Tính toán kỹ thuật xây dựng trên excel nguyễn viết trung chủ biên, hoàng hà, lê quang hanh

VIẾT TRUNG (Chủ biên) > LÊ QUANG HANH ỉ ỉỉ ỉỉỉ í»! ĩ V i| :ỗ*ỉỉ SỊÍIỈ ĨÍĨÍ5 i ỉĩổ ĩ» ịn aĩỉịĩỉ ỉ*jịiĩ ỉỉỉịịĩ ỉi iii * p iiii ĩĩỉịĩĩĩ ¡1 M*ỉ «;ìịịí *■•**»1 ^ H ỉ s: ' ■iìỉĩli I2 ■*.!!■* Si ị■■¡¡¡11 S n M Ì iii §■¡¡¡11 IM VIỆN M TRANG THƯ VIỆN ĐH NHA TRANG 000021516 PGS TS NGUYỄN VIẾT TR U N G (Chủ biên) TS HO ÀN G HÀ - KS LÊ Q UANG HANH TÍNH TOÁN KỸ THUẬT XÂY DỤNG TRÊN EXCEL (Tài bàn) s NHÀ XUẤT BẢN XÂY DựNG HÀ NÔI -2010 LỜI NÓI ĐẦU Trong nhiều năm giảng dạy môn "Tin học íừig dụng" cho sinh viên học viên Cao học Đại học Giao thông Vận tải, tác giả cảm thấy bị sức ép ngày có nhiều kiến thức "Tin học ứng dụng" phải chuyển tải đến kỹ sư sinh viên dể họ kịp bắt nhịp dược với đòi hỏi thực tế sản xuất thị trường Vậy mà thời gian để dạy học có hạn nhiều môn học khác Có lẽ ngành Tin học vài ngành mà kiến thức đổi nhanh sau mộ! năm Một câu hỏi thường nêu là: Liệu có hợp lý hay khônọ vêu cầu người sinh viên hay kỹ sư phải học để biết cách sử dụng chương trình thông thường tính toán kết câìt, cấu máy, chi tiết máy, lập dự toán, lập tiến độ thi công, quản lý dự án, vẽ kỹ thuật, v,v người khác viết ra, lại phủi học hay vài ngôn ngữ lập trình PASCAL, c + + , BASIC đ ể tự viết ứng dụng nhỏ riêng cho công tác hàng ngày Trong phần mềm thảo chương TURBO PASCAL, DELPHI, VISUAL BASIC, VISUAL v.v thay đổi phát triển đến chóng mặt c, c, N gày kỹ sư cán phải biết dùng mức độ phần mềm MICROSOFT OFFICE công tác hàng ngày đ ể viết báo cáo, quản lý liệu, soạn thảo văn bản, thư từ, gửi fax, tính toán chi tiêu, v.v Trong OFFICE, phấn mềm EXCEL giữ ví trí quan trọng dược sử dụng cho tính toán kỹ thuật khoa học mà chủ yếu dùng cho công tác tài vụ, kinh tế, quán trị Khi làm việc với Chuyên gia Tư vấn Ngân hàng giới (WB) Ngân hàng phát triển cháu Á (ADB), tác giả dược họ khuyên nên tự sử dụng hướng dẩn cho sinh viên dùng EXCEL để giải phần lớn toán thông thường thiết kể kết cấu cầu - dường giải toán khoa học kỹ thuật cho nhiều ngành khác Trên thực tế để phục vụ lập Dự án cầu đường sắt tuyến Hà Nội - Hồ chí Minh, Dự án 38 cầu Quốc lộ 1, nhiều Dự án cầu - đường khác, kỹ sư Việt Nam nước tính toán nhiều vấn đề EXCEL Cuốn "Tính toán kỹ thuật xây dựng Excel" viết với suy nghĩ trên, nhầm phục vụ sinh viên kỹ sư giải toán khoa học kỹ thuật thường gặp EXCEL đ ể da số tình thuổng thay cho