Giáo trình Ứng dụng Sap trong thiết kế kết cấu (Nghề Kỹ thuật xây dựng Trình độ CĐTC)

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH AN GIANG

TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ AN GIANG

GIÁO TRÌNH

Ứng dụng Sap trong thiết kế kết cấu
NGHỀ KỸ THUẬT XÂY DỰNG
Trình độ trung cấp/cao đẳng
(Ban hành theo quyết định số: 70 /QĐ – CĐN ngày 11 tháng 01 năm 2019
của hiệu trưởng trường cao đẳng nghề An Giang)

Năm 2019


Ứng dụng sap trong thiết kết kếu cấu.

LỜI GIỚI THIỆU
Những năm 1980 trở lại đây. Trong lónh vực xây dựng, công nghệ máy tính
cũng đã được ứng dụng rộng rãi, bao gồm các phần mềm về quản lí xây dựng,
kinh tế xây dựng, phân tích nội lực kết cấu, thiết kế kết cấu thép và kết cấu bê
tông cốt thép, thiết kế và thể hiện bản vẽ kỹ thuật.
Trong số các chương trình tính kết cấu, hệ chương trình Sap ( Structure
Analysis Program) là hệ chương trình nỗi tiếng như Sap 86, Sap 90, Sap 2000.
Hiện Sap 2000 đang được ứng dụng để phân tích và thiết kế nhiều loại kết cấu
xây dựng và được các nhà kỹ sư, sinh viên các ngành công trình quan tâm nghiên
cứu.
Giáo trình ứng dụng Sap trong thiết kế kết cấu này tác giả biên soạn làm tài
liệu hướng dẫn và bài tập thực hành dành riêng cho sinh viên trường Cao đẳng
nghề An Giang.
Tác giả xin chân thành cám ơn các Thầy cô giáo viên Khoa Xây dựng

trường Cao đẳng nghề An Giang và các bạn đồng nghiệp đã động viên, giúp đỡ và
góp ý trình quá trình biên soạn.
Giáo trình chắc khó tránh khỏi thiếu sót. Rất mong được sự góp ý của bạn
đọc để ngày càng hoàn thiện hơn./.
An Giang, ngày 28 tháng 12 năm 2019
Tham gia biên soạn
Chủ biên: Đoàn Trọng Thức

Trang 1


Ứng dụng sap trong thiết kết kếu cấu.

MỤC LỤC
LỜI GIỚI THIỆU
MỤC LỤC
CHƢƠNG TRÌNH MƠ ĐUN
BÀI 1: MỞ ĐẦU- CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
I. MỞ ĐẦU
1. Giới thiệu chương trình, mục tiêu, ứng dụng Sap 2000
2. Hướng dẫn cài đặt phần mềm
3. Giới thiệu giao diện Sap 2000
II. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1. Các khái niệm cơ bản nút, phần tử thanh, phần tử tấm

Trang
1
2
4

2. Các khái niệm cơ bản về hệ đơn vị và hệ tọa độ

7
7
7
8
14
18
18
19

3. Đơn vị góc đo độ dùng trong SAP 2000

23

4. Liên kết (Restraints)

23

5. Tải trọng (Load)
III.NHỮNG CÔNG CỤ HỖ TRỢ TRONG SAP 2000

23

1. Standard (tiêu chuẩn)

24
24
25

2. View (Xem)
25
3. Edit (Soạn thảo, hiệu chỉnh)
4. Snap (Đặt chế độ bắt dính)

26
26

5. Draw (Vẽ thêm các đối tượng)
27
6. Define (Khai báo các thuộc tính trong hệ)
7. Select (Chọn đối tượng)
8. Point and Joint Assigns (Gán tính chất cho nút)
9. Frame and Line Assigns (Gán tính chất cho thanh)

