Tài liệu hướng dẫn sử dụng học Sap 2000 V14

www.phamvanan.com
Da nang Architectural University







Trang 2
CHƯƠNG I : MỞ ĐẦU
Mục tiêu: Học xong chương I, sinh viên sẽ biết ñược lịch sử hình thành và phát triển của chương
trình SAP2000; chức năng phân tích và thiết kế các loại kết cấu công trình; biết ñược phương pháp
phân tích kết cấu của SAP2000; biết và hiểu ñược các khái niệm cơ bản về: Hệ tọa ñộ ñược sử dụng,
phần tử thanh, nút, giao diện cũng như các nút lệnh cơ bản trên giao diện của SAP2000.

1.1. Giới thiệu phần mềm phân tích và thiết kế kết cấu - Sap2000
1. Lịch sử hình thành
Phiên bản ñầu tiên của chương trình ñược mang tên SAP (Structural Analysis Program :
Chương trình phân tích kết cấu) vào năm 1970, sau ñó xuất hiện SAP3, SAP-IV, SAP86,
SAP90 và gần ñây nhất là SAP2000 V14.1.
SAP2000 tích hợp chức năng phân tích kết cấu (tính phản lực, nội lực, chuyển vị, dao ñộng
) bằng phương pháp PTHH với chức năng thiết kế kết cấu (tính hoặc kiểm tra cốt thép ñối

với kết cấu bê tông cốt thép và chọn tiết diện ñối với kết cấu thép), SAP2000 cũng ñã bổ sung
thêm các loại kết cấu mẫu ñể việc vào số liệu cho bài toán ñược nhanh hơn. Giao diện của
SAP2000 rất trực quan và ñược thực hiện hoàn toàn trên môi trường Windows (SAP86 thực
hiện việc nhập dữ liệu trên Dos, SAP90 nhập số liệu trên Windows nhưng tính toán và xem kết
quả nội lực trên Dos)

Hình 1.1. Màn hình khởi ñộng SAP2000-V14

2. Khái niệm chung về Phương pháp PTHH
Phương pháp PTHH ñược ứng dụng tính kết cấu với sự trợ giúp của máy tính, ra ñời vào
năm 1970. Phương pháp này dùng mô hình rời rạc ñể lý tưởng hoá kết cấu thực.

Trang 3
Thực hiện rời rạc hoá kết cấu bằng cách chia kết cấu liên tục thành hữu hạn các miền hoặc
các kết cấu con gọi là phần tử hữu hạn.
* Đối với hệ thanh : phần tử hữu hạn là thanh.
* Đối với kết cấu tấm : phần tử hữu hạn là tấm tam giác, chữ nhật .v.v.
Sau khi rời rạc hoá, giả thiết các phần tử hữu hạn chỉ nối với nhau tại một số ñiểm quy ñịnh
(thường là các ñầu hoặc góc của phần tử) gọi là nút.
Toàn bộ tập hợp các phần tử hữu hạn gọi là lưới phần tử.
Số lượng phần tử ảnh hưởng ñến số ẩn số của bài toán.

1.2. Các tính năng của phần mềm SAP2000
Sap2000 cung cấp nhiều tính năng mạnh ñể mô hình và tính toán nhiều kết cấu thường gặp
trong thực tế : Dầm, Khung phẳng, Khung không gian, Sàn, Dàn phẳng, Dàn không gian, Dầm
trên nền ñàn hồi (dầm móng băng), kết cấu vỏ mỏng (mái che, bể nước, xilô ), kết cấu khối
(ñê, ñập )
Vật liệu có thể tuyến tính ñẳng hướng hoặc trực hướng, hoặc phi tuyến.
Tải trọng bao gồm lực tập trung tại nút, lực phân bố ñều hoặc phân bố dạng hình thang trên
thanh, tải trọng do áp lực của chất lỏng hoặc khí. Tải trọng có thể tác dụng tĩnh hoặc tác dụng

ñộng, có vị trí bất ñộng hoặc di ñộng
Mô hình tính không hạn chế số nút và số phần tử nếu dung lượng trống ổ cứng còn nhiều.
Các phân tích cho bài toán bao gồm : phân tích tĩnh, phân tích ñộng (tính tần số dao ñộng,
tính nội lực ñộng )
SAP2000 có 4 phiên bản :
+ Bản phi tuyến (Nonlinear) : ñầy ñủ các chức năng
+ Bản nâng cao (Advanced) : Thiếu chức năng phân tích phi tuyến.
+ Bản chuẩn (Standard) : Thiếu chức năng phân tích phi tuyến, mô hình tính giới hạn số
nút <1500.
+ Bản học tập (Education) : miễn phí, mô hình tính giới hạn tối ña 30 nút.
File dữ liệu của SAP2000 có phần mở rộng là *.SDB (file gốc dạng nhị phân) hoặc *.S2K
và *.S$K (file dữ liệu dạng tập tin văn bản), các file khác có cùng tên với file dữ liệu nhưng có
phần mở rộng khác do SAP tạo ra trong quá trình tính toán.

1.3. Một số khái niệm cơ bản
1. Hệ toạ ñộ sử dụng trong Sap2000
a. Hệ toạ ñộ tổng thể (Global System):
Tất cả toạ ñộ của các phần tử trong mô hình ñều ñược xác ñịnh thông qua một hệ toạ ñộ
chung gọi là hệ toạ ñộ tổng thể XYZ. Ngoài hệ toạ ñộ tổng thể, người sử dụng có thể ñịnh

