………… o0o………… Giới Thiệu Phần Mềm Sap2000 Chương GIỚI THIỆU PHẦN MỀM SAP2000 §1 SỰ PHÁT TRIỄN CÔNG NGHỆ PHẦN MỀM NGÀNH XÂY DỰNG Cùng với xu hướng ngày phát triễn khoa học công nghệ lónh vực Xây dựng, trình tự động hóa tính toán thiết kế với hỗ trợ máy tính phần mềm chuyên dụng triễn khai áp dụng rộng rãi nước ta Trong năm 1980 trở lại đây, công nghệ máy tính có bước phát triễn mạnh mẽ, góp phần thúc đẩy nghiên cứu phát triển công nghệ giới hầu hết lónh vực khoa học kó thuật Trong lónh vực xây dựng, công nghệ máy tính ứng dụng rộng rãi, bao gồm phần mềm quản lí xây dựng, kinh tế xây dựng, phân tích nội lực kết cấu, thiết kế kết cấu thép kết cấu bê tông cốt thép, thiết kế thể vẽ kỹ thuật Theo xu hướng hội nhập, phần mềm tính toán, quản lí thuộc chuyên ngành xây dựng du nhập từ nước ứng dụng rộng rãi bên cạnh phát triển hệ thống phần mềm nước Tuy nhiên, phần mềm nước có nhiều vấn đề chưa tương thích với tiêu chuẩn Việt Nam nên số tồn giới hạn tham khảo chưa khai thác hết khả tự động hóa chương trình Các phần mềm nước phát triển mạnh mẽ rộng rãi số bất lợi chưa có thống hướng phát triễn, phần mềm đa phần tự phát, khả ứng dụng thực tế chương trình hạn hẹp, chưa có đánh giá hay thẩm định quản thẩm quyền chưa có sách bảo hộ phần mềm thỏa đáng Chính yếu tố trên, hội thảo phát triển công nghệ thông tin cho ngành xây dựng đến 2010 đưa mục tiêu phát triển việc chuẩn hóa chương trình tính toán, quản lí thẩm định lại chương trình phần mềm viết sử dụng Đẩy mạnh việc áp dụng công nghệ thông tin quản lí sản xuất Ngày nay, chương trình phân tích nội lực thiết kế kết cấu có bước tiến vượt bậc phong phú số lượng, mạnh trình tính toán chẳng hạn như: phần mềm ANSYS, STAAD Pro, SAP2000, ETABS, SAMCEF, STRAND, PLAXIS giải hầu hết vấn đề thiết kế xây dựng Trong SAP2000 phần mềm ưa Trang chuộng sử dụng rộng rãi có nhiều tính ưu việt phần mềm khác Phiên chương trình mang tên SAP (Structural Analysis Program) vào năm 1970, phiên kế thừa sau SAP3, SAP IV SAP 80 phiên có tính thương mại họ phần mềm SAP, phần mềm phát triễn công ty Computer and Structure Inc (CSI) Năm 1992 CSI cho đời phiên SAP90 Tuy nhiên, phiên SAP2000 đời bước phát triễn đột phá họ phần mềm SAP, theo lời tuyên bố hãng CSI SAP2000 công nghệ ngày cho tương lai! SAP2000 tích hợp tính phân tích kết cấu tính thiết kế kết cấu thành Các phiên thông dụng SAP2000 version 6.11, ver 7.42, ver 8.23 phiên sử dụng rộng rãi SAP2000 version 9.03 Hiện nay, thị trường có phiên SAP2000 version 10 §2 TÍNH NĂNG CỦA PHẦN MỀM SAP2000 2.1 Tính giao tiếp - Giao tiếp đồ họa trực tiếp cửa sổ hình từ lúc xây dựng mô hình kết cấu, thực phân tích thiết biểu diễn kết tính toán hình ảnh