27
28
28
29

10. Shell and Area Assigns (Gán tính chất cho tấm)
11. Display (Thể hiện sơ đồ, kết quả ...)
12. Design (Thiết kế tiết diện)
BÀI 2: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ TÍNH
I. TRÌNH TỰ GIẢI TRONG SAP 2000
1. Các bước cơ bản để thực hiện tính tốn và phân tích

29
30
31

31
31

Trang 2


Ứng dụng sap trong thiết kết kếu cấu.

kết cấu bằng các phần mềm SAP 2 0 0 0
II. XÂY DỰNG MƠ HÌNH TRONG SAP 2000
1. Chọn đơn vị
2. Tạo mô hình mới
3. Hiệu chỉnh và gán liên kết
4. Thay đổi và hiển thị số thứ tự phần tử / số thứ tự nút
III. KHAI BÁO ĐẶC TRƢNG
1. Khai báo đặc trưng vật liệu
2. Đặc trưng tiết diện
IV. GÁN TIẾT DIỆN, GÁN TẢI TRỌNG
1. Gán tiết diện
2. Khai báo và gán tải trọng
V. GIẢI BÀI TOÁN
1. Chọn bậc tự do
2. Gán số mặt cắt cần xuất kết quả cho phần tử Frame
3. Lưu bài toán
4. Giải bài toán
Câu hỏi bài tập
BÀI 3: XEM VÀ XUẤT KẾT QUẢ NỘI LỰC
I. XỬ LÝ KẾT QUẢ
1. Xem sơ đồ biến dạng
2 Xem biểu đồ nội lực

II. XUẤT KẾT QUẢ THÀNH FILE
III. KIỂM TRA VÀ HIỆU CHỈNH
1. Kiểm tra các dữ liệu đã nhập
2. Hiệu chỉnh các dữ liệu đã nhập
TÀI LIỆU THAM KHẢO

32
32
32
38
39
40
40
42
45
45
46
52
52
53
53
53
53
55
55
55
55
56
57
57

59
60

Trang 3


Ứng dụng sap trong thiết kết kếu cấu.

CHƢƠNG TRÌNH MƠ ĐUN
mô đun: ỨNG DỤNG SAP TRONG THIẾT KẾ KẾT CẤU
Mã mô đun: MĐ 15
Thời gian thực hiện mô đun: 30 giờ (Lý thuyết: 8 giờ, thực hành: 20 giờ, kiểm tra:2
giờ).
I. VỊ TRÍ, TÍNH CHẤT CỦA MƠ ĐUN
1. Vị trí:là môn học học sau các môn vẽ kỹ thuật xây dựng, cơ xây dựng, kết cấu
xây dựng
2. Tính chất:: là môn học ứng dụng, sử dụng phần mềm trong thiết kế kết cấu
II. MỤC TIÊU CỦA MÔ ĐUN
1. Về kiến thức:
- Nêu được cách tính tốn nội lực trong Sap 2000
2. Về kỹ năng:
- Xây dựng được sơ đồ tính trong Sap từ mơ hình kết cấu
- Khai báo được đặc trưng của kết cấu: vật liệu, hình học
- Khai báo được tải trọng
- Xem và xuất kết quả nội lực
3. Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:
- Rèn luyện tư duy kết cấu và tính tĩ mỉ, cẩn thận
III. NỘI DUNG MÔ ĐUN
1. Nội dung tổng quát và phân bố thời gian:
Thời gian ( giờ)

Số
thứ
tự

Tên chƣơng, mục

I

Bài 1: Mở đầu- Các khái niệm cơ
4
bản:

2

I.Mở đầu

1

Kiể
Tổng Lý
Thực
m
số
thuyết hành,BT
tra *

1

2

1.Giới thiệu chương trình, mục
tiêu, ứng dụng Sap 2000
2.Hướng dẫn cài đặt phần mềm
3.Giới thiệu giao diện Sap 2000
Trang 4


Ứng dụng sap trong thiết kết kếu cấu.

