Bài này tập trung tìm hiểu về đặc tính các loại phần tử nút, thanh, tấm trong phần mềm ETABS v9.2.0 và từ đó đưa ra các quy luật để xây dựng các phần tử này trong phần mềm AutoCad 2007.
52 Lê Chí Phát KẾT NỐI DỮ LIỆU TỪ PHẦN MỀM AUTOCAD 2007 ĐỂ XÂY DỰNG SƠ ĐỒ HÌNH HỌC KẾT CẤU TRONG PHẦN MỀM ETABS v9.2.0 DATA LINKS FROM AUTOCAD 2007 TO ESTABLISH GEOMETRIC MODELS IN ETABS V9.2.0 FOR STRUCTURAL ANALYSIS Lê Chí Phát Trường Cao đẳng Cơng nghệ, Đại học Đà Nẵng; chiphatxd@gmail.com Tóm tắt - Trong quá trình phân tích và thiết kế kết cấu cơng trình bằng phần mềm ETABS thì việc xây dựng mô hình kết cấu là một những bước quan trọng đòi hỏi nhiều thời gian, công sức và ảnh hưởng lớn đến độ chính xác của kết quả tính toán Do đó, kết nối liệu phần mềm AutoCad phần mềm ETABS để xây dựng sơ đồ hình học kết cấu cho số toán phức tạp giải pháp tối ưu Tận dụng khả đồ họa tốt AutoCad hỗ trợ cho người sử dụng dễ dàng vẽ mô hình kết cấu phức tạp, cơng việc thực phần mềm ETABS nhiều thời gian Tuy nhiên, để đảm bảo kết hợp hai phần mềm xác, bài báo tập trung tìm hiểu đặc tính các loại phần tử nút, thanh, tấm phần mềm ETABS v9.2.0 từ đưa quy luật để xây dựng phần tử này phần mềm AutoCad 2007 Abstract - In the process of analysis and design of construction structures through the ETABS program, establishing a structure model is an important step which requires much time, effort,and influences the accuracy of results significantly Therefore, linking data between the two programs, AutoCad and ETABS to set up the geometric models and analyse complex structures is an ultimate solution Thanks to the high capacity of graphical analysis of AutoCad, users can draw complicated structural models easily whereas they can be struggling with this in ETABS However, to ensure the exact connections between the programs, this paper will focus on the characteristics of joints, frame elements and shell elements in ETABS v9.2.0 and thereby suggests some principles to build these components in AutoCad 2007 sucessfully Từ khóa - phần mềm ETABS; phần mềm AutoCad; mơ hình kết cấu; phần tử thanh; phần tử Key words - ETABS program; Autocad program; structural models; frame elements; shell elements Đặt vấn đề ETABS là một phần mềm chuyên dụng phân tích kết cấu xây dựng,các công cụ hỗ trợ cho việc đồ họa xây dựng sơ đồ hình học kết cấu còn nhiều hạn chế Do đó, khixây dựng mơ hình số dạng kết cấu phức tạp phần mềm ETABS gặp nhiều khó khăn, ảnh hưởng lớn đến suất cơng việc độ xác kết tính tốn Giải pháp xây dựng mơ hình kết cấu từ AutoCad - phần mềm chuyên đồ họa giúp cho người sử dụng thuận tiện so với xây dựng mơ hình trực tiếp phần mềm ETABS Do đó, giải pháp xây dựng mơ hình phần tử phần mềm AutoCad (CAD) dùng biện pháp để kết nối liệu xây dựngsơ đồ hình học kết cấu hồn chỉnh phần mềm ETABScó ý nghĩa lớn cơng việc thiết kế cơng trình xây dựng có hình dạng kết cấu phức tạp.Mặt khác, ETABS phần mềm xây dựng sở phương pháp phần tử hữu hạn, nên phần tử xây dựng có thuộc tính riêng Việc mơ hình phần tử phần mềm đồ họa CAD liệu có đảm bảo được tḥc tính phần tử đưa vào phần mềm ETABS hay không? Trong nội dung báo, tác