Trang 4
nghĩa thêm các hệ toạ ñộ phụ ñể phục vụ cho công việc xây dựng hình dạng hình học của mô
hình, các toạ ñộ của hệ toạ ñộ phụ cuối cùng cũng ñược quy ñổi sang toạ ñộ của hệ toạ ñộ tổng
thể.
Trục Z luôn là trục thẳng ñứng, hướng lên, như vậy mặt phẳng XY là mặt bằng và thường
nên chọn mặt phẳng XZ là mặt phẳng làm việc chính của hệ (ví dụ như phương ngang của hệ
khung không gian hoặc mặt phẳng làm việc của hệ khung phẳng). Toạ ñộ của một vị trí ñược
xác ñịnh bằng 3 toạ ñộ x, y, z của vị trí ñó. Phương của hệ toạ ñộ ñược ký hiệu là ±X, ±Y, ±Z
(hướng + là cùng chiều, - là ngược chiều).
b. Hệ toạ ñộ ñịa phương (Local System):

Mỗi ñối tượng trong mô hình ñều có hệ toạ ñộ riêng của nó gọi là hệ toạ ñộ ñịa phương của
ñối tượng ñó (ví dụ hệ toạ ñộ ñịa phương của nút, của thanh ), hệ toạ ñộ ñịa phương ñược sử
dụng ñể xác ñịnh các tính chất, tải trọng, nội lực của ñối tượng ñó. Hệ toạ ñộ ñịa phương
ñược ký hiệu là 123. Nói chung, hệ toạ ñộ ñịa phương của mỗi ñối tượng là có thể khác nhau,
nút này khác nút kia, thanh này khác thanh kia
Mặc ñịnh các ñối tượng cùng loại (nút, thanh, tấm) có một hệ toạ ñộ ñịa phương 123 theo
một quy luật chung giống nhau, ví dụ như : ñối với nút, hệ toạ ñộ 123 mặc ñịnh có phương
trùng với hệ toạ ñộ tổng thể XYZ.
Nếu hệ toạ ñộ của ñối tượng thực tế khác với hệ toạ ñộ mặc ñịnh, người sử dụng cần khai
báo các thông số góc xoay ñể xác ñịnh phương của hệ toạ ñộ ñịa phương thực tế.

2. Phần tử Thanh (Frame):
a. Tổng quan:
Phần tử thanh dùng ñể mô hình các cấu kiện dầm, cột, dàn trong mặt phẳng cũng như trong
không gian, ngoài phần tử thanh còn có phần tử cáp (cable, chỉ chịu kéo) và phần tử dây căng
(tendon) cũng có dạng ñường thẳng (line). Phần tử thanh tổng quát trong không gian chịu các
thành phần moment uốn theo 2 phương, lực cắt theo 2 phương, lực dọc và moment xoắn.
Phần tử thanh ñược mô hình bằng ñường thẳng nối giữa 2 ñiểm, ñối với thanh cong người
sử dụng có thể chia nhỏ thành tập hợp nhiều thanh thẳng ñể xấp xỉ ñược ñường cong.
Mỗi phần tử thanh có thể chịu tải trọng do trọng lượng bản thân (sefl-weight), các lực tập
trung (concentrated loads), các lực phân bố (distributed loads)
Các ñiểm chèn (insertion point) và các vùng cứng ñầu thanh (end offsets) cũng ñược xét
ñến ñể xác ñịnh ñộ lệch tâm và ñộ cứng tại vị trí giao nhau của các phần tử. Giải phóng liên kết
tại ñầu thanh (end release) giúp mô hình các dạng liên kết khác nhau tại hai ñầu thanh.
Nội lực trong thanh có thể ñược xuất ra tại 2 ñầu thanh và tại các ñiểm cách ñều nhau
(output station) trên thanh.


b. Vùng c
ứng ñầu thanh (End offset)

Trong sơ ñồ tính
, thanh ñư
hình bằng một ñư
ờng thẳng trụ
nối 2 ñiểm ñầu thanh gọi l
à nút i (
ñầu) và nút j (nút cuối). Thư
ờ
thanh ñư
ợc nối với các phần tử
ñó t
ại nút xuất hiện những v
nhau giữa các thanh (
xem hình
khoảng cách chồng lên các ph
ầ
của thanh gọi là i_off và
j_off
từ nút ñến
biên vùng giao nhau
thanh ñang xét v
ới các thanh khác
End offset là m
ột phần của chi
cứng 1 phần (tương ñối). T
ải trọ
Chiều dài uốn của thanh (d
ùng
Trong ñó : L
b

: chi
L
: chi

i_off, j_off : các kho
r
: ñ
tuyệt ñối ÷ cứng tuyệt ñối).
Nên l
Ảnh hư
ởng ñến kết quả nội l
ñi
ểm cách ñều nhau trong ñoạn chi
end offset kể cả tại vị trí nút.

c. Hệ toạ ñộ ñịa ph
ương c
Mỗi ph
ần tử thanh ñều có m
là 123. M
ột ñiều rất quan trọng l
xác ñịnh ñúng ñặc trưng ti
ết diệ
Hệ trục ñịa phương c
ủa thanh
hệ trục (coordinate angle).
Tr
ục 1 của hệ toạ ñộ ñịa ph
cuối thanh (nút i ñến nút j).

Mặt phẳng 1-2 thường l
à m
Hệ trục mặc ñịnh :
+ Mặt phẳng 1-2 là m
ặt ph
Trang 5
u thanh (End offset)

, thanh ñư
ợc mô
ng trục thanh,
à nút i (
nút
ờng 2
ñầu
ần tử khác, do
ng v
ùng giao
xem hình
1.2.),
ần tử khác
j_off
ñược ño
biên vùng giao nhau
giữa
ới các thanh khác
.
ủa chiều d
ài thanh, có thể cứng tuyệt ñối
ho

