Tài liệu học ETABS trong tính toán thiết kế nhà cao tầng

Ứng dụng ETabs trong tính toán thiết kế nhà cao tầng Tài liệu tham khảo Ứng dụng ETabs trong tính toán thiết kế nhà cao tầng , bộ môn tin học xây dựng

NG D NG ETABS TRONG TÍNH TOÁN THI T K NHÀ

- Tôi xin chân thành c m n t i b môn Tin H c Xây D ng, xí nghi p k t c u công

ty t v n xây d ng CDC, m t s b n sinh viên đã giúp đ tôi hoàn thi n t p tài li u này

- Cung c p nh ng ki n th c nâng cao v Etabs

- Sách ch là tài li u tham kh o, tác gi không ch u trách nhi m v n i dung trong sách !

d ng nh , lý thuy t đàn h i phi tuy n d a trên gi thuy t bi n d ng l n)

- Các v d và lý thuy t tính toán cung c p cho phiên b n Etabs 8.54

- Ph ng pháp s trong c h c k t c u (Gs Pts Nguy n M nh Yên)

- Tính k t c u theo ph ng pháp ph n t h u h n (GS TSKH Võ Nh C u)

- Manual Etabs (CSI)

- Three – Dimensional Static and Dynamic Analysis of Structures (Edward L.Winlson)

- CSI Analysis Reference Manual (CSI)

- M t s b ng tính c a Công ty T V n Thi t K Xây D ng – CDC (Consultants – Designer & Constructors Corporation)

- K s – Gi ng viên Tr n Anh Bình, B môn Tin h c Xây d ng – Khoa Công ngh Thông tin – tr ng i H c Xây D ng Mail anhbinh0310@yahoo.com, đi n tho i

0983039940

-

L I NÓI U 1

PH N I : CÁC KHÁI NI M C B N 6

CH NG 1 : T NG QUAN 6

I H t a 6

II Nút 6

1 T ng quan v nút (Joint) 6

2 H t a a ph ng 7

3 B c t do t i nút 7

4 Các t i tr ng t i nút 8

5 Kh i l ng t i nút (Mass) 8

III Các lo i liên k t 9

1 Retraints 9

2 Springs 10

3 Liên k t Constraints 11

IV V t li u 13

1 T ng quan v v t li u 13

2 H tr c t a a ph ng 13

3 ng su t và bi n d ng c a v t li u (stresses and strains) 14

4 Các thông s khai báo v t li u 14

V T i tr ng và t h p t i tr ng 15

1 T i tr ng 15

2 T h p t i tr ng 16

VI Bài toán phân tích 17

1 Các d ng phân tích k t c u 17

2 Modal Analysis 17

VII Diaphragm Centers of Rigidity, Centers of Mass 18

CH NG 2 : K T C U H THANH 21

I T ng quan v ph n thanh 21

1 Ph n t thanh (Frame Element) 21

2 H tr c t a a ph ng (Local Coordinate System) 21

3 B c t do (Degree of Freedom) 22

4 Mass 22

II Ti t di n (Frame Section) 23

1 Khai báo ti t di n 23

2 Thanh có ti t di n thay i (Non-Prismatic Sections) 23

3 Ti t di n không có hình d ng xác nh (General) 23

4 Thay i thông s ti t di n 24

III Liên k t gi a hai ph n t 27

1 i m chèn (Insertion point) 27

2 i m giao (End offsets) 29

3 Liên k t Release (Frame Releases and Partial Fixity) 31

IV T ng chia nh ph n t (Automatic Frame Subdivide) 32

V Các lo i t i tr ng (Load) 33

VI N i l c (Internal Force Ouput) 33

CH NG 3 : K T C U T M V 34

I Ph n t Area 34

1 Ph n t Area (Area Element) 34

2 H tr c t a a ph ng (Local Coordinate System) 35

3 Ti t di n 37

4 B c t do (Degree of Freedom) 37

5 Mass 38

6 N i l c và ng su t 38

II Vách c ng (Pier and Spandrel) 40

1 Pier and Spendrel 40

2 H tr c t a a ph ng 42

3 Ti t di n 43

4 N i l c ph n t Pier và Spandrel 47

5 K t qu thi t k vách 47

III Chia nh ph n t (Area Mesh Options) 47

IV Các lo i t i tr ng (Load) 50

CH NG 4 : PH L C 51

I Section Designer 51

1 T ng quan 51

2 C n b n v Section Designer 51

3 Ch ng trình Section Designer 53

4 Section Properties 58

5 Ví d 59

II L i (Grid) 62

1 H p tho i Building Plan Grid System and Story Data Definition 63

2 H p tho i Grid Labeling Options 63

3 H p tho i Define Grid Data 64

4 H p tho i Story Data 65

III T i tr ng (Load) 66

1 Wind Load 66

2 Quake Lad 68

PH N III : CÁC BÀI T P TH C HÀNH 71

I Ph ng pháp chung : 71

1 Xác nh n v tính 71

2 Xây d ng h l i 71

3 nh ngh a v t li u 71

4 nh ngh a ti t di n 71

5 Xây d ng mô hình hình h c 71

6 Gán ti t di n 71

7 Gán i u ki n biên 71

8 nh ngh a các tr ng h p t i tr ng, t h p t i tr ng 71

9 Gán t i tr ng 71

10 nh ngh a các thông s khác 71

11 Th c hi n phân tích 71

12 Nh p các t i tr ng ng cho công trình 72

13 Th c hi n l i quá trình phân tích k t c u và l y các thông tin c n thi t 72

14 Th c hi n bài toán thi t k 72

15 Ki m tra l i k t qu tính toán thi t k 72

- Là đi m t i đó ta gán chuy n v c ng b c ho c gán các đi u ki n biên

- Là đi m xác đ nh đi u ki n biên

- Là đi m cân gán l c t p trung

H to đ riêng c a nút 1(đ ), 2(tr ng), 3(xanh) Ph ng và chi u c a các tr c t a đ

đ a ph ng l y theo ph ng và chi u c a các h tr c t a đ t ng th X,Y,Z Không nh Sap, Etabs không cho ta phép xoay h t a đ đ a ph ng c a nút

