MÔ HÌNH VÀ THIẾT KẾ NHÀ CAO TẦNG SỬ DỤNG ETABS
2011
MÔ HÌNH VÀ THIẾT KẾ NHÀ
CAO TẦNG SỬ DỤNG ETABS
KS. LÊ VĂN DUY
10/15/2011
1
MÔ HÌNH VÀ THIẾT KẾ NHÀ CAO TẦNG SỬ DỤNG ETABS
BIÊN SOẠN :KS.LÊ VĂN DUY
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay hầu hết kĩ sư kết cấu sử dụng máy tính để thiết kế công trình.Chương trình
thiết kế nhà cao tầng nối tiếng nhất là Etabs.Tài liệu hướng dẫn này dựa trên phiên bản
Etabs v9.7.0.Tài liệu hướng dẫn mô hình và thiết kế chi tiết công trình 32 tầng và giải
thích đầy đủ những chủ đề quan trọng (như thiết kế và phân tích động , kể đến tải trọng
động đất và gió động …).
Tài liệu chú trọng việc vận dụng tiêu chuẩn TCVN vào chương trình Etabs và từng
bước hướng dẫn phát triển mô hình một cách nhanh chóng và dễ dàng nhất.
Ngoài ra tôi sẽ hướng dẫn phương thức chương trình truyền tải cơ sở dữ liệu sang các
gói phần mềm khác.
i
MỤC LỤC
CHƯƠNG 2. MÔ HÌNH & PHÂN TÍCH. ........................................................................ 3
2.1. BẮT ĐẦU MỘT MÔ HÌNH. ................................................................................ 4
2.1.1. Mở chương trình. ........................................................................................... 4
2.1.2. Chọn đơn vị .................................................................................................... 4
Đơn vị góc đo độ dùng trong SAP 2000. ................................................................ 5
2.1.3. Click Menu File
New Model ................................................................... 5
2.1.4. Điều chỉnh thông số lưới................................................................................. 6
2.1.5. Lưu mô hình ................................................................................................... 9
2.2. ĐỊNH NGHĨA TIÊU CHUẨN SỬ DỤNG TRONG CHƯƠNG TRÌNH : .......... 10
2.2.1. Định nghĩa tiêu chuẩn thiết kế cho phần tử Frame : ..................................... 10
2.3. ĐỊNH NGHĨA VẬT LIỆU VÀ TIẾT DIỆN. ...................................................... 11
2.3.1. Định nghĩa vật liệu. ....................................................................................... 11
2.3.2. Định nghĩa tiết diện (vách,cột,dầm,sàn) ....................................................... 13
a) Định nghĩa tiết diện vách. ............................................................................... 13
b) Định nghĩa tiết diện dầm. ............................................................................... 15
c) Định nghĩa tiết diện cột................................................................................... 18
2.4. VẼ CÁC ĐỐI TƯỢNG........................................................................................ 20
2.4.1. Vẽ sàn, vẽ dầm : ............................................................................................ 20
2.4.2. Gán tiết diện .................................................................................................. 24
2.4.3. Replicate of the story. ................................................................................... 26
2.4.4. Vẽ cột ............................................................................................................ 27
2.4.5. Vẽ dầm. ......................................................................................................... 28
2.5. CHIA SÀN VÀ GÁN ID CHO DIAPHRAGM. ................................................. 29
2.5.1. Chia sàn. ........................................................................................................ 29
2.5.2. Chia vách. ..................................................................................................... 30
2.5.3. Chia sàn. ........................................................................................................ 32
2.5.4. Gán Diaphragm ............................................................................................. 34
2.6. ĐỊNH NGHĨA TRƯỜNG HỢP TẢI TRỌNG VÀ GÁN TẢI TRỌNG. ........... 35
2.6.1. Định nghĩa tải trọng động đất. ...................................................................... 35
2.6.2. Định nghĩa tải trọng gió. ............................................................................... 39
2.6.3. Định nghĩa tổ hợp tải trọng : ......................................................................... 40
2.6.4. Gán tĩnh tải và hoạt tải : ................................................................................ 41
2.7. GÁN TÊN PIER VÀ SPANDREL ...................................................................... 42
2.7.1. Gán tên Pier cho vách : ................................................................................. 42
2.7.2. Gán tên cho Spandrel: ................................................................................... 43
i
2.8. ĐỊNH NGHĨA MASS SOURCE & AUTO LINE CONSTRAIN & GÁN LIÊN
KẾT. .............................................................................................................................. 45
2.8.1. Gán Auto Line Constrain. ............................................................................. 45
2.8.2. Định nghĩa Mass Source: .............................................................................. 45
2.8.3. Gán liên kết Support : ................................................................................... 48
