§1 KHUNG PHẲNG CHỊU TẢI TRỌNG ĐỨNG
Đề bài 1:
- Sơ đồ tính và tiết diện (nhịp dầm 4-6-4m, cao tầng 5-4-4-4-4m)
- Vật liệu: BTCT#250 có W = 2500 kg/m3, E=2.65x109kg/m2, µ = 0.2.
- Tải trọng: Lực phân bố đều trên các dầm và lực tập trung tại các nút
1.1. Xây dựng sơ đồ tính 1.1.1 Chọn đơn vị
Hộp đơn vị ở góc dưới bên phải cửa sổ chương trình. Chọn đơn vị kgf-m-C.
1.1.2. Tạo mô hình mới File > New Model …
Chọn sơ đồ 1.6 (hàng 1 cột 6) 2D Frames (Khung phẳng).
Sau khi chọn biểu tượng 2D Frames trong hộp thoại New Model, sẽ xuất hiện hộp thoại 2D Frames cho phép định các thông số cho khung phẳng cần tạo ra.
- Number of Stories (Số tầng): 5 Story Height (Chiều cao 1 tầng): 4
Chọn v Use Custom Grid Spacing and Locate Origin. Sau đó click vào nút vào Edit Grid … để mở hộp thoại khai báo dữ liệu các đường lưới định vị.
- X, Y, Z Grid Data: Dữ liệu đường lưới theo X, Y, Z. - Grid ID: số hiệu đường lưới x1,2,3…, y1,2,3…, z1,2,3… - Ordinate: Tọa độ đường lưới
Điều chỉnh dữ liệu các đường lưới theo phương X:
Grid ID Ordinate (cũ) Ordinate (sửa mới)
X1 -6 -7
X2 -2 -3
X3 2 3
z5 16 16
z6 20 20
- Nhấp OK để đóng hộp thoại khai báo lưới định vị, tiếp tục nhấp OK để đóng hộp thoại 2D Frames, lúc này trên màn hình hiện ra sơ đồ khung phẳng cần tạo.
1.1.3 Hiệu chỉnh và gán liên kết
Chọn 4 nút chân cột cần hiệu chỉnh liên kết.
Assign > Joint > Restraints …
Nhấp chọn vào biểu tượng liên kết ngàm.
1.2. Đặc trưng vật liệu và tiết diện 1.2.1. Đặc trưng vật liệu
Vật liệu là BTCT nên chọn CONC và click vào Modify/Show Material …
Nhập các thông số vật liệu như yêu cầu ở đề bài (W = Weight per unit Volumn =2500, E = Modulus of Elasticity = 2.65e9, µ = Poisson’s Ratio =0.2), các thông số còn lại không cần quan tâm.
1.2.2 Đặc trưng tiết diện
Click vào nút tam giác bên phải Add I/Wide Flange để mở ra bảng liệt kê các tiết diện có thể khai báo trong SAP2000, để khai báo tiết diện chữ nhật chọn Add Rectangular
Sau khi click chọn Add Rectangular, để tạo mới một tiết diện chữ nhật thì click vào nút Add New Property…
Sau khi click vào Add New Property … Hộp thoại Rectangular Section xuất hiện, cần xác định các đặc trưng cho tiết diện cần khai báo.
Dầm có tiết diện chữ nhật 0.2x0.3m, 0.25x0.5m, 0.25x0.6m. Cột có tiết diện chữ nhật 0.25x0.3m, 0.25x0.4m, 0.25x0.5m Vì vậy cần phải tiến hành khai báo 6 lần cho 6 tiết diện đó.
Trước hết khai báo tiết diện dầm 0.2x0.3m từ hộp thoại Rectangular Section
Trong hộp thoại này cần xác định các thông tin: - Section name: Tên tiết diện, D20x30.
- Material: Chọn tên của vật liệu cho tiết diện đang khai báo, CONC. - Depth (t3): Chiều cao tiết diện theo đơn vị là m, 0.3
- Width (t2): Bề rộng tiết diện theo đơn vị là m, 0.2
Chọn vào nút Concrete Reinforcement… để chọn dầm BTCT (beam). Chọn OK, chọn OK lần nữa để đóng hộp thoại Rectangular Section, trở về hộp thoại Frame Properties.