nh ngh a b c t do : S l ng t i thi u các thông s hình h c đ c l p bi u th chuy n

v c a m i kh i l ng trên h g i là b c t do S b c t do c a h ph thu c s đ tính đ c

ch n cho công trình th c t khi tính dao đ ng, chuy n v và ph n l c c a công trình

- M t nút có 6 b c t do: U1, U2, U3 (th ng); R1, R2, R3 (Xoay)

- Chi u d ng qui c c a các b c t do t ng ng v i 6 thành ph n trong h to đ

t ng th

- M i m t b c t do trong s đ k t c u s thu c m t trong các lo i sau :

o Active : chuy n v s đ c tính đ n trong quá trình phân tích k t c u

o Restrainted : chuy n v đã đ c xách đ nh tr c, t ng ng v i nó ch ng trình s tính ph n l c t i đi m đó trong quá trình phân tích k t c u

o Constrained : chuy n v s đ c xác đ nh t chuy n v t i m t s b c t do khác

o Null : chuy n v không nh h ng đ n k t c u và s b b qua trong quá trình phân tích k t c u Các nút này không có chuy n v , không có n i l c, không có

đ c ng, không restraint, không contrains,… (ví d nh nút đ ng đ c l p)

o Unavaible : chuy n v đã đ c lo i tr t quá trình phân tích k t c u

- Avaiable and Unavailable Degrees of Freedom i u khi n này n m trong Analysis Options

o Các nút đ c gán Unavailable Degrees of Freedom thì t t c đ c ng, t i

tr ng, kh i l ng, Restrains ho c Constraints gán cho k t c u đ đ c b quan trong quá trình phân tích k t c u

o T t c các b c t do c a k t c u, Etabs đ u quy v h tr c t a đ t ng th (Global Coordinate System)

- Menu AssignåJoint/Point LoadsåForce

o Force Global X, Y, Z : l c tác d ng vào nút theo ph ng và chi u c a các tr c

t a đ t ng th X, Y, Z

o Moment Global XX, YY, ZZ : vector moment tác d ng vào nút theo ph ng

và chi u c a các tr c t a đ t ng th X, Y, Z

Gi i thích v Vector moment

T i đi m có s hi u (Label) là 5, có Mzz = -10 Có ngh a là chi u c a vector moment

ng c v i chi u d ng c a tr c Z Nh v y v i tác d ng c a t i tr ng nh trên, thanh 5-6 s

b u n trong m t ph ng song song v i m t ph ng X,Y, chi u u n t Y sang X (th c ng nh hình v )

Trong các bài toán phânt tích đ ng (Dynamic Analysis), kh i l ng c a k t c u đ c dùng đ tính l c quán tính Thông th ng, ch ng trình s tính kh i l ng c a các ph n t

d a trên khai báo kh i l ng riêng c a v t li u và vi c tính toán kh i l ng c a ph n t , sau

đó ch ng trình s quy đ i v nút Kh i l ng c a t ng ph n t s đ c tính cho 3 ph ng

t ng ng v i 3 chuy n v th ng c a nút Ch ng trình s b qua moment quán tính

Trong m t s tr ng h p, khi tính toán dao đ ng c a công trình, ta không dùng kh i

l ng mà Etabs t tính Khi đó, ta có th khai báo kh i l ng t p trung ho c kh i l ng moment quán tính t i b t k nút nào Ph ng pháp khai báo kh i l ng t p trung nh sau :

- Ch n nút c n gán thêm t i tr ng t p trung

- Menu AsignåJoint/PointåAdditional Point Mass

- Direction X, Y, Z : kh i l ng t p trung t i nút theo ba ph ng X,Y,Z trong h t a

N u chuy n v c a m t đi m theo m t ph ng nào đó đ c c đ nh tr c, ta nói đi m

đó b r ng bu c liên k t Restraint Giá tr chuy n v t i đi m có th b ng không ho c khác không, tùy thu c vào nút đó có ch u chuy n v c ng b c hay không

Nút có liên k t Restraint s có ph n l c Giá tr ph n l c này đ c xác đ nh trong bài toán phân tích k t c u

Liên k t Restraint th ng đ c mô hình hóa các ki u liên k t n i đ t c a k t c u

Hình v d i đây mô t m t s ki u liên k t n i đ t

̇ Ph ng pháp gán

Ph ng pháp gán liên k t Restraint

- Ch n đi m c n gán liên k t Restraint

- Vào menu Assign å Joint/Point å Restraints (Supports)

i m có liên k t đàn h i s có ph n l c đàn h i l n c a ph n l c ph thu c vào đ

c ng c a liên k t và đ c xác đ nh trong bài toán phân tích k t c u

Liên k t Spring th ng đ c s d ng trong các bài toán :

- D m trên n n đàn h i (móng b ng)

- T m trên n n đàn h i (B n c, đài móng,….)

