2.2. Module thiết kế kết cấu cột
2.2.2. Xây dựng module tính toán
a. Các nút công cụ hỗ trợ tự động tính toán
Xây dựng các nút công cụ được lập trình bằng VBA nhằm thực hiện quá trình nhập dữ liệu, lọc và xử lý số liệu nội lực, thiết kế cốt thép.
Mỗi phần tử được tính toán tại hai mặt cắt đầu cột và chân cột. Do sự làm việc không gian của cột nên ta cần xác định các cặp nội lực sau để tính thép:
- Mmaxx ;Mtuy;Ntu
19 - Mtux;Mmaxy ;Ntu
- Mtux;Mtuy;Nmax
Module được thiết kế với các nút công cụ hỗ trợ tự động quy trình lọc, xử lý số liệu nội lực, thiết kế cốt thép cột theo quy trình các bước (tương ứng với các nút công cụ sau):
Bước 1: Nút công cụ “Column Forces”
Được viết bằng ngôn ngữ VBA để lấy dữ liệu nội lực cột từ phần mềm Etabs bằng nút công cụ “Column Forces” hoặc copy dữ liệu trực tiếp từ phần mềm Etabs.
Bước 2: Nút công cụ “Combination column”
- Nút công cụ được xây dựng có chức năng xử lý rất nhiều nội lực của các tiết diện của từng cấu kiện để xác định các nội lực nguy hiểm nhất cho mỗi cấu kiện cho từng phần tử.
- Sau đó tiến hành tổ hợp tải trọng và lựa chọn 3 tổ hợp tải trọng nguy hiểm nhất cho mỗi phần từ tại 2 tiết diện (đầu và cuối) của cột.
Bước 3: Nút công cụ “Design column”
- Tự động nhập các tổ hợp nội lực vào bảng tính cột
- Sau đó tiến hành tổ hợp tải trọng và lựa chọn 3 tổ hợp tải trọng nguy hiểm nhất cho mỗi phần từ tại 2 tiết diện (đầu và cuối) của cột.
- Tiến hành lựa chọn tiết diện và tính toán cốt thép cho cột Bước 4: Remove results (xóa kết quả)
- Tự động xóa các kết quả tổ hợp nội lực, tiết diện, cốt thép đã tính toán ở bước 2,3 để tiến hành làm lại
Bước 5: Delete Data (xóa toàn bộ dữ liệu)
Tự động xóa toàn bộ dữ liệu đã nhập từ Etasbs và các kết quả đã tính.
b. Nhập tự động dữ liệu từ Etabs
Lấy nội lực Columns Forces từ phần mềm Etabs theo trình tự :
Display -> Show table -> Frame Output -> column Forces -> column Forces -> xuất hiện cửa sổ “choose Tables for Display”
20
Hình 2. 9 Cửa sổ xuất nội lực cột từ Etabs
Lưu dữ liệu nội lực cột dưới dạng một file Excel có tên “Data_column.xls” . Sau đó sử dụng nút công cụ “Column Forces” để truy xuất và tự động lấy dữ liệu từ file
“Data_column.xls” nhập vào bảng tính. Code VBA được viết để hỗ trợ việc truy xuất đến đường link lưu file dữ liệu và nhập dữ liệu:
Hình 2. 10 Đoạn code VBA hỗ trợ tự dộng nhập nội lực cột vào bảng tính c. Lọc các tổ hợp nội lực nguy hiểm
21
Mô hình hoàn chỉnh được hỗ trợ phân tích, tính toán nội lực bằng phần mềm thương mại Etabs. Sau đó lọc lấy nội lực nguy hiểm cho kết cấu từ các số liệu nội lực lấy ra từ phần mềm.
Nội lực của nhiều phần tử cột (C1, C2, C3…) ở nhiều tầng (Story1, Story2, Story3, Story4…) tại nhiều tiết diện và nhiều tổ hợp tải trọng. Do đó cần xây dựng nút công cụ
“Combination column” có chức năng lấy nội lực nguy hiểm nhất của các tổ hợp nguy hiểm ở 2 tiết diện đầu – cuối của cột:
Hình 2. 11. Lấy các tổ hợp nội lực nguy hiểm ở tiết diện đầu- cuối của cột
* Cách lọc:
- Bước 1: Tạo sự kết hợp COMBINES = tên cột + tên tầng công trình+ tổ hợp tải trọng cho toàn bộ file nội lực của cột. Sự kết hợp trên là duy nhất đối với mỗi tổ hợp tải trọng, mỗi cột và mỗi tầng. Chẳng hạn: cột C1 ở tầng 1 (story1) và tổ hợp tải trọng COMB1 là COMB1C1STORY1.
