Bài Tập hướng dẫn thực hành ETABS

BÀI 1: CƠ HỌC KẾT CẤUVẽ biểu đồ momen các hệ tĩnh định sau không xét đến trọng lượng bản thân kết cấu : Gán gối di động nằm ngang:  Vào Assign\Restraint chỉ chọn Translation X Chiều

ETABS

BÀI TẬP THỰC HÀNH

LE TUAN TU lttu82@yahoo.com.vn

BÀI 1: CƠ HỌC KẾT CẤU

Vẽ biểu đồ momen các hệ tĩnh định sau (không xét đến trọng lượng bản thân kết cấu) :

Gán gối di động nằm ngang:

 Vào Assign\Restraint chỉ chọn Translation X

Chiều momen xác định theo quy tắc vặn nút chai

Biểu đồ M (kNm)

BÀI 2: DẦM SIÊU TĨNH

Vẽ các biểu đồ nội lực của kết cấu:

a Không xét trọng lượng bản thân

3 Định nghĩa vật liệu Define > Material properties…

4 Định nghĩa tiết diện dầm Define > Frame Sections…

Chọn ô này để định nghĩa tiết diện

Click vào đây để hiệu chỉnh thông

số vật liệu

5 Vẽ dầm và gán liên kết (Assign > Joint/Point > Restraints…)

6 Định nghĩa trường hợp tải trọng Define  Static Load cases…

Hệ số nhân trọng lượng bản thân

Chuyển vị thẳng theo X,Y,Z

Chuyển vị xoay quanh X,Y,Z Nhập kích thước

mặt cắt

7 Gán tải trọng

- Tải trọng tại nút Assign  Joint Loads  Forces… hay

- Tải trọng tập trung trên dầm Assign  Frame/Line Loads  Point… hay

- Tải trọng phân bố trên dầm Assign  Frame/Line Loads  Distributed… hay

8 Khai báo bậc tự do cho bài toán Analyze > Set Analysis Options…

Tải phân bố đều

Tải phân bố không đều

9 Phân tích bài toán Analyze  Run Analysis (hoặc F5)

Kết quả TH1

Kết quả TH2

Kết quả dưới dạng Text: Display  Show Tables…

BÀI 3: DẦM LIÊN TỤC NHIỀU NHỊP

Bê tông B15 có modul đàn hồi E = 23000 Mpa, hệ số Poisson υ = 0.2, trọng lượng riêng 2.5T/m3

Hoạt tải 1 (HT1) {ý nghĩa: Tìm M+ lớn nhất của nhịp 1,3}

Hoạt tải 2 (HT2) {Tìm M+ lớn nhất của nhịp 2,4}

TĨNH TẢI (đã kể đến TLBT dầm)

HOẠT TẢI CHẤT ĐẦY (Không cần thiết cho bài toán dầm)

0,2X0,45 0,2X0,45

4.0

2.0

Hoạt tải 3 (HT3) {Tìm M- lớn nhất của gối 1,4}

Hoạt tải 4 (HT4) {Tìm M- lớn nhất của gối 2,5}

Hoạt tải 5 (HT5) {Tìm M- lớn nhất của gối 3}

Các tổ hợp tải trọng:

TOHOP1: TT + HT1 TOHOP4: TT + HT4

TOHOP2: TT + HT2 TOHOP5: TT + HT5

TOHOP3: TT + HT3 TOHOPBAO: max,min{TOHOP1,2,3,4,5}

Biểu đồ momen của các trường hợp tải và các tổ hợp:

1 Tĩnh tải

2 HT1

BIỂU ĐỒ BAO MOMEN (Tm)

CHÚ Ý: DÙNG CÁC GIÁ TRỊ CỦA BĐ BAO ĐỂ TÍNH THÉP CHO DẦM

2.0

2.0

Thực hiện theo các bước sau

1 Chọn tiêu chuẩn thiết kế

 Options > Preferences…/Concrete Frame Design…

Chọn tiêu chuẩn này

Xem bảng quy đổi cường độ vật liệu

từ TCVN 356-2005 sang CSA-A23.3-94

2 Nhập các thông số về cường độ của bê tong và thép và lớp bảo vệ

 Define > Materials

3 Nhập các thông số lớp bảo vệ của dầm

 Define > Frame Sections

4 Chọn tổ hợp thiết kế thép

 Design > Concrete Frame Design > Select Design Combos…

Nhập lớp bảo vệ phía trên, dưới cho dầm

5 Thiết kế thép

 Design/Concrete Frame Design > Start Design/Check of Structure

Diện tích thép A S (cm 2 ) Chú ý: khi kết quả hiển thị O/S (Over Stress) cĩ nghĩa là dầm khơng đủ khả năng chịu lực,

cần tăng kích thước tiết diện

So sánh với TCVN:

Cấp độ bền chịu nén Betong : B15 Rb= 8.5 MPa Mác thép : AII Rs= 280 MPa

Tên dầm

Lnhịp (m)

Mặt cắt

M (kNm)

b(mm)

h(mm)

a(mm)

TÍNH THÉP

BÀI 4: KHUNG ĐƠN GIẢN

Tính toán nội lực cho khung chịu tải trọng như hình vẽ Lực phân bố q là tĩnh tải, P1 là hoạt tải, P2 là tải trọng gió Vật liệu bê tông B20 có E= 2,7.107 kN/m2,  = 25 kN/m3,  = 0,2

- Hoạt tải sử dung: HT

- Hoạt tải gió

1.5 3.3 3.3 3.3

0.6

0.92

0.6 1.14

1.71

1.71

0.57 0.59

5.46

2.84

SƠ ĐỒ KẾT CẤU KHUNG

*(HT3+HT4: Hoạt tải chất đầy)

HOẠT TẢI 4 (HT4)HOẠT TẢI 3 (HT3)

HOẠT TẢI 2 (HT2)

0.36 0.39

0.42

0.39 0.42

0.36 0.27

KẾT QUẢ (trường hợp biểu đồ Bao)

<M>

(T.m)

<N>

(T)

So sánh kết quả trên với trường hợp chỉ có HT chất đầy:

Thiết kế thép cho dầm (các bước thực hiện giống như đã trình bày trong bài tốn dầm liên tục)

 Design>Concrete Frame Sections/Start Design/Check of Structure

So sánh với TCVN:

Cấp độ bền Betong : B20 Rb= 11.5 MPa

Tên dầm

Lnhịp (m)

Mặt cắt

M (kNm)

b (mm)

h (mm)

a (mm)

TÍNH THÉP

KHUNG PHẲNG 2

Vật liệu: bê tông B20 có ω = 2.5 T/m3 , E = 2.7x103 MPa, υ = 0.2

Bảng tính tải trọng gió:

Tầng c.cao

cao trình k

Bước cột

Tải gió vào cột (T/m)

TOHOP9: TT + GT TOHOP19: TT + 0.9 HTL2N_2+ 0.9GT

TOHOP10: TT + GP TOHOP20: TT + 0.9 HTL2N_2+ 0.9GP

TOHOP21: TT + 0.9 HTL2N_3+ 0.9GT TOHOP22: TT + 0.9 HTL2N_3+ 0.9GP TOHOP23: TT + 0.9 HTCT_LE+ 0.9GT TOHOP24: TT + 0.9 HTCT_LE + 0.9GP

TOHOP25: TT + 0.9 HTCT_CHAN + 0.9GT TOHOP26: TT + 0.9 HTCT_CHAN + 0.9GP BAO: max, min{TH1…TH26}

Kết quả:

Biểu đồ Momen uốn trước và sau khi tăng kích thước tiết diện dầm

BÀI 6: KHUNG THÉP ZAMIL

Khung thép Zamil

Khung thép Zamil

Tải trọng tác dụng:

 Tĩnh tải:

o Phân bố đều trên chiều dài xà ngang do tole, xà gồ, lớp cách nhiệt (137 kG/m –

chưa kể trọng lượng bản thân của kết cấu, n=1.1);

o Tập trung tại chân cửa mái (1026 kG – do khung cửa mái và kính);

o Phân bố trên chiều dài cột (137 kG/m – do vách bao che)

 Hoạt tải sử dụng:

o Phân bố đều trên chiều dài xà ngang (312 kG/m);

o Tập trung tại chân cửa mái (945 kG – do khung cửa mái truyền xuống)

 Hoạt tải gió:

o Phân bố đều lên cột: phía đón gió 637 kG/m, phía khuất gió 398 kG/m;

o Phân bố đều lên xà ngang (gió bốc vuông góc với xà ngang):