đồ họa hai chiều (2D) ba chiều (3D) - Hệ thống lưới định vị công cụ vẽ hỗ trợ trình xây dựng mô hình kết cấu cách nhanh chóng - Có thể tạo nhanh mô hình kết cấu từ thư viện phần tử mẫu có sẵn SAP2000 2.2 Khả phân tích thiết kế Các loại phần tử: phần tử thanh, phần tử vỏ - màng (Shell/Plate), phần tử ứng suất phẳng - biến dạng phẳng - đối xứng trục, phần tử ba chiều Vật liệu: chương trình phân tích với vật liệu đồng tuyến tính đẳng hướng, tuyến tính trực hướng vật liệu phi tuyến Liên kết phần tử: liên kết cứng, liên kết nửa cứng, liên kết cục khử số thành phần lực Liên kết phần tử với đất: liên kết lý tưởng thông dụng ngành Xây dựng liên kết ngàm, liên kết khớp (gối cố định), liên kết (gối di động), liên kết đàn hồi liên kết hạn chế số bậc tự nút liên kết Trang Tải trọng tác dụng lên phần tử: tải trọng tập trung nút, tải trọng tập trung phân bố phần tử, ảnh hưởng chuyển vị cưỡng gối tựa, ảnh hưởng nhiệt độ, tải trọng phổ gia tốc, tải trọng điều hòa, tải trọng di động … Khả giải toán: số ẩn số không bị giới hạn (nếu dùng Nonlinear), toán phân tích thiết kế đồng thời nhiều loại phần tử khác kết nối chịu lực Các dạng phân tích: Phân tích tónh (Static Analysis), tính tần số dao động riêng, dạng dao động (Modal Analysis), phân tích đáp ứng động lực (Response Anlysis) với tải trọng thay đổi theo thời gian phổ gia tốc Tổ hợp trường hợp tải trọng khác tác dụng lên kết cấu 2.3 Các SAP2000 Bản phi tuyến (Nonlinear) có khả phân tích toán tónh học, động lực học, phi tuyến; thiết kế kết cấu thép kết cấu bê tông – cốt thép theo số tiêu chuẩn; số lượng nút phần tử không giới hạn Bản nâng cao (Plus) có khả phân tích toán tónh học, động lực học, không phân tích toán phi tuyến; thiết kế kết cấu thép kết cấu bê tông – cốt thép theo số tiêu chuẩn; số lượng nút phần tử không giới hạn Bản chuẩn (Standard) có khả phân tích toán tónh học, động lực học, không phân tích toán phi tuyến; thiết kế kết cấu thép kết cấu bê tông – cốt thép theo số tiêu chuẩn; số lượng nút tối đa khoảng 1500 Bản dành cho học tập (Eduacation) có khả phân tích toán tónh học, động lực học, phi tuyến; thiết kế kết cấu thép kết cấu bê tông – cốt thép theo số tiêu chuẩn; số lượng nút tối đa 30 số tính bị hạn chế 2.4 Yêu cầu hệ thống máy tính Hệ điều hành: Windows 98-2000-XP … Phần cứng: RAM ≥ 64 MB HDD trống ≥ 500 MB CPU ≥ Pentium II 400 MHz Trang §3 GIAO DIỆN CỦA PHẦN MỀM SAP2000 3.1 Cài đặt Dùng đóa CD chứa nguồn phần mềm SAP2000, double click vào tên file setup.exe để bắt đầu cài đặt chương trình Thông thường thông số cài đặt định dạng sẵn, người sử dụng cần click vào nút Next nhiều lần xuất thông báo finish nghóa trình cài đặt hoàn tất Thư mục chứa