Ph ng pháp gán liên k t Spring

- Ch n đi m c n gán liên k t Restraint

- Vào menu Assign å Joint/Point å Point Springs

o Translation X, Y, Z : đ c ng c a liên k t đàn h i theo ph ng X, Y, Z

o Rotation about XX, YY, ZZ : đ c ng c a liên k t đàn h i xoay quanh tr c

Diaphragm, ràng bu c chuy n v theo m t m t ph ng T t c các đi m đ c g n cùng

m t Diaphragm đ u có hai chuy n v trong m t ph ng c a Diaphram và m t chuy n v xoay vuông góc v i m t ph ng nh nhau Mô hình này th ng đ c s d ng đ mô hình hóa sàn là tuy t đ i c ng trong m t ph ng khi tính toán nhà cao t ng

Body constraint, dùng đ mô t m t kh i hay m t ph n c a k t c u đ c xem nh là

m t kh i c ng (Rigid body) T t c các nút trong m t Body đ u có chuy n v b ng nhau Plate Constraint, làm cho t t c các nút b ràng bu c chuy n v cùng v i nhau nh là

m t t m ph ng có đ c ng ch ng u n ngoài m t ph ng b ng vô cùng (ng c v i Diaphram) Beam Constraint, t t c các nút gán cùng m t Beam Contraint có chuy n v cùng nhau

nh là m t d m th ng có đ c ng ch ng u n b ng vô cùng (không nh h ng đ n bi n d ng

d c tr c và bi n d ng xo n c a d m)

Chú ý : Sap2000 cung c p t t c các lo i Contraint nói trên còn Etabs ch cung c p ch c

n ng Diaphram Constraint

- Ch n đi m c n gán liên k t Restraint

- Vào menu Assign å Joint/Point å Rigid Diaphragm

- Giúp ng i dùng mô hình chính xác s làm vi c c a k t c u

M i m t v t li u đ u có m t h tr c t a đ đ a ph ng riêng, đ c s d ng đ đ nh ngh a tính đàn h i và bi n d ng nhi t theo các ph ng H th ng t a đ đ a ph ng v t li u

ch áp d ng cho lo i v t li u tr c h ng (orthotropic) và d h ng (anisotropic) V t li u đ ng

Không ph i lúc nào c ng t n t i 6 ng su t trên các ph n t Ví d , ng su t σ22, σ33, σ23

s b ng không đ i v i ph n t thanh (Frame Element), ng su t σ33 s b ng không đ i v i

ph n t t m v (Shell Element)

khai báo v t li u, b n vào menu Define å Material Properties å Add New Material

- Modulus of Elastic E - Mô đun đàn h i, dùng đ xác đ nh đ c ng kéo nén và u n

E thay đ i theo mác BT Tham s E cùng v i ti t di n quy t đ nh bi n d ng c a k t

Khi ph n t bi n b bi n d ng d i tác đ ng c a ngo i l c, các ph n t v t ch t trong

ph n t chuy n đ ng, phát sinh ra gia t c chuy n đ ng và kém theo đó là l c quán tính

N u gia t c là nh , l c quán tính bé thì có th b qua l c quán tính so v i các t i tr ng khác Khi đó bài toán đ c g i là bài toán t nh (Static)

Ng c l i khi gia t c l n, l c quán tính l n thì ta không th b qua l c quán tính Lúc

đó, ta g i là bài toán đ ng (Dynamic)

Ngoài t i tr ng t nh và đ ng ta còn có t i tr ng thay đ i theo th i gian (Time history)

i v i bài toán t nh, ta có các tr ng h p t i tr ng sau

- Dead Load : t nh t i

- Vì chúng ta tính toán t i tr ng đ ng đ t và gió đ ng theo ph ng pháp t a t nh (có

ngh a là quy v các l c t nh r i đ t nó vào k t c u, sau đó tính toán ra moment và chuy n v ,…)

H s Self Weight là gì, l y b ng bao nhiêu ?

- H s Self Weight là h s tính đ n t i tr ng b n thân c a ph n k t c u đ c v trong Sap (Etabs) Gi s tr ng h p t i có tên là TT đ c khai báo là Dead Load,

h s Self Weight l y b ng 0.5, khi đó ngoài các t i tr ng mà ta gán vào cho TT nó còn bao g m t i tr ng b n thân c a k t c u, nhân v i h s 0.5 nói trên

- T i tr ng b n thân c a m t ph n t tính b ng tr ng l ng trên m t đ n v th tích

c a v t li u (khai báo trong ph n Define Materials) nhân v i th tính c a ph n t

- T i tr ng b n thân c a k t c u đ c khai báo theo cách v a nói, luôn có h ng theo chi u âm c a tr c Z (Global Coordinates)

- T h p t đ ng (Defaut Combo) Các t h p này s t đ ng sinh ra khi chúng ta

ti n hành bài toán thi t k thép theo tiêu chu n có s n mà Sap (Etabs) cung c p S các tr ng h p t h p và h s c a các tr ng h p t i tr ng tham gia vào t h p

ph thu c vào tiêu chu n thi t k mà ta ch n Các t h p t i tr ng này th ng có tên là DCom1, DCom2,… DSTL,…

Ki u t i tr ng Live Load, Wind Load,… có ý ngh a gì không

- i v i bài toán s d ng t h p ng i dùng và trong bài toán t nh (Static), thì vi c khai báo các ki u t i tr ng này không có ý ngh a gì c

- i v i bài toán s d ng t h p t i tr ng t đ ng Các ki u t i tr ng này s giúp Sap (Etabs) nh n bi t đ c t nh t i, ho t t i,… t đó Sap (Etabs) s cung c p các

tr ng h p t h p t i trong và cung c p các h s c a các tr ng h p t i tr ng

trong t ng tr ng h p t h p t i trong t ng ng v i tiêu chu n thi t k mà b n

ch n

B n ch t c a t h p trong Etabs (Sap) là t h p t i tr ng hay t h p n i l c ?

