LP CHNG TRèNH KT HP VI SAP2000N TNH KT CU Bấ TễNG CT THẫP THEO TIấU CHUN VIT NAM BUILDING OF A SOFTWARE IN COMBINATION WITH SAP2000 TO DESIGN REINFORCED CONCRETE STRUCTURES ACCORDING TO VIETNAMS STANDARD Lấ VIT THNH Trng i hc Bỏch khoa, i hc Nng TểM TT Xõy dng phn mm kt hp vi phn mm SAP2000 tớnh kt cu bờ tụng ct thộp theo Tiờu chun Vit Nam Phn mm ny thc hin cỏc chc nng: c cỏc s liu v kt cu ó nhp vo SAP2000 v cỏc kt qu ni lc, ng sut m SAP2000 tớnh c, sau ú t hp ni lc v thit k ct thộp cho cỏc cu kin bờ tụng ct thộp dng v tm theo Tiờu chun Vit Nam Cỏc chc nng núi trờn c phn mm thc hin mt cỏch t ng v nhanh chúng Khi dựng kt hp phn mm SAP2000 vi phn mm ny, chỳng ta cú th thit k nhiu dng kt cu bờ tụng ct thộp phc theo Tiờu chun Vit Nam hin hnh ABSTRACT This paper presents the building of software in combination with SAP2000 to design reinforced concrete structures with Vietnams Standard This new software carries out such functions as reading out the data put in SAP2000N and the internal force results calculated by it, then calculating the internal force and stress combinations, finally designing the required reinforcement for Frame and Shell elements with Vietnams Standard These functions will be automatically and rapidly carried out by this new software The combination of SAP2000N and this software will enable users to design many kinds of complex reinforced concrete structures with Vietnams Standard t Hin nay, nhu cu xõy dng cỏc kt cu cụng trỡnh cú hỡnh dng v cu to phc bng vt liu bờ tụng ct thộp (BTCT) nc ta l rt ln, v ngi thit k kt cu hin ang phi i mt vi nhiu khú khn cụng tỏc thit k, c bit l thiu cỏc phn mm thit k cỏc dng kt cu BTCT phc theo Tiờu chun Vit Nam (TCVN) Vỡ vy, vic xõy dng cỏc phn mm thit k cỏc dng kt cu BTCT phc theo TCVN ang tr thnh mt nhim v mang tớnh thit thc, nhm gii quyt phn no cỏc khú khn cụng tỏc thit k kt cu ú chớnh l ý tng xut phỏt ca chỳng tụi tin hnh xõy dng phn mm cú tờn CD BY VNSTAND kt hp vi phn mm SAP2000 tớnh kt cu BTCT theo TCVN v cng l ni dung ca ti NCKH cp c s mó s T03-45-56 ó c chỳng tụi thc hin nm 2003 va qua Vi nột v tỡnh hỡnh s dng cỏc phn mm thit k kt cu BTCT Vit Nam Thit k kt cu BTCT thng gm ba cụng on tớnh toỏn chớnh, c tin hnh ln lt theo qui trỡnh th hin hỡnh Theo qui trỡnh ny, chỳng ta thy lng v tớnh cht phc tớnh toỏn thit k kt cu BTCT l rt ln nờn vic s dng cỏc phn mm tin hc t ng hoỏ quỏ trỡnh thit k l tht s cn thit im qua mt s phn mm thit k kt cu ang c s dng ph bin Vit Nam hin nay, chỳng ta thy cỏc phn mm ny cú ngun gc thuc mt hai ngun sau: - Cỏc phn mm Bắt đầu ca Vit Nam: nh FBTW, DTG, KP, CASA, Cỏc Bước 1: Chọn sơ vật liệu, phn mm ny cho phộp hình dạng, kích thước ngi s dng tớnh toỏn phận kết cấu ni