việc họ phải tốn công sức thời gian học cho nắm vững viết đươc chương trình ngôn ngữ lập trình PASCAL hay Mặt khác kết tính toán EXCEL trình bày dẹp mắt dễ dàng trinh duyệt lên cấp Tất nhiên nắm vững ngôn ngữ PASCAL hạn c c đọc s ẽ có khả làm việc tốt Sách biên soạn lần nên không tránh khỏi thiếu sót Tác giả xin chân thành cám ơn sẵn sàng tiếp thu ý kiến phê hình hạn dọc để hoàn thiện thêm sách Nhiều chương trình mẩu sách đẫ cố sẵn đĩa Bạn đọc cần chúng liên hệ với Nhà xuất Xây dựng tác giả đ ể đĩa cho nhanh Các tác giả Chương CÁC PHÉP TO ÁN KHOA HỌC KỸ TH U Ậ T T H Ự C H IÊ N T R Ê N E X C E L Ngày Excel trở nên quen thuộc để giải loán kinh doanh, tài chính, kế toán thường nảy sinh quan doanh nghiệp, bạn đọc kỹ sư hay nhà khoa học đặt câu hỏi nghi ngờ như: - Độ xác phép toán Excel có 1hoả mãn vêu cầu tính toán khoa học hay không? - Các hàm có sẵn Excel có đủ phù hợp vói yêu cầu việc tính toán phục vụ cho khoa học hay không? - Có thể xây dựng thuật toán hữu ích, thiết thực Excel hay không? Có thổ khẳng định trả lời Excel du công cụ tính toán độ xác tính toán để ctáp ứng tính toán khoa học kỹ thuật thông dụng ngành kỹ thuật Ngoài ra, số lượng hàm có sẩn Excel nhiểu hon số ngôn ngữ lập trình thông dụng khác Pascal chẳng hạn 1.1 ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA CÁC PHÉP TOÁN TRÊN EXCE1 Độ xác phép toán Excel độ lớn trị số xử lý Excel hoàn toàn thoả mãn tính toán ky thuật Chúng ta nhớ trước máy tính điện tử dời thước tính cầm tay công cụ kỹ sư giới độ xác thước tính lấy đến sổ lẻ sau dấu thập phân tất nhiên so sánh với máy vi tính dược Tuy nhiên, nhiều thuật toán phương pháp số nhạy cảm với độ xác làm toán số học công cụ tính toán, đặc biệt tính toán theo sơ đồ sai phân giải số phương trình vi phân Các phép tính thiên văn khí tượng thường đòi hỏi độ xác cao 1,1.1 Độ xác sô học Excel cung cấp độ xác số công cụ tính toán thông dụng số Các máy tính tay dùng mini điển hình máy VAX số học đáp úng vượt so với khả khoa học kỹ thuật Excel lưu trữ trị số với 15 chữ khoa hoc thường thể 10 chữ số Máy tính lưu giữ chữ số vó’i độ xác đơn, dấu phẩy động lưu giữ 15 chữ số với độ xác kép Siêu máy tính điển hình Cray-I chi chứa 15 chữ số với độ xác đơn, dấu phẩy động Excel lưu giữ 15 chữ số nhớ làm tròn số thể lèn hình trị sô' tuỳ theo định dạng ô người sử dụng quy định bảng tính Nếu muốn lưu giữ số nhớ số ô bảng tính chon lệnh Calculation