Ứng dụng tin học trong thiết kế công trình dân dụng và công nghiệp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI KHOA CƠNG TRÌNH BỘ MƠN XÂY DỰNG DD&CN Bài giảng ỨNG DỤNG TIN HỌC TRONG THIẾT KẾ CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP Hà Nội – 03/2021 TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Khoa Công trình – Bộ mơn XDDDD&CN ỨNG DỤNG TIN HỌC TRONG THIẾT KẾ CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP Tên giảng viên: Nguyễn Thị Thanh Thúy Email: thuynguyendhtl@gmail.com ĐT: 0986922668 MỤC TIÊU - NỘI DUNG MÔN HỌC MỤC TIÊU • Cung cấp kiến thức kỹ sử dụng phần mềm • Etabs: Phân tích kết cấu: Mơ hình hóa tính tốn nội lực; thiết kế kết cấu cơng trình nhà nhiều tầng • Excel: Lập bảng tính thiết kế cấu kiện dầm, cột, sàn, móng … theo tiêu chuẩn hành NỘI DUNG • Mở đầu: Giới thiệu + trình tự thiết kế kết cấu cơng trình (1t) • Etabs: Tổng quan phần mềm Etabs, bước MHH kết cấu, Xử lý kết đầu ra, thiết kế cấu kiện + kiểm tra (14t) • Excel: Giới thiệu phần mềm, bảng tính, nội dung lập bảng tính Excel, Thiết lập bảng tính dành cho cấu kiện Excel theo TCVN (15t) Phần 1: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ETABS TRONG PHÂN TÍCH KẾT CẤU CƠNG TRÌNH • PHÂN TÍCH KẾT CẤU CƠNG TRÌNH NHÀ CAO TẦNG – THỰC HÀNH VỚI MỘT CƠNG TRÌNH CỤ THỂ - LẬP PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU, SƠ BỘ TD VÀ TÍNH TỐN TẢI TRỌNG - THIẾT LẬP MƠ HÌNH KẾT CẤU, KHAI BÁO, PHÂN TÍCH KẾT CẤU, KIỂM TRA VÀ THIẾT KẾ CẤU KIỆN Phần 2: ỨNG DỤNG EXCEL TRONG THIẾT KẾ BẢNG TÍNH XÂY DỰNG • • • • • CHIA NHÓM SV THIẾT LẬP CÁC BẢNG TÍNH THIẾT KẾ CẤU KIỆN KẾT CẤU BTCT: TK dầm, cột, sàn, vách… MĨNG: Móng đơn, móng băng, móng cọc… KẾT CẤU THÉP: TK, kiểm tra Cột thép, xà ngang, xà gồ… KẾT CẤU LIÊN HỢP, BT ỨNG SUẤT TRƯỚC… PHẦN EXCEL: SV LẬP CÁC BẢNG TÍNH Lập bảng tính tốn dầm chịu uốn (tiết diện chữ nhật, tiết diện chữ T, kiểm tra khả chịu lực, khả chịu cắt) Kiểm tra dầm BTCT theo trạng thái giới hạn thứ hai Bảng tính cốt thép cho sàn làm việc hai phương theo sơ đồ dẻo, sơ đồ đàn hồi Lập bảng tính cốt thép đối xứng cho cột chịu nén lệch tâm phẳng (bảng kiểm tra, cột chịu nén lệch tâm xiên, vách BTCT) Bảng tính cho tốn móng đơn ( SCT cọc, cọc nhồi, cọc đúc sẵn, cốt thép cho móng đơn, đài móng, kiếm tra chiều cao đài cọc: chọc thủng, điều kiện tiết diện nghiêng, kiểm tra vận chuyển cẩu lắp cọc) Bảng tính kết cấu thép… ĐIỂM CHUNG - LÝ THUYẾT TÍNH TỐN (CHỌN CÁC VÍ DỤ MẪU, ĐIỂN HÌNH) - LẬP THUẬT TỐN (SƠ ĐỒ KHỐI) - THƠNG