lc, chuyn v, t hp cỏc kt qu theo TCVN v tớnh lng ct thộp cho cỏc Bước 2: Lần lượt thực hiện: kt cu BTCT theo TCVN Xác định sơ đồ tính kết cấu 5574: 1991 nhng chỳng Tính nội lực, ứng suất chuyển vị vị trí quan li ch cú kh nng tớnh trọng kết cấu c mt s kt cu tng - Tổ hợp kết (nội lực, chuyển vị ) theo TCVN i n gin nh khung phng (FBTW, KP), h Bước 3: dm giao (DTG), Tính lượng cốt thép vị trí quan trọng m thụi Ngoi ra, cỏc kết cấu theo TCVN 5574 : 1991 phn mm ny thng c bỏn vi giỏ khỏ t Kiểm tra hàm lượng cốt thép - Cỏc phn mm Thay đổi thiết điều kiện độ võng, tính ca nc ngoi: nh kế (nếu cần) Không đạt hợp lý phương án SAP2000, STAAD III, yêu cầu STAAD-PRO, STRAND, Đạt yêu cầu ETABS2000, SAFE, Cỏc Thiết kế cấu tạo phận kết cấu theo TCVN phn mm ny u l nhng phn mm tớnh kt cu chuyờn nghip, cú kh Kết thúc nng tớnh c gn nh bt c dng kt cu cụng Hỡnh Qui trỡnh tớnh toỏn thit k kt cu BTCT trỡnh t n gin n phc m ta cú th gp thc t Tuy nhiờn, chỳng l nhng phn mm ca nc ngoi v thng n tay ngi s dng Vit Nam theo nhng ng khụng chớnh thc nờn phn t hp kt qu ni lc, phn tớnh toỏn lng ct thộp v kim tra hm lng ct thộp ca cỏc phn mm ny hon ton khụng theo cỏc qui nh TCVN Theo nhn xột trờn, chỳng ta thy rng nu s dng cỏc phn mm ca Vit Nam (nh FBTW, DTG, KP, ) thỡ ch cú th tớnh toỏn thit k kt cu BTCT theo TCVN c cỏc dng kt cu n gin, cũn nu dựng cỏc phn mm ca nc ngoi (nh SAP2000, ETABS2000, ) thỡ cú th tớnh c ni lc, ng sut, chuyn v, ca gn nh tt c cỏc dng kt cu cú th gp thc t, nhng li khụng th tin hnh vic t hp ni lc, tớnh lng ct thộp theo TCVN c S cn thit cn phi cú mt phn mm kt hp vi SAP2000 thit k kt cu BTCT theo TCVN Phn mm SAP2000 Nonlinear l mt phn mm chuyờn dng phõn tớch v thit k cỏc kt cu xõy dng ca hóng CSI (M) õy l mt phn mm cc mnh, a nng, cú th phõn tớch ni lc v thit k cho hu ht cỏc dng kt cu cụng trỡnh cú th gp thc t Phn mm ny hin c rt nhiu k s trờn khp th gii s dng thit k cỏc cụng trỡnh xõy dng Do vy, phn mm SAP2000 ó c chn ging dy cho sinh viờn ti Khoa Xõy dng DD & CN, Khoa Xõy dng Cu ng, ca Trng i hc Bỏch khoa, i hc Nng Tuy nhiờn, hin ti SAP2000 cha cú phn t hp ni lc v thit k cu kin BTCT theo TCVN Vỡ vy, cỏc k s v sinh viờn ngnh Xõy dng cú th s dng SAP2000 thit k cỏc kt cu xõy dng ti Vit Nam, chỳng ta cn phi xõy dng thờm mt phn mm liờn kt vi SAP2000 (c chỳng tụi t tờn l CD BY VNSTAND), nhm s dng cỏc s liu v kt cu ó nhp cho SAP2000 v kt qu ni lc SAP2000 tớnh c tip tc thc hin cụng on t hp ni lc v thit k cu kin BTCT theo TCVN mt cỏch t ng Vi nột v phn mm CD BY VNSTAND 4.1 í tng chớnh v cỏch hot ng ca phn mm CD BY VNSTAND Sau ó nghiờn cu, phõn tớch tỡnh hỡnh mt cỏch cn thn, chỳng tụi ó xõy dng c mt phn mm cú tờn CD BY VNSTAND kt hp vi phn mm SAP2000 Nonlinear version 