Phía đón gió 112 kG/m, Phía khuất gió 398 kG/m;

o Tập trung tại chân cửa mái:

Phía đón gió : lực ngang 1120 kG, lực đứng 648 kG Phía khuất gió : lực ngang 268 kG, lực đứng 643 kG

Tĩnh tải (TT)

Hoạt tải mái trái (HTTRAI)

Các tổ hợp tải trọng:

TOHOP11: TT + 0.9 HTCD+0.9GIOPHAI BAO: max, min{TOHOP1…TH11}

Hoạt tải mái phải (HTPHAI)

Hoạt tải gió trái (GIOTRAI)

Hoạt tải gió phải (GIOPHAI)

Tải phân bố vuông góc mái

Một số bước quan trọng:

 Định nghĩa tiết diện không đều Nonprismatic

Chú ý: nếu thanh chỉ có một phân đoạn thì không cần phải khai báo chiều dài thanh

 Khai báo điểm chèn (sự lệch trục của thanh)

Chọn thanh muốn thay đổi điểm chèn  Assign / Frame/Line / Insertion Point

Thay đổi điển chèn cột bên trái

Vị trí các điểm chèn trên mặt cắt thanh

Kết quả

Biểu đồ lực dọc (kgf)

Biểu đồ momen (kgf.m) Trước và

…sau khi sử dụng Insertion Point

Chú ý: không nên sử dụng chức năng Insersion Point để điều chỉnh sự lệch trục của thanh, đây

là một thế mạnh của ETABS nhưng cũng là một nhược điểm của nó Khi sử dụng chức năng này thì kết quả phân tích kết cấu sẽ “sai” so với thực tế, nhiều điểm không hợp lý

Tải trọng tác dụng:

 Tĩnh tải:

o Trọng lượng tấm tole (dày 0.4mm): 3.77 kG/m2;

o Trọng lượng xà gồ: 13.3 kG/m;

o Trọng lượng dàn mái và hệ giằng: 7.2 kG/m2

Quy tĩnh tải thành các lực tập trung tại nút:

 Hoạt tải:

Các trường hợp tải trọng:

Tĩnh tải (TT)

Hình minh họa

Tổ hợp tải trọng:

BIỂU ĐỒ LỰC DỌC [Ton]

Chú ý: đây là bài toán tĩnh định, trong trường hợp không xét đến trọng lượng bản thân kết cấu,

ta có thể không gán tiết diện cho dàn mà kết quả nội lực vẫn đúng

Hoạt tải mái trái (H.TAI-T)

Hoạt tải mái phải (H.TAI-P)

3.62 4.50

4.37 5.06

4.70

BÀI 8: KHUNG KHÔNG GIAN THẤP TẦNG

Nhà BTCT 4 tầng Tầng 1 cao 4.5 m, mỗi tầng còn lại cao 3.3 m Betông có E=2.7x109 kgf/m2Kích thước tiết diện: dầm 200mmx400mm, cột 200mmx300mm, sàn dày 120mm

CÁC TRƯỜNG HỢP TẢI TRỌNG

1 Tĩnh tải (TT):

 Trọng lượng bản thân kết cấu (hệ số vượt tải n=1,1)

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

 Trọng lượng tường phân bố đều trên dầm tầng 1,2,3: 1 T/m (dầm biên) và 0,5T/m (dầm giữa)

2 Hoạt tải sử dụng (HT): 240 kgf/m2 (sàn 1,2,3) và 100 kgf/m2 (sàn mái)

(Chú ý: Ví dụ này chưa kể đến tải trọng của cầu thang, hoạt tải gió)

TỔ HỢP TẢI TRỌNG: TT + HT

Yêu cầu: xác định nội lực của khung

Một số bước thực hiện quan trọng khi giải khung

không gian:

Khi bố trí cột tiết diện chữ nhật, phải chú ý đến

phương làm việc chính của chúng

 Assign >Frame/Line >Local Axis

Khai báo tiết diện sàn:

 Define > Wall/Slab/Deck Sections

Ko có tường

MẶT BẰNG SÀN TẦNG 1,2,3

Ko có tường

Lỗ cầu thang

Gán tải trọng lên sàn:

 Assign > Shell/Area Loads > Uniform

Cần chia nhỏ sàn trước khi phân tích, sử dụng chức năng chia sàn ảo của chương trình