giả tập trung tìm hiểu thuộc tính loại phần tử nút, phần mềm ETABS; từ tìm hiểu cách xây dựng mơ hình phần tử phần mềm CAD cho phù hợp với thuộc tính quy định phần mềm ETABS Đây sở để kết nối liệu phần mềm CAD phần mềm ETABS việc xây dựng sơ đồ hình học kết cấu cho kết xác, đảm bảo độ tin cậy cấu, nút điểm liên kết phần tử Chuyển vị theo phương mộtnút gọi bậc tự Mỗi nút có hệ toạ độ địa phương riêng nó, sử dụng để khai báo bậc tự do, liên kết gối tải trọng tác dụng nút.Ngồi ra, nút cịn dùng để xác định kết lực nút Hệ trục toạ độ địa phương nút được ký hiệu 123, mặc định trùng với hệ trục XYZ hệ toạ độ tổng thể (trục – màu đỏ; trục – màu trắng; trục – màu xanh) [4],[5] 1.2 Tổng quan phần tử (Frame) Phần tử dùng để mơ hình cấu kiện dầm, cột, dàn mặt phẳng khơng gian, ngồi phần tử cịn có phần tử cáp (cable, chịu kéo) phần tử dây căng (tendon) [4],[5] 1.2.1 Hệ tọa đô ̣ địa phương phần tử Mỗi phần tử có hệ toạ độ địa phương riêng phần tử đó, ký hiệu 123 (trục – màu đỏ; trục – màu trắng; trục – màu xanh), Hình - Trục (Axis 1) trục dọc trục thanh, có chiều từ điểm bắt đầu vẽ (nút i) đến điểm kết thúc (nút j) 1.1 Tổng quan phần tử nút (Joint) Nút đối tượng việc phân tích kết - Trục (Axis 2) nằm mặt phẳng 1-2 (mặt phẳng làm việc thanh; mặc định mặt phẳng thẳng Hình Quy ước hệ tọa độ địa phương của phần tử ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 05(114).2017-Quyển đứng Z-1) có chiều sau: nằm ngang (dầm) trục có chiều hướng lên; thẳng đứng (cột) trục nằm ngang cùng chiều với trục X - Trục (Axis 3) xác định từ trục 1&2, có phương nằm ngang (nằm mặt phẳng XY) xác định theo quy tắc vặn nút chai (quy tắc bàn tay phải) 1.2.2 Quan hệ hệ toạ độ địa phương 123 dấu thành phần nội lực phần tử [2] - Lực dọc (Axial) P: Tại mặt cắt trục ra, lực dọc P quy ước dương chiều với trục ngược lại; - Mô-men xoắn (Axial torque) T: Được quy ước dương ta nhìn vào mặt cắt thấy mơ-men có xu hướng quay ngược chiều kim đồng hồ (Hình 2) Hình Quy ước dấu lực dọc mô men xoắn phần tử -Mô-men uốn M3-3 (mô-men mặt phẳng làm việc chính) gọi dương làm căng thớ trục 2; - Lực cắt V2-2 (lực cắt mặt phẳng làm việc chính) quy ước mặt cắt trục ra, V2-2 chiều với trục dương ngược lại (Hình 3) 53 quy ước mặt cắt trục ra, V3-3 chiều với trục dương ngược lại (Hình 4) Dấu nội lực của phần tửthanh quy ước phần mềm ETABS phụ thuộc vào hệ tọa độ địa phương 123 Mặc khác, hệ tọa độ địa phương lại phụ thuộc vào chiều vẽ phần tử (trục quy ước dọc trục thanh, chiều từ điểm bắt đầu vẽ i đến điểm kết thúc j) Do đó, chiều vẽ phần tử có ảnh hưởng trực tiếp đến dấu nội lực (mặc định phần tử phần mềm ETABS có chiều từ trái sang phải).Để thấy rõ điều ta phân tích nội lực dầm đơn giản nhịp L= 6m (Hình 5); chịu tải trọng phân bố q= 15 kN/m phần mềmETABS với trường hợp sau: - Trường hợp 1: Vẽ từ trái sang phải - Trường hợp 2: Vẽ từ phải sang trái Hình Hệ tọa độ địa phương sơ đồ tải trọng hai trường hợp -Kết nội lực (lực cắt) hai trường hợp có dấu khác (Hình 6) Hình Kết mô-men M33 lực cắt V22 hai trường hợp Hình Quy ước dấu lực cắt V2 mơ-men uốn M3 mặt phẳng làm việc phần tử - Mơ-men uốn M2-2 (mơ-men ngồi mặt phẳng