7.42 tớnh kt cu BTCT theo TCVN, hai phn mm ny kt hp hot ng theo s hỡnh v Bắt đầu NSD chọn sơ vật liệu, hình dạng, kích thước phận kết cấu - Khởi động SAP2000 Nonlinear version 7.42 - Nhập sơ đồ kết cấu khai báo trường hợp tải trọng (Loadcases) - Tiến hành phân tích kết cấu (Analysis) để xác định nội lực, ứng suất, chuyển vị vị trí quan trọng kết cấu - Xuất (Export) số liệu đầu vào nhập (Input Data) kết nội lực tính (Output Data) vào file số liệu theo định dạng MDB - Đóng SAP2000 - Khởi động CD BY VNSTAND - Nhập (Import) số liệu đầu vào (Input Data) kết nội lực tính (Output Data) file số liệu MDB mà SAP xuất - Khai báo cách tổ hợp tải trọng cho trường hợp tải trọng (Loadcases) theo cách qui ước CD BY VNSTAND - Tiến hành tổ hợp nội lực để xác định tổ hợp nội lực bất lợi theo TCVN - Tính toán lượng cốt thép cấu kiện theo TCVN 5574 : 1991 - Đóng CD BY VNSTAND Kiểm tra hàm lượng cốt thép điều kiện độ võng, tính hợp lý phương án Không đạt yêu cầu Thay đổi thiết kế (nếu cần) Đạt yêu cầu Thiết kế cấu tạo phận kết cấu theo TCVN Kết thúc Hỡnh Cỏch kt hp hot ng ca CD BY VNSTAND vi SAP2000N 4.2 Phm vi s dng ca phn mm CD BY VNSTAND Phn mm CD BY VNSTAND c lp trỡnh nhm kt hp vi phn mm SAP2000N v7.42 tớnh toỏn theo TCVN 5574: 1991 cỏc kt cu BTCT c cu thnh t cỏc cu kin dng (dm, ct, dn BTCT) v dng tm (tm sn phng, tm tng, ) S lng cu kin khụng hn ch Cỏc loi cu kin BTCT m chng trỡnh cú th tớnh toỏn bao gm: dm ch nht chu un hay un xon, ct trũn v ch nht chu nộn lch tõm phng hay nộn lch tõm xiờn, dn chu kộo, nộn ỳng tõm, tm sn chu un, tm tng chu nộn-un 4.3 Yờu cu i vi phn mm CD BY VNSTAND - Phi cú kh nng tớnh toỏn cỏc kt cu BTCT theo TCVN nh ó nờu mt cỏch chớnh xỏc, tin cy, n nh, nhanh chúng - Phi cú giao din hp lớ, thõn thin v d s dng - Phi cú kh nng lu tr, nhp, xut, tỡm kim v sp xp d liu trờn a cng mt cỏch nhanh chúng v cú khoa hc 4.4 Cỏc chc nng s dng chớnh ca phn mm CD BY VNSTAND Phn mm CD BY VNSTAND c lp trỡnh vi 10 cm chc nng chớnh nh sau: (1) Chn file s liu (*.MDB) cn lm vic m SAP2000N v7.42 ó xut (Export) trc ú (2) Khai bỏo cỏch tham gia t hp ca cỏc trng hp ti trng (Loadcases) theo qui c ca chng trỡnh CD BY VNSTAND (3) Khai bỏo cỏc thụng s cu to ca cỏc dng mt ct cỏc phn t Frame (l cỏc phn t dng nh dm, ct v dn) v cỏc phn t Shell (l cỏc phn t dng tm nh tm sn chu un, tm tng) (4) T hp ni lc v tớnh toỏn lng ct thộp cho cỏc phn t Frame (5) T hp ni lc v tớnh toỏn lng ct thộp cho cỏc phn t Shell (6) Xem cỏc s liu u vo v cỏc kt qu m CD BY VNSTAND tớnh c (7) Xut cỏc kt qu chớnh m CD BY VNSTAND tớnh c di dng cỏc bn bỏo cỏo (Reports) in n (8) Cung cp cỏc tin ớch thng dựng nh mỏy tớnh cỏ nhõn, chn khong cỏch phõn b cu to thộp sn, tớnh ct thộp s b cho dm v ct BTCT (9) Qun lý s sp xp cỏc ca s hin th (10) Qun lý h thng tr giỳp ngi s dng v gii thiu v CD BY VNSTAND Cỏc kt qu chớnh thu c t phn mm CD BY VNSTAND Cỏc kt qu chớnh m CD BY VNSTAND tớnh c bao gm cỏc t hp ni lc bt li v lng ct thộp yờu cu ti cỏc mt ct ta chn cỏc phn t dng (Frame) v phn t dng tm (Shell) Ti mi mt ct c xem xột ca phn t Frame, CD BY VNSTAND s tớnh toỏn lng ct thộp yờu cu b trớ cho phn t Frame ti mt ct ang xột, bao gm: ct thộp dc F2d, F2tr, F3d, F3tr (xem hỡnh 3) v khong cỏch gia cỏc ct (theo s nhỏnh v loi ct m NSD ó khai bỏo) Hỡnh Ký hiu lng ct thộp dc yờu cu Ti mi phn t Shell, CD BY VNSTAND s tớnh toỏn lng ct thộp yờu cu b trớ cho phn t Shell, gm: ct thộp phõn b mt trờn v mt di ca phn t Shell theo phng trc a phng (F1tr v F1d); ct thộp phõn b mt trờn v mt di ca phn t Shell theo phng trc a phng (F2tr v F2d) Cỏc kt qu u c tớnh theo n v cm2/100cm chiu di (trong ú, chỳ ý rng: mt trờn ca phn t Shell nm v phớa dng ca trc a phng v mt di nm phớa õm ca trc a phng 3) Ghi chỳ: qui c v h trc to a phng (Local Axis), cỏc thnh phn ni lc ca cỏc phn t Frame v Shell c dựng CD BY VNSTAND u tuõn theo cỏch qui c ca SAP2000 Vớ d tớnh s dng phn mm CD BY VNSTAND kt hp vi SAP2000 thit k kt cu h khung-sn BTCT 6.1 Nhim v thit k Thit k h kt cu chu lc khung-sn BTCT ca i ch huy khụng lu sõn bay Phự Cỏt (Bỡnh nh) Theo h s thit k kin trỳc, i ch huy ny phi cú hỡnh dng nh hỡnh Ta thy c im lm vic ca h kt cu ny cú tớnh khụng gian rừ rt bi: Hỡnh dng tng th ca kt cu l hỡnh bỏt giỏc (kớch thc mi cnh múng l 4m), cỏc ct ca cỏc tng cú mt ct ngang b xoay i phự hp vi hỡnh dng tng th ca nh (hỡnh bỏt giỏc) Sn tng v cú khoột l cu thang, phớa trờn cú xõy tng ngn nhng li khụng cú dm bờn m ch kờ trờn dm bo xung quanh Cỏc ct tng cũn b nghiờng lch phng thng ng mt gúc khong 20o Ngoi ra, sn tng mỏi ngi ta Hỡnh 4: Mu kt cu chu lc khung sn tng cng thờm cỏc dm chộo ging cỏc u ct li vi nhm tng cng khụng gian ca nh Chn kớch thc ca cỏc cu kin nh sau: Ct tng v (C12): 25x30 cm2; Ct tng mỏi (Cmỏi): 20x30 cm2 ; Dm bo ca sn tng v (D23): 20x30 cm2 ; Dm bo tng mỏi (Dmỏi): 20x30 cm2 ; Dm chộo tng mỏi (DAMCHEO): 20x45 cm2 ; Sn tng v dy 12 cm; Sn mỏi dy cm Vt liu BTCT mỏc 200; thộp dc cú g nhúm AII; thộp nhúm AI Hot ti trờn sn dng phõn b vi cng 400 kgf/m2 6.2 Kt qu tớnh toỏn bng SAP2000 kt hp vi CD BY VNSTAND tin cho vic c kt qu, ta gom cỏc phn t Frame v Shell thnh tng nhúm l: C1: gm cỏc ct tng 1; C2: cỏc ct tng 2; CMAI: cỏc ct tng mỏi; DCHEO: cỏc dm chộo mỏi; DMAI: cỏc dm bo ca sn mỏi; SANT2: cỏc dm bo v phn t Shell ca sn tng 2; SANT3: cỏc dm bo v phn t Shell ca sn tng Dựng CD BY VNSTAND kt hp vi SAP2000 tớnh kt cu nờu trờn vi trng hp ti trng (Loadcase) gm: trng hp ti trng TT (gm tnh ti v hot ti), trng