SỐ ĐẦU VÀO, BẢNG TRA, PHẦN TÍNH TỐN VÀ ĐẦU RA, KIỂM TRA KẾT QUẢ) PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ Đánh giá:  Bài tập thực hành Etabs: - Cùng công trình khác số liệu L1,L2,L3,H, số tầng (có thể lựa chọn tính tốn thêm tải trọng gió động cơng trình có chiều cao 40m) KIỂM TRA GIỮA KỲ PHẦN ETABS Bài tập thực hành Ms Excel: nhóm 3-5 sinh viên, chung đề tài, phải thuyết trình phương án có sản phẩm cụ thể;  Hình thức thi: thi máy vấn đáp, nội dung gồm phần Etabs Excel  Điện thoại: 0986922668  Email GV: thuynguyendhtl@gmail.com Giáo trình + Tài liệu tham khảo - - Các quy chuẩn, tiêu chuẩn hành - - Các sách tính toán kết cấu chuyên ngành - - Các tài liệu học tập chuyên ngành TIN HỌC ỨNG DỤNG Các phần mềm sử dụng để tính tốn, thiết kế kết cấu  Các phần mềm kết cấu có nhiệm vụ sau:  Phân tích kết cấu: tính toán nội lực, chuyển vị, phản lực, dao động, nứt  Thiết kế kết cấu: thiết kế thép cấu kiện dầm, cột, sàn, cấu tạo; kiểm tra  Mỗi phần mềm lại có ưu nhược điểm riêng mạnh lĩnh vực  Một số phần mềm kết cấu phổ biến:  Bộ phần mềm CSI: SAP2000, ETABS, SAFE, CSICOL,PERFORM TIN HỌC ỨNG DỤNG  Bộ phần mềm CSI: SAP2000, ETABS, SAFE, CsiCOL 10 TIN HỌC ỨNG DỤNG Các phần mềm sử dụng để tính tốn, thiết kế kết cấu  Một số phần mềm kết cấu phổ biến:  Phần mềm tính tốn phần ngầm: PLAXIS, GEOSLOPE 11 Các phần mềm sử dụng để tính tốn, thiết kế kết cấu  Một số phần mềm kết cấu phổ biến:  Phần mềm mạnh mơ hình hóa ABAQUS  Phần mềm mạnh mơ ANSYS 12 Tổng quan phần mềm Etabs 3.1 Khả Etabs ( Etabs làm gì?) - Có khả mơ hình hóa dạng kết cấu nhà cao tầng; - Có thể liên kết với phần mềm khác nhập /xuất liệu từ: cad, excel, safe, staad, - Có thể định nghĩa gán loại tải trọng đặc biệt: gió động, động đất, nhiệt độ, - Có khả phân tích dao động cơng trình: + Phân tích động lực học: xác định chu kì, tần số, + Phân tích bậc hai P-delta + Phân tích phổ phản ứng dạng dao động, 13 Tổng quan phần mềm Etabs 3.2 Những điểm mạnh Etabs - Chun dụng cho nhà cao tầng, có cơng cụ phục vụ cho việc lập mơ hình nhanh, xác; - Chủ yếu thao tác mặt bằng; - Có chế độ bắt điểm giống CAD; - Có thể thao tác nhiều mặt lúc thông qua chức Similar story, All story; 1.3 Những hạn chế Etabs - Etabs khơng mơ hình hóa nhiều dạng cơng trình (bể chứa, tường chắn đất, ) SAP; - Etabs có khả thiết kế theo tiêu chuẩn nước ngồi khơng / chưa có khả thiết kế theo tiêu chuẩn Việt nam (Version có) - Kho phần tử mẫu Etabs cịn hạn chế 14 Trình tự thiết kế kết cấu cơng trình xây dựng dân