Phần mềm Rdsuite – Phân tích và thiết kế kết cấu TCVN 5 1.21.2 Phần mềm stCAD – hỗ trợ thiết kế xây dựng và bóc tiên lượng 5 1.2.1.3 SBTW 2000 – tính toán thiết kế sàn bê tông cốt thép 6 1.2.2 Các phần mềm ngoài nước 7 1.2.2.1 Phần mềm SAP2000 – Structural Analysis Program 7 1.2.2.2 Phần mềm SAFE 7 1.2.2.3 Phần mềm ETABS 8 1.3 ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA CÁC PHẦN MỀM KỂ TRÊN 9 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10 2.1 ÁP DỤNG KỸ THUẬT VỀ TIN HỌC 10 2.1.1 Sơ lược về Ngôn ngữ lập trình Visual Basic.Net 2005 10 2.1.1.1 Khái Niệm Về .Net 10 2.1.1.2 Những ưu điểm của Visual Basic .NET 2005 11 2.1.2 Hệ quản trị cơ sở dữ liệu Microsoft Access 2003 12 2.1.2.1 Sơ lược về Microsof Access 2003 12 2.1.2.2 Ưu điểm của Microsof Access 2003 12 2.2 SƠ LƯỢC VỀ KẾT CẤU NHÀ NHIỀU TẦNG VÀ KHÁI NIỆM VỀ SÀN - VÁCH CỨNG TRONG NHÀ CAO TẦNG 13 2.2.1 Sàn là gì ? 13 2.2.1.1 Khái niệm về Sàn: 13 2.2.1.2 Phân loại Sàn: 13 2.2.1.3 Phương pháp thiết kế: 13 2.2.2 Khái niệm về vách cứng lõi cứng: 14 2.2.2.1 Định nghĩa 14 2.2.2.2 Ưu điểm của vách cứng hay lõi cứng: 14 2.2.2.3 Nhược điểm của vách cứng hay lõi cứng: 15 CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN BỐ TRÍ CỐT THÉP CHO SÀN - VÁCH CỨNG 16 3.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ THIẾT KẾ CỐT THÉP SÀN THEO PHƯƠNG PHÁP Ô BẢN ĐƠN 16 3.1.1 Dữ liệu đầu vào: 16 3.1.2 Cơ sở lý thuyết về thiết kế cốt thép Vách: 24 3.1.2.1 Phương pháp tính thép vách: 24 3.1.2.2 Giải bài toán Tính toán cốt thép cho Vách theo phương pháp vùng biên chịu momen 29 CHƯƠNG 4 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM 40 4.1 GIỚI THIỆU 40 4.1.1 Phần mềm ETABS 40 4.1.2 Phần mềm “Ứng dụng thiết kế sàn – vách bê tông cốt thép” 41 4.2 PHÂN TÍCH DỮ LIỆU: 41 4.2.1 Các bảng dữ liệu cần thiết cho phần mềm xuất ra từ phần mềm Etabs 41 4.2.2 Dữ liệu phục vụ cho tra bảng 48 4.2.3 Cấu trúc dữ liệu xuất ra từ phần mềm sau khi tính toán xong 50 4.3 GIAO DIỆN CHƯƠNG TRÌNH 51 4.3.1 Giao diện màn hình chính 51 4.3.2 Form dữ liệu từ phần mềm Etabs và các thông số 52 4.3.3 Form gán các thông tin cho sàn: 52 4.4.4 Form kết quả tính toán 53 4.4.5 Form Báo cáo – thuyết minh 54 4.4 BÀI TOÁN THỰC NGHIỆM 56 4.4.1 Tính toán về Ô sàn:chọn ô F640 Tầng 5 để tính 56 4.4.2. Thiết kế thép cho vách cứng: 59 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 63 I - KẾT LUẬN 63 II - KIẾN NGHỊ 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO -1- PHẦN MỞ ĐẦU LÝ DO LỰA CHỌN ĐỀ TÀI Đất nước ngày càng phát triển thì yêu cầu đặt ra ngày càng cao và nhà cao tầng mọc lên ngày càng nhiều, đòi hỏi những sinh viên chúng ta phải mạnh dạn và đương đầu với những khó khăn trong việc hoàn thiện một tòa nhà cao tầng. Vì thế mà chúng em đã chọn đề tài này để thực hiện. Qua đề tài này chúng em muốn khẳng định rằng sinh viên của trường chúng ta có thể làm được tất cả những gì mà các bạn sinh viên trường khác có th ể làm, để sau khi ra trường không phải e ngại khi gặp về