ải trọng tác dụng l
ên thanh v
ẫn xét ñến các kho
ùng ñ
ể xác ñịnh ñộ cứng của thanh) ñư
ợc xác
L
b
= L - r.(i_off + j_off)
: chi
ều dài uốn của thanh
: chi
ều dài của thanh trên mô hình
i_off, j_off : các kho
ảng cách end offset tại 2 ñầu tha
: ñ
ộ cứng tương ñối của vùng
end offset, có giá tr
Nên l
ấy giá trị r <0,5.
ả ội lực :
Kết quả nội lực ñược xuất tại
vị trí end offset
ñ ạn chiều d
ài trống giữa thanh . Nội lực
không
ng c
ủa thanh
u có một hệ toạ ñộ ñịa ph
ương riêng của

phần tử ñó và ñược
ọng l
à c
ần phải nắm vững cách xác ñịnh hệ
ết diện, tải trọng v
à kết quả nội lực.
a thanh ñ
ược xác ñịnh từ hệ trục ñịa ph
ương m
ñịa ph
ương luôn là tr
ục dọc trục thanh, có chiề
à m
ặt phẳng làm việc chính của thanh.
ặt phẳng thẳng
ñứng (mặt phẳng Z-1).
Hình 1.2. Mô hình vùng c
ho
ặc mềm tuyệt ñối, hoặc
n các khoảng cách end of
fset.
ợc xác ñịnh nh
ư sau:
ñầu tha
nh : i (ñầu), j (cuối)
end offset, có giá tr
ị từ 0 ÷ 1 (mềm
vị trí end offset
và tại một số
không

ñược xuất trên ñoạn
phần tử ñó và ñược
ký hiệu
nh hệ toạ ñộ ñịa ph
ương ñể
ương m
ặc ñịnh và góc xoay
c thanh, có chiều ñi từ ñầu thanh ñến
Hình 1.2. Mô hình vùng c
ứng ñầu thanh

+ Trục 2 có chiều hư
ớng l
+X
+ Trục 3 ñư
ợc xác ñịnh từ
Góc xoay hệ trục (tính b
ằng ñộ
N
ếu trục 2&3 thực tế kh
góc xoay c
ủa hệ trục 2&3 quanh tr

.

d. N
ội lực, xuất kết quả nộ
Nội lực thanh l
à các thành ph
trên toàn b
ộ tiết diện thanh. Các th
+ Lực dọc (axial) : P
+ L
ực cắt (chính) trong m
+ L
ực cắt (phụ) trong mặ
+ Moment xo
ắn (axial torque) : T
+ Moment uốn (ph
ụ) trong m
+ Moment u
ốn (chính) trong m
Trang 6
ớng l
ên, trừ trư
ờng hợp thanh thẳng ñứng, lúc
ñịnh từ trục 1&2, có ph

ương n
ằm ngang (nằm trong m
ằng ñộ)

ế kh
ông ñúng theo phương mặc ñịnh, ngư
ời s
c 2&3 quanh trục 1 ñể xoay hệ trục mặc ñịnh ñến hệ tr




ả nội lực (Internal force output)

à các thành ph
ần lực và moment ñư
ợc tích phân từ các th
n thanh. Các th
ành phần nội lực bao gồm :
t (chính) trong mặt phẳng 1
-2 (shear force) : V
22
) trong mặt phẳng 1
-3 (shear force) : V
33
n (axial torque) : T

) trong mặt phẳng 1
-3 (bending moment) : M
2

n (chính) trong mặt phẳng 1
-
2 (bending moment) : M
Hình 1.3. Hệ tọa ñộ ñịa phương của thanh
ñứng, lúc ñó trục 2 có chiều
ằm trong mặt phẳng XY)

ời sử dụng cần khai báo
n hệ trục thực tế

ừ các th
ành phần ứng suất
2
(xoay quanh trục 2)
2 (bending moment) : M
3
(xoay quanh trục 3)

Các thành phần nội lực n
ày xu
dương của nội lực ñược quy ư
ớ




Nội lực của thanh ñư
ợc tính toán trong t
tại 2 ñầu thanh cùng các ñi
ểm

nội lực ñư
ợc xuất ra tại 2 mặt thanh v
thanh.

3. Nút và bậc tự do
(Joint, degree of freedom)
a. Tổng quan
Nút là ñối tượng cơ b
ản nhấ
tử. Tại vị trí gối tựa, chuy
ển vị c
sẽ là ẩn số của bài toán và ñư
ợc xác
theo các phương của 1 nút g
ọi l
Nút có nhiều chức năng:
+ Tất cả các phần tử ñư
ợ
+ H
ệ kết cấu nối với ñấ
(spring) tại các nút.
+ Các ràng buộc nh
ư ràng bu
việc khai báo sự ràng bu
ộc (constraint) c
Lực dọc và
moment xo
Moment và lực cắt chính

(Thớ că

ng
Hình 1.
Trang 7
ày xu
ất hiện tại tất cả các tiết diện dọc tr
ên chi
ớc nh
ư trên hình sau :



c tính toán trong tất cả các tr
ư
ờng hợp tải trọng v
ểm
cách ñều nhau trên thanh. N
ếu thanh có khai báo End offset th
ặt thanh v
à t
ại các ñiểm cách ñều nhau tr
(Joint, degree of freedom)
:
n nhất
trong việc phân tích kết cấu, nút là ñi
ểm li
ển vị của nút
theo phương gối tựa ñã ñư
ợc biết
ợc xác ñịnh khi phân tích hệ
(

phương pháp chuyể
ọi l
à bậc tự do.
ợc nối với nhau
tại các ñiểm nút tạo th
ành h
ới ñất
bằng các liên kết gối (restraint) ho
ặc
ư ràng bu
ộc cứng hoặc ràng bu
ộc ñối xứng ñ
c (constraint) của các nút.

moment xo
ắn

(Thớ nén)
ng
)
(Thớ căng)

Moment và lực cắt phụ
Hình 1.
4. Các thành phần nội lực trong thanh
ên chi
ều dài thanh. Chiều

ọng v
à ñược xuất ra kết quả

u thanh có khai báo End offset th
ì
u nhau tr
ên chiều dài trống của
ểm li
ên kết giữa các phần
c biết
, các chuyển vị còn lại
phương pháp chuyể
n vị). Chuyển vị
ành h
ệ kết cấu.
ặc
các liên kết ñàn hồi
ng ñ
ược áp dụng thông qua
(Thớ nén)