2.9. KIỂM TRA MÔ HÌNH VÀ CHẠY PHÂN TÍCH. ............................................. 49
CHƯƠNG 3. HIỂN THỊ KẾT QUẢ. .............................................................................. 51
3.1. HIỂN THỊ KẾT QUẢ DẠNG BẢNG. ................................................................ 51
3.1.1. Bảng tóm tắt. ................................................................................................. 51
3.1.2. Hiển thị dạng đồ họa. .................................................................................... 53
3.2. HIỂN THỊ ĐỒ HỌA KẾT QUẢ PHÂN TÍCH. .................................................. 56
3.2.1. Phản lực (Reaction)....................................................................................... 56
3.2.2. Nội lực của dầm và cột : ............................................................................... 58
3.2.3. Hiển thị nội lực cho vách sà Spandrel. ......................................................... 65
CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ BÊ TÔNG CỐT THÉP. .......................................................... 68
4.1. Thiết kế Frame (Dầm và cột) ............................................................................... 68
4.1.1. Điều chỉnh tiêu chuẩn thiết kế và dữ liệu thiết kế. ....................................... 68
4.1.2. Chọn tổ hợp thiết kế. ..................................................................................... 68
4.1.3. Bắt đầu thiết kế. ............................................................................................ 69
4.1.4. Hiển thị thông tin thiết kế dầm. .................................................................... 72
4.2. Thiết kế vách ........................................................................................................ 77
4.2.1. Điều chỉnh tiêu chuẩn thiết kế và dữ liệu thiết kế. ....................................... 77
4.2.2. Chọn tổ hợp tải trọng. ................................................................................... 79
4.2.3. Lựa chọn phương pháp thiết kế. .................................................................. 80
CHƯƠNG 5. THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP. ................................................................... 81
5.1. Thiết kế thép : ...................................................................................................... 81
5.1.1. Điều chỉnh tiêu chuẩn thiết kế và dữ liệu thiết kế . ...................................... 81
5.1.2. Định nghĩa danh sách tự động chọn tiết diện (Auto Select Section). ........... 81
CHƯƠNG 6. THIẾT KẾ DẦM LIÊN HỢP.................................................................... 84
CHƯƠNG 7. PHÂN TÍCH P-∆. ...................................................................................... 85
CHƯƠNG 8. PHÂN TÍCH ĐỘNG (DYNAMIC ANALYSIS)...................................... 86
CHƯƠNG 9. PHÂN TÍCH KỂ ĐẾN CÁC GIAI ĐOẠN THI CÔNG ( SEQUENTIAL
CONSTRUCTION)........................................................................................................... 87
CHƯƠNG 10. SECTION DESIGNER. ....................................................................... 88
CHƯƠNG 11. MESHING............................................................................................ 89
11.1. Chia thủ công ..................................................................................................... 89
11.2. Chia tự động ....................................................................................................... 89
ii
11.3. Chia sàn bằng các chương trình chuyên dụng ................................................... 90
CHƯƠNG 12. ETABS VÀ NHỮNG CHƯƠNG TRÌNH KHÁC............................... 91
12.1. Etabs và Safe. ..................................................................................................... 91
12.1.1. Xuất nội lực chân cột, chân vách sang Safe. .............................................. 91
12.1.2. Xuất mặt bằng sang Safe. ........................................................................... 93
12.2. Etabs và Sap. ...................................................................................................... 97
12.3. Etabs và Word. ................................................................................................... 99
12.4. Etabs và Excel. ................................................................................................... 99
12.5. Etabs và AutoCAD .......................................................................................... 100
CHƯƠNG 13. NHỮNG CHÚ Ý QUAN TRỌNG .................................................... 101
13.1. BẮT ĐẦU MỘT MÔ HÌNH MỚI. .................................................................. 101
13.2. Auto Line Constrains ....................................................................................... 102
13.3. Mặt cắt nâng cao .............................................................................................. 103
13.4. TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 106
iii
CHƯƠNG 2. MÔ HÌNH & PHÂN TÍCH.
Mô hình mẫu.
Trong ví dụ này chúng ta sẽ xây ddựng mô hình như trong hình Hình 2-1 Mô hình công
trình 32 tầng.
Từng bước xây dựng mô hình sẽ đư
được giới thiệu và giải thích cặn kẽ.
Hình 2-1 Mô hình công trình 32 tầng.
DỰ ÁN VÍ DỤ :
• Công trình 32 tầng 2 tầng hầm.
m.