II.Các khái niệm cơ bản:

2

1

1

1.Các khái niệm cơ bản nút,
thanh, tấm
2.Các khái niệm cơ bản về hệ
tọa độ
III.Những công cụ hỗ trợ trong Sap
1
2000

1

1.Phóng to, thu nhỏ, di chuyển
2.Thể hiện đối tượng trong

khung nhìn 2D
3.Thao tác chọn và bỏ đối tượng
III

Bài 2:Xây dựng sơ đồ tính

18

6

12

I.Trình tự giải trong Sap 2000

4

1

3

II.Xây dựng mơ hình trong Sap
4
2000

1

3

III.Khai báo đặc trưng
1.Khai báo đặc trưng Đặc trưng

2
vật liệu

2

2. Khai báo đặc trưng Đặc trưng
2
hình học

2

3.Tải trọng và tổ hợp tải trọng

IV

a)Các loại tải trọng, tổ hợp

2

2

b)Gán tải trọng, tổ hợp

4

2

2

Bài 3:Xem và xuất kết quả nội lực

6

4

I.Xem chuyển vị hệ kết cấu

1

1

II.Xem biểu đồ nội lực của phần tử
1
thanh

1

III.Xem phản lực nút

1

1

IV.Xuất kết quả nội lực dạng bảng

1

1

2

Trang 5


Ứng dụng sap trong thiết kết kếu cấu.

V

Kiểm tra

2

Ôn tập hết môn

2

Tổng cộng

30

2
2
8

20

2

Trang 6

Ứng dụng sap trong thiết kết kếu cấu.

BÀI 1: MỞ ĐẦU- CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
A. MỤC TIÊU BÀI:
- Biết được ứng dụng, tính năng của phần mềm Sap 2000
- Biết được giao diện Sap 2000
- Cài đặt được phần mềm Sap 2000
- Trình bày được các khái niệm về nút, phần tử thanh, tấm
- Trình bày được hệ tọa độ trong Sap 2000
- Phân biệt được hệ tọa độ trong Sap và hệ tọa độ địa phương
- Sử dụng được các ứng dụng trong thao tác di chuyển, phóng to , thu nhỏ,chọn
và bỏ đối tượng trong Sap 2000
B. NỘI DUNG BÀI:
I. MỞ ĐẦU
1. Giới thiệu chƣơng trình, mục tiêu, ứng dụng Sap 2000
- SAP 2000 (Structural Analysis Program) ra đời vào năm 1998 (Version 6.11) ĐH
Avenue Mỹ.
- Các phiên bản của SAP 2000 :
+ Nonlinear Version : phiên bản phi tuyến.
+ Standard Version : phiên bản chuẩn.
+ Plus Version : phiên bản nâng cao.
+ Education Version : phiên bản dành cho học tập.
- SAP 2000 dựa vào các phần tử mẫu nh : pt thanh, pt vỏ...để mô tả các dạng kết cấu.
- SAP 2000 tiến hành phân tích kết cấu dựa theo phơng pháp PTHH (dựa vào mô
hình tơng thích), tìm ra chuyển vị tại các điểm nút của các phần tử, từ đó tính đợc
nội lực, ứng suất..v...v..của phần tử.
- Khả năng của SAP2000:
+ Tính năng giao tiếp: dễ sử dụng, dễ mô tả các dạng kết cấu, sửa đổi-in ấn
thuận tiện... Kết quả tính toán có thể xem trực tiếp trên màn hình hay đọc ở dạng văn

bản.
- Khả năng tính toán-thiết kế:
+ Tính toán xác định ứng suất nội lực của kết cấu. - Tải trọng có thể là tĩnh
tải, hoạt tải, nhiệt độ...
- Thiết kế KCBTCT theo các tiêu chuẩn: BS, ACI, AASHTO, CSA, EUROCODE,
NZS. - Giải các bài toán kiểm tra kết cấu thép theo các tiêu chuẩn: BS, AISC,
Trang 7


Ứng dụng sap trong thiết kết kếu cấu.