từ thực đơn Option chọn hộp kiểm tra với mục Precision as Displayed hộp hội thoại Calculation Options Nhiều nên giảm bới độ xác phép tính tốc độ tính toán tăng lên nhiều Điều nên làm bạn tính tiền mà xét đến đơn vị đồng không muốn V đến đơn VỊ hào hay xu Xin nhắc lại cách định dạng chữ số ô Hãy dùng chuột để chọn theo trình tự sau: Format —> Cells => Number (Category) => Code: nhập vào hộp Code chữ số tổng số chữ số mà bạn muốn ô, nói: thể nhiều 15 chữ số Nếu cố nhập nhiều hon từ chữ số thứ 16 trở đi, excel làm tròn số coi số Ví dụ nhập số máy hiểu 12345678901234567890 123456789012346000000./ Điều làm giảm độ xác phép toán với sô có nhiều chữ số Với cách làm tròn mà trình tính toán máy thực vô sô phép tính lặp dự báo kết cuối sai nhiều 1.1.2 Giới hạn trị sô Excel - Excel xử lý trị số khoảng từ 2,226 X 10'"IRđến Ị 798 X ÌO'108 - Một máy tính bấm tay thường chứa số cỡ 10±99 - Máy tính mini VAX chứa số cỡ 101™với độ xác đơn cỡ 10'3"* với độ xác kép - Siêu máy tính Cray-1 chứa số cỡ 10±25(X) Bạn đọc tự rút nhận xét so sánh số nói Mặc dù Excel lưu giữ số lốn 1798 X 10±,01 doi đến o dó Bảng each nàv ban theo dõi dién bién kéi qua kl I ván thing cõng thức dớ chơ tính loan với giá tri khác cua v.ac le so 1.2.3.3 Tham chiêu hồn hop Mộl tham chiêu hổn hợp sẻ vừa tham chiêu lương dối den len COI hoat Im dong va vừa tham chiếu tuyệt dòi dến cột hay lẽn dòng lai Ví dụ tham chiếu SG3 cỏ dinh xét cột G sỏ hiéu dong liu co Ilic Ihav dõi lúc chép cóng thức Trong kiếu tham chiêu RICT thi R2C|4| la thum chiêu luyệl dôi den dòng tham chiếu lương dối '*•; cót nãm each dang \CI o vè phía bên phái 1.2.4 Đât tên cho vùng »>, cho o riẽng lé Có thè đặt cho vùng ỏ hoác cho I ỏ riêng lé rỏi dùng lẽn dó thav dll VICC tham chiêu ỏ cõng thức hay lệnh Hãv dùng lênh Define hume hav Itnh Creuic Names thực dơn Formula de lạo thay dổi xoá hoác hot k' ihami chiếu dã dật tên Khi Excel tính toán công thức mà có chứa le no sè thay thê mối tên bâng dinh nghĩa lương ứng cua lẽn dó lính loan kèi qua Gác vung đặl lên tham chiêu tuyệt đôi chúng không thav đối kill ban chép ố vùng Sứ dụng lẽn biện pháp hiéu qua bạn phai tham chiêu ó hav ung o dó nhiéu lấn Điéu quan trọng tên làm cho còng thức trở nên dé liiéu vi ban nhìn vào công thức ghi ổ mà suy bán chất kv thuài cua «'•ớr.g V| UIU ô r chứa tri sổ lưirng riêng cùa vật liêu han dã lãi Gamna Irontg 10 M a tr ậ n đ ộ c ứ n g th a