- B n ch t c a ki u t h p Add trong Sap (Etabs) là t h p t i tr ng

Bi u đ bao (t h p Enve) là bi u đ bao n i l c c a các tr ng h p t i hay là bi u đ

n i l c trong tr ng h p bao c a các tr ng h p t i tr ng ?

- Là ph ng án th nh t : “bi u đ bao n i l c c a các tr ng h p t i tr ng đã khai báo trong Enve”

N u khai báo v t li u làm vi c trong giai đo n đàn h i tuy n tính, thì t i tr ng và n i l c

t l tuy n tính v i nhau Khi đó t h p t i tr ng và t h p n i l c có gì khác nhau không ?

- Khác nhau, vì b n ch t c a t h p n i l c theo TCVN không đ n gi n là công t ng các thành ph n n i l c

2.1 T ng quan

Bài toán phân tích Modal là bái toán gi i quy t các v n đ liên quan đ n dao đ ng riêng

c a công trình nh tính toán chu k , t n s , chuy n v c a các d ng dao đ ng riêng c a công trình

Modal analysis đ c đ nh ngh a trong Analysis Case, b n có th đ nh ngh a nhi u bài toán Modal Analysis trong m t công trình

Có hai lo i bài toán Modal Analysis

- Eigenvertor, dùng đ xác đ nh các d ng dao đ ng riêng và t n s dao đ ng riêng

c a chúng Chúng ta th ng s d ng cách này đ tính toán k t c u công trình

- Ritz-vertor, dùng đ tìm d ng dao đ ng khi đã ch rõ các l c thành ph n t o nên dao đ ng Ritz-vertor có th cho ta k t qu t t h n đ i v i các bài toán v t i tr ng

ph ho c t i tr ng thay đ i theo th i gian (response-spectrum or time-history analyses)

2.2 Eigenvertor Analysis

Trong đó

- K là ma tr n đ c ng

- M là ma tr n kh i l ng

- Ω là ma tr n Eigenvalue (giá tr riêng)

- Φ là ma tr n eigenvertors (Vector riêng) t ng ng giá tr riêng, nó bi u thi cho

d ng dao đ ng

Eigenvalue là bình ph ng c a t n s góc ω Các giá tr t n s và chu k đ c tính nh sau :

Number of modes là s d ng dao đ ng c n tính toán do ng i dùng t khai báo cho

ph n m m bi t

Frequencey Range là gi i t n s Gi i t n s đ c khai báo vào trong Sap (Etabs) qua các thông s sau :

- Shift : Giá tr trung tâm c a gi i chu k c n tính (center of cyclic frequency range)

- Cut : Bán kính c a gi i chu k c n tính (Radius of the cyclic frequency range)

i u đó có ngh a là

Dung sai h i t trong tr ng h p có khai báo Shift ho c Cut

- G i ω0 là giá tr ban đ u thì ω0 = 2 Π Shift

- ω tìm đ c s có d ng

- Khi đó dung sai h i t s tol s có d ng nh sau

Dung sai h i t trong tr ng h p không khai báo Shift và Cut, khi đó Tol có 2 d ng sau:

ho c

VII Diaphragm Centers of Rigidity, Centers of Mass

Khai báo tính toán tâm c ng : Analyze menu å Calculate Diaphragm Centers of Rigidity Khi Menu này đ c đánh d u, Etabs s tính toán tâm c ng trong quá trình phân tích

k t c u

Tâm c ng đ c xác đ nh b ng cách tính toán t a đ t ng đ i (X,Y) c a tâm c ng v i

m t đi m nào đó, thông th ng ng i ta l a ch n đi m b t k này là tâm kh i l ng (Center

of mass) Ng i ta tính toán tâm c ng c a m t diaphragm d a trên ba tr ng h p t i tr ng sau, t i tr ng đ n v tác d ng vào tâm kh i l ng :

- Tr ng h p 1 : L c đ n v tác d ng vào tâm kh i l ng theo ph ng Global X

L c này gây ra moment xo n Diaphram là Rzx

- Tr ng h p 2 : L c đ n v tác d ng vào tâm kh i l ng theo ph ng Global Y

L c này gây ra moment xo n Diaphram là Rzy

- Tr ng h p 3 : Vector moment xo n đ n v tác d ng vào tâm kh i l ng theo

ph ng Global Z L c này gây ra moment xo n Diaphram là Rzz

Khi đó t a đ (X,Y) s đ c xác đ nh nh sau : X = -Rzy / Rzz and Y = Rzx / Rzz

i m này là m t thu c tính c a k t c u, không ph thu c vào b t k t i tr ng nào Nh v y,

vi c xác đ nh tâm c ng c a t ng t ng (đ i v i k t c u nhà cao t ng) s đ c Etabs tính toán

d a trên ba tr ng h p t i tr ng trên

Hình 1 : Ba tr ng h p t i tr ng

xem k t qu phân tích, vào Display menu å Set Output Table Mode, sao đó tích vào Building Output trong h p tho i Display Output Tables Sau đó xem b ng The Centroids

of Cumulative Mass and Centers of Rigidity (B ng tâm kh i l ng tích l y và tâm c ng)

- MassX : Kh i l ng Diaphram theo ph ng X

Kh i l ng c a m t diaphragm có bao g m c t, d m, sàn và vách không ?