EUROCODE, CISC, AASHTO.
- Các File dữ liệu:
*.SDB : file dữ liệu chính.
*.S2k: file dữ liệu dới dạng text, có thể dùng các phần mềm soạn thảo văn bản để tạo
dữ liệu hoặc sửa chữa.
*.OUT, *.TXT : file dữ liệu chứa các kết quả ®ưỵc xt ra.
2.Hƣớng dẫn cài đặt phần mềm
Bƣớc 1: Copy
hai file SAP2000_V14_DVD.zip
(file
Lưu ý : không copy vào ổ C để tránh mất mát do lỗi Windows hoặc phần
mềm đóng băng ổ cứng.
Bƣớc 2: Giải nén hai file trên :

cài

đặt)

-Click chuột phải và chọn Extract Here.

Bƣớc 3: Cài đặt chương trình .
-Click đúp vào file Autorun.

- Click vào Install SAP2000 V14…..

Trang 8

và


Ứng dụng sap trong thiết kết kếu cấu.

Chọn Install của Standalone Installation.

Trang 9


Ứng dụng sap trong thiết kết kếu cấu.

-Click nút Next

Chọn I Acept… và nhấn Next

Trang 10


Ứng dụng sap trong thiết kết kếu cấu.

Khai báo tên người dùng và cơ quan cơng tác sau đó nhấn Next

Next,Next rồi nhấn Install đợi ít phút cho đến lúc Finish

Bƣớc 4 : Crack phần mềm.
Trang 11


Ứng dụng sap trong thiết kết kếu cấu.

-Copy file vào folder cài đặt Sap 2000

Tìm folder cài đặt Sap 2000 bằng cách click chuột phải vào biểu tượng Sap 2000
chọn Properties

Trang 12


Ứng dụng sap trong thiết kết kếu cấu.

Nhấn Find Target ( hoặc File Location Folder) để tìm folder cài đặt

Nhấn Ctrl + V để dán file crack

Trang 13


Ứng dụng sap trong thiết kết kếu cấu.

3. Giới thiệu giao diện Sap 2000
Trong SAP 2000 ,việc thực hiện một số thao tác lệnh thường thông

qua thanh công cụ chứa các biểu tượng tương ứng.Dưới đây là một số biểu
tượng thường được sử dụng trong SAP 2000.

Hình 1 Cửa sổ làm việc của SAP 2000

Trang 14


Ứng dụng sap trong thiết kết kếu cấu.

Các lệnh trong menu File

Các lệnh trong menu

Các lệnh trong menu Edit

View Các leänh trong menu Define

Trang 15


Ứng dụng sap trong thiết kết kếu cấu.

Các lệnh trong menu Draw

Các lệnh trong menu Assign

Các lệnh trong menu Select

Các leänh trong menu Analyze

Trang 16


Ứng dụng sap trong thiết kết kếu cấu.

Các lệnh trong menu Display

Các lệnh trong menu Options

Các lệnh trong menu Help

Trang 17


Ứng dụng sap trong thiết kết kếu cấu.

II. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1. Các khái niệm cơ bản nút, phần tử thanh, phần tử tấm
a) Nút và bậc tự do của nút
- Nút (node ): Nút được hiểu là một vị trí dùng để xác định các kích thước
hình học cơ bản của kết cấu. Mỗi nút được xác định thong qua tên nút và tọa độ
của nó trong hệ tọa độ chung. SAP 2000 tự động đánh số các nút của mơ hình.Các
dữ liệu của nút thường là : tên (Joint Label), tọa độ (Coordinate), hệ toạn độ địa
phương của nút, tải trọng nút (Joint Load), liên kết khống kế chuyển vị nút
(Restraint), liên kết đàn hồi (Springs), chuyển vị cưỡng bức của nút…
- Bậc tự do của nút (DOF – Degree of Free dom):
+ Sự biến dạng của kết cấu khi chịu tác dụng của ngoại lực, được biểu diễn
qua sự chuyển vị của các nút. Đối với kết cấu không gian (3-D) trong trường hợp
tổng quát một số nút có sáu thành phần chuyển vị của nó.