n h d ự a v o v ị t r í t r o n g m a tr ậ n c h u n g : Lập ma trận độ cứng dựa vào vị trí ma trận chung: - Thanh 1: r=i44(K'l) =i54(K'l) =i64(K'l) =i45(K'l) =i55(K'l) =Í65(K' 1) —Ĩ46(K' 1) =Í56(K'1) =Í66(K'1) 10 10 = '22,5 33,75 9000 33,75 67,5 10 10 - Thanh 2; =ill(K'2) =Ĩ21(K'2) =Ì31(K’2) =Ĩ41(K'2) =Ĩ51(K'2) =Ì61(K'2) =Í12(K'2) =Í13(K'2) =Ì22(K'2) =Í23(K'2) =Í32(K'2) =Í33(K'2) =Ĩ42(K'2) =Í43(K'2) =Í52(K'2) =Ĩ53(K'2) =Í62(K'2) =Í63(K'2) =Ì14(K’2) =Ĩ24(K'2) =Í34(K'2) =Ì44(K'2) =Ĩ54(K'2) =Í64(K'2) =Ì15(K'2) =Ĩ25(K'2) =Ì35(K'2) =Ĩ45(K'2) =Ì55(K'2) =Ĩ65(K’2) =Ì16(K’2) =Ì26(K'2) =Ì36(K'2) =Ĩ46(K'2) =Í56(K'2) =Í66(K'2) 10 10 235 = 10 9000 0 22,5 -22,5 0 -9000 0 33,75 67,5 -33,75 -9000 33,75 -22,5 33,75 33,75 33.75 -33,75 33,75 9000 0 22.5 -33,75 -33,75 67,5 =ill(K'3) =Ì12(K'3) =Ĩ13(K'3) =Í14(K'3) =Ĩ15(K'3) =:Í16(K'3) :Ĩ21(K'3) =Í22(K'3) =Í23(K'3) =Ì24(K'3) =Ĩ25(K'3) ==Ì26(K'3) =Ĩ31(K'3) =Ĩ32(K'3) =Ì41(K'3) =Í42(K'3) =Ĩ51(K'3) =Í52(K'3) =Ĩ33(K'3) =Í34(K'3) =Ĩ35(K'3) =:Í36(K'3) =Ĩ43(K'3) =Í44(K'3) =Í45(K'3) =:Í46(K’3) 10 - Thanh 3: 10 9 10 =Ĩ61(K’3) =Ĩ62(K'3) =Ì53(K'3) =Í54(K'3) =Í55(K'3) ==Ì56(K'3) =Ĩ63(K'3) =Í64(K'3) =Í65(K'3) ==i66(K'3) - = 236 10 10 45 67,5 -9000 0 -45 67,5 67,5 -45 67,5 135 -67,5 67,5 -67,5 9000 0 45 -67,5 9000 0 -9000 0 67,5 -67,5 135 - Thanh 4: 10 =il 1(K’4) =Ì21(K'4) =Ỉ31(K'4) =Ĩ12(K'4) =Ĩ22(K'4) =Ĩ32(K'4) =Ĩ13(K'4) =Í23(K'4) =Ĩ33(K'4) 10 Ị r~ 10 45 67,5 9000 67,5 135 Á = 10 M a trậ n độ c ứ n g tổ n g th ể Ma trận độ cứng tổng thể lập theo công thức sau: K = { Matrận(Thanhl) + Matrận(Thanh2) + Matrận(Thanh3) + Matrận(Thanh4) } 1 10 33,75 -9000 0 0 0 33,75 -22,5 33,75 0 0 33,75 33,75 -33,75 33,75 0 0 -9000 0 -22,5 -33,75 É ■ HHH ii i 1m u -33,75 67,5 -9000 0 -45 67,5 33,75 33,75 -33,75 0 0 67,5 0 -9000 0 0 -45 10 0 0 67,5 ; 237 Nghịch đảo ma trận tổng thể K theo công thức sau: K-' = { MINVERSE (MatrậnK) } 0,02774 0,00002 0,00002 0,00011 0,00597 0,00001 0,02767 0,00002 0,00597 0,00001 0,01187 0,00594 0,02767 0,01373 0,00984 0,00002 0,00005 0,00594 0,00984 0,00002 0,01190 0,00002 0,02772 0,01381 0,00986 0,00002 0,00986 0,04942 0,03953 0,00195 0,00002 0,00594 0,00198 0,04547 0,01976 0,02761 0,00002 0,00002 10 0,00591 0,00000 0,00001 0,02765 0,01389 0,00989 0,00002 0,00195 0,00002 0,00002 0,01373 0,00005 0,01190 0,01381 0,11079 0,04942 0,00198 0,04547 0,01976 0,02767 0,00200 0,00495 III Tính nội lực N g h iệ m c ủ a h ệ Tính