- Tùy theo cách khai báo diaphragm :

o Diaphragm đ c khai báo thông qua ph n t Area, thì kh i l ng c a m t diaphragm s bao g m c c t, d m, sàn, vách và kh i l ng t p trung t i nút (nói cách khác là bao g m Joint, frame, area)

o Diaphragm đ c khai báo thông qua ph n t Joint, thì kh i l ng c a m t diaphragm s ch bao g m c t, d m và kh i l ng t p trung t i nút (nói cách khác là bao g m Joint, Frame, Area)

- C n l u ý thêm cách tính kh i l ng c a Etabs là các Frame, Area (tùy theo hai cách khai báo trên) s đ c quy đ i v các nút Kh i l ng c a m t diaphragm s

b ng t ng kh i l ng các nút c a diaphragm đó

- C ng t ng t nh kh i l ng, đ c ng c a m t diaphragm c ng đ c tính d a trên hai ph ng pháp khai báo trên

- Ph n t thanh (Frane) trong Etabs là m t đo n th ng n i hai đi m, đi m đ u (Start)

g i là đi m i, đi m cu i (End) g i là đi m J

- Ph n t thanh th ng đ c s d ng đ mô hình hóa d m, c t,…

M i ph n t frame đ u có m t h tr c t a đ a ph ng đ xác đ nh ti t di n, t i tr ng và

n i l c H tr c t a đ đ a ph ng g m ba tr c t a đ : tr c 1 – màu đ , tr c 2 màu tr ng, tr c

3 màu xanh

M c đ nh, tr c 1 d c theo đo n th ng và h ng t I sang J M c đ nh tr c 2 và tr c 3

ph thu c vào lo i ph n t Frame (Column, Beam hay Brace)

- Ph n t Frame th ng đ ng (Vertical Line Objects)

o Tr c 1 d c theo đo n th ng Chi u d ng c a tr c 1 là chi u d ng c a tr c Z (h ng lên trên)

o Tr c 2 vuông góc v i đo n th ng Chi u d ng c a tr c 2 là chi u d ng c a

tr c X

o Tr c 3 vuông góc v i đo n th ng Chi u d ng c a tr c 3 xác đ nh theo quy

t c bàn tay ph i

- Ph n t Frame n m ngang (Horizontal Line Objects)

o Tr c 1 d c theo đo n th ng Hình chi u chi u d ng c a tr c 1 lên tr c OX trùng v i chi u d ng c a tr c X N u hình chi u c a đo n th ng lên tr c OX

b ng không, có ngh a là đo n th ng song song v i tr c OY, khi đó chi u

d ng c a tr c 1 s trùng v i chi u d ng c a tr c OY

o Tr c 2 vuông góc v i đo n th ng Chi u d ng c a tr c 2 trùng v i chi u

d ng c a tr c Z (h ng lên trên)

o Tr c 3 vuông góc v i đo n th ng và n m ngang Chi u d ng c a tr c 3 tuân theo quy t c bàn tay ph i

- Frame không th ng đ ng và c ng không n m ngang (Other - neither vertical nor horizontal)

o Tr c 1 d c theo đo n th ng Chi u d ng c a tr c 1 h ng lên trên Có ngh a

là hình chi u c a tr c 1 lên tr c OZ có chi u d ng trùng v i chi u d ng c a

tr c OZ

o Tr c 2 vuông góc v i đo n th ng M t ph ng tr c 1-2 th ng đ ng Chi u

d ng c a tr c 2 h ng lên trên Có ngh a là hình chi u c a tr c 2 lên tr c OZ

có chi u d ng trùng v i chi u d ng c a tr c OZ

o Tr c 3 vuông góc v i đo n th ng và n m ngang Chi u d ng c a tr c 3 tuân theo quy t c bàn tay ph i

Gi ng nh Sap, Etabs cho phép ta đ nh ngh a l i h ng tr c 2 và tr c 3 c a đo n th ng

b ng cách xoay quanh tr c 1 m t góc α nào đó Cách làm nh sau :

- Ch n đ i t ng frame

- Vào Assign menu å Frame/Line å Local Axes H p tho i Axis Orientation hi n lên nh sau :

- Ch n m t trong các Option sau :

o Angle : quay tr c 2 so v i tr c 2 m c đ nh đi m t góc α cho tr c

o Rotate by Angle : quay tr c 2 so v i tr c 2 hi n t i đi m t góc α cho tr c

o Column Major Direction (local 2-axis) is X (or Radial) (tham kh o ph n Major Direction)

o Column Major Direction (local 2-axis) is Y (or Tangential) (tham kh o ph n Major Direction)

M c đ nh Frame có 6 b c t do t i hai đi m liên k t c a nó

N u b n mu n mô hình hóa frame thành Cable, b n có th làm theo môt trong hai cách sau :

- Cho đ c ng ch ng xo n (J) và đ c ng ch ng u n (I22 và I33) b ng không

- Gi i phóng moment u n (R2, R3) và moment xo n (R1) t i hai đ u c a frame

Trong tính toán bài toán đ ng, kh i l ng c a k t c u đ c s d ng đ tính toán l c quán tính Kh i l ng phân b c a ph n t Frame đ c quy v hai đi m I và J c a frame Trong ph ng pháp ph n t h u h n, không có l c quán trong ph n t frame

Etabs ch quy đ i kh i l ng cho ba b c t do UX, UY và UZ Không tính toán kh i

l ng moment quán tính co ba b c t do xoay

Vào Menu DefineåFrame Section Chúng ta có các cách sau đ khai báo ti t di n

- Nh p t file *.Pro (Import) Thông th ng file *.Pro ch a các ti t di n thép hình

đ c s n xu t t các nhà máy (nó là t ng h p các catalogue thép hình) theo tiêu chu n n c ngoài nh Ero.Pro, AISC3.Pro, … Tuy nhiên ta c ng có th t o ra các file này b ng ch ng trình CSI Section Builder