- Bước 2: Dùng thao tác lọc đến đối tượng COMBINES để tiến hành lọc lấy nội lực cho tiết diện đầu và tiết diện cuối của cột, code VBA được viết trên biểu mẫu được tạo ra như bảng sau:
22
Bảng 2. 3. Bảng hỗ trợ lấy các tổ hợp nội lực nguy hiểm ở tiết diện đầu- cuối của cột
TIẾT DIỆN Đầu Cuối
T/hợp tải trọng M33 M22 P M33 M22 P
COMB1
COMB2
COMB3
COMB4
COMB5
COMB6 MAX
COMB6 MIN
COMB7 MAX
COMB7 MIN
COMB8
COMB9
COMB10
COMB11
COMB12 MAX
COMB12 MIN
COMB13 MAX
COMB13 MIN
- Bước 3: Từ những tổ hợp nội lực ở bước 2, tiến hành lọc lấy ba trường hợp nguy hiểm tại mỗi tiết diện của cột là
+ Mmaxx ;Mtuy;Ntu + Mtux;Mmaxy ;Ntu + Mtux;Mtuy;Nmax
* Cách lọc lấy Mmaxx ;Mtuy;Ntu(giả sử có tối đa 13 tổ hợp tải trọng tùy theo yêu cầu của công trình):
23
max
Mx = max ( Mmaxx comb( 1) ,Mmaxx comb( 2 ,...,Mmaxx comb( 13) )
y
Mtuchọn giá trị tương ứng từMtuy comb( 1),Mtuy comb( 1),...,Mtuy comb( 13) Ntuchọn giá trị tương ứng từ Ntucomb1,Ntucomb2,...,Ntucomb13
* Cách lọc lấy Mtux;Mmaxy ;Ntu:
max
My = max ( Mmaxy comb( 1) ,Mmaxy comb( 2 ,...,Mmaxy comb( 13) )
x
Mtuchọn giá trị tương ứng từMtux comb( 1),Mtux comb( 1),...,Mtux comb( 13) Ntuchọn giá trị tương ứng từNtucomb1,Ntucomb2,...,Ntucomb13
* Cách lọc lấy Mtux;Mtuy;Nmax:
1 2 13
ax combax , combax ,..., combax
m m m m
N N N N
x
Mtuchọn giá trị tương ứng từ Mtux comb( 1),Mtux comb( 1),...,Mtux comb( 13)
y
Mtuchọn giá trị tương ứng từMtuy comb( 1),Mtuy comb( 1),...,Mtuy comb( 13)
Sơ bộ code VBA cho quá trình lọc lấy nội lực nguy hiểm như sau:
Hình 2. 12. Code VBA hỗ trợ lọc các tổ hợp nội lực ở tiết diện đầu- cuối của cột d. Thiết kế cốt thép cột
Sau khi lọc được các nội lực nguy hiểm cho từng cấu kiện cột tại từng tiết diện ở mỗi tầng. Lúc này một bảng tính hoàn chỉnh gồm các tùy chọn về vật liệu (bê tông và cốt thép), kết hợp với xây dựng nút công cụ “Design column” có chức năng vận
24
chuyển các nội lực nguy hiểm cập nhật chính xác cho từng phần tử cột ở mỗi tầng. Và tự động tính toán kiểm tra cốt thép cho thép cột.
Bảng tính cũng tự động xác định số lượng phần từ cột cần thiết kế, khi sử dụng bảng tính cần lưu ý quá trình chọn thép hợp lý đảm bảo sự phối hợp thép của những phần tử cột của cùng một trục (cùng một trục theo phương đứng).
Hình 2. 13. Giao diện bảng tính thiết kế cột
Code VBA được sử dụng nhằm tạo ra quá trình xác định chính xác số lượng, tên phần tử cột cần thiết kế; đồng thời giúp quá trình nhập các nội lực nguy hiểm cho các phần tử, giúp quá trình thiết kế nhanh chóng.
Hình 2. 14. Một phần Code VBA hỗ trợ thiết kế cốt thép cột