Tiếp tục khai báo tiết diện dầm 0.25x0.40m tương tự như khai báo tiết diện 0.2x0.3m, click vào Add New Property … Hộp thoại Rectangular Section
lại xuất hiện
- Section name: Tên tiết diện, D25x40.
- Material: Chọn tên của vật liệu cho tiết diện đang khai báo, CONC. - Depth (t3): Chiều cao tiết diện theo đơn vị là m, 0.5
- Width (t2): Bề rộng tiết diện theo đơn vị là m, 0.25
Chọn OK để đóng hộp thoại Rectangular Section, trở về hộp thoại Frame Properties.
Khai báo tiết diện dầm D25x60 như tiết diện dầm D25x50.
Tiếp theo khai báo tiết diện cột 0.25x0.3m, click vào Add New Property …
Hộp thoại Rectangular Section lại xuất hiện lần nữa - Section name: Tên tiết diện, C25x30.
Khai báo tiết diện cột C25x40, C25x50 như tiết diện cột C25x30.
Chọn OK để đóng hộp thoại Rectangular Section, trở về hộp thoại Frame Properties, chọn tiếp OK để đóng hộp thoại và hoàn tất khai báo tiết diện.
1.2.3. Gán tiết diện
* Chọn các phần tử cần gán tiết diện D20x30 (3 phần tử dầm mái). Vào menu Assign > Frame/Cables/Tendons > Frame Sections…
Xuất hiện hộp thoại Frame Properties.
Chọn tên tiết diện D2030 để gán cho các phần tử đã chọn.
* Chọn 3x3=9phần tử cần gán tiết diện D25x40 (3x3 phần tử dầm lầu 2,3,4). Vào menu Assign > Frame/Cables/Tendons > Frame Sections…
Xuất hiện hộp thoại Frame Properties.
Chọn tên tiết diện D25x40 để gán cho các phần tử đã chọn.
* Chọn 3 phần tử cần gán tiết diện D25x50 (3 phần tử dầm lầu 1). Vào menu Assign > Frame/Cables/Tendons > Frame Sections…
Xuất hiện hộp thoại Frame Properties.
Chọn tên tiết diện D25x50 để gán cho các phần tử đã chọn.
Chọn tên tiết diện C25x30 để gán cho các phần tử đã chọn.
* Chọn 10 phần tử cần gán tiết diện C25x40 (4 phần tử cột giữa 2 tầng trên cùng + 6 phần tử cột biên 3 tầng dưới).
Vào menu Assign > Frame/Cables/Tendons > Frame Sections…
Xuất hiện hộp thoại Frame Properties.
Chọn tên tiết diện C25x40 để gán cho các phần tử đã chọn.
* Chọn 6 phần tử cần gán tiết diện C25x50 (6 phần tử cột giữa 3 tầng dưới). Vào menu Assign > Frame/Cables/Tendons > Frame Sections…
Xuất hiện hộp thoại Frame Properties.
Chọn tên tiết diện C25x50 để gán cho các phần tử đã chọn.
1.3. Khai báo và gán tải trọng
1.3.1 Khai báo các trường hợp tải trọng Define > Load Cases …
- Load name: Nhập tên của trường hợp tải trọng, TINHTAI. - Type: Loại tải trọng, DEAD.
- Self Weight Multiplier: Hệ số nhân trọng lượng bản thân, 1.
Load Case Name: (chọn trường hợp tải cần gán tải vào) TINHTAI Load Type and Direction: (Loại tải và hướng tác dụng)
Forces,Coord Sys GLOBAL, Direction Gravity.
Trepezoidal Loads: (Tải phân bố đường tuyến tính trên phần tử).
Distance 0 0 0 0
Load 0 0 0 0
Uniform Load: (Tải phân bố đều) 1600.
* Gán tải cho 3x3 = 9 phần tử dầm lầu 2, 3, 4: Lực phân bố đều q = 1200kg/m.
- Chọn 3x3 = 9 phần tử dầm lầu 2, 3, 4
Load Case Name: (chọn trường hợp tải cần gán tải vào) TINHTAI Load Type and Direction: (Loại tải và hướng tác dụng)
Forces,Coord Sys GLOBAL, Direction Gravity.
Trepezoidal Loads: (Tải phân bố đường tuyến tính trên phần tử).