vách-lõi cứng trong nhà cao tầng. Nhà cao tầng là sản phẩm của khoa học và công nghệ, từ thiết kế, xây dựng cho đến vận hành công trình, từ hệ thống móng, kết cấu, kỹ thuật chống động đất và gió bão, đến điện chiếu sáng, và phòng cháy chữa cháy an toàn, cấp nước, cấp khí đốt và điều hoà nhiệt độ. Các công trình cao tầng thường bao gồm các công trình khách s ạn, cao ốc văn phòng, nhà ở chung cư cao tầng và các công trình trung tâm thương mại nhiều chức năng…. Chính thực trạng này, để rút ngắn quá trình thiết kế cốt thép Sàn của các công trình dân dụng cũng như cốt thép của Vách cứng trong các nhà cao tầng, nhóm nghiên cứu đã chọn đề tài “ Xây dựng ứng dụng tính toán thiết kế sàn, vách bê tông cốt thép”. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Các công trình xây dựng vừa và nhỏ thì không cho thấy hết khả năng làm việ c của bê tông và cốt thép khi chúng chịu ảnh hưởng không đáng kể của gió và động đất. Nhưng các yếu tố này ảnh hưởng rất nhiều đối với nhà cao tầng khi độ cao của ngôi nhà lên cao thì gió càng mạnh làm cho công trình bị chuyển vị ngang lớn đồng thời nội lực sẽ lớn theo. Để thiết kế công trình phù hợp với vấn đề trên các kỹ sư đã đưa ra khái niệm vách - lõi cứng, kết hợ p với hệ khung với sàn tạo thành hệ làm việc ổn định. Trong đề tài, nhóm nghiên cứu chú trọng tập trung vào nghiên cứu cơ sở lý thuyết, ngôn ngữ lập trình Visual Basic.NET 2005 và dữ liệu xuất ra từ phần mềm -2- Etabs để xây dựng nên phần mềm: “Xây dựng ứng dụng tính toán thiết kế sàn, vách bê tông cốt thép”. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Trong phần nghiên cứu này, nhóm xây dựng phần mềm ứng dụng tính toán thiết kế sàn, vách bê tông cốt thép được làm tuần tự theo các bước sau : Bước 1 : Khảo sát các phần mềm hiện có tại Việt Nam và trên Thế giới về hỗ trợ thiết kế và tính toán bố trí thép cho sàn và vách cứng. Bước 2 : Tìm hiểu và thực hiện bằng tay quy trình tính toán để tính ra bố trí cốt thép cho sàn và vách cứng với tài liệu tham khảo từ khoa Kỹ thuật công trình. Bước 3 : Tìm hiểu phần mềm thiết kế mô hình xây dựng Etabs – ở đây sử dụng Etabs 9.7,1. Tìm hiểu dữ liệu xuất ra từ phần mềm này. Bước 4 : Từ công thức ở phần lý thuyết (bước 2) kết hợp với những dữ liệu xuất ra (bước 3) lập trình ứng dụng “Tính toán b ố trí cốt thép cho sàn – vách bê tông”. PHẠM VI NGHIÊN CỨU Với thời gian nghiên cứu của đề tài, nhóm nghiên cứu đã thực hiện tìm hiểu các nội dung sau : - Quá trình tính toán thực tế bố trí cốt thép cho sàn – vách bê tông cốt thép theo tài liệu khoa Kỹ thuật công trình. Từ đó đưa ra được qui trình tính toán với các công thức hợp lý nhất. - Tìm hiểu các phần mềm dành cho lĩnh vực xây dựng, tập trung nhất là phần mềm Etabs - Mô phỏng lại quá trình tính toán bằng ngôn ngữ lậ p trình Visual Basic 2005 .NET với dữ liệu đầu vào là dữ liệu xuất ra của chương trình Etabs lưu trên nền Microsoft Access. Chương trình có ứng dụng hỗ trợ tính toán – bố trí cốt thép cho sàn - vách bê tông cốt