dụng công nghiệp (1) Lên phương án kết cấu, lựa chọn vật liệu; (2) Tính tốn sơ tiết diện cấu kiện (3) Tính tốn tải trọng tác động (4) Xác định nội lực tổ hợp nội lực (5) Kiểm tra chuyển vị, kích thước tiết diện (6) Tính tốn, lựa chọn bố trí cốt thép (thiết kế cấu kiện) (7) Tính tốn kiểm tra điều kiện khác (8) Thể vẽ 15 Các nội dung bước thiết kế (1) Lên phương án kết cấu, lựa chọn vật liệu; (Rb,Rbt,E,Rs,Rsc) (2) Tính tốn sơ tiết diện cấu kiện ( Lập bảng sơ tiết diện: dầm, sàn, cột) (3) Tính tốn tải trọng tác động (Tính tốn tĩnh tải, hoạt tải, gió tĩnh, ) (4) Tính tốn nội lực tổ hợp nội lực ( Lập mơ hình Etabs- mơ hình tính để xác định nội lực tổ hợp) (5) Kiểm tra chuyển vị, kích thước tiết diện (6) Tính tốn, lựa chọn bố trí cốt thép (Lập bảng tính excel với số liệu đầu vào mục tiêu đầu rõ ràng – nội dung thực thơng qua sơ đồ khối) (7) Tính tốn kiểm tra điều kiện khác (8) Thể vẽ (Thành thạo phần mềm thể hiện:CAD, Revit, Và biết cách đọc vẽ) 16 MỘT VÍ DỤ VỀ PHẦN TÍNH TỐN SƠ BỘ KÍCH THƯỚC CẤU KIỆN CHỊU LỰC BTCT CHỌN SƠ BỘ TIẾT DIỆN DẦM, SÀN, CỘT II Chọn Tiết Diện Dầm A.Lý Thuyết chọn dầm: I Chọn Tiết Diện Sàn hd = + Công thức tính chiều cao dầm: A.Lý Thuyết sàn: + Cơng thức tính chiều dày sàn: bd = (0.3  0.5)  hd D l m hs  hmin hs = - Trong đó: - Trong đó: m= D= hmin= L= (30-35) loại dầm ,bản làm việc phương (40-45) kê bốn cạnh ,bản làm việc hai phương (10-15) uốn phương dạng công xôn (0.8-1.4) phụ thuộc tải trọng 4cm (đối với sàn mái) 5cm (đối với sàn nhà cơng trình cơng cộng) 6cm (đối với sàn tầng nhà sản xuất) 7cm (đối với làm từ bê tông nhẹ) Cạnh ngắn B.Tính tốn chọn sơ bộ: Nhập thơng số D l(m) 1.2 3.6 *Note: m 40 Tính hs(cm) 10.8  ld md Chọn hs(cm) 15 L: md=(8-12) md=(12-16) md=(5-7) Chiều dài dầm xét Đối với dầm Đối với dầm phụ Đối với dầm cơngxơn B.Tính tốn chọn sơ bộ: ld(m) 5.6 5.6 7.8 7.8 5.6 5.6 3.6 3.6 md 12 12 12 16 12 16 Nhập thông số hd(cm) bd1(cm) 70 21 46.67 14.001 97.5 29.25 65 19.5 46.67 14.001 35 10.5 30 22.5 6.75 Chọn hd(cm) bd(cm) bd2(cm) 35 23.335 48.75 32.5 23.335 17.5 15 11.25 60 30 60 30 40 22 30 15-22 *Note: Khi h600 lấy h theo bội số 100 mm b lấy (100,150,180,200,,220,250 mm) Khi b lớn lấy theo bội số 50 mm Để thuận tiện cho thi công nên chọn Hs theo bội số 10mm 17 MỘT VÍ DỤ VỀ PHẦN TÍNH TỐN SƠ BỘ KÍCH THƯỚC CẤU KIỆN CHỊU LỰC BTCT III Chọn Tiết Diện Cột C.Kiểm tra độ mảnh: A.Lý Thuyết chọn cột: = Fb = k  + Công thức chọn tiết diện cột: N Rn - Trong Hc chiều cao thật cột bc kích thước cạnh bé cột - Trong