Trang 8
+ Nút ñược sử dụng như là một vị trí có thể ñặt tải trọng tập trung.
+ Các khối lượng phân bố trên thanh hay tấm ñược dồn về các ñiểm nút.
+ Tất cả tải trọng tác dụng và thanh hoặc tấm ñều ñược ñưa về nút ñể thiết lập phương
trình cân bằng.
+ Chuyển vị của nút chính là ẩn số của bài toán.
Khi nhập số liệu trong Sap2000, nút ñược tự ñộng tạo ra tại các ñầu thanh và tại các góc
của phần tử tấm, nút cũng có thể ñược thêm vào bằng cách khai báo ñộc lập.
Sử dụng tính năng tự phân chia (auto meshing) của phần tử thanh hoặc tấm sẽ tạo ra thêm
những ñiểm nút trong quá trình phân tích.
Bản thân nút cũng có thể ñược xem như là một phần tử, mỗi nút ñều có một hệ toạ ñộ ñịa
phương riêng của nó dùng ñể khai báo bậc tự do, liên kết và tải trọng. Trong nhiều trường hợp,

ta có thể không cần thay ñổi hệ toạ ñộ ñịa phương mặc ñịnh của nút.
Có 6 thành phần chuyển vị tại mỗi nút: 3 thành phần chuyển vị thẳng và 3 thành phần
chuyển vị xoay, các chuyển vị này ñược xác ñịnh theo phương của hệ toạ ñộ ñịa phương của
nút. Các chuyển vị của tất cả các nút (các ẩn số của bài toán) sẽ ñược xác ñịnh khi thực hiện
tính toán phân tích hệ.
Nút có thể chịu lực tác dụng trực tiếp bởi tải trọng tập trung tại nút hoặc gián tiếp bởi phản
lực xuất hiện trong các liên kết gối hoặc liên kết ñàn hồi.
Vị trí của nút và phần tử ñóng vai trò quan trọng trong việc quyết ñịnh ñộ chính xác của hệ
kết cấu, một vài yếu tố cần lưu ý khi khai báo các phần tử (ñồng thời với khai báo nút) :
+ Số lượng phần tử ñủ ñể miêu tả hình dạng của kết cấu, ñối với những cấu kiện có dạng
thẳng thì một phần tử là ñủ, ñối với những thanh cong hoặc mặt cong sử dụng nhiều phần tử
thẳng xấp xỉ ñường cong, mối ñoạn thẳng ứng với một cung 15
o
hoặc nhỏ hơn.
+ Biên của phần tử cũng như là vị trí các nút cần phải ñặt tại những vị trí (ñiểm, ñường
thẳng, mặt phẳng) có sự gián ñoạn về vật liệu, chiều dày tiết diện và các ñặc trưng hình học
khác, vị trí có liên kết nối ñất, những vị trí có lực tập trung (trừ phần tử thanh có thể ñặt lực tập
trung trên thanh), biên của hệ kết cấu.
+ Tại những vùng có sự thay ñổi lớn về ứng suất (hoặc ứng suất thay ñổi ñột ngột), các
phần tử tấm cần ñược chia dày hơn, khoảng cách giữa các ñiểm chia gần hơn.
+ Trong bài toán phân tích ñộng, nếu cần xét sự dao ñộng trên chiều dài nhịp của thanh
cần phải chia nhỏ thanh thành các ñoạn nhỏ vì khối lượng trên thanh ñược dồn về nút và không
còn khối lượng phân bố dọc chiều dài thanh nữa.

b. Hệ toạ ñộ ñịa phương của nút
Mỗi nút ñều có hệ toạ ñộ ñịa phương riêng của nó ñược sử dụng ñể khai báo bậc tự do, liên
kết gối và tải trọng tác dụng tại nút ngoài ra còn dùng ñể xác ñịnh các kết quả lực tại nút. Hệ

trục toạ ñộ ñịa phương c
ủa nút c

toạ ñộ tổng thể.
Phương mặc ñịnh này g
ần nh
vì một mục ñích nào ñó (thư
ờ
c
ủa hệ trục 123 bằng cách xoay h
Có 3 góc xoay a, b, c ñ
ể xác
+ Đầu tiên h
ệ trục X Y Z xoay
+ Ti
ếp theo hệ trục X' Y' Z xoay quanh tr
+ Cuối cùng h
ệ trục X'' Y' Z' xoay quanh tr
v
ới hệ trục 123 thực tế cần khai báo.




c. B
ậc tự do (degree of freedom)
Bi
ến dạng của hệ kết cấu ñ
c
ủa các nút. Mỗi nút trong hệ ñề
vị :
+ Ba thành ph
ần chuyển v

ñộ ñịa phương gọi l
à U1, U2, U3
+ Ba thành ph
ần chuyển v
ñộ ñịa phương gọi l
à R1, R2, R3
Sáu thành phần chuyển v
ị n
của nút, các thành ph
ần chuyển v
Mỗi bậc tự do trong mô h
ình k
+ Hoạt ñộng (
active) : giá tr
bài toán và sẽ ñư
ợc xác ñịnh trong quá tr
X'
Y'

Hình 1.
Trang 9
a nút cũng ñ
ược gọi là 123, mặc ñịnh tr
ùng v
ần nh
ư là không c
ần thay ñổi trong ña số các tr
ờ
ng là khi khai báo liên kết gối xi
ên) ta có th

ng cách xoay hệ trục 123 từ ph
ương mặc ñịnh ñến ph
ươ
ể xác ñịnh ph
ương của hệ trục toạ ñộ ñịa ph
ươ
c X Y Z xoay
quanh trục Z một góc là a  h
ệ trụ
c X' Y' Z xoay quanh trục Y' một góc l
à b  h
ệ tr
c X'' Y' Z' xoay quanh trục X'' một góc l
à c

n khai báo.

do (degree of freedom)

ấu ñ
ược xác ñịnh từ chuyển vị
i nút trong hệ ñều có 6 th
ành phần chuyển
ển vị thẳng theo ph
ương hệ toạ
à U1, U2, U3