Distance 0 0 0 0
Load 0 0 0 0
Uniform Load: (Tải phân bố đều) 1200.
* Gán tải cho 3 phần tử dầm mái: Lực phân bố đều q = 800kg/m.
Load Case Name: (chọn trường hợp tải cần gán tải vào) TINHTAI Load Type and Direction: (Loại tải và hướng tác dụng)
Forces,Coord Sys GLOBAL, Direction Gravity.
Trepezoidal Loads: (Tải phân bố đường tuyến tính trên phần tử).
Distance 0 0 0 0
Load 0 0 0 0
Uniform Load: (Tải phân bố đều) 800.
* Gán tải cho 6 nút có lực P = 3000kg: Lực tập trung tại nút P = 3000kg tại 6 nút trên cột biên của các tầng 3, 4, 5.
- Chọn 6 nút có lực P = 3000kg
Load Case Name: (chọn trường hợp tải cần gán tải vào) TINHTAI
Coordinate System GLOBAL.
Force GlobalX: 0 Force GlobalY: 0 Force GlobalZ: -3000 Moment about GlobalX: 0.
Moment about GlobalY: 0.
Moment about GlobalZ: 0.
* Gán tải cho 2 nút có lực P = 4000kg: Lực tập trung tại nút P = 4000kg tại 2 nút trên cột biên của tầng 2.
- Chọn 2 nút có lực P = 4000kg
Load Case Name: (chọn trường hợp tải cần gán tải vào) TINHTAI
Coordinate System GLOBAL.
Force GlobalX: 0 Force GlobalY: 0 Force GlobalZ: -4000 Moment about GlobalX: 0.
Moment about GlobalY: 0.
Moment about GlobalZ: 0.
* Gán tải cho 8 nút có lực P = 5000kg: Lực tập trung tại nút P = 5000kg tại 8 nút trên cột giữa của các tầng 2, 3, 4, 5.
- Chọn 8 nút có lực P = 5000kg
Load Case Name: (chọn trường hợp tải cần gán tải vào) TINHTAI
Coordinate System GLOBAL.
Force GlobalX: 0 Force GlobalY: 0 Force GlobalZ: -5000 Moment about GlobalX: 0.
Moment about GlobalY: 0.
Moment about GlobalZ: 0.
1.4. Khai báo tổ hợp tải trọng
Không thực hiện vì chỉ xét 1 trường hợp tải trọng
1.5. Giải bài toán 1.5.1 Chọn bậc tự do Analyze > Set Options …
Chọn vào biểu tượng khung phẳng (Plane Frame – XZ Plane).
1.5.2 Gán số mặt cắt cần xuất kết quả
Assign > Frame/Cable/Tendon > Output Stations …
Min Number Stations: (Số mặt cắt tối thiểu) 9.
1.5.3 Lưu bài toán File > Save as…
Chọn đường dẫn và đặt tên file.
1.6. Xử lý kết quả
1.6.1 Xem sơ đồ biến dạng
Display > Show Deformed Shape …
1.6.2 Xem biểu đồ nội lực
- Axial Force: Lực dọc.
- Shear 2-2: Lực cắt theo phương 2 (dầm có phương 2 trùng với phương Z). - Moment 3-3: Mô ment uốn quanh trục 3,
1.6.3 Xuất kết quả thành file
* File text.TXT , file.RTF, file.HTML File > Print Tables…
Chọn các dữ liệu nhập và các kết quả tương ứng cần xuất thành file.
* File Excel:
File > Export > SAP2000 MS Excel Spreadsheet xls File.
Chọn các dữ liệu nhập và các kết quả tương ứng cần xuất thành file.
1.7 Kiểm tra và hiệu chỉnh
1.7.1 Kiểm tra các dữ liệu đã nhập
- Kiểm tra đơn vị.
Xem lại đơn vị lực – chiều dài – nhiệt độ trong hộp đơn vị. - Kiểm tra vật liệu.
Define > Material…
Chọn loại vật liệu cần xem CONC, Chọn Modify/Show Material…
- Kiểm tra khai báo tiết diện.
Define > Frame Sections…
Chọn Modify/Show Property…
- Kiểm tra gán tiết diện.
Display > Show Misc Assign > Frame/Cable/Tendon …
Chọn tiết diện cần xem, Chọn Frame Section.