hp ti trng giú thi vo cụng trỡnh theo hng khỏc (l GX1, GX2, GY1, GY2), ta thu c kt qu cui cựng l lng ct thộp yờu cu ln nht ca cỏc phn t Frame v Shell tng Group, ta thu c cỏc kt qu c trỡnh by cỏc bng v Bng Kt qu tớnh lng ct thộp cn thit cho cỏc nhúm cu kin dng F2d (cm2) 12.559 4.094 11.479 8.599 3.029 6.147 3.067 Tờn nhúm phn t Frame Cỏc ct tng (C1) Cỏc ct tng (C2) Cỏc ct tng mỏi (CMAI) Dm chộo mỏi (DCHEO) Dm bo mỏi (DMAI) Dm bo tng (SANT2) Dm bo tng (SANT3) F2tr (cm2) 12.559 4.094 11.479 6.33 1.218 12.428 9.477 F3d (cm2) 11.969 7.777 3.72 0.18 0.178 0.036 0.364 F3tr (cm2) 11.969 7.777 3.72 0.18 0.178 0.036 0.364 Bng Kt qu tớnh lng ct thộp cn thit cho cỏc nhúm cu kin dng tm Tờn nhúm Pt Shell Nu dựng thộp AI (cm2/100cm di) F1d F1tr F2d Nu dựng thộp AII (cm2/100cm di) F2tr F1d F1tr F2d F2tr SANMAI 1.858 1.57 1.57 2.458 1.57 1.57 1.57 1.912 SANT2 9.179 18.427 8.223 18.829 7.139 14.332 6.396 14.645 SANT3 8.925 15.475 6.891 15.828 6.941 12.036 5.36 12.31 Ghi chỳ: thit k cu to sỏt hn, chng trỡnh CD BY VNSTAND cũn cho phộp NSD xem kt qu tớnh lng ct thộp ca tng phn t Frame v Shell ca kt cu (Cụng trỡnh ny ó c tỏc gi trc tip thit k bng phn mm CD BY VNSTAND v ó c xõy dng ti Sõn bay Phự Cỏt nm 2002) Kt lun V c bn, chng trỡnh CD BY VNSTAND ó gii quyt tt nhim v mt cỏch chớnh xỏc, nhanh chúng v thun li Vi s kt hp ca hai phn mm SAP2000N v7.42 v CD BY VNSTAND, chỳng tụi hy vng cú th tớnh toỏn thit k c hu ht cỏc dng kt cu cụng trỡnh cú th gp thc t xõy dng theo tiờu chun thit k kt cu BTCT hin hnh ca Vit Nam (TCVN 5574: 1991) õy chớnh l giỏ tr thc tin cho thy tớnh cp thit ca ny TI LIU THAM KHO [1] [2] [3] [4] [5] B Xõy dng, TCVN 2737: 1995 Ti trng v tỏc ng Tiờu chun thit k, Nxb Xõy dng, H Ni, 1997 B Xõy dng, TCVN 5574: 1991 Kt cu bờ tụng ct thộp Tiờu chun thit k, Nxb Xõy dng, H Ni, 1997 Nguyn Th Ngc Mai, Microsoft Visual Basic 6.0 & lp trỡnh c s d liu, Nxb Giỏo dc, H Ni, 2000 Computer and Structure, Inc, SAP2000 Manuals, Berkerley, California, USA, 2000 Edward L Wilson, Three Dimensional Static and Dynamic Analysis of Structures, Computers and Structures Inc, USA, 1998  ... Khai báo cách tổ hợp tải trọng cho trường hợp tải trọng (Loadcases) theo cách qui ước CD BY VNSTAND - Tiến hành tổ hợp nội lực để xác định tổ hợp nội lực bất lợi theo TCVN - Tính toán lượng cốt thép. .. hiện: kt cu BTCT theo TCVN Xác định sơ đồ tính kết cấu 5574: 1991 nhng chỳng Tính nội lực, ứng suất chuyển vị vị trí quan li ch cú kh nng tớnh trọng kết cấu c mt s kt cu tng - Tổ hợp kết (nội lực,... BTCT theo TCVN, hai phn mm ny kt hp hot ng theo s hỡnh v Bắt đầu NSD chọn sơ vật liệu, hình dạng, kích thước phận kết cấu - Khởi động SAP2000 Nonlinear version 7.42 - Nhập sơ đồ kết cấu khai báo