 Assign > Shell/Area > Area Object Mesh Options

Chú ý: chia thật và chia ảo sàn đều

cho kết quả giống nhau, nhưng

chia thật sàn thì số phần tử tăng

lên rất nhiều, dẫn đến mất nhiều

thời gian khi phân tích bài toán

Không cần chia nhỏ dầm khi

phân tích bài toán, chương

trình sẽ tự động chia nhỏ dầm

khi phân tích (Auto Frame

Subdivide)

Khi xuất kết quả phân tích, cần

xuất kết quả của cột và dầm

thành các file riêng Đối với

dầm chỉ cần xuất kết quả của

tổ hợp bao, còn với cột thì cần

xuất kết quả của các tổ hợp

Cạnh lớn nhất của tấm sau khi chia không lớn hơn 1m

Kết quả { Trường hợp Tĩnh tải + Hoạt tải}

BĐ M (kgf.m) KHUNG TRỤC C

BĐ M (kgf.m) KHUNG TRỤC 2

Các trường hợp tải trọng trong khung không gian

1 Tĩnh tải: gồm Trọng lượng bản thân kết cấu + các lớp hoàn thiện + Tường xây trên sàn + Tải trọng cầu thang + Tải trọng hồ nước (nếu có)

2 Hoạt tải chất đầy

3 Hoạt tải cách nhịp_1 (phương X): HTCN1_X

5 Hoạt tải cách nhịp_1 (phương Y): HTCN1_Y

7 Hoạt tải liền hai nhịp_1 (phương X): HTLHN1_X

9 Hoạt tải liền 2 nhịp_3 (phương X): HTLHN3_X

11 Hoạt tải cách tầng chẵn: HTCTC

12 Tải trọng gió: Trái / Phải / Trước / Sau

* Tải trọng gió phân bố lên dầm ngang:

STT Tầng H (m) Zj (m) kj Wj_đẩy

(T/m)

Wj_hút (T/m)

37 TT +0.9(HTCN1_Y +GióY) 51 TT +0.9(HTLHN3_X +GióX)

38 TT +0.9(HTCN1_Y +GióYY) 52 TT +0.9(HTLHN3_X +GióXX)

41 TT +0.9(HTCN2_Y +GióY)

42 TT +0.9(HTCN2_Y +GióYY)

Tổ hợp Bao: Max,min{TH1TH54}

Nhận xét:

KHUNG TRỤC 2

BÀI 9: MÔ TẢ TẢI TRỌNG GIÓ CHO KHUNG – SÀN KHÔNG GIAN Cho khung BTCT ba tầng, tầng 1 cao 4m, các tầng còn lại cao 3m, dầm 200x400, cột 300x300, sàn dày 120 Bê tông có Eb = 2,65x106 T/m2,  = 2,5T/m3, =0,2

Áp lực gió tính toán:

- Bỏ qua phần gió tác dụng trong phạm vi từ mặt ngàm đến sàn tầng 1

- Trong phạm vi từ sàn tầng 1 đến sàn tầng 3: áp lực gió tính toán tổng cộng (gộp chung

gió đón và gió khuất) là W= nckW 0 = 0,13 T/m 2

k là hệ số phụ thuộc vào dạng địa hình t và độ cao z, được tính theo:

Mô hình 1: Quy tải trọng gió thành lực phân bố trên chiều dài cột

Với B là bề rộng mặt đón gió của cột khung đang xét

Q (T/m) 0,390 0,715 0,715 0,715 0,325

MB TẦNG ĐIỂN HÌNH

Mô hình 2: Quy tải trọng gió thành lực phân bố trên chiều dài dầm

Với H t và H d là chiều cao tầng liền trên và liền dưới cao trình đang xét

MÔ HÌNH 1

MÔ HÌNH 2

Mô hình 4: Quy tải trọng của cả tầng nhà thành một lực tập trung

Với L là tổng bề rộng mặt đón gió của tầng đang xét

Qsàn 1 = Qsàn mái = 0,13 x 3/2 x 22 = 4,29 (T)

Qsàn 2 = 0,13 x 3 x 22 = 8,58 (T)

Gán vào tâm hình học công trình:

- Lập hoàn thiện mô hình

- Định nghĩa sàn tuyệt đối cứng theo phương

ngang:

 Chọn tất cả phần tử > Assign / Shell /

Diaphragms / chọn D1

- Chạy chương trình để tính vị trí tâm công trình

- Định nghĩa tải trọng gió:

MÔ HÌNH 3

MÔ HÌNH 4 (Gán thủ công)

Kết quả: So sánh biểu đồ momen của khung trục 4 trong các tổ hợp từ 1  4

BÀI 10: KHUNG - SÀN KHÔNG GIAN

Công trình văn phòng 9 tầng có mô hình kết cấu như sau:

MẶT BẰNG ĐÀ KIỀNG

Đơn vị: m Story Data:

Vật liệu:

Bê tông B25 (EC =30000Mpa) Thép CII (Rs=280Mpa)

MẶT BẰNG LẦU 1  LẦU 7

MẶT BẰNG MÁI

Chiều dày sàn (cm)

MẶT BẰNG BUỒNG THANG

MẶT CẮT QUA TRỤC 2, 4

Các trường hợp tải trọng

MẶT CẮT QUA TRỤC 3

Lực gió tập trung tác dụng tại tâm sàn (Gán vào Diaphragm):

MẶT CẮT QUA TRỤC 1,5

TRỌNG LƯỢNG CÁC LỚP HOÀN THIỆN TỪ LẦU 1  LẦU 8

TRỌNG LƯỢNG CÁC LỚP HOÀN THIỆN SÀN MÁI

TRỌNG LƯỢNG CÁC LỚP HOÀN THIỆN SÀN BUỒNG THANG

TRỌNG LƯỢNG TƯỜNG XÂY TRÊN SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH

HOẠT TẢI TRÊN SÀN LẦU 1  LẦU 8

Tổ hợp tải trọng:

1 Tĩnh tải + HT đầy 10 Tĩnh tải +0.9(HTCT lẽ+Gió X)

2 Tĩnh tải + Gió X 11 Tĩnh tải +0.9(HTCT lẽ +Gió -X)

3 Tĩnh tải + Gió -X 12 Tĩnh tải +0.9(HTCT lẽ +Gió Y)

4 Tĩnh tải + Gió Y 13 Tĩnh tải +0.9(HTCT lẽ +Gió -Y)

5 Tĩnh tải + Gió -Y 14 Tĩnh tải +0.9(HTCT chẵn +Gió X)

6 Tĩnh tải +0.9(HT đầy+Gió X) 15 Tĩnh tải +0.9(HTCT chẵn +Gió -X)

7 Tĩnh tải +0.9(HT đầy+Gió -X) 16 Tĩnh tải +0.9(HTCT chẵn +Gió Y)

8 Tĩnh tải +0.9(HT đầy+Gió Y) 17 Tĩnh tải +0.9(HTCT chẵn +Gió -Y)

9 Tĩnh tải +0.9(HT đầy+Gió -Y) Bao Max,min{TH1TH17}

HOẠT TẢI TRÊN SÀN MÁI

HOẠT TẢI TRÊN SÀN BUỒNG THANG

BÀI 11: MÓNG BĂNG TRÊN NỀN ĐÀN HỒI

Xác định nội lực trong móng, biết đất có hệ số nền Cz = 1200 T/m3

Vật liệu:

Tiết diện: Chữ T lật ngược

Phương pháp thực hiện:

1 Chia thật thanh thành 35 phần tử (mỗi phần tử có chiều dài 0.5m)

 Edit > Devide Line…

Sau khi khai báo xong tiết diện chữ T, vào Assign> Frame>Local Axes

để lật ngược tiết diện chữ T

Cách tính toán và khai báo gối đàn hồi tại nút:

Độ cứng của gối lò xo được tính theo:

Klx = Cz x AeffVới Cz là hệ số nền; Aeff là diện tích vùng ảnh hưởng của nút

Chọn nút cần gán gối lò xo: menu Assign > Joint/Point > Point Springs…

2 Chia ảo thanh thành 35 phần tử (mỗi phần tử có chiều dài 0.5m)

 Assign > Frame/Line > Automatic Frame Subdivide…

Độ cứng của lò xo mô tả trong mô hình được tính

theo:

k’s = ks x Bm = 1200 x 1.4 = 1680 T/m2

Chọn line cần gán gối lò xo:

 Assign>Frame/Line>Line Springs…

Kết quả:

Biểu đồ Momen (Tm)

Biểu đồ Lực cắt (T)

Chia thật Chia ảo

Chia ảo

Chia thật