- Chúng ta đ nh ngh a ti t di n d a trên vi c thay đ i các thông s c a m t s hình

d ng ti t di n mà Etabs cung c p s n (Add I/Wide Flage, …)

- S d ng ch c n ng Add SD Section (Section Designer) đ t v ra ti t di n mà ta mong mu n (xem thêm ph l c Section Designer)

C ng nh Sap, Etabs cho phép ta đ nh ngh a thanh có ti t di n thay đ i Ch c n ng này

đ c cung c p trong menu Assign å Frame SectionåAdd Nonprimastic khai báo thanh

có ti t di n thay đ i, đ u tiên b n ph i có ít nh t hai lo i ti t di n đã khai báo

Ti t di n thay đ i có th bi n đ i đ u ho c gi t b c

Ví d m t thanh có ti t di n thay đ i trong 3 đo n th ng

Thông s cho ti t di n S1, S2

Các l a ch n cho EI :

- Linear: giá tr EIthay đ i tuy n tính theo chi u dài c a đo n

- Parabolic: giá tr 2 EIthay đ i tuy n tính theo chi u dài c a đo n

- Cubic: giá tr 3

EIthay đ i tuy n tính theo chi u dài c a đo n

Khi b n v ph n t Frame có ti t di n v a khai báo nh trên M t cách tr c quan b n có

th th y nó gi ng nh c t gi a c a nhà công nghi p bê tông c t thép N u b n mu n t o ra

ti t di n c t biên B n có th xem thêm Bài T p 1

Khi chúng ta g p m t ti t di n ph c t p, không th v b ng Section Builder ho c Section Designer B n có th khai báo nó là ti t di n General Ti t di n General là ti t di n không có hình d ng xác đ nh, b n s ph i khai các đ c tr ng hình h c nh mômen quán tính, mômen xo n… cho chúng

Ti t di n General th ng dùng trong bài t p c h c k t c u, k t c u mà ti t di n là t

h p c a nhi u ti t di n c b n

Khai báo ti t di n General nh sau :

Vào Menu Define å Frame Section ch n Add General H p tho i hi n lên nh trên hình Các thông s nh sau

- Corss Section (Axial) Area : di n tích ti t di n c t ngang c a frame (A)

- Tosional Constant : mô men quán tính ch ng xo n (J)

- Momen of Inertial About: mô men quán tính quay quanh(3 =tr c3) (I33, I22)

- Shear Area: di n tích ch u c t (As) Do s phân b không đ u c a ng su t ti p nên

As khác v i A

- Section Modulus About 3(2) Axis: mô men ch ng u n (W=I/ymax; Ch nh t W=bh2/6)

- Plastic Modulus About 3(2) Axis: mô men d o (Wp=W/1.3)

- Radius of Gyration About3(2) : bán kính quán tính (r2=I/A)

(Xem thêm quy n Sap2000 c a bùi đ c vinh)

- Shear modulus, g12, module ch ng c t, dùng cho đ c ng ch ng xo n và đ c ng

ch ng c t ngang g12 đ c tính t h s Poisson u12 và e1

- Mass density : kh i l ng riêng (kh i l ng trên m t đ n v th tích), m, dùng đ tính kh i l ng c a ph n t (element mass)

- Weight density : tr ng l ng riêng (tr ng l ng trên m t đ n v th tích), w, dùng

đ n tính t i tr ng b n thân (Self- Weight Load)

- Design-type indicator, ides, (ch s ki u thi t k ), dùng đ quy đ nh ki u ph n t s

đ c thi t k là thép (steel), bê tông (concrete), nhôm (aluminum), cold-formed steel, ho c không thi t k (no design)

Khai báo ti t di n, các thông s v c h c s ph thu c vào hình d ng ti t di n (n u s

d ng lo i ti t di n có s n) ho c ph thu c vào các thông s khai báo n u s d ng ti t di n

d ng general V c b n chúng ta có 6 thành ph n c h c sau :

- Cross-sectional area, a, di n tích m t c t ngang Khi đó đ c ng d c tr c c a ti t

di n có d ng a.e1

- Moment of inertia, i33, moment quán tính tr c 3 dùng xác đ nh kh n ng ch ng

u n c a thanh trong m t ph ng 1-2 The moment of inertia, i22, moment quán tính

c các lo i ti t di n khác hai thông s này là khác nhau

- Shear areas, as2 và as3, dùng đ xác đ nh đ c ng ch ng c t ngang trong m t

ph ng 1-2 và 1-3 T ng ng v i nó ta có đ c ng ch ng c t ngang as2.g12 và as3.g12 Vì ng su t c t ngang c a ti t di n có d ng parabole và đ t max t i đ ng trung hòa c a ti t di n, do v y khi tính toán bi n d ng c t ngang chúng ta ph i nhân v i m t h s đi u ch nh η (theo s c b n v t li u) Trong Sap và Etabs ng i

ta tích h p η vào trong di n tích ch ng c t ngang Do v y as2 và as3 khác a Và as2, as3 đ c xác đ nh nh sau (theo tài li u c a sap):

̇ Thay đ i các thông s hình h c và c h c

Property Modifiers, các thông s c h c có th đ c nhân v i m t t l đi u ch nh scalefactors to modify Nó đ c s d ng r t h u hi u trong nhi u tr ng h p Ví d ta có thanh thép ti t di n t h p b i 2 thanh thép hình ch I đ t song song theo tr c 2, nh v y ta khai báo ti t di n ch I, sau đó đi u ch nh moment quán tính theo tr c x lên 2 l n, di n tích

c t ngang t ng 2 l n,… Sap và Etabs cho phép ta hi u ch nh các thông s nh sau :