đó: k hệ số kể đến mômem uốn 1.1 cột nhà k= 1.3 cột biên 1.5 cột góc Rn (Rb) Cường độ nén bêtông N Tổng tải trọng tác dụng lên cột xét N=m.q.F m: số tầng cột xét q: tải trọng tương đương tính mét vng mặt sàn gồm tải thường xuyên tạm thời sàn,trọng lượng dầm,tường cột q: lấy theo kinh nghiệm q=10-14KN/M2 với nhà có bề dày sàn 10-14 cm có tường,kích thước cột dầm thuộc loại bé q=15-18KN/M2 với nhà có bề dày sàn 15-20 cm có tường,kích thước cột dầm thuộc loại trung bình q>=20 KN/M2 với nhà có bề dày sàn >25 cm có tường,kích thước cột dầm thuộc loại lớn Hc(m) 3.3 q F (kG/m2) 1200 1200 (m2) 14.4 28.8 Nhập thông số N k (kG) hệ số 172800 1.1 311040 1.1 Nhập thông số bc(cm)  50 4.62 Kiểm tra Đạt D.Kiểm tra dầm cột làm việc tương đương Thông số dầm(m) bd hd ld 0.35 0.7 2.4 B.Tính tốn chọn sơ bộ: m số tầng 10 0.7  Hc  30 bc bc 0.5 Thông số cột(m) hc Hc 0.5 3.3 id/ic 2.64 Rb Ftinh Căn lênb chọn cm cm (kG/Cm2) (cm2 ) 130 1462.154 38.24 60 130 2631.877 51.3 60 Với: i= Ej E  b  h3 = l l 12 r= b  h2 *Note: Cột chữ nhật h/b=1,5-3 Chọn h bội số 2;5 cm h < 80 cm Chọn h bội số 10 cm h > 80 cm Chọn b bội số cm Tránh chọn tiết diện để cột mảnh,chọn Lo/b < 30 Lo/h > 25 ( Lo chiều dài tính tốn cột ) *Note: id/ic khoảng (0.2-5) Đảm bảo liên kết dầm,cột ngàm Hợp lý id/ic = ( 2-3 ) 18 GIỚI THIỆU CÁC HÀM : Goal seek, Solver & tìm hàm biểu diễn cho phân bố rời rạc (dùng để nội suy) - - HÀM GOAL SEEK Giải phương trình Vị trí: data / what if analysis / goal seek Gán cho hàm giá trị tìm x để thỏa mãn điều VD: Ax3+Bx2+Cx+D=f(x) Đưa vào excel ô gồm: A,B,C,D,x f(x) Dùng hàm goal seek: set cell value hàm f(x) đến giá trị =0 việc thay đổi giá trị x giải nghiệm phương trình Gọi hàm solver: Giải phương trình, tìm cực trị có điều kiện ràng buộc Vị trí: file/options/add in … Vào google.com/gõ chức solver excel; chọn thuộc trang giaiphapexcel Đọc làm theo ví dụ thuộc link: http://www.giaiphapexcel.com/forum/showthread.php?36604-S%E1%BB%ADd%E1%BB%A5ng-Solver-trong-Excel-97-2010 Vẽ đồ thị tìm hàm Có phân bố hai phương Vẽ đồ thị theo point Hướng dẫn cách trang trí trình bày đồ thị Add trend line/ chọn dạng đường thích hợp/ R2 hàm S (mm) P (T) 0 0.03 10 0.055 15 0.09 20 0.13 15 0.17 30 0.3 35 0.5 40 0.8 10 15 20 15 30 35 40 Quan hệ S_P -0.1 0.1 Độ lún S (mm) - y = 0.0002x4 - 0.0016x3 - 9E-05x2 + 0.0409x - 0.0408 R² = 0.9993 0.2 0.3 0.4 0.5 Đường cong nén lún Poly (Đường cong nén lún) 0.6 0.7 0.8 0.9 TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Khoa Cơng trình – Bộ mơn XDDDD&CN ỨNG DỤNG TIN HỌC TRONG THIẾT KẾ CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP PHẦN 2: ỨNG DỤNG EXCEL TRONG THIẾT KẾ BẢNG TÍNH XÂY DỰNG BUỔI 10,11,12: THỰC HÀNH THIẾT LẬP BẢNG TÍNH KỸ THUẬT XÂY DỰNG BẰNG EXCEL TÊN GIẢNG VIÊN: NGUYỄN THỊ THANH THÚY EMAIL: THUYNGUYENDHTL@GMAIL.COM ĐT: 0986922668 BÀI TẬP NHÓM PHẦN EXCEL - Buổi 8: Giao đề tâp nhóm - BTVN buổi 8: Các nhóm - Tìm lý thuyết tính tốn (Tiêu chuẩn VN, sách, giảng ví dụ, đồ án) Lập Thuật toán → Sơ đồ khối thể q trình tính tốn (nhập → kết kiểm tra) - Buổi 9: Thiết lập bảng tính dầm chịu uốn – BTVN Nộp Email cho GV vào tuần 10 - Buổi 10,11,12: Duyệt, trình bày sơ đồ khối Thiết lập bảng tính– yêu cầu ghi rõ tài liệu tham khảo bảng tính - Trước buổi bảo vệ ngày: u cầu nhóm gửi tồn kết gồm: Lý thuyết tính tốn, sơ đồ khối bảng tính cho nhóm phản biện - Buổi 13,14,15: Các nhóm trình bày kết trước lớp giảng viên (bảo vệ), nhóm phản biện phải có ý kiến nhận xét bảng tính, tính xác, chỗ chưa đúng, chưa phù hợp, chưa tự động, chưa đủ tất trường hợp toán… - Sau chỉnh sửa, tất bảng tính sơ đồ khối gửi email in file cứng sơ đồ khối bảng tính nộp cho GV để chấm điểm vào tuần 16 TIN HỌC ỨNG DỤNG TRONG THIẾT KẾ CƠNG TRÌNH DD&CN PHẦN 2: ỨNG DỤNG EXCEL TRONG THIẾT KẾ BẢNG TÍNH XÂY DỰNG BUỔI 10,11,12: GV DUYỆT SƠ ĐỒ KHỐI & HƯỚNG DẪN CÁC NHÓM SV THIẾT LẬP CÁC BẢNG TÍNH THỰC HIỆN - Nhóm SV dựa TLTK tìm, lập sơ đồ khối cho toán thiết kế giao Nộp SĐK để GV kiểm tra, góp ý (viết tay file mềm) Nhóm Sv chỉnh sửa lại SĐK, thể lại Word, cad, excel, Nhóm SV thiết lập bảng tính Excel theo SĐK duyệt Nhóm SV chuẩn bị để trình bày bảng tính trước lớp theo lịch phân cơng GV, ngày trước hơm trình bày phải gửi tồn file cho nhóm phản biện xem xét trước TIN HỌC ỨNG DỤNG TRONG THIẾT KẾ CƠNG TRÌNH DD&CN PHẦN 2: ỨNG DỤNG EXCEL TRONG THIẾT KẾ BẢNG TÍNH XÂY DỰNG BUỔI 10: SƠ ĐỒ KHỐI & HƯỚNG DẪN THIẾT LẬP CÁC BẢNG TÍNH CẤU KIỆN BTCT, BTUST BUỔI 10: SƠ ĐỒ KHỐI & HƯỚNG DẪN THIẾT LẬP CÁC BẢNG TÍNH CẤU KIỆN BTCT BTCT UST Lập bảng tính cho tốn thiết kế cấu kiện BTCT BTUST Lý thuyết tính tốn, kiểm tra Thuật tốn tính tốn – Sơ đồ khối Hướng dẫn thực lập bảng tính Excel Các tốn khác liên quan - Đề 1A - 12A TIN HỌC ỨNG DỤNG TRONG THIẾT KẾ CƠNG TRÌNH DD&CN PHẦN 2: ỨNG DỤNG EXCEL TRONG THIẾT KẾ BẢNG TÍNH XÂY DỰNG BUỔI 11: SƠ ĐỒ KHỐI & HƯỚNG DẪN THIẾT LẬP CÁC BẢNG TÍNH CẤU KIỆN THÉP, LIÊN HỢP BUỔI 11: SƠ ĐỒ KHỐI & HƯỚNG DẪN THIẾT LẬP CÁC BẢNG TÍNH CẤU KIỆN BẰNG THÉP VÀ LIÊN HỢP Lập bảng tính cho tốn