- Kiểm tra khai báo các trường hợp tải trọng.
Define > Load Cases…
Define > Combinations…
Chọntrường hợp tổ hợp cần xem, Chọn Modify/Show Combo…
- Kiểm tra bậc tự do.
Analyze > Set Options …
- Kiểm tra số mặt cắt.
Display > Show Misc Assign > Frame/Cable/Tendon …
Chọn Output Stations.
1.7.2 Hiệu chỉnh các dữ liệu đã nhập
Nếu phát hiện sai thì bấm vào ổ khóa để mở khóa (Unlock), sai phần nào thì hiệu chỉnh phần đó.
§2 KHUNG PHẲNG CHỊU TẢI TRỌNG ĐỨNG VÀ TẢI TRỌNG NGANG
Đề bài 2:
- Sơ đồ tính và tiết diện (nhịp dầm 6-8-8-6m, cao tầng 5-4-4-4-4-4m)
- Vật liệu BTCT#250 có W = 2500 kg/m3, E=2.65x109kg/m2, µ = 0.2.
- Tiết diện chữ nhật bxh = xem trên sơ đồ tính.
2.1. Xây dựng sơ đồ tính 2.1.1 Chọn đơn vị
Hộp đơn vị ở góc dưới bên phải cửa sổ chương trình. Chọn đơn vị kgf-m-C.
2.1.2. Tạo mô hình mới File > New Model …
Chọn sơ đồ 1.6 (hàng 1 cột 6) 2D Frames (Khung phẳng), sẽ xuất hiện hộp thoại 2D Frames cho phép định các thông số cho khung phẳng cần tạo ra.
- Number of Stories (Số tầng): 6 Story Height (Chiều cao 1 tầng): 4
- Number of Bays (Số nhịp): 4 Span Length (Chiều dài 1 nhịp): 8
Do chiều cao của các tầng và chiều rộng của các nhịp không bằng nhau nên chọn phương án xây dựng mô hình từ các đường lưới.
Chọn v Use Custom Grid Spacing and Locate Origin. Sau đó click vào nút vào Edit Grid … để mở hộp thoại khai báo dữ liệu các đường lưới định vị.
- X, Y, Z Grid Data: Dữ liệu đường lưới theo X, Y, Z. - Grid ID: số hiệu đường lưới x1,2,3…, y1,2,3…, z1,2,3… - Ordinate: Tọa độ đường lưới
Điều chỉnh dữ liệu các đường lưới theo phương Z:
Grid ID Ordinate (cũ) Ordinate (sửa mới)
z1 0 -1 z2 4 4 z3 8 8 z4 12 12 z5 16 16 z6 20 20 z7 24 24
- Nhấp OK để đóng hộp thoại khai báo lưới định vị, tiếp tục nhấp OK để đóng hộp thoại 2D Frames, lúc này trên màn hình hiện ra sơ đồ khung phẳng.
- Chọn các phần tử dầm và cột cần xóa bỏ, bấm phím Delete trên bàn phím.
2.1.3. Hiệu chỉnh và gán liên kết
Chọn 5 nút chân cột cần hiệu chỉnh liên kết.
Assign > Joint > Restraints …
Nhấp chọn vào biểu tượng liên kết ngàm.
2.2. Đặc trưng vật liệu và tiết diện 2.2.1. Đặc trưng vật liệu
Vật liệu là BTCT nên chọn CONC và click vào Modify/Show Material …
Click vào nút tam giác bên phải Add I/Wide Flange để mở ra bảng liệt kê các tiết diện có thể khai báo trong SAP2000, để khai báo tiết diện chữ nhật chọn Add Rectangular
Sau khi click chọn Add Rectangular, để tạo mới một tiết diện chữ nhật thì click vào nút Add New Property…
Sau khi click vào Add New Property … Hộp thoại Rectangular Section xuất hiện, cần xác định các đặc trưng cho tiết diện cần khai báo.
Dầm có tiết diện chữ nhật 0.25x0.5m, 0.25x0.6m, 0.25x0.7m.
Trước hết khai báo tiết diện dầm 0.25x0.5m từ hộp thoại Rectangular Section
Trong hộp thoại này cần xác định các thông tin: - Section name: Tên tiết diện, D25x50.