chương trình SAP2000 mặc định cài đặt C:\ Program file\ Computers and Structures\ SAP2000 v9 Bạn nên tạo Short cut hình để nhanh chóng khởi động chương trình SAP2000 cần làm việc với 3.2 Khởi động Có nhiều cách để khởi động chương trình SAP2000 chạy Windows, thông thường sử dụng hai cách khởi động sau: i Kích đúp (double click) vào biểu tượng SAP2000 hình Windows, thông thường biểu tượng có màu vàng kèm theo chữ sap2000 ii Vaøo Start > Programs > SAP2000 v9 > sap2000 : click chọn 3.3 Màn hình giao diện (Xem hình trang kế tiếp) * Thanh tiêu đề: Biểu tượng SAP2000 – Tên phần mềm – Tên tập tin * Thanh danh mục lệnh (Menu bar): SAP2000 version 9.03 có 13 danh mục lệnh gồm: File, Edit, View, Define, Bridge Draw, Select, Assign, Analyze, Display, Design, Options vaø Help * Thanh công cụ (Toolbar): SAP2000 version 9.03 có 14 công cụ đặt theo phương ngang danh mục lệnh theo phương đứng bên trái cửa sổ chương trình, tên công cụ: công cụ chuẩn (standard), Edit, View, Define, Bridge Draw, Select, Point and Joint Assigns, Frame and Line Assigns, Shell and Area Assigns, Display, Design, Snap Band75 Mỗi công cụ có nhiều nút lệnh, nút lệnh chứa lệnh Trang Trang * Thanh trạng thái (Status bar): Thể trạng thái cửa sổ làm việc bao gồm hộp đơn vị lựcchiều dài-nhiệt độ, hệ tọa độ, vị trí trỏ … Thanh trạng thái nằm bên cửa sổ chương trình * Miền làm việc: Vùng nhập liệu, hiển thị liệu, hiển thị kết đồ thị, biểu đồ … 3.4 Cách lệnh SAP2000 - Cách 1: Ra lệnh từ danh mục lệnh (Menu bar) - Cách 2: Ra lệnh từ công cụ (Toolbar) 3.5 Các lệnh Menu Toolbar SAP2000 Trang Các lệnh menu File Các lệnh menu Edit Trang Các lệnh menu View Các lệnh menu Define Trang Các lệnh menu Draw Các lệnh menu Select Các lệnh menu Assign Các lệnh menu Analyze Trang ⇒ Chọn sơ đồ 2.1 (hàng cột 1) 3D Frames (Khung không gian) Trang170 Trang171 §1 KHUNG SÀN 3D – NHÀ PHỐ TẦNG - Sơ đồ tính: Khung sàn 3D cho nhà phố tầng MB 4x15m, cao tầng 5x3.6m = 18m, đỉnh mái ngói 19.5m, ban công trước 1x4m, ban công sau 1.2x4m Khung ngàm mặt móng cách mặt -1m - Vật liệu: BTCT#200 - Tiết diện: sàn dày 80mm Đà kiềng & Dầm 200x300mm, Cột biên tầng 1-> 5: 200x200mm, cột tầng -> 2: 250x250, tầng -> 5: 200x200mm Trang172 - Tải trọng: Lực phân bố sàn gồm tónh tải sàn gct ≈ 100 kg/m2 hoạt tải sàn p = 150*1.3 = 195 kg/m2 Tường gạch 100mm xây bao che xung quanh nhaø gt = 180*(3.6-0.3) ≈ 600 kg/m, 180*1.5*5/8 ≈ 170 kg/m dầm mái Mái ngói có gm = pm = 100*2 ≈ 200 kg/m dầm nghiêng Trang173 1.1 Xây dựng sơ đồ tính 1.1.1 Chọn đơn vị 1.1.2 Tạo mô hình Chọn đơn vị kgf-m-C File > New Model… ⇒ Chọn sơ đồ 2.1 (hàng cột 1) 3D Frames (Khung không gian) Sau chọn biểu tượng 3D Frames hộp