ển vị xoay theo ph
ương hệ toạ
à R1, R2, R3

ị n
ày gọi là bậc tự do (DOF)
ển vị của nút ñ
ược diễn tả như trên hình v
ẽ.
ình k
ết cấu có thể có một trong các d
ạng sau :
active) : giá tr
ị chuyển vị của nút theo phương b
ậc t
nh trong quá tr
ình tính toán phân tích.
X'

X''
Y'

Z'

Z'
Z''

X''

Hình 1.
5. Hệ tọa ñộ ñịa phương của nút
Hình 1.6. B
ùng v

ới hệ trục XYZ của hệ
ố các tr
ường hợp, tuy nhiên
ên) ta có th
ể thay ñổi phương
ương th
ực tế.
ươ
ng 123 :
ệ trục X' Y' Z

ệ trục X'' Y' Z'


hệ trục X'' Y'' Z'' trùng

ẽ.

ng sau :

ậc tự do ñó l
à ẩn số của
Z'

Y'

Y''

Hình 1.6. B
ậc tự do của nút

+ Liên k
ết (restrained) : giá tr
cưỡng bức), phản lực tương
ứng theo ph
phân tích.
+ Ràng bu
ộc (constrained) : giá tr
khác.
+ R
ỗng (null) : chuyển vị
phân tích.
+ Không kích hoạt
(unavailable) : nh
trình phân tích.
d. Liên kết (restrained)
và ph
N
ếu chuyển vị của nút theo m
biết ñược giá trị ví dụ như t
ại các v
chuy
ển vị của gối có thể bằng 0 ho
bức). Lực tác dụng theo ph
ương
l
ực (reaction), giá trị phản lực ñ
Các bậc tự do không ñư
ợc kích ho

tuy nhiên những bậc tự do
ñó không

Hình 1.7.
Gối di ñộng

G
ối
Ngàm

Khớp cầu
Trang 10
t (restrained) : giá trị chuyển vị ñ
ược cho trư
ớc (bằng 0 ho
ứng theo ph
ương liên kết ñư
ợc xác ñịnh trong quá tr
c (constrained) : giá trị chuyển vị ñ
ược xác ñịnh
thông qua chuy
ển vị không ảnh h
ưởng ñến kết cấu và ñư
ợc b
(unavailable) : nh
ững thành phần chuyển vị
không xét ñến trong
và ph
ản lực (reaction):
a nút theo một ph

ương nào ñó trong s
ố các bậc tự
ại các vị trí gối tựa th
ì bậc tự do ñó gọi l
à
ằng 0 hoặc khác 0 (trong tr
ư
ờng hợp gối tựa ch
ương
liên k
ết gối ñể ngăn cản chuyển vị của nút
ực ñ
ư
ợc xác ñịnh từ việc phân tích tính toán h
ợc kích hoạt cũng có thể xem nh
ư là các b
ậc t
ñó không ñư
ợc xét trong quá tr
ình phân tích k
Hình 1.7.
Hệ khung phẳng XZ

Ngàm

Gối cố ñịnh

Nút
Li
Tất cả
1
2
3
U2, R1, R3
U3
U1, U3, R2
U1, U3
Hình1.8.Hệ khung KG

Nút Liên kết
1
2
3
4
U1, U2, U3
U3
U1, U2, U3, R1, R2, R3
Tự do
ối

di ñộng

Gối ñàn hồi

ằng 0 hoặc bằng chu
yển vị
nh trong quá tr
ình tính toán
thông qua chuy
ển vị của nút
ợc bỏ qua trong quá tr
ình
không xét ñến trong
quá
ậc tự do ñ
ược kích hoạt ñã
à ñ
ã có liên kết. Giá trị
i tựa chịu chuyển vị c
ưỡng
ị của nút ñ
ược gọi là phản
c phân tích tính toán hệ.

ậc tự do có li
ên kết gối,
ình phân tích k
ết cấu.

Li
ên kết
U2, R1, R3

U3

U1, U3, R2

U1, U3

U1, U2, U3, R1, R2, R3


Trang 11
1.4. Giao diện chương trình
1. Màn hình Sap2000 : bao gồm
- Cửa sổ chính (Main Windows) : thể hiện toàn bộ giao diện ñồ hoạ của chương trình.

Cửa sổ này có thể di chuyển, thay ñổi kích cỡ, ñóng như các cửa sổ chương trình khác sử
dụng hệ ñiều hành Windows. Dòng tiêu ñề chính phía trên cùng thể hiện tên chương trình và
tên của mô hình hiện tại.
- Dãy menu : gồm tất cả các lệnh ñược dùng trong Sap2000, mỗi menu tương ứng với một
tập hợp các lệnh cùng tính chất cơ bản.
- Thanh công cụ (Toolbar) các nút lệnh trên thanh công cụ giúp truy cập nhanh ñến lệnh
tương ứng
- Cửa sổ hiển thị (Display Windows) : thể hiện hình ảnh ñồ hoạ của mô hình, có thể thể
hiện cả các ñặc trưng, tải trọng, kết quả nội lực, chuyển vị Số cửa sổ từ 1 ñến 4, mặc ñịnh là
2. Mỗi cửa sổ có nội dung, góc nhìn, cách thể hiện riêng. Chỉ có 1 cửa sổ là hiện hành (active)
tại 1 thời ñiểm, các thay ñổi về cách thể hiện chỉ ảnh hưởng ñến cửa sổ hiện hành. Có thể kích
hoạt cho một cửa sổ là hiện hành bằng cách kích chuột vào dòng tiêu ñề của cửa sổ hoặc vào
bên trong cửa sổ.
- Dòng trạng thái (Status Line) : thể hiện các thông tin
+ Chương trình ñang thực hiện hoặc số lượng các ñối tượng ñược chọn
+ Toạ ñộ của con trỏ chuột
+ Hộp ñơn vị ñể xem hoặc thay ñổi hệ ñơn vị hiện hành
+ Hộp toạ ñộ ñể xem hoặc thay ñổi hệ toạ ñộ hiện hành
+ Hộp ñiều khiển ñể xem kết quả dao ñộng.