- Material: Chọn tên của vật liệu cho tiết diện đang khai báo, CONC. - Depth (t3): Chiều cao tiết diện theo đơn vị là m, 0.5
- Width (t2): Bề rộng tiết diện theo đơn vị là m, 0.25
Chọn vào nút Concrete Reinforcement… để chọn dầm BTCT (beam). Chọn OK, chọn OK lần nữa để đóng hộp thoại Rectangular Section, trở về hộp thoại Frame Properties.
Tiếp tục khai báo tiết diện dầm 0.25x0.60m tương tự như khai báo tiết diện 0.25x0.5m, click vào Add New Property … Hộp thoại Rectangular Section
Chọn OK để đóng hộp thoại Rectangular Section, trở về hộp thoại Frame Properties.
Khai báo tiết diện dầm D25x70 như tiết diện dầm D25x50.
Tiếp theo khai báo tiết diện cột 0.25x0.3m, click vào Add New Property …
Hộp thoại Rectangular Section lại xuất hiện lần nữa - Section name: Tên tiết diện, C25x30.
- Material: Chọn tên của vật liệu cho tiết diện đang khai báo, CONC. - Depth (t3): Chiều cao tiết diện theo đơn vị là m, 0.3
- Width (t2): Bề rộng tiết diện theo đơn vị là m, 0.25
Chọn vào nút Concrete Reinforcement… để chọn cột BTCT (column). Chọn OK, chọn OK lần nữa để đóng hộp thoại Rectangular Section, trở về hộp thoại Frame Properties.
Khai báo tiết diện cột C25x40, C30x50, C30x60 như tiết diện cột C25x30. Chọn OK để đóng hộp thoại Rectangular Section, trở về hộp thoại Frame Properties, chọn tiếp OK để đóng hộp thoại và hoàn tất khai báo tiết diện.
2.2.3. Gán tiết diện
* Chọn các phần tử cần gán tiết diện D25x50 (4 phần tử dầm mái). Vào menu Assign > Frame/Cables/Tendons > Frame Sections…
* Chọn 2x3=6phần tử cần gán tiết diện D25x60 (2x3 phần tử dầm lầu 3, 4, 5). Vào menu Assign > Frame/Cables/Tendons > Frame Sections…
Xuất hiện hộp thoại Frame Properties.
Chọn tên tiết diện D25x60 để gán cho các phần tử đã chọn. * Chọn 6 phần tử cần gán tiết diện D25x70.
Vào menu Assign > Frame/Cables/Tendons > Frame Sections…
Xuất hiện hộp thoại Frame Properties.
Chọn tên tiết diện D25x70 để gán cho các phần tử đã chọn.
* Chọn 4 phần tử cần gán tiết diện C25x30 (4 phần tử cột biên 2 tầng trên cùng).
Vào menu Assign > Frame/Cables/Tendons > Frame Sections…
Xuất hiện hộp thoại Frame Properties.
Chọn tên tiết diện C25x30 để gán cho các phần tử đã chọn. * Chọn 10 phần tử cần gán tiết diện C25x40.
Vào menu Assign > Frame/Cables/Tendons > Frame Sections…
Xuất hiện hộp thoại Frame Properties.
Chọn tên tiết diện C25x40 để gán cho các phần tử đã chọn. * Chọn 6 phần tử cần gán tiết diện C30x50.
Vào menu Assign > Frame/Cables/Tendons > Frame Sections…
Xuất hiện hộp thoại Frame Properties.
Chọn tên tiết diện C30x50 để gán cho các phần tử đã chọn. * Chọn 2 phần tử cần gán tiết diện C30x60.
Vào menu Assign > Frame/Cables/Tendons > Frame Sections…
- Load name: Nhập tên của trường hợp tải trọng, TINHTAI. - Type: Loại tải trọng, DEAD.
- Self Weight Multiplier: Hệ số nhân trọng lượng bản thân, 1.
Modify Load : Hiệu chỉnh trường hợp tải đang chọn DEAD thành TINHTAI. Tiếp tục khai báo trường hợp tải trọng ngang (gió trái)
- Load name: Nhập tên của trường hợp tải trọng, GIOTRAI. - Type: Loại tải trọng, WIND.
- Self Weight Multiplier: Hệ số nhân trọng lượng bản thân, 0.
Add New Load : Thêm trường hợp tải trọng GIOTRAI.