thép nên sau khi quá trình xử lý tính toán sẽ cho ra một bảng dữ liệu kết quả hợp lý nhất. Bảng dữ liệu này có thể lưu lại thành file dữ liệu lưu trữ phổ biến như Microsoft Access hoặc là Microsoft Excel. Với dữ liệu lưu tr ữ này, người dùng có thể phục vụ cho công việc tính toán, thiết kế về sau hoặc làm bản báo cáo. -3- TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI Các phần mềm hiện có ngoài nước hỗ trợ thiết kế và tính toán xây dựng thường sử dụng tiêu chuẩn của nước ngoài, vì vậy nếu áp dụng các tiêu chuẩn này vào các bản thiết kế cho các công trình ở Việt Nam là một điều không thể. Các phần mềm trong nước không có đầy đủ chức năng và không đủ lớn để hỗ trợ thiết kế những công trình lớn. Và t ừ đó, ý tưởng về sự kết hợp giữa mô hình thiết kế với đầy đủ thông số được vẽ từ một chương trình nước ngoài có uy tín như Etabs với các tiêu chuẩn xây dựng mới nhất của Việt Nam để cho ra những kết quả bố trí cốt thép cho sàn và vách cứng một cách chính xác đã ra đời. Đề tài này được tạo nên nhờ sự phối với khoa Kỹ thuật công trình – trường Đại học Lạc Hồng nên đề tài phù hợp với các quy định, quy trình tính toán đề ra. Ứng dụng này là một phần hỗ trợ tính toán bố trí cốt thép cho một sàn hoặc một tầng có nhiều sàn và bố trí cốt thép vách cứng từng tầng trong một tòa nhà theo Tiêu chuẩn Việt Nam với các thông số kỹ thuật, dữ liệu được lấy từ chương trình hỗ trợ thiết kế nhà cao tầng Etabs. SƠ LƯỢC CẤU TRÚC ĐỀ TÀI Chương 1: THỰC TRẠNG Nêu ra thực trạng các phần mềm hiện có. Đưa ra những ưu – khuyết điểm các phần mềm đã có. Từ đó đưa ra các chức năng chính và mục tiêu của phần mềm. Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Trình bày về ngôn ngữ lập trình Visual Basic .NET 2005, hệ quản trị cơ sở dữ liệu Microsoft Acces và cơ sở lý thuyết kết cấu nhà nhiều tầng và khái ni ệm, cách thức tính toàn bố trí thép sàn - vách cứng trong nhà cao tầng. Chương 3: TÍNH TOÁN BỐ TRÍ CỐT THÉP CHO SÀN - VÁCH CỨNG Cách thức tính toán với công thức của khoa Kỹ thuật công trình về sàn – vách. Chương 4: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM Giới thiệu về phần mềm Etabs, phần mềm tính toán với dữ liệu đầu vào, dữ liệu bảng tra, dữ liệu xuất ra sau khi tính toán. Đồng thời là quá trình tính toán thử nghiệm bằng tay so với phần mề m để đưa ra đánh giá. -4- KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Đưa ra những nhận xét đánh giá chung về phần mềm. Chỉ ra những điểm đã làm được, những điểm mạnh của phần mềm và đồng thời nhìn nhận những điểm yếu, thiếu sót tồn tại cần khắc phục. Từ những thiếu sót đưa ra những định hướng phát triển và mở rộng cho đề tài ngày càng hoàn thiện hơn. -5- CHƯƠNG 1 THỰC TRẠNG 1.1 TÌNH HÌNH CHUNG Hiện nay công nghệ thông tin đã có mặt tại tất cả các lĩnh vực của cuộc sống. Từ những điều nhỏ bé đến những thứ lớn lao đều có một phần ứng dụng công nghệ thông tin. Và những ứng dụng được tạo ra có thể giúp chúng ta giải quyết công việc nhanh hơn, ít tốn kém thời gian