• Tầng hầm 2 cao 3.3m ,tầng
ng đi
điển hình cao 3.3m
• Hệ thống chịu tải trọng
ng ngang bao ggồm 4 lõi thang máy,4 vách cứng chữ
ữ L và 4
vách cứng .
• Mặt bằng của công trình như
ư Hình 2-2 Mặt bằng công trình tầng điển
n hình.
Ch¬ng 1 M« h×nh & ph©n tÝch
3000
2
3
8350
3000
3935
4
8700
4415
4680
5
8900
4020
4450
180
6
5900
4450
500
7
8900
5900
4450
8
8700
4450
4030
320
4350
9
8350
4175
250
3925
3000
10
3000
110
1
2950
1500
1740
2210
250 915
240110
250 915
f
490
150
125 125
110 110
300
110 110
e
400
110 110
300
110 110
905300
150
300 40
300 40
1230
e
2950
3080
2940
3080
1510
300
400
1200
3080
490
1230
1730
6580
2220
f
3500
3500
3500
290
g
300905
2690
1710
2410
150
1875
150 350
175
2000
900
175
150
300 740
215
215
459
150
175
c
175
450
a
3000
4820
3000
1
3530
3110
8350
2
1570
2330
1690
1610
8700
3
1710
1865
3715
5900
8900
4
3725
5900
5
1865
1710
1600
1700
8900
6
2330
1570
b
3500
300
450
a
3100
3540
8700
7
150
3500
150
390
920 450
390
150
400
150
400
300
1310
400
2230
2890
920 450
3500
3500
1310
b
400
1240
3630
3630
c
6600
140 110
200
4190
200
3630
150
470
215
900
740300
d
1875
3800
3285
1930
1725
1300
3630
2950
175
540
2950
140 110
6600
4190
40 300 890
175
310
540
2410
1715
175
2340
175
310
d
7970
1920
1920
1710
150
2340
7970
2690
475 475
4810
3000
8350
3000
8
9
10
Hình 2-2 Mặt bằng công trình tầng điển hình.
2.1. BẮT ĐẦU MỘT MÔ HÌNH.
Trong bước này thiết lập kích thước mặt bằng và chiều cao tầng :
2.1.1. Mở chương trình.
2.1.2. Chọn đơn vị
Ở góc phải bên dưới cửa sổ Etabs.Khuyến cáo sử dụng đơn vị kN-m.
Có 2 hệ đơn vị trong ETABS : English và Metric.Một hệ đơn vị bao gồm đơn vị
lực,chiều dài,nhiệt độ và thời gian.
•
•
•
•
Lực (lbs, kip, N, kN, etc.),
Chiều dài (ft, in, m, mm, etc.),
Thời gian (second),
Nhiệt độ (F, C)
Ks. Lª v¨n duy ®t : 0916028581
C«ng ty cæ phÇn t vÊn handic - ®Çu t vµ ph¸t triÓn nhµ hµ néi
4
Ch¬ng 1 M« h×nh & ph©n tÝch
Đơn vị góc đo độ dùng trong SAP 2000.
Gồm độ (o) và radian :
• Độ (o) được sử dụng để chỉ định thông số hình học chẳng hạn như góc của trục địa
phương.
• Radian dùng để chỉ định góc xoay của chuyển vị.
• Kết quả góc xoay xuất ra sử dụng đơn vị radian.
Bạn có thể thay đổi đơn vị hiện tại bất kì lúc nào bằng cách click hộp xổ xuống ở bên
phải thanh trạng thái.
2.1.3. Click Menu File
New Model
Hoặc Click vào Icon
xuất hiện cửa sổ sau :
Hình 2-3 Cửa sổ New Model Initialization.
Chú ý : Chọn No vì mô hình đầu tiên chúng ta sẽ tự xây dựng, trong các chương sau
sẽ thảo luận sử dụng 2 lựa chọn còn lại.
Ks. Lª v¨n duy ®t : 0916028581
C«ng ty cæ phÇn t vÊn handic - ®Çu t vµ ph¸t triÓn nhµ hµ néi
5
Ch¬ng 1 M« h×nh & ph©n tÝch
2.1.4. Điều chỉnh thông số lưới
Cửa sổ Building Plan Grid System….. xuất hiện.