toán nghiệm hệ theo công thức sau: i = MMULT (Matrận K'1, nl:nl0) ì 1' 10J 238 = '-0,229' -0,002 -0,246 -0,230 -1,776 -0,875 0,672 -0,231 -0,002 0,320 0,02761 Ký hiệu = el = e2 = e3 = e4 = e5 = e6 = e7 = e8 = e9 =eio 0,02765 0,00001 0,00989 0,00002 0,02770 0,00002 0,00990 0,00001 0,00001 0,00002 0,00988 0,01389 0,00006 0,00200 10 0,00002 0,00985 0,00002 0,00000 00594 0,00591 0,00006 0,00002 0,00002 0,00985 0,00001 0,00001 0,00988 0,01979 0,00988 0,01979 0,00988 0,00002 0,00495 0,00002 0,00990 0,00011 0,00001 0,00001 0,00989 C huyển vị hệ toạ độ chung: Thanh = el = e2 = e3 = e4 = el = e2 = e3 = e5 = e6 Thanh 0,000 0,000 0,000 -0,229 -0,002 -0,246 Thanh Thanh = e4 = e5 = e7 = e8 = e9 o [...]... mó húa trong trang tớnh Macro, Excel cú th gi cỏc chng trỡnh con ó lu tr trong th vin liờn kt ng (DLLs) Nú cng cú th tip gi i hoc nhn cỏc giỏ tr ca cỏc chng trỡnh khỏc bng cỏch dựng trao i d liu ng (DDE), hoc dựng Visual Basic for Application v nhỳng kt i tng (OLE) Khi dựng cỏc cụng c ny, bn cú th to ra hm ngi dựng trong chng trỡnh khỏc v ri gi chỳng t bờn trong Excel dựng hm ngoi, hóy khai bỏo nú... bit Nhng bn gừ kiu ch no thỡ Excel cng hiu c Cn nh rng mt s hm dng cỏc tp Macro b sung (add-in macro files), chỳng cn c gn vo Excel t trc lỳc bn mun dựng Cỏch lm nh sau: bn dựng lnh Add-Ins ca thc n Option gi Add-In Manager Nhp chut vo nỳm Add trong Add-In Manager tỡm v gn mt tp dng Add-Ins Sau khi bn ó gn kt cỏc tp Macro b sung ú thỡ Excel s thc hin mi cụng thc ca bn cú dựng n nhng hm ny 1.4.2 Hm... thỏng, c s d liu, ti chớnh, thụng tin v tra cu Hn na bn cũn cú th dựng vụ s hm macro lp ra cỏc chng trỡnh trong Excel Nu cỏc hm ni vn cha dựng cho bn thỡ bn cú th t to thờm hm mi ca mỡnh (hm ngoi) bng ngụn ng c hay Pascal, Fortran, Visual Basic, v.v ri gi chỳng t bờn trong Excel khi cn dựng Trong sỏch ny s núi nhiu v cỏc hm bng tớnh m thng c dựng trong cỏc tớnh toỏn khoa hc k thut tra, cu y v tt c cỏc... khỏc nhau ca mi i lng s liu nhp nhng cựng dựng chung mt s cụng thc no ú thỡ vic lp bng tớnh trờn Excel l rừ rng v khoa hc nht Chỳng ta nờn dựng Excel gii cỏc bi toỏn khoa hc k thut ca mỡnh, ch khi no khụng th tớnh trờn Excel c na thỡ mi nờn ngln n cỏc cụng c lp trỡnh khỏc nh Pascal, c hay Visual Basic Sau õy s trỡnh by v cỏc bc trong quỏ trỡnh thit k mt bng tớnh Excel 2.1.1 Chun b ni dung k thut - khoa... b tp hp s thỡ dựng hm VARP (danh sỏch s), ú l bỡnh