uốn) gọi dương làm căng thớ trục 3; Hình Quy ước dấu lực cắt V3 mô-men uốn M2 ngoài mặt phẳng làm việc phần tử - Lực cắt V3-3 (lực cắt ngồi mặt phẳng làm việc chính) Khi mơ phần tử (Frame) phần mềm ETABS chiều vẽ phần tử có ảnh hưởng trực tiếp đến dấu kết nội lực 1.3 Tổng quan phần tử (Shell) Phần tử sử dụng để mơ hình kết cấu vỏ mỏng, tường, sàn hệ phẳng không gian Phần tử (shell) dạng phần tử mặt (area, gồm phần tử ứng suất phẳng, biến dạng phẳng đối xứng trục) Phần tử có nút, nút khơng nằm mặt phẳng [4],[5] 1.3.1 Hệ tọa độ địa phương phần tử tấm Mỗi phần tử có hệ toạ độ địa phương riêng dùng để xác định phương tải trọng, vật liệu nội lực, gọi 123 (trục – màu đỏ; trục – màu trắng; trục – màu xanh) - Trục vng góc với mặt phẳng phần tử cịn trục 1&2 nằm mặt phẳng phần tử Chiều trục “hướng ra” theo chiều vẽ thứ tự nút (theo quy tắc vặn nút chai): vẽ nút ngược chiều kim đồng hồ → trục hướng lên; vẽ nút chiều kim đồng hồ → trục hướng xuống - Trục nằm mặt phẳng 2-3 (mặt phẳng thẳng đứng, song song với trục Z): với phần tử thẳng đứng, 54 Lê Chí Phát trục có chiều hướng lên; với phần tử nằm ngang, lúc trục có chiều theo chiều dương trục Y - Trục xác định từ trục 2&3 theo quy tắc vặn nút chai (quy tắc bàn tay phải), ln có phương nằm ngang, thuộc mặt phẳng XY 1.3.2 Quan hệ hệ toạ độ địa phương 123 dấu thành phần nội lực phần tử tấm [4],[5] - Lực dọc mặt phẳng F11 (hoặc F22): Tại mặt cắt trục (hoặc trục 2) ra; lực dọc F11 (hoặc F22) chiều với trục (hoặc trục 2) quy ước dương và ngược lại - Lực cắt F12 mặt phẳng 1-2: Tại mặt cắt trục ra; F12 chiều với trục dương ngược lại - Lực cắt vng góc với mặt phẳng V13; V23 quy ước tương tự mặt phẳng (ở hiện) - F-MIN, F-MAX lực theo phương (phương có lực cắt F12= 0), chiều dương góc biểu diễn phương Hình ta phân tích nội lực sàn kích thước 6x6 (m); chịu tải trọng phân bố q= 15kN/m2 phần mềm ETABS với trường hợp: - Trường hợp 1: Vẽ theo thứ tự ngược chiều kim đồng hồ - Trường hợp 2: Vẽ theo thứ tự chiều kim đồng hồ (Hình 9) Hình Mơ hình ETABS theo hai chiều vẽ khác Hình 10 Kết mơ-men M11 hai trường hợp Hình 11 Kết mơ-men M22 hai trường hợp Hình Quy ước dấu lực dọc lực cắt phần tử -Mô-men uốn M11, M22 gây căng trục dương ngược lại - M-MIN, M-MAX cácmô-men theo phương (phương có mơ-men M12= 0), chiều dương góc biểu diễn phương Hình Hình Quy ước dấu mô-men phần tử Dấu nội lực phần tử quy ước phần mềm ETABS phụ thuộc vào hệ tọa độ địa phương Mặt khác, hệ tọa độ địa phương 123 phần tử lại phụ thuộc vào chiều vẽ phần tử (khi vẽ ngược chiều kim đồng hồ trục hướng lên ngược lại) Do đó, chiều vẽ phần tử phần mềm ETABS có ảnh hưởng trực tiếp đến dấu nội lực (mặc định vẽ theo ngược chiều kim đồng hồ) Để thấy rõ điều Kết nội lực hai trường hợp ngược dấu (Hình 10, 11); mơ phần tử (Shell) ETABS chiều vẽ phần tử có ảnh hưởng trực tiếp đến dấu kết nội lực * Nhận xét: Qua việc phân tích đặc tính phần tử thanh, tấm phần mềm ETABS ta nhận thấy chiều vẽ phần tử có ảnh hưởng đến dấu nội lực Vấn đề đặt xây dựng mô hình phần tử từ phần mềm khác kết nối liệu với phần mềm ETABS quy tắc phương; chiều vẽ phần tử nào? Nội dung bài báo này, tác giả nghiên cứu