- Axial stiffness a.e1 (đ c ng d c tr c)

- Shear stiffnesses as2.g12 and as3.g12 (đ c ng ch ng c t ngang)

- Torsional stiffness j.g12 (đ c ng ch ng xo n)

- Bending stiffnesses i33.e1 and i22.e1 (đ c ng ch ng u n)

- Section mass a.m + mpl

- Section weight a.w + wpl

(trong đó wpl và mpl là ph n kh i l ng ho c tr ng l ng s c ng thêm vào, đ n v là trong l ng, kh i l ng trên m t đ n v đ dài, s d ng đ i v i d ng thanh có ti t di n thay

đ i M c đ nh, các giá tr này b ng không đ i v i m i ti t di n)

M c đ nh, tr c 1 c a ph n t ch y d c theo tr c trung hòa c a ti t di n (hay tr ng tâm

c a ti t di n đ i v i ti t di n d i x ng) Do v y, t i giao đi m c a d m mái và c t, d m mái

s b nhô lên trên Etabs cho phép ta ch nh l i giao đi m này b ng ch c n ng Intersection Point Ch c n ng này s giúp ng i dùng thi t l p mô hình m t cách chính xác

Cardinal Point có th là m t trong 11 đi m d i đây

Hình v d i đây mô t cách ch nh Cardinal Point c a d m và c t đ sao cho tâm c a

d m và c t không trùng kh p v i nhau

̇ Ph ng pháp

- Ch n Frame c n thay đ i Intersection Point

- Ch n Assign menu å Frame/Line å Insertion Point, h p tho i Frame Insertion Point hi n lên

Khi b n ch đ nh đi m chèn, Etabs s tính toán l i h t a đ đ a ph ng c a ph n t

M t cách t ng t , t i tr ng gán vào ph n t c ng s d a trên chi u dài sau khi đã tính l i h

t a đ đ a ph ng Hình v d i đây th hi n s tính toán l i h t a đ đ a ph ng c ng nh chi u dài th c c a c u ki n

N u b n không tích vào nút “Do not transform frame stiffness for offsets from centriod” thì s d ch chuy n s không nh h ng gì đ n k t qu n i l c N u tích vào thì

- c ng c a thanh s thay đ i

- T ng t i tr ng tác đ ng vuông góc v i thanh thay đ i (do chi u dài c a thanh thay

đ i)

Chi ti t xem thêm trong ph n bài t p, bài t p mô hình nhà công nghi p

̇ End Offsets

Ph n t thanh trong k t c u đ c mô t b i đ ng tr c n i hai nút c a thanh M t đi u

đ t ra là t i đi m giao gi a các ph n t Frame (ví d nh d m và c t), ph n ti t di n c a hai Frame t i đi m giao (cross-sections) s b ch ng lên nhau (overlap) Etabs cung c p ch c

n ng End Offsets cho phép ta đ nh ngh a l i đo n ti t diên b ch ng nên nhau này

M c đ nh chi u dài c a thanh tính c ph n thanh b giao v i c t (nh hình v ) Vi c tr

ph n giao nhau c a gi m v i c t có kích th c l n s làm gi m chi u dài tính toán c a thanh

d m m t cách đáng k Do v y Etabs cho phép ta k đ n chi u dài vùng c ng c a d m giao

v i c t thông qua 2 tham s (End-I) và (End-J) Khi đó chi u dài tính toán c a d m s đ c tính theo công th c sau

Lc = L - Rigid * (EndI + EndJ)

Trong đó

- Lc : chi u dài tính toán c a thanh

- L : Chi u dài th c c a thanh

- Rigid : H s đ c ng (l y giá tr t 0-1) H s này dùng đ thay đ i kích th c Ioff, Joff (công th c tính : Joff=EndI*Rigid Joff=EndJ*Rigid)

- Vào menu AssignåFrame/Line å End (Length) Offsets

o Automatic from Connectivity : Etabs s t đ ng tính l i chi u dài tính toán c a Frame

̇ i v i c t (Columns), End offset s tính d a trên kích th c l n nh t

o Rigid-zone factor : Là h s đ c ng, hê s này cho phép ng i dùng có th

đi u ch nh l i End-I và End –J (xem công th c tính trong m c trên)

Nh ta đã bi t, m i đ u c a Frame đ u có sáu b c t do T i nh ng v trí này, Etabs cho phép ta gi i phóng b t b c t đ bi n nó thành các lo i liên k t khác (kh p, ngàm xoay…)

nh hình v d i đây

Nhìn trên hình v , thanh xiên (diagonal element) liên c ng t i đi m I và liên k t kh p

t i đi m J Hay nói cách khác ta gi i phóng liên k t xoay (R2, R3) t i đi m J Khi đó moment

t i đi m J s b ng không

Etabs chia vi c gi i phóng liên k t làm 2 lo i

- Unstable End Releases : Gi i phóng liên k t không n đ nhågây ra h bi n hình (thanh đ c tách ra kh i h ho c m t s chuy n v nào đó)

- Stable End Releases : Gi i phóng liên k t v n đ m b o h b t bi n hình

Ch n ph n t å Assign menu å Frame/Line å Frame Releases/Partial Fixity H p tho iAssign Frame Release hi n lên nh sau :

- Start, end : liên k t t i đi m đ u (I), cu i (J) c a thanh

- V i ch c n ng Frame Partial Fixity Springs, b n có th thay liên k t c ng b ng liên

k t đàn h i t i đ u I và J c a thanh n v đi n vào là force/length ho c moment/radian Mu n gán liên k t đàn h i vào đ u thanh, tr c tiên ph i gi i phóng liên k t t i đ u thanh đó