thoại New Model, xuất hộp thoại cho phép định thông số cho hệ không gian cần tạo Trang174 - 3D Frame Type (Loại khung 3D): Chọn Beam – Slab Building - Number of Stories (Số tầng): Story Height (Chiều cao tầng): 3.6 - Number of Bays, X (Số nhịp x): Bay Width, X (Chiều dài nhịp x): - Number of Bays, Y (Số nhịp y): Bay Width, Y (Chiều dài nhịp y): Do chiều cao tầng =3.6+1 = 4.6m không tầng bên nên chọn phương án xây dựng mô hình từ đường lưới Chọn v Use Custom Grid Spacing and Locate Origin Sau click vào nút vào Edit Grid … để mở hộp thoại khai báo liệu đường lưới định vị Sửa z1 = thành z1 = -1 (vị trí chân khung) - Nhấp OK để đóng hộp thoại khai báo lưới định vị, nhấp OK để đóng hộp thoại 3D Frame, lúc hình sơ đồ hệ không gian khung sàn cần tạo - Hiển thị: cửa sổ trái 3D, cửa sổ phải 2D XY, Z = -1, nút công cụ dùng để chuyển đổi tăng giảm mặt phẳng lưới Trang175 1.1.3 Hiệu chỉnh hoàn thiện mô hình - Gán ngàm chân cột: Chọn nút chân cột (mp XY, Z = -1) ⇒ Assign > Joints > Restrains… ⇒ Chọn liên kết ngàm, OK - Copy sàn lầu xuống 3.6m để làm đà kiềng: Di chuyển lên mp xy, z = 3.6, chọn dầm lầu 1, vào menu Edit > Replicate… ⇒ choïn Linear , dx = 0, dy = 0, dz = -3.6, n = OK - Tạo thêm mặt lưới z0 = (để xem mặt đà kiềng): Nhấp đúp vào đường lưới ⇒ mở hộp thoại khai báo lưới, chọn dòng ngang đường lưới (giả sử chọn đường z6 = 18) ⇒ Bấm tổ hợp phím Ctrl+C = copy, chọn ô bên z6 ⇒ Bấm tổ hợp phím Ctrl+V = paste, sửa z6 = 18 thành z0 = 0, OK - Tạo ban công trước 1m: mp xy, z = 3.6, chọn dầm biên trái (x=-7.5) lầu 1, vào menu Edit > Replicate… ⇒ choïn Linear , dx = -1, dy = 0, dz = 0, n = OK Vẽ thêm consol nối dầm vừa tạo với dầm dọc nhà Vẽ thêm sàn ban công trước: Draw > Rectangular Area ⇒ chọn điểm đường chéo sàn cần tạo - Tạo ban công sau 1.2m: mp xy, z = 3.6, chọn dầm biên phải (x=7.5) lầu 1, vào menu Edit > Replicate… ⇒ chọn Linear , dx = 1.2, dy = 0, dz = 0, n = OK Vẽ thêm consol nối dầm vừa tạo với dầm dọc nhà Vẽ thêm sàn ban công sau: Draw > Rectangular Area ⇒ chọn điểm đường chéo sàn cần tạo - Tạo ban công trước ban công sau cho tầng lầu 2, 3, 4, mái mp xy, z = 3.6, chọn dầm & sàn ban công trước ban công sau lầu 1, vào menu Edit > Replicate… ⇒ choïn Linear , dx = 0, dy = 0, dz = 3.6, n = OK - Tạo lỗ cầu thang cho sàn lầu 1: mp xy, z = 3.6 Chọn ô sàn trục 2-3&A-B, bấm phím Delete Trang176 Chọn dầm trục 2, vào menu Edit > Replicate… ⇒ choïn Linear , dx = 2, dy = 0, dz = 0, n = OK Chọn dầm trục A đoạn 2-3, vào menu Edit > Replicate… ⇒ chọn Linear , dx = 0, dy = 2, dz = 0, n = OK Vẽ lại ô sàn nhỏ 2x4m 3x2m (chừa lỗ cầu thang 3x2m) Draw > Draw Rectangular Section… click vào nút đường chéo ô sàn cần vẽ -> sàn