+ Bậc tự do của một nút tương ứng với một số thành phần chuyển vị của một
nút gồm có : tọa độ riêng (U1,U2,U3).
+ 3 thành phần chuyển vị xoay quanh 3 trục 1,2,3 của hệ tọa độ riêng
(R1,R2,R3)
+ Một số thành phần chuyển vị có hai trạng thái : có thể có chuyển vị hay bị
khơng chế chuyển vị. Đối với các phần tử mẫu tương ứng với các mơ hình phân
tích khác nhau thì số thành phần chuyển vị của một nút tương ứng cũng khác nhau,
nó tùy thuộc vào sự làm việc của phần tử đó. Số thành phần chuyển vị của một nút
được gọi là bậc tự do (degree of freedom –DOF) của nút.
+ Mặc định hướng của các trục 1,2,3 của một nút sẽ song song với hướng của
các trục X,Y,Z.
b) Phần tử thanh, phần tử tấm
Là các thành phần khác nhau của kết cấu được xác định thông qua các điểm
nút. Mỗi phần tử có một giá trị số đại diện cho tên phần tử và được xác định thông
qua các điểm nút. Mỗi phần tử có một giá trị số đại diện cho tên phần tử và được
xác định thông qua 2 hoặc nhiều nút tùy loại phần tử.Ví dụ phần tử frame(thanh)
xác định thông qua 2 hoặc phần tử shell (vỏ,tấm) xác định thông qua 3 hoặc 4,8,
Trang 18


Ứng dụng sap trong thiết kết kếu cấu.

hoặc 9 nút.
Các dữ liệu của phần tử : tên, nút biên của phần tử, hệ tọa độ địa phương, vật
liệu phần tử, các đặc tính mặt cắt phần tử, tải trọng tác dụng lên phần tử ,…
2. Các khái niệm cơ bản về hệ đơn vị và hệ tọa độ
a) Hệ đơn vị cơ bản dùng trong SAP 20 0 0
Có 2 hệ đơn vị trong SAP 2000 : 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
-

Trang 19


Ứng dụng sap trong thiết kết kếu cấu.

b) Hệ tọa độ địa phƣơng của nút, phần tử thanh
Mỗi thành phần cơ bản của kết cấu (nút, phần tử , hay ràng buộc chuyển vị)
đều có các hệ tọa độ địa phương của chính nó. Các trục của hệ tọa độ địa phương
cũng được xác định bằng quy tắc bàn tay phải và kí hiệu các trục 1,2,3. Để tạo hệ
trục này ta dung chức năng tạo hệ tọa độ địa phương của của SAP 2000

Hình 2. Trục tọa độ địa phƣơng của nút, phần tử thanh.

Hình 3. Trục tọa độ địa phƣơng của phần tử tấm.
Trang 20


Ứng dụng sap trong thiết kết kếu cấu.

c) Hệ tọa độ tổng thể (Global coordinate syst em )
Hệ tọa độ tổng thể là hệ tọa độ
vng góc trong khơng gian ba chiều,
các trục tọa độ vng góc với nhau và
hợp thành một tam diện thuận, chiều
của chúng được xác định bằng quy tắc

bàn tay phải. Các trục của hệ tọa độ
tổng thể được quy ước là các trục
X,Y,Z trong SAP 2000 hệ tọa độ này
có tên là GLOBAL
Hình 4. Hệ tọa độ tổng thể.
Hướng mặc định của hệ trục tọa độ ln có chiều dương của trục Z
hướng thẳng đứng từ dưới lên trên. Các hệ trục tọa độ địa phương cho nút,
phần tử và tải trọng của gia tốc nền đều được định nghĩa tương ứng với
hướng thẳng đứng này. Riêng đối với tải trọng bản thân được định nghĩa
theo chiều ngược với trục Z mặt phẳng X-Y nằm ngang.
Hệ tọa độ tổng thể có thể là hệ tọa độ vng góc (Cartesian) và hệ
tọa độ trụ (Cylindrical)

Hình 5. Mặt bằng lƣới của hệ tọa độ vng góc và hệ tọa độ trụ.