Hình 1.9.
Cửa sổ chính của chương trình
Cửa sổ có màu sáng
là cửa sổ hiện hành

Dòng trạng thái
Hộp ñơn vị

Trang 12
2. Các nút lệnh trên thanh công cụ: Các nút lệnh ñược tập hợp theo nhóm, các nhóm nút

lệnh có thể ñược thể hiện trên màn hình hoặc không thể hiện trên màn hình. Muốn thay ñổi
trạng thái hiện/ẩn nhóm nút lệnh nào ñó thì kích chuột phải vào thanh công cụ và chọn hoặc
hủy chọn nhóm nút lệnh tương ứng, riêng nhóm nút cơ bản không ẩn ñược.
a. Các nút lệnh thuộc nhóm Cơ bản (Standard)
New Model (Mô hình mới): Tạo mô hình ñể tính toán một kết cấu mới.
Open (Mở): Mở mô hình kết cấu ñã ñược lưu trên máy.
Save (Lưu): Lưu mô hình kết cấu vào máy.
Print Graphic (In hình): In hình ảnh ñang thể hiện trên cửa sổ hiện hành ra máy in.
Undo: Hủy tác vụ vừa thực hiện.
Redo: Khôi phục lại tác vụ vừa hủy bằng lệnh Undo.
Refresh Windows (Làm tươi màn hình): Thường sau khi thực hiện lệnh, màn hình
sẽ cập nhật lại những thông tin mới và thể hiện lại mô hình, tuy nhiên có vài trường hợp màn
hình không tự ñộng thể hiện việc cập nhật nên cần phải refresh ñể màn hình thể hiện lại mô
hình với các thuộc tính ñã thay ñổi.
/ Lock/Unlock Model (Khóa/Mở khóa): Sau khi tính toán nội lực, Sap tự ñộng
khóa mô hình ñể ñề phòng các thay ñổi dẫn ñến kết quả tính không còn phù hợp với sơ ñồ tính.
Nếu muốn chỉnh sửa cần phải mở khóa.
Run Analysis (Chạy chương trình): Sau khi nhập ñầy ñủ dữ liệu, cần chạy chương
trình ñể máy phân tích và tính toán hệ.
Rubber Band Zoom (Phóng to 1 khu vực) Kéo chuột quanh một khu vực nào ñó ñể
phóng to khu vực ñó lên.
Restore Full View (Xem toàn hệ) Khi ñang ở chế ñộ phóng to muốn trở lại Zoom
toàn bộ hệ.
Restore Previous Zoom (Trở lại chế ñộ Zoom trước ñó)
Zoom In One Step (Phóng to hình ảnh lên từng cấp)
Zoom Out One Step (Thu nhỏ hình ảnh xuống từng cấp)
Pan (Di chuyển khung nhìn)
Set Default 3D View (Xem hình ảnh hệ dưới dạng 3 chiều theo góc nhìn mặc ñịnh)
Set XY View (Xem hình ảnh hệ theo từng cốt mặt bằng) Các cốt chính là các ñường
lưới, tọa ñộ các ñường lưới phải ñược khai báo trước.

Trang 13
Set XZ View (Xem hình ảnh mặt ñứng chính XZ của hệ theo từng lưới trục Y)
Set YZ View (Xem hình ảnh mặt ñứng bên YZ của hệ theo từng lưới trục X)

Rotate 3D View (Xoay góc nhìn của hình ảnh 3 chiều)
Perspective Toggle (Chuyển ñổi qua lại giữa hình chiếu phối cảnh và hình chiếu
trục ño)
Object Shrink Toggle (Chuyển ñổi qua lại giữa cách thể hiện thu ngắn phần tử
hoặc không thu ngắn phần tử)



Trang 14
CHƯƠNG II: TRÌNH TỰ CÁC BƯỚC PHÂN TÍCH VÀ TÍNH TOÁN KẾT CẤU
BẰNG PHẦN MỀM SAP2000
Mục tiêu: Học xong chương II, sinh viên sẽ nắm ñược trình tự phân tích và tính toán kết cấu có
dạng hình thanh bằng phần mềm SAP2000 : Lập ñược sơ ñồ tính của các hệ kết cấu dầm, dàn phảng,
dàn không gian, khung phẳng, khung không gian; ñiều chỉnh hệ lưới; vẽ hoặc xóa các ñối tượng; hiệu
chỉnh các ñối tượng; gán và sửa liên kết cho nút, thanh; thiết lập cách xem sơ ñồ hệ; khai báo ñược
các ñặc trưng cho kết cấu về vật liệu, tiết diện, tải trọng…và một số các vấn ñề cơ bản khác.

2.1. Lập sơ ñồ tính : mục ñích tạo sơ ñồ hình học của mô hình (phần tử, kích thước, liên kết
)
1. Chọn hệ ñơn vị sử dụng chính.

2. Tạo mô hình mới : File 

 New Model

Trang 15

a. Blank : chỉ tạo bài toán mới. Không tạo hệ lưới và ñối tượng.
b. Grid Only (Hệ lưới) :

(Số ñường lưới)
Phương
Y
(Khoảng cách)
Phương
X
Phương Z
Phương
Y
Phương
X
Phương Z
Nếu muốn thay ñổi hệ
lưới thì chọn Edit Grid
Nhập tọa ñộ mới cho các ñường lưới
(Tọa ñộ các ñường lưới theo phương X)
(Tọa ñộ các ñường lưới theo phương Y)
(Tọa ñộ các ñường lưới theo phương Z)
Nếu muốn nhập số liệu
theo khoảng cách các ô
lưới thì chọn Spacing

Trang 16

c. Beam (Dầm liên tục):


d. 2D Trusses (Dàn phẳng):
Có 3 dạng: Hệ dàn hình thang (Sloped Truss); Hệ dàn hình chữ nhật (Vertical Truss);
Hệ dàn mái (Pratt Truss).
Nhập khoảng
cách cho các ô lưới
(Khoảng cách các ô lưới theo phương X)
(Khoảng cách các ô lưới theo phương Y)
(Khoảng cách các ô lưới theo phương Z)