và tiền bạc hơn. Các phần mềm ứng dụng vào ngành xây dựng cũ ng vậy. Nếu biết áp dụng các chương trình tính toán, mô phỏng, hộ trợ thiết kế thì các công việc ít nhiều không còn đè nặng lên vai các kiến trúc sư, các nhà thiết kế. Từ đó có thể tạo ra nhiều bản vẽ, mẫu thiết kế đẹp và đầy sức sáng tạo hơn nữa. 1.2 THỰC TRẠNG CÁC PHẦN MỀM ĐÃ CÓ Hiện nay trên thị trường đã có nhiều phần mềm ở dạng hỗ trợ thiết kế và tính toán cho nhà cao tầng như Etabs hoặc Sap2000 của Công ty Computer and Structure Inc (CSI). Các phần mềm của Việt Nam thì có Rdsite của Công ty cổ phần công nghệ và tư vấn thiết kế xây dựng RD hay stCAD và SBTW2000 của Công ty cổ phần tin học và tư vấn xây dựng. Tùy vào từng phần mềm mà có ưu – nhược điểm khác nhau. 1.2.1 Các phần mềm trong nước 1.2.1.1 Phần mềm Rdsuite – Phân tích và thiết kế kết cấu TCVN Rdsuite là phần mềm thiết kế kết cấu theo Tiêu chuẩn Việt Nam và một số tiêu chuẩn nước ngoài như BS8110 [9], UBC1994, UBC1997, SNHIP được Bộ Xây Dựng cho phép sử dụng ở Việt nam, trên cơ sở lấy kết quả phân tích nội lực và phân tích động lực từ các phần mềm SAP2000, ETABS và STAADPRO, RDsas (hay còn gọi là Bổ sung tiêu chuẩn Việt nam TCVN vào các phần mềm nhập khẩu). Phần mềm được Cục bản quyền - Bộ Văn hóa thể thao du lịch c ấp giấy chứng bản quyền số 4290/2009/QTG và được Cục sở hữu trí tuệ Bộ Khoa học và công nghệ ra quyết định số 5252/QĐ-SHTT về việc cấp nhãn hiệu cho sản phẩm. 1.21.2 Phần mềm stCAD – hỗ trợ thiết kế xây dựng và bóc tiên lượng Trợ giúp kỹ sư thiết kế tạo ra các bản vẽ cấu kiện dầm, cột, móng, mặt bằng kết cấu, b ố trí thép sàn một cách nhanh chóng và chính xác với TCVN. -6- Mặt bằng kết cấu được xây dựng dễ dàng, nhanh chóng bởi hệ lệnh đơn giản, trực quan. Hơn thế nữa, stCAD còn có thể đọc trực tiếp kết quả thiết kế của các phần mềm như RDW, VinaSAS, SAP2000, ETABS… để xuất ra bản vẽ cũng như tự động bố trí cốt thép cho cấu kiện từ các kết quả phân tích thiết kế của các phần mềm trên. Bạn chỉ cần nhập dữ liệu cho các chương trình tính toán kết cấu như SAP2000, ETABS… rồi thông qua RDW để thiết kế thép theo tiêu chuẩn Việt Nam, việc xây dựng bản vẽ đã có stCAD làm cho bạn. Mặc dù vậy, stCAD vẫn còn sử dụng khá rườm ra khi phải chuyển dữ liệu từ phần mềm Etabs sang RDW rồi sang stCAD. Các phần mềm này cũng không hoàn toàn miễn phí đối với người sử dụng. 1.2.1.3 SBTW 2000 – tính toán thiết kế sàn bê tông cố t thép SBTW là phần mềm tự động hoá phân tích thiết kế kết cấu sàn phẳng bê tông cốt thép đưa ra kết quả cuối cùng là bản vẽ kỹ thuật thi công. Các cấu kiện có liên quan như dầm, cột không được xét trong phân tích kết cấu mà chỉ được thể hiện trong bản vẽ kỹ thuật. Nhập dữ liệu với giao diện đồ hoạ tương tác với người sử dụng. Thư vi ện sơ đồ kết cấu mẫu gồm các ô sàn được sắp xếp theo hàng, cột. Đầy đủ các dạng tiết diện hình học của các cấu kiện dầm, cột như như tiết diện chữ nhật, chữ T, tiết diện tròn (với cột). Xác định vật liệu bê tông theo mác bê tông. Tải