phng ca lch chun ca tp hp s Bng 1.7 Cỏc hm thng kờ ca Excel Hm sụ' Kt qu tớnh toỏn Cỏc hm thng kờ c bn S trung bỡnh cụng ca danh sỏch sụ' AVERAGE( ) COUNT() S lng giỏ tr s trong danh sỏch sụ' COUNTA() Sụ' lng cỏc ụ khụng trng trong danh sỏch DEVSQ ( ) GEOMEAN ( ) Tng bỡnh phng cỏc phng sai Trung bỡnh hỡnh hc ca danh sỏch s HARMEAN() Trung bỡnh iu... cho biu Histogram Trung bỡnh bin i Trung bỡnh bin i ca mu B phỏt s ngu nhiờn Phỏt ra cỏc s ngu nhiờn theo phõn phi ó chn Cp v tớnh phn trm Bng xp hng ca b d liu Hi quy Hi quy tuyn tớnh bi Ly mu Mu ca b d liu - Th nghim T vi hai mu th cho trung bỡnh - Th nghim T-Student vi hai mu th cho trung bỡnh - Th nghim T vi hai mu th, gi thit bin sai bng nhau - Th nghim z vi hai mu th cho trung bỡnh 34 1.4.14... trang tớnh Excel Mi dũng trong c s d liu c gi l mt bn ghi {record) Mi ct trong c s d liu c gi l mt trng (field) Trong bng 1.8 lit kờ cỏc hm d liu ca Excel, chỳng u cú 3 tham s ging nhau bao gm: tờn trng hoc s hiu ct ca trng chu tỏc ng ca hm ú, v tiờu chun ra Ch nhng bn ghi no ỏp ỳng c tiờu chun ra ny thỡ mi c hm ang gi x lý tip cn n c s d liu trờn trang tớnh, Excel tip cn mt c s d liu ngoi khi dựng lnh... t hng nm PV( ) RATE() T sut li nhun thu v hng nm Ngoi ra Excel cũn cú cỏc hm u t, cỏc hm thng mi Bn c l k s ớt dựng n chỳng 1.4.11 Cỏc hm thụng tin Chỳng ta cú th dựng cỏc hm thụng tin kt hp vi cỏc hm lụgic thc hin ni dung ca mt ụ trong trang bng tớnh, kim tra kiu cựa ũ ú, tỡm v trớ ca nú hoỏc tham chiu Bng 1.10 lit kờ cỏc hm thụng tin ca Excel 31 Hm TYPE (giỏ tr) tr v kiu ca giỏ tr: bng 1 nu l... dựng so sỏnh hai giỏ tr bng s hay hai chui ký t Kt qu ca toỏn t l giỏ tr TRUE hay FALSE Khi bn dựng cỏc kt qu lụgic trong cỏc cụng thc toỏn hc thỡ TRUE tng ng l 1 v FALSE tng ng l 0 Khi Excel so sỏnh 2 chui ký t bng toỏn t logic thỡ nú s khụng phõn bit ch hoa hay ch thng Tuy nhiờn bn cú th dựng hm s EXACT ca Excel so sỏnh cỏc chui cú xột n ch hoa hay ch thng 1.3.3 Trỡnh t u tiờn thc hin cỏc toỏn t Trỡnh... Boolean to ra mt kt qu lụgic Cỏc toan t Boolean thng c dựng nh cỏc toỏn t 2 chiu Tuy nhiờn Excel coi chỳng nh l cỏc hm s Mt s toỏn t Boolean khỏc ớt c dựng l toỏn t XOR (A, B), mang ngha l khụng l A hoc khng l B, toỏn t EV mang ngha l tng ng lụgic, toỏn t IMP 21 mangmgha bao hm logic Tuy nhiờn chỳng ta cú th kt hp t 3 hm lụgic c bn thay cho vic phi dựng 3 hm b sung núi trờn Vớ d nh: - i vi toỏn t XOR