Hình 2-4 Cửa sổ Building Plan Grid System and Story Data Definition
Chú ý : Chiều cao tầng dưới cùng phải cộng thêm chiều cao từ cốt mặt móng đến cốt
±0.000
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Grid Dimensions (Plan)
Number Lines in X Direction = 11
Number Lines in Y Direction = 7
Spacing in X Direction = 3.5
Spacing in Y Direction =3.5
Story Dimensions
Number of Stories =32
Typical Story Height =3.3
Bottom Story Height =3.3
Bạn có thể thay đổi chiều cao tầng bằng cách click vào Custom Story Data sau đó
click vào Edit Story Data xuất hiện form sau :
Ks. Lª v¨n duy ®t : 0916028581
C«ng ty cæ phÇn t vÊn handic - ®Çu t vµ ph¸t triÓn nhµ hµ néi
6
Ch¬ng 1 M« h×nh & ph©n tÝch
Hình 2-5 Cửa sổ Story Data
• Click Ok !
Bạn có thể thay đổi khoảng cách lưới bằng cách click vào Custom Grid Spacing
• Chọn Grid Label để sửa tên lưới
Ks. Lª v¨n duy ®t : 0916028581
C«ng ty cæ phÇn t vÊn handic - ®Çu t vµ ph¸t triÓn nhµ hµ néi
7
Ch¬ng 1 M« h×nh & ph©n tÝch
Hình 2-6 Cửa sổ Grid Labeling Options
Click OK.
• Chọn Edit Grid
Hình 2-7 Cửa sổ Define Grid Data.
Chọn khai báo ở chế độ Spacing
Ks. Lª v¨n duy ®t : 0916028581
C«ng ty cæ phÇn t vÊn handic - ®Çu t vµ ph¸t triÓn nhµ hµ néi
8
Ch¬ng 1 M« h×nh & ph©n tÝch
Chú ý : Ở tất cả các ô nhập dữ liệu của Etabs đều có khả năng nhập phép tính
cộng,trừ,nhân,chia trực tiếp.
Bubble Size : Kích thước của vòng tròn xung quanh tên lưới.
Chỉnh sửa khoảng cách lưới và click Ok.
• Chọn Grid Only
Nên bắt đầu mô hình của mình bằng các Templates nếu có thể.
• Click OK.
Mô hình của bạn sẽ xuất hiện trên màn hình với hai cửa sổ,mặt bằng và mô hình 3-D
như trong hình.
Hình 2-8 Hệ lưới công trình.
2.1.5. Lưu mô hình
Nhớ lưu mô hình sớm thường xuyên để tránh các tổn thất nhỏ nhất do nguyên nhân mất
điện ,máy tính hỏng hóc bất thường hoặc do bất kì nguyên nhân không đoán trước
được.Cũng nên lưu mô hình thành nhiều file với tên khác nhau để backup sau này.
Trong Etabs không có chế độ AutoSave.
Khi bạn chọn File menu > Export > Save Model as ETABS.e2k Text File thì file
*.e2k được lưu dưới đơn vị hiện tại.
Ks. Lª v¨n duy ®t : 0916028581
C«ng ty cæ phÇn t vÊn handic - ®Çu t vµ ph¸t triÓn nhµ hµ néi
9
Ch¬ng 1 M« h×nh & ph©n tÝch
2.2. ĐỊNH NGHĨA TIÊU CHUẨN SỬ DỤNG TRONG CHƯƠNG TRÌNH :
Trong bước này bạn sẽ định nghĩa tiêu chuẩn sử dụng trong dự án, định nghĩa thuộc tính
vật liệu theo tiêu chuẩn đã chọn,chương trình tự động tổ hợp tải trọng theo đúng tiêu
chuẩn và sử dụng tiêu chuẩn này cho thiết kế.
2.2.1. Định nghĩa tiêu chuẩn thiết kế cho phần tử Frame :
• Click Menu Options
Preferences
Concrete Frame Design….
Hình 2-9 Lựa chọn tiêu chuẩn thiết kế Frame.
Hiện ra cửa sổ sau :
Hình 2-10 Cửa sổ Concrete Frame Design Preferences.
Lựa chọn BS 8110-97 cho kết quả thiết kế gần với TCVN 356-2005.
Ks. Lª v¨n duy ®t : 0916028581
C«ng ty cæ phÇn t vÊn handic - ®Çu t vµ ph¸t triÓn nhµ hµ néi
10
Ch¬ng 1 M« h×nh & ph©n tÝch
Hình 2-11 Thay đổi tiêu chuẩn thiết kế.
Hình 2-12 Tiêu chuẩn thiết kế BS 8110 97
2.3. ĐỊNH NGHĨA VẬT LIỆU VÀ TIẾT DIỆN.
2.3.1. Định nghĩa vật liệu.
Chúng ta sử dụng một loại bê tông cấp độ bền B25 tương ứng với M350 cho toàn bộ
công trình.