(Số nhịp)
(chiều dài nhịp)
Nếu muốn nhập kích thước cho dầm không ñều nhịp

thì chỉ cần nhập số nhịp dầm và chọn Use Custom Grid
sau ñó chọn Edit Grid

Trang 17







Hệ dàn hình thang
(Sloped Truss)

Nếu muốn nhập kích thước cho dàn không ñều nhịp

thì chỉ cần nhập số ñốt dàn và chọn Use Custom Grid
sau ñó chọn Edit Grid
(Số ñốt dàn)
(chiều cao dàn
)
(Chiều dài 1 ñốt)
Hệ dàn hình chữ nhật
(Vertical Truss)
Nếu muốn nhập kích thước cho dàn không ñều nhịp

thì chỉ cần nhập số ñốt dàn và chọn Use Custom Grid
sau ñó chọn Edit Grid
(Số ñốt dàn)
(chiều cao dàn
)
(Chiều dài 1 ñốt)
Hệ dàn mái
(Pratt Truss)
(Nhịp L
1)
(Nhịp L
2)
(Chiều cao H
1)
(Chiều cao H
3)
(Chiều cao H
2)

(Số ñốt N
1)
(Số ñốt N
2)

Trang 18
e. 3D Truses (Dàn không gian):
Có 6 dạng: Dàm mái tinh thể (Roof Truss); 4 dạng dàn hình tháp (Transmission
Tower 1-4); Dàn có dây giằng (Guyed Truss).














(
Cao ñộ
)
(
Chiều rộng
)
Hệ dàn tháp dạng

1 (Transmission Tower 1)

Trang 19




(
Cao ñộ
)
(
Chiều rộng
)
Hệ dàn tháp dạng
2 (Transmission Tower 2)
(
Cao ñộ
)
(
Chiều rộng
)
Hệ dàn tháp dạng
3 (Transmission Tower 3)

Trang 20



f. 2D Frames (Hệ khung phẳng):
Có 3 dạng khung phẳng: Khung vuông góc (Portal); Khung có thanh giằng chéo

(Braced [Concentric]); Khung có thanh giằng chống (Braced [Eccentric])
(
Cao ñộ
)
(
Chiều rộng
)
Hệ dàn tháp dạng
4 (Transmission Tower 4)
(
Cao ñộ
)
(
Chiều rộng
)
Hệ d
àn tháp có dây giằng
(Guyed Tower)

Trang 21

(
Số tầng
)
Hệ Khung vuông góc
(Portal)
(
Số nhịp
)
(
Chiều cao
1
tầng
)
(
Chiều rộng
1
nhịp
)
Nếu muốn nhập kích thước cho khung không ñều nhịp và ñều tầng

thì chỉ cần nhập số tầng, số nhịp và chọn Use Custom Grid
sau ñó chọn Edit Grid
(

Số tầng
)
Hệ Khung có thanh giằng chéo
(Braced [Concentric])
(
Số nhịp
)
(
Chiều cao
1
tầng
)
(
Chiều rộng
1
nhịp
)
Nếu muốn nhập kích thước cho khung không ñều nhịp và ñều tầng

thì chỉ cần nhập số tầng, số nhịp và chọn Use Custom Grid
sau ñó chọn Edit Grid
(
Số tầng
)
Hệ Khung có thanh giằng chống
(Braced [Ecconcentric])
(
Số nhịp
)
(

Chiều cao
1
tầng
)
(
Chiều rộng
1
nhịp
)
Nếu muốn nhập kích thước ch
o khung không ñều nhịp và ñều tầng

thì chỉ cần nhập số tầng, số nhịp và chọn Use Custom Grid
sau ñó chọn Edit Grid
(
Khoảng hở giữa các thanh giằng
)

Trang 22
g. 3D Frames (Hệ khung không gian):
Có 4 dạng: Khung không gian (Open Frame Building); Khung không gian chỉ có
dầm biên (Perimeter Frame Building); Khung không gian làm việc ñồng thời với sàn (Beam-
Slab Building); Flat Plate Building (Kết cấu sàn phẳng, sàn nấm).

(
Số tầng
)
Hệ Khung không gian
(Open Frame Building)

(
Số nhịp X
)
(
Chiều ca
o tầng
)

(
Chiều rộng nhịp X
)

Nếu muốn nhập kích thước cho khung không ñều nhịp và ñều tầng

thì chỉ cần nhập số tầng, số nhịp và chọn Use Custom Grid

sau ñó chọn Edit Grid
(
Số nhịp Y
)
(
Chiều rộng nhịp Y
)

(
Số tầng
)
Hệ
Khung chỉ có dầm biên
(Perimeter Frame Building)
(
Số nhịp X
)
(
Chiều cao tầng
)

(
Chiều rộng nhịp X
)

Nếu muốn nhập kích thước cho khung không ñều nhịp và ñều tầng

thì chỉ cần nhập số tầng, số nhịp và chọn Use Custom Grid
sau ñó chọn Edit Grid
(

Số nhịp Y
)
(
Chiều rộng nhịp Y
)


Trang 23













3. Điều chỉnh hệ lưới : Define 

 Coordinate Systems/Grids (hoặc kích ñôi vào một
ñường lưới): mục ñích ñể ñiều chỉnh hệ lưới hiện tại theo yêu cầu, có thể khai báo thêm các
ñường lưới mới hoặc xoá các ñường lưới không cần thiết.



a. Chọn Modify/Show System

ñể xem hoặc ñiều chỉnh các hệ
l
ư
ớ
i c
ủa

h
ệ

to
ạ

ñ
ộ

chung

b. Chọn Add New System ñể
khai báo thêm hệ toạ ñộ mới
ngo
ài

h
ệ

to
ạ

ñ

ộ

t
ổ
ng th
ể

(
Số tầng
)
Hệ Dầm sàn làm việc ñồng thời
(Beam
-
Slab Building)
(
Số nhịp X
)
(
Chiều cao tầng
)