trọng tác dụng lên sàn gồm trọng lượng bản thân kết cấu và tải trọng phân bố đề u trên sàn. Đầy đủ thông số thiết kế cấu kiện sàn theo Tiêu chuẩn Việt Nam. Lựa chọn cao độ sàn theo từng ô sàn, cao độ dầm theo từng cấu kiện dầm. Xác lập kiểu bố trí cốt thép kéo suốt qua các ô sàn kích thước nhỏ; tự động lọc các cốt thép có cùng đường kính và có chiều dài chênh lệch không đáng kể Phân tích thiết kế Phân tích tính toán nội lực dựa trên phương pháp đàn hồi. Tổ hợp tải trọng và tính toán cố t thép trong sàn theo Tiêu chuẩn Việt Nam. Thể hiện kết quả ra môi trường đồ hoạ thể hiện các kết quả tính như sơ đồ kết cấu, tải trọng, giá trị nội lực mô men đơn vị, sơ đồ diện tích cốt thép tính toán. Xem chi tiết các kết quả tính cho từng ô sàn trong giao diện -7- đồ hoạ. Đầy đủ các báo cáo về nội lực đơn vị tại vị trí giữa và vị trí mép của các ô sàn, các kết quả thiết kế cấu kiện bê tông cốt thép cho sàn. Tự động bố trí cốt thép trong các ô sàn bê tông cốt thép, tạo bản vẽ sàn gồm mặt bằng sàn, các mặt cắt tại các vị trí bất kỳ và thống kê vật liệu. Bản vẽ thể hiện đầy đủ, đảm bảo các yêu cầu về cấu tạo, có thể xuất sang AutoCAD. Tuy nhiên, phần mềm này khó cài đặt cũng như giao diện rối rắm. Các tiêu chuẩn sử dụng trong phần mềm đã cũ (sử dụng Tiêu chuẩn thiết kế cấu kiện bê tông cốt thép thep TCVN 5574-1991, hiện nay là Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế TCXDVN 256:2005). Phần mềm này cũng không có khả năng giao tiếp với các phần mềm phổ biến hi ện nay như SAP2000, Etabs hay Safe. 1.2.2 Các phần mềm ngoài nước 1.2.2.1 Phần mềm SAP2000 – Structural Analysis Program Được bắt đầu từ các kết quả nghiên cứu phương pháp số và phương pháp phần tử hữu hạn trong tính toán cơ học mà người đặt nền móng là Giáo sư Edwrad L.Wilson. Phần mềm này được tiếp tục phát triển bởi công ty Computer and Structure Inc. Hiện tại phiên bản mới nhất là Sap2000 phiên bản 14. Sap2000 làm việc hoàn toàn trong môi trường giao diện đồ họa. Toàn bộ quá trình xây dựng mô hình kết cấu, thực hiện tính toán và biểu diễn kết quả đều có giao diện đồ họa trực quan. Thư viện mẫu (template) cung cấp một số dạng kết cấu thông dụng nhất, từ đây ta có thể dễ dàng sửa đổi để có được kết cấu như muốn. Tuy nhiên, Sap2000 không hỗ trợ tiêu chuẩn tải trọng, tiêu chuẩn thiết kế của Việt Nam. Phần m ềm này là một phần mềm cực kỳ chuyên nghiệp nên rất khó tiếp do vấn đề bản quyền phần mềm có tính phí. 1.2.2.2 Phần mềm SAFE SAFE là phần mềm kết cấu chuyên dụng tính toán cho các loại bản sàn bê-tông cốt thép theo phương pháp phần tử hữu hạn như sàn giao thoa, sàn không dầm, sàn nấm, sàn bê tông ứng lực ngoài ra SAFE còn có thể tính nội lực và tính thép cho đài móng đơn hoặc móng tổ hợp, móng bè. SAFE nằm trong bộ phần mềm SAP, ETABS, SAFE của hãng CSI (Mỹ). . NGHIÊN CỨU Với thời gian nghiên cứu của đề tài, nhóm nghiên cứu đã thực hiện tìm hiểu các nội dung sau : - Quá trình tính toán thực tế bố trí cốt thép cho sàn – vách bê tông cốt thép theo tài