Chia đôi dầm phụ sàn: Chọn dầm phụ, vào menu Edit > Divide Frames… ⇒ chọn Break at intersections with selected Frames and Joints Xóa bỏ đoạn dầm thừa 2m - Tạo lỗ cầu thang cho sàn lầu -> 4: + Xóa ô sàn trục 2-3&A-B sàn lầu -> 4: Chọn ô sàn trục 23&A-B sàn lầu -> (mp xy, z = 7.2, 10.8, 14.4), bấm phím Delete + mp xy, z = 3.6, chọn dầm sàn khu vực cầu thang lầu 1, vào menu Edit > Replicate… ⇒ choïn Linear , dx = 0, dy = 0, dz = 3.6, n = OK - Xóa bỏ ô sàn mái 4x5m - Tạo phần mái nghiêng: mp xz, y=-2, thêm lưới z7 = 19.5, x0 = 0, Vẽ dầm xiên, vẽ thêm phần cột nối với dầm xiên Chọn phần mái nghiêng vừa tạo ⇒ Edit > Replicate… dy = 4, n = để phần mái nghiêng bên (y=2), vẽ phần tử dầm nối đỉnh phần mái Trang177 1.2 Đặc trưng vật liệu tiết diện 1.2.1 Đặc trưng vật liệu Define > Material … Vật liệu BTCT nên chọn CONC click vào Modify/Show Material … Nhập thông số vật liệu yêu cầu đề (W = Weight per unit Volumn =2500, E = Modulus of Elasticity = 2.4e9, µ = Poisson’s Ratio =0.2), thông số lại không cần quan tâm Trang178 1.2.2 Đặc trưng tiết diện - Khai báo tiết diện dầm: Define > Frame Section… Add Rectangular ⇒ D200x300, CONC, t3 = 0.3, t2 = 0.2 Add Copy of Property ⇒ C200x200, CONC, t3 = 0.2, t2 = 0.2 Add Copy of Property ⇒ C250x250, CONC, t3 = 0.25, t2 = 0.25 - Khai báo tiết diện sàn: Define > Area Sections… ⇒ Hộp thoại Area Sections xuất Chọn ASEC1 -> Modify/Show Section… Section Name (Tên tiết diện): S80 Thickness (Bề dày): Membrance: 0.08, Bending: 0.08 1.2.3 Gán tiết diện - Tiết diện dầm cột (phần tử Frame): Chọn tất đà kiềng dầm, Assign > Frame/Cable/Tendon > Frame Section… ⇒ Gán tiết diện D200x300 Chọn tất cột biên cột tầng -> 5, Assign > Frame/Cable/Tendon > Frame Section… ⇒ Gán tiết diện C200x200 Chọn tất cột tầng -> 2, Assign > Frame/Cable/Tendon > Frame Section… ⇒ Gán tiết diện C250x250 - Tiết diện sàn: Chọn tất phần tử Shell (all), vào menu Assign > Area > Area Sections… (gán tiết diện phần tử shell - tấm) ⇒ Hộp thoại Area Sections xuất hiện, chọn tiết diện S80 ⇒ chọn 0K 1.3 Khai báo gán tải trọng Trang179 1.3.1 Khai báo trường hợp tải trọng Define > Load Cases … ⇒ Hộp thoại Define Loads xuất - Load name: Nhập tên trường hợp tải trọng, DEAD - Type: Loại tải trọng, DEAD - Self Weight Multiplier: (Hệ số trọng lượng thân) 1.1 Modify Load - Load name: Nhập tên trường hợp tải trọng, LIVE - Type: Loại tải trọng, LIVE - Self Weight Multiplier: (Hệ số trọng lượng thân) Aad New Load 1.3.2 Gán tải trọng - Tónh tải dầm: Chọn dầm bao quanh nhà (có tường 100mm) ⇒ Gán gt = 600 Chọn dầm dọc mái +18m (có tường 100mm cao 1.5) ⇒ Gán gt = 170 Chọn dầm nghiêng theo mái (có tải mái ngói) ⇒ Gán gm = 200 - Tónh