Lý thuyết tính tốn, kiểm tra Thuật tốn tính tốn – Sơ đồ khối Hướng dẫn thực lập bảng tính Excel Các toán khác liên quan cấu kiện thép Liên hợp Đề 1C – 4C 1D -4D 10 TIN HỌC ỨNG DỤNG TRONG THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH DD&CN PHẦN 2: ỨNG DỤNG EXCEL TRONG THIẾT KẾ BẢNG TÍNH XÂY DỰNG BUỔI 12: SƠ ĐỒ KHỐI & HƯỚNG DẪN THIẾT LẬP CÁC BẢNG TÍNH CẤU KIỆN MĨNG & PHẦN NGẦM 11 BUỔI 12: SƠ ĐỒ KHỐI & HƯỚNG DẪN THIẾT LẬP CÁC BẢNG TÍNH CẤU KIỆN MĨNG & PHẦN NGẦM Lập bảng tính cho tốn móng đơn / cọc Lý thuyết tính tốn, kiểm tra móng đơn/ cọc Thuật tốn tính tốn – Sơ đồ khối Hướng dẫn thực lập bảng tính Excel Các toán khác liên quan đến móng: a) Lập bảng tính sức chịu tải cọc theo vật liệu đất nền: khoan nhồi, cọc ép chế tạo sẵn b) Lập bảng tính tính tốn cốt thép cho đài móng c) Lập bảng tính kiểm tra chọc thủng, cường độ tiết diện nghiêng cho móng nơng 12 13 TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Khoa Cơng trình – Bộ mơn XDDDD&CN ỨNG DỤNG TIN HỌC TRONG THIẾT KẾ CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP PHẦN 2: ỨNG DỤNG EXCEL TRONG THIẾT KẾ BẢNG TÍNH XÂY DỰNG BUỔI 13,14,15: TRÌNH BÀY CÁC BẢNG TÍNH KỸ THUẬT XÂY DỰNG BẰNG EXCEL TÊN GIẢNG VIÊN: NGUYỄN THỊ THANH THÚY EMAIL: THUYNGUYENDHTL@GMAIL.COM ĐT: 0986922668 BÀI TẬP NHÓM PHẦN EXCEL - Buổi 8: Giao đề tâp nhóm - BTVN buổi 8: Các nhóm - Tìm lý thuyết tính tốn (Tiêu chuẩn VN, sách, giảng ví dụ, đồ án) Lập Thuật tốn → Sơ đồ khối thể q trình tính toán (nhập → kết kiểm tra) - Buổi 9: Thiết lập bảng tính dầm chịu uốn – BTVN Nộp Email cho GV vào tuần 10 - Buổi 10,11,12: Duyệt, trình bày sơ đồ khối Thiết lập bảng tính– yêu cầu ghi rõ tài liệu tham khảo bảng tính - Trước buổi bảo vệ ngày: Yêu cầu nhóm gửi tồn kết gồm: Lý thuyết tính tốn, sơ đồ khối bảng tính cho nhóm phản biện - Buổi 13,14,15: Các nhóm trình bày kết trước lớp giảng viên (bảo vệ), nhóm phản biện phải có ý kiến nhận xét bảng tính, tính xác, chỗ chưa đúng, chưa phù hợp, chưa tự động, chưa đủ tất trường hợp toán… - Sau chỉnh sửa, tất bảng tính sơ đồ khối gửi email in file cứng sơ đồ khối bảng tính nộp cho GV để chấm điểm vào tuần 16 TIN HỌC ỨNG DỤNG TRONG THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH DD&CN PHẦN 2: ỨNG DỤNG EXCEL TRONG THIẾT KẾ BẢNG TÍNH XÂY DỰNG BUỔI 13,14,15: CÁC NHĨM SV TRÌNH BÀY BẢNG TÍNH THỰC HIỆN - Nhóm SV chuẩn bị hồ sơ để trình bày trước lớp theo lịch phân cơng GV, ngày trước hơm trình bày phải gửi tồn file cho nhóm phản biện xem xét - Mỗi nhóm trình bày (