Trong quá trình phân tích, Etabs t đ ng chia nh ph n t Frame n u c n thi t Trong

m t s tr ng h p, b n có th không mu n t đ Etabs t đ ng chia nh ph n t Ch c n ng Line Object Auto Mesh Options cho phép b n ki m soát ch đ t đ ng chia nh này

L u ý r ng, ch c n ng này hoàn toàn khác v i ch c n ng Edit menu å Divide Line

Ch n ph n t Line c n ki m soát å ch n Assign menu å Frame/Line å Automatic Frame Subdivide, h p tho i hi n lên nh sau Line Object Auto Mesh Options :

Thông s chi ti t trong form đi n t nh sau :

- Auto Mesh at Intermediate Points : chia nh ph n t đ c ch n t i nh ng đi m

n m d c trên ph n t , các đi m này là các đi m c a các ph n t khác ho c là các

đi m mesh c a ph n t Area (xem thêm Area Mess Options)

- Auto Mesh at Intermediate Points and Intersecting Lines/Edges : chia nh ph n t

đ c ch n t i nh ng đi m n m trên ph n t và t i giao đi m c a các ph n t M c

đ nh, Etabs áp d ng ch đ chia nh này trong quá trình phân tích tính toán n i

l c

- No Auto Meshing : Etabs không chia nh ph n t đã đ c ch n trong quá trình

th c hi n bài toán phân tích

Trong m c này chúng ta nghiên c u các lo i t i tr ng sau :

- T i tr ng phân b không đ u trên ph n t

- T i tr ng phân b đ u trên ph n t

- T i tr ng t p trung trên ph n t

( ngh t nghiên c u, xem thêm trong Sap)

( ngh xem trong Sap, ho c có th xem trong Help)

- Shell - ph n t t m v , ch u u n ngoài m t ph ng, kéo ho c nén trong m t ph ng

Là t ng h p c a hai ph n t Membrane và Plate

Sap cung c p hai d ng thickness formulations cho phép ta k đ n ho c không k đ n

hi u ng bi n d ng c t trong ph n t plate ho c shell element:

- D ng thick-plate (Mindlin/Reissner), bao g m hi u ng bi n d ng c t ngang

- D ng thin-plate (Kirch hoff), b qua hi u ng bi n d ng c t ngang

Bi n d ng c t s tr lên quan tr ng khi b dày c a shell l n h n 1/10 – 1/5 nh p Chúng còn có th đ c k đ n t i nh ng v trí có moment u n t p trung nh g n nh ng v trí có s thay đ i đ t ng t v b dày ho c t i v trí g n g i đ ho c nh ng v trí g n l th ng,…

Vi c phân bi t rõ ràng 2 tr ng h p t m dày và m ng r t nh y c m vì nó còn ph thu c vào hình d ng t m, t s b dày/c nh và ph thu c vào vi c chia l i (mesh shell) Do v y,

ng i ta khuy n cáo r ng b n nên s d ng thick-plate formulation tr phi b n kh ng đ nh

r ng bi n d ng c t là nh (shearing de formations will be small), ho c b n mu n th nghi m

lý thuy t tính toán t m m ng ho c b n đang s d ng l i chia méo mó (vì s chính xác c a lý thuy t tính toán Thick-Plate b nh h ng b i s chia l i méo mó (mesh distortion) h n là Thin-Plate

Chú ý : Thickness formulation không có tác d ng đ i v i ph n t màng (membrane),

ch x y ra đ i v i t m ch u u n (plate or shell)

M i m t c t shell đ u có h ng s b dày màng (constant membrane thickness) và h ng

s b dày u n (constant bending thickness)

H ng s b dày màng th đ c s d ng đ tính toán :

- c ng màng (kéo nén trong m t ph ng và xo n ngoài m t ph ng) cho ph n t shell (full-shell) và ph n t màng thu n túy (pure membrane)

- Th tích ph n t cho tr ng l ng b n thân c a ph n t và kh i l ng ph n t cho bài toán tính toán dao đ ng (Dynamic analyse)

H ng s b dày u n thb dùng đ tính toán :

- c ng ch ng u n c a t m ch u u n (plate- bending stiffness) cho ph n t shell (full-shell) và ph n t t m (pure plate)

Thông th ng thì hai b dày trên là b ng nhau Tuy nhiên, đ i v i m t s ng d ng nh

mô hình hóa b m t nh n, ho c đ n c nh vi c thiên v an toàn, ta l y thb=h0=h-a (h là b dày sàn, a là l p b o v ) trong bài toán tính toán bê tông c t thép

Chú ý : chi u dày Membrane (màng) và Bending (u n) nói chung là gi ng nhau, tuy nhiên trong

- Tr c 3 luôn vuông góc v i m t ph ng c a ph n t Chi u d ng c a tr c 3 h ng theo quy t c v n đinh vít, chi u v n đinh là chi u v ph n t Ví d v theo

J1åJ2åJ3 thì chi u d ng tr c 3 nh trên hình v

- Tr c t a đ 1,2 luôn n m trong m t ph ng c a ph n t và đ c xác đ nh d a trên

s t ng quan c a tr c 3 so v i tr c Z

o M t ph ng 3-2 luôn luôn th ng đ ng, có ngh a là song song v i tr c Z

o Tr c 2 theo chi u d ng c a tr c Z tr tr ng h p ph n t n m ngang, trong

tr ng h p này tr c 2 h ng theo chi u d ng c a tr c Y

o Tr c 1 h p v i tr c 2,3 theo quy t c bàn tay ph i