các quy tắc xây dựng liệu phần mềm AutoCad 2007 kết nối với phần mềm ETABS v9.2.0để xây dựng sơ đồ hình học kết cấu được chính xác Kết nghiên cứu khảo sát 2.1 Kết nối liệu từ AutoCad 2007 để xây dựng mơ hình phần mềm ETABS v9.2.0 2.1.1 Chuẩn bị mơ hình phần mềm AutoCad 2007 [1] Sử dụng công cụ đồ họa AutoCad để tạo mơ hình phần tử tương ứng phần mềm ETABS Phần tử (Frame) tương ứng lệnh Line AutoCad; phần tử (Shell) tương ứng lệnh 3Dface AutoCad,… Tạo Layer vẽ loại phần tử Ví dụ: phần tử tạo Layer Frame (cho màu vàng); phần tử tạo Layer Shell (cho màu đỏ);… Save as file AutoCad với đuôi “.dxf” ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 05(114).2017-Quyển 2.1.2 Đưa liệu vào phần mềm ETABS [3] Khởi động phần mềm ETABS (chọn hệ đơn vị LựcChiều dài phù hợp) Vào Menu Import → AutoCad dxf file… → đường dẫn file AutoCad vừa tạo → Open Chú ý chọn đơn vị chiều dài Layer phần mềm ETABS phù hợp với AutoCad 2.2 Mô hình phần tử phần mềm CAD kết nối liệu phần tử sang phần mềm ETABS 2.2.1 Phần tử nút (Joint) Tạo Layer: Name “Nút”; màu vàng Phần tử nút (Point) mô AutoCad điểm Dùng lệnh Point vẽ điểm thuộc Layer “Nút” vừa tạo Save as file AutoCad với đuôi “*.dxf” (chẳng hạn đặt tên Point.dxf) Khởi động phần mềm ETABS Vào Menu Import → AutoCad dxf file… → đường dẫn file AutoCad vừa tạo → Open Hình 12 Chọn đơn vị Layer phần tử nút khai báo 2.2.2 Phần tử (Frame) Tạo Layer : Name “Thanh”; màu vàng; Phần tử Thanh (Frame) mô AutoCad đoạn thẳng Dùng lệnh Line ta vẽ hai thanh: từ trái sang phải từ phải sang trái dài 6m; thuộc Layer “Thanh” vừa tạo 55 Thanh 1: Vẽ trái sang phải Thanh 2: Vẽ phải sang trái Hình 15 Hệ tọa ̣ địa phương hai (vẽ hai chiều khác AutoCad) sau Import vào ETABS * Nhận xét: Ta thấy chiều vẽ AutoCad có ảnh hưởng đến chiều phần tử đưa vào mơ hình ETABS → hình vẽ ta thấy hai vẽ AutoCad theo hai chiều khác đưa vào ETABS, hệ tọa độ địa phương khác → ảnh hưởng đến dấu nội lực → chuẩn bị liệu đầu vào AutoCad cần tuân thủ quy tắc chiều vẽ phần tử ETABS.Thông thường mặc định chiều từ trái sang phải → ta nên vẽ đồng theo chiều 2.2.3 Phần tử (Shell) Tạo Layer: Name “Tấm”; màu đỏ Phần tử Tấm (Shell) mô AutoCad lệnh 3Dface Dùng lệnh 3Dface vẽ hai tấm: vẽ ngược chiều kim đồng hồ vẽ chiều kim đồng hồ; thuộc Layer “Tấm” vừa tạo Vẽ ngược chiều kim đồng hồ Vẽ chiều kim đồng hồ Hình 16 Vẽ hai chiều khác phần mềm AutoCad Save as file AutoCad với đuôi “*.dxf” (chẳng hạn đặt tên Shell.dxf) Khởi động phần mềm ETABS Vào Menu Import → AutoCad dxf file… → đường dẫn file AutoCad vừa tạo → Open 1: Vẽ trái sang phải 2: Vẽ phải sang trái Hình 13 Vẽ chiều khác phần mềm AutoCad Save as file AutoCad với đuôi “*.dxf” (chẳng hạn đặt tên Frame.dxf) Khởi động phần mềm ETABS Vào Menu Import → AutoCad dxf file… → đường dẫn file AutoCad vừa tạo → Open Hình 17 Chọn đơn vị Layer phần tử khai báo Khi ta phần tử ETABS với hệ tọa độ địa phương Hình 18: Hình 14 Chọn đơn vị Layer phần tử khai báo Vẽ ngược chiều kim đồng hồ Vẽ chiều kim đồng hồ Hình 18 Hệ tọa độ địa phương của hai tấm (vẽ hai chiều khác AutoCad) sau được Import vào ETABS Khi ta phần tử ETABS với hệ tọa độ địa phương sau: * Nhâ ̣n xét: Ta thấy chiều vẽ AutoCad có ảnh hưởng đến chiều phần tử đưa vào mô hình 56 Lê Chí Phát ETABS → hình vẽ ta thấy, hai vẽ AutoCad theo hai chiều khác nhau, đưa vào ETABS hệ tọa độ địa phương khác (trục ngược – màu hai khác nhau) → ảnh hưởng đến dấu nội lực → chuẩn bị liệu đầu vào AutoCad cần tuân thủ quy tắc chiều vẽ phần tử ETABS Thông thường mặc định vẽ ngược chiều kim đồng hồ Bàn luận Khi vẽ điểm (Point) AutoCad Import vào phần mềm ETABS để mô phần tử nút thay đổi Vì dùng lệnh vẽ điểm Point AutoCad để mô phần tử nút cho phần mềm ETABS Tuy nhiên,khi mơ hình phần tử (hoặc tấm) ETABS mặc định hai đầu (hoặc góc tấm) phần tử nút nên thơng thường tạo mơ hình phần tử nút không dùng đến Phần tử phần mềm ETABS mô đoạn thẳng (lệnh Line) AutoCad Chiều vẽ AutoCad ảnh hưởng đến hệ tọa độ địa phương nội lực đưa vào phần mềm ETABS Do đó, mơ phần tử (vẽ Line AutoCad) cần tuân thủ quy tắc hướng vẽ Thông thường mặc định chiều vẽ từ trái sang phải Phần tử phần mềm ETABS mô lệnh 3Dface AutoCad Mặt khác, ta thấy chiều vẽ AutoCad ảnh hưởng đến hệ tọa độ địa phương nội lực đưa vào phần mềm ETABS Do đó, mơ phần tử cần tuân thủ quy tắc hướng vẽ Thông thường, mặc định vẽ ngược chiều kim đồng hồ Kết luận Kết nối liệu phần mềm AutoCad phần mềm ETABS để xây dựng mơ hình kết cấu cho số toán phức tạp giải pháp tối ưu Tận dụng khả đồ họa tốt AutoCad hỗ trợ cho người sử dụng dễ dàng vẽ mơ hình kết cấu phức tạp công việc thực phần mềm ETABS nhiều thời gian Để đảm bảo kết hợp hai phần mềm xác, báo tập trung tìm hiểu đặc tính loại phần tử nút, thanh, phần mềm ETABS, từ đưa khuyến cáo cho người sử dụng quy luật vẽ phần tử phần mềm AutoCad: phần tử Joint, Frame, Shell phần mềm ETABS mô điểm (Point), đường thẳng (Line), mặt (3Dface) phần mềm AutoCad Việc mô phần tử phần mềm AutoCad để kết nối liệu với phần mềm ETABS cần tuân thủ quy định chiều vẽ phần tử: chiều mặc định phần tử Frame vẽ từ trái sang phải phần tử Shell vẽ ngược chiều kim đồng hồ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] AutoDESK (2007), Manual AutoCad 2007, AutoDESK Inc, USA [2] Lều Thọ Trình (2000), Cơ học kết cấu – Tập 1&2,NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [3] Makar Nageh (2007), How to model and Design high rise building using ETABS Program, Scientific Book House, Cairo, A.R.E [4] Nguyễn Mạnh Yên (2004),Phương pháp số học kết cấu, NXB Xây dựng, Hà Nợi [5] Võ Như Cầu (2005), Tính tốn kết cấu theo phương pháp phần tử hữu hạn, NXB Xây dựng, Hà Nội (BBT nhận bài: 09/02/2017, hoàn tất thủ tục phản biện: 16/03/2017) ... tắc xây dựng liệu phần mềm AutoCad 2007 kết nối với phần mềm ETABS v9.2.0? ?ể xây dựng sơ đồ hình học kết cấu được chính xác Kết nghiên cứu khảo sát 2.1 Kết nối liệu từ AutoCad 2007 để xây. .. vẽ phần tử phần mềm AutoCad: phần tử Joint, Frame, Shell phần mềm ETABS mô điểm (Point), đường thẳng (Line), mặt (3Dface) phần mềm AutoCad Việc mô phần tử phần mềm AutoCad để kết nối liệu với phần. .. vẽ ngược chiều kim đồng hồ Kết luận Kết nối liệu phần mềm AutoCad phần mềm ETABS để xây dựng mơ hình kết cấu cho số toán phức tạp giải pháp tối ưu Tận dụng khả đồ họa tốt AutoCad hỗ trợ cho