Chú ý : Trong một số công trình có thể sử dụng 2 loại bê tông với cấp độ bền khác nhau
chẳng hạn vách,cột dùng một cấp độ bền và dầm ,sàn dùng một cấp độ bền .
1.Click menu Define
Material Properties
Ks. Lª v¨n duy ®t : 0916028581
C«ng ty cæ phÇn t vÊn handic - ®Çu t vµ ph¸t triÓn nhµ hµ néi
11
Ch¬ng 1 M« h×nh & ph©n tÝch
Hoặc click vào icon
xuất hiện cửa sổ :
Hình 2-13 Định nghĩa vật liệu.
Click vào Add New Material xuất hiện cửa sổ
Hình 2-14 Cửa sổ Material Property Data.
Định nghĩa sẽ theo tiêu chuẩn BS 8110 97.Click OK để chấp nhận khai báo.
Phần khai báo Design Property Data nếu chúng ta chỉ dùng Etabs để phân tích ,không
thiết kế hoặc chỉ phân tích xuất ra nội lực và dùng chương trình thứ hai để ra kết quả
thép( chẳng hạn như bảng tính Excel,phần mềm RDW của CIC….) thì chúng ta không
cần quan tâm mục này.
Ks. Lª v¨n duy ®t : 0916028581
C«ng ty cæ phÇn t vÊn handic - ®Çu t vµ ph¸t triÓn nhµ hµ néi
12
Ch¬ng 1 M« h×nh & ph©n tÝch
Tuy nhiên nếu dùng luôn tiêu chuẩn có sẵn trong Etabs như là một nguồn tham khảo thì
việc khai báo giá trị vẫn còn nhiều tranh cãi chưa đi đến thống nhất và nó là một bí mật
nhỏ của mỗi cá nhân hoặc công ty thiết kế.
2.3.2. Định nghĩa tiết diện (vách,cột,dầm,sàn)
Số lượng chiều dày vách,kích thước tiết diện cột và dầm,sàn sẽ do người chủ trì kết cấu
có nhiều kinh nghiệm lựa chọn.
a) Định nghĩa tiết diện vách.
1.Click Menu Define
Wall/Slab/Deck Section…
Hoặc Click vào icon
xuất hiện cửa sổ
Hình 2-15 Cửa sổ Define Wall/Slab/Deck Sections.
Từ cửa sổ này có thể định nghĩa vách và sàn.
Chọn Add New Wall để định nghĩa vách.
Ks. Lª v¨n duy ®t : 0916028581
C«ng ty cæ phÇn t vÊn handic - ®Çu t vµ ph¸t triÓn nhµ hµ néi
13
Ch¬ng 1 M« h×nh & ph©n tÝch
Hình 2-16 Khai báo tiết diện vách dày 30 cm.
Click OK !
Chọn Add New Slab để định nghĩa tiết diện sàn.
Ks. Lª v¨n duy ®t : 0916028581
C«ng ty cæ phÇn t vÊn handic - ®Çu t vµ ph¸t triÓn nhµ hµ néi
14
Ch¬ng 1 M« h×nh & ph©n tÝch
Hình 2-17 Định nghĩa tiết diện sàn 15 cm.
b) Định nghĩa tiết diện dầm.
1.Click vào menu Define
Frame Sections…
Hoặc click vào icon
xuất hiện cửa sổ :
Ks. Lª v¨n duy ®t : 0916028581
C«ng ty cæ phÇn t vÊn handic - ®Çu t vµ ph¸t triÓn nhµ hµ néi
15
Ch¬ng 1 M« h×nh & ph©n tÝch
Hình 2-18 Cửa sổ Define Frame Properties.
Bạn có thể xóa bớt tiết diện mẫu bằng cách click Delete Property.
Click Add Rectangular để khai báo tiết diện dầm chữ nhật.
Depth : Chiều cao của dầm
Width : Bề rộng dầm.
Ks. Lª v¨n duy ®t : 0916028581
C«ng ty cæ phÇn t vÊn handic - ®Çu t vµ ph¸t triÓn nhµ hµ néi
16
Ch¬ng 1 M« h×nh & ph©n tÝch
Hình 2-19 Cửa sổ rectangular Section.
Click Reinforcement để định nghĩa thiết kế tiết diện
Concrete Cover to Rebar Center : Lớp bảo vệ kể đến tâm cốt thép dọc.(Khác TCVN kể
đến mép ngoài cùng của cốt thép dọc )
Ks. Lª v¨n duy ®t : 0916028581
C«ng ty cæ phÇn t vÊn handic - ®Çu t vµ ph¸t triÓn nhµ hµ néi
17