tải sàn: Chọn tất phần tử shell, Assign > Area Loads > Uniform (Shell)… Trang180 Load Case Name: (chọn trường hợp tải cần gán tải vào) DEAD Load (Giá trị tải): 100 Coord Sys (Hệ tọa độ gán tải): chọn GLOBAL Direction (Hướng tác dụng tảitrọng): chọn Gravity Chọn OK -> gán xong tónh tải sàn - Hoạt tải sàn: Chọn lại phần tử shell, Assign > Area Loads > Uniform (Shell)… Load Case Name: (choïn trường hợp tải cần gán tải vào) LIVE Load (Giá trị tải):195 Coord Sys (Hệ tọa độ gán tải): chọn GLOBAL Direction (Hướng tác dụng tảitrọng): chọn Gravity Chọn OK -> gán xong hoạt tải sàn 1.3.3 Khai báo tổ hợp tải trọng (Kết hợp tónh tải DEAD hoạt tải LIVE) Trang181 Define > Combination… => Chọn Add New Combo… COMB1 = Dead*1 + Live*1 1.4 Giải toán 1.4.1 Chia nhỏ ô sàn: - Chọn all, vào menu Assign > Area > Automatic Area Mesh… 1.4.2 Choïn bậc tự do: không cần chọn toán làm việc không gian Trang182 1.4.3 Lưu toán File > Save as => Đường dẫn + tên file 1.4.4 Giải toán Analyze > Run Analysis nhấn phím F5 nhấn nút >Run Chọn Run Now, chờ máy chạy -> ANALYZE COMPLETE, chọn OK 1.5 Xử lý kết 1.5.1 Xem sơ đồ biến dạng Display > Show Deformed Shape … 1.5.2 Xem biểu đồ nội lực - Nội lực khung (dầm cột) - Nội lực sàn Biểu đồ M11 vaø M22: Display > Show Force/ Stresses > Shell… Chọn COMB1 Chọn M11 M22 => Rê trỏ hình biểu đồ để hiển thị giá trị mômen => Click nút phải chuột Shell để xem nội lực cho Shell 1.7 Kiểm tra hiệu chỉnh 1.7.1 Kiểm tra liệu nhập - Kiểm tra đơn vị Xem lại đơn vị lực – chiều dài – nhiệt độ 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 Trang183 - Kiểm tra khai báo trường hợp tải trọng Define > Load Cases… - Kiểm tra tải trọng gán: Display > Show Load Assign > Frame/Cable/Tendon … Chọn trường hợp tải trọng cần xem, TINHTAI - Kiểm tra khai báo trường hợp tổ hợp Define > Combinations… Chọn trường hợp tổ hợp cần xem, Chọn Modify/Show Combo… - Kiểm tra bậc tự Analyze > Set Options … - Kiểm tra số mặt cắt Display > Show Misc Assign > Frame/Cable/Tendon … Choïn Output Stations 1.7.2 Hiệu chỉnh liệu nhập Nếu phát sai bấm vào ổ khóa để mở khóa (Unlock), sai phần hiệu chỉnh phần Trang184 ... như: phần mềm ANSYS, STAAD Pro, SAP2000, ETABS, SAMCEF, STRAND, PLAXIS giải hầu hết vấn đề thiết kế xây dựng Trong SAP2000 phần mềm ưa Trang chuộng sử dụng rộng rãi có nhiều tính ưu việt phần mềm. .. thống phần mềm nước Tuy nhiên, phần mềm nước có nhiều vấn đề chưa tương thích với tiêu chuẩn Việt Nam nên số tồn giới hạn tham khảo chưa khai thác hết khả tự động hóa chương trình Các phần mềm. ..Chương GIỚI THIỆU PHẦN MỀM SAP2000 §1 SỰ PHÁT TRIỄN CÔNG NGHỆ PHẦN MỀM NGÀNH XÂY DỰNG Cùng với xu hướng ngày phát triễn khoa học công