(
Chiều rộng nhịp X
)

Nếu muốn nhập kích thước cho khung không ñều nhịp và ñ
ều tầng

thì chỉ cần nhập số tầng, số nhịp và chọn Use Custom Grid
sau ñó chọn Edit Grid

(
Số nhịp Y
)
(
Chiều rộng nhịp Y
)

(
Số ñoạn chia trong
1
nhịp X
)

(
Số ñoạn chia trong
1
nhịp Y
)
(
Số tầng
)
Hệ Sàn phẳng không dầm
(Fla
t Plate Building)
(
Số nhịp X
)
(
Chiều cao tầng
)

(
Chiều rộng nhịp X
)

Nếu muốn nhập kích thước cho khung không ñều nhịp và ñều tầng

thì chỉ cần nhập số tầng, số nhịp và chọn Use Custom Grid
sau ñó chọn Edit Grid
(
Số nhịp Y
)
(
Chiều rộng nhịp Y
)

(
Số ñoạn chia trong
1
nhịp X
)

(
Số ñoạn chia trong
1
nhịp Y
)

Trang 24

4. Xoá các ñối tượng thừa :
Sau khi dùng các mô hình mẫu trong Sap2000, có thể có những phần tử thừa, nên cần
xoá bỏ ñể ñược mô hình ñúng yêu cầu. Để xoá các ñối tượng, trước hết phải chọn những ñối
tượng cần xoá. Việc chọn ñối tượng ñược thực hiện bằng cách kích trực tiếp vào ñối tượng,
hoặc kéo chuột từ trái sang phải bao quanh những ñối tượng cần chọn hoặc kéo chuột từ phải
sang trái bao quanh và cắt qua những ñối tượng cần chọn. Những ñối tượng ñược chọn sẽ thể
hiện trên màn hình bằng ñường ñứt nét, kích chuột vào ñối tượng ñang ñược chọn sẽ huỷ chọn
ñối tượng ñó. Lưu ý việc chọn ñối tượng là có tính tích luỹ.
Chọn những ñối tượng cần xoá, bấm phím Del trên bàn phím ñể xoá các ñối tượng ñược
chọn. Không thể xoá ñộc lập một nút nếu nút ñó là nút của một phần tử nào ñó còn lại, khi xoá
các phần tử thì các nút không còn nối với phần tử nào nữa sẽ bị xoá luôn dù không ñược chọn.

5. Vẽ thêm các ñối tượng : Khi vẽ nên ñặt góc nhìn 2D
a. Vẽ ñiểm Draw 

 Draw Special Joint
Xem cách vẽ trang 28
Khi vẽ chú ý các chế ñộ bắt dính (xem trang 30) ñể ñịnh vị ñiểm vẽ ñược chính xác.
Nếu ñiều chỉnh
: T
ọa ñộ ñường lưới chọn Ordinates
Khoảng cách ô lưới chọn Spacing

Thay ñổi giá trị hoặc xóa ñường lưới (xóa hàng)
hoặc
copy cả hàng và paste xuống ñược ñường lưới mới
Lưới X
Lưới
Y

Lưới
Z

Trang 25
b. Vẽ thanh bằng 2 ñiểm Draw 

 Draw Frame/Cable
Xem cách vẽ trang 29
c. Vẽ nhanh thanh Draw 

 Quick Draw Frame/Cable
Xem cách vẽ trang 29
d. Vẽ nhanh thanh giằng Draw 

 Quick Draw Braces
e. Vẽ nhanh dầm phụ Draw 

 Quick Draw Secondary Beams
f. Vẽ thanh cong Edit 

 Edit Curved Frame/Cable
Trước tiên phải có thanh thẳng nối giữa hai ñầu của thanh cong cần vẽ. Chọn thanh thẳng
ñó, thực hiện lệnh.
- Khai báo kiểu ñường cong (Line Object Type): Thanh cong (Curved Frame) hay Dây treo
(Cable)
- Khai báo cách xác ñịnh ñường cong:
+ Cung tròn qua 3 ñiểm: có thể nhập tên ñiểm thứ 3 (Circular Arc - 3rd Point ID) hoặc
nhập tọa ñộ ñiểm thứ 3 (Circular Arc - 3rd Point Coords)
+ Khai báo thêm tọa ñộ 1 ñiểm ñể xác ñịnh mặt phẳng, và khai báo bán kính cong
(Circular Arc - Planar Point and Radius)

+ Cung parabol qua 3 ñiểm: có thể nhập tên ñiểm thứ 3 (Paraboloic Arc - 3rd Point ID)
hoặc nhập tọa ñộ ñiểm thứ 3 (Paraboloic Arc - 3rd Point Coords)
- Dạng phần tử sau khi biến ñổi: chia nhỏ thành các phần tử thanh thẳng (Break into
Multiple Equal Length Objects) hoặc giữ nguyên là 1 phần tử thanh cong (Keep Single
Object)

6. Hiệu chỉnh ñối tượng :
a. Chỉnh dạng hình học : Draw 

 Set Reshape Element Mode
Xem trang 28
b. Sao chép, cắt, dán ñối tượng : Edit 

 Copy, Cut, Paste
Chọn các phần tử, thực hiện lệnh Copy, hoặc Cut sẽ ñưa các thông tin hình học của ñối
tượng vào bộ nhớ tạm (clipboard) của Windows
Thực hiện lệnh Paste sẽ dán thông tin hình học của ñối tượng từ clipboard vào hệ, ñồng thời
cho phép khai báo khoảng cách dịch chuyển của những ñối tượng ñược paste so với những ñối
tượng ñã copy/cut. Có thể copy thông tin hình học của ñối tượng từ Excel rồi dán vào
Sap2000.
c. Cắt ngắn/kéo dài thanh : Edit 

 Trim/Extend Frames