Trang 21


Ứng dụng sap trong thiết kết kếu cấu.

d. Định nghĩa hệ tr ục tọa độ bổ sung.
Hệ trục tọa độ bổ sung có thể được dùng để dễ dàng cho q trình
mơ hình một bộ phận nào đó của kết cấu. Một hệ trục tọa độ phải có một
điểm gốc và các trục, các trục này vng góc với nhau và xác định theo
quy tắc bàn tay phải.
 Define
>
Coordinate
Systems/Grids…>Add
New

System.

Trang 22


Ứng dụng sap trong thiết kết kếu cấu.

Hình 6. Góc xoay dƣơng của hệ tọa độ mới.
3. Đơn vị góc đo độ dùng trong SAP 2000 .
Gồm độ (o) và radian :
+ Độ (o) được sử dụng để chỉ định thơng 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.
4. Liên kết (Restraints)
Là điều kiện liên kết với trái đất của một nút. Sap 2000 dùng nhiều loại liên kết
như gối tựa, khớp cố định, ngàm, liên kết hồi.
5. Tải trọng (Load):
-Trường hợp tải trọng (Load case) : Trong SAP 2000 cho phép khai báo
nhiều trường hợp tải trọng, file kết quả SAP 2000 đưa ra chứa nội lực, chuyển vị
của từng trường hợp tải.
-Tổ hợp tải trọng (Load Combination): Người dùng có thể chỉ định sự có
mặt cùng lúc của nhiều trường hợp tải gây ra kết quả bất lợi nhất cho kết cấu. Khi
đó SAP 2000 đưa ra kết quả là tổ hợp tuyến tính theo nguyên lý cộng tác
dụng(Add) hoặc theo kiểu đường bao.

Trang 23

Ứng dụng sap trong thiết kết kếu cấu.

III. NHỮNG CÔNG CỤ HỖ TRỢ TRONG SAP 2000
1. Standard (tiêu chuẩn)
New Model... : Tạo mơ hình (file) mới

Open ... : Mở file dữ liệu có trên đĩa
Save

: Lưu dữ liệu của mơ hình hiện tại vào file.

Print Graphics : In hình ảnh thể hiện trên cửa sổ hiện hành ra máy in.
Undo

: Huỷ lệnh vừa thực hiện.

Redo

: Khôi phục lệnh vừa bị huỷ.

Refresh Window
Lock Model

: Làm tươi màn hình.

: Khố mơ hình, để không thể nhập số liệu.

Run Analysis : Chạy chương trình phân tích sau khi nhập xong dữ liệu.
Rubber Band Zoom : Phóng to vùng cửa sổ được kéo bằng chuột

Restore Full View : Nhìn tồn hệ.
Previous Zoom : Trở lại cách nhìn ngay trước đó.
Zoom In One Step : Phóng to hệ lên một cấp.
Zoom Out One Step : Thu nhỏ hệ xuống một cấp.
Pan

: Dịch chuyển khung nhìn để xem các vị trí khác của hệ.

Set Default 3D View : Xem hệ dưới dạng 3D (góc nhìn mặc định).
Set XY View : Xem hệ dưới dạng 2D, trên mặt phẳng XY
Set XZ View : Xem hệ dưới dạng 2D, trên mặt phẳng XZ
Set YZ View : Xem hệ dưới dạng 2D, trên mặt phẳng YZ
Set Named View

: Lưu hoặc khơi phục cách nhìn đã lưu trước đó.
Trang 24