SACH HUONG DAN SU DUNG SAP2000

Phần mềm SAP2000 V10

1

Mục lục
Phân bố chơng trình dậy ................................................................................................... 6
Chơng 1

Khái niệm cơ bản ................................................................................... 8

1. Sơ đồ kết cấu - Sơ đồ tính ............................................................................................... 8
1.1. Công trình và sơ đồ tính ........................................................................................... 8
1.2. Phân loại công trình .................................................................................................. 9
2. các thành phần cơ bản của sơ đồ kết cấu .................................................................... 10
2.1. Nút ( joint ) .............................................................................................................. 10
2.1.1.

Vị trí của nút :............................................................................................. 10

2.1.2.

Khai báo nút : ............................................................................................ 10

2.1.3.

Bậc tự do của nút....................................................................................... 11

2.1.4.

Một sô khai báo và xuất kết quả tại nút ..................................................... 11

2.2. Phần tử ................................................................................................................... 11
2.2.1.

Phần tử thanh ( Frame, Cable, Tendor, Brace ) ........................................ 11

2.2.2.

Phần tử Area :Shell- Plate- Plane- Asolid .................................................. 13

2.2.3.

Phần tử khối 3D (Solid )............................................................................. 15

2.3. Liên kết ................................................................................................................... 15
2.3.1.

Liên kết cứng (Restraints) - tuyệt đối cứng ................................................ 15

2.3.2.

Liên kết đàn hồi (Spring) ........................................................................... 15

2.3.3.

Ràng buộc chuyển vị (Constraint) ............................................................. 16

2.4. Tải trọng : ............................................................................................................... 17
3. Hệ toạ độ ...................................................................................................................... 17
3.1. Hệ toạ độ chung ..................................................................................................... 17
3.2. Hệ toạ độ riêng ( Local Axis) .................................................................................. 18

3.3. Đặc điểm ................................................................................................................ 18
4. Đơn vị : .......................................................................................................................... 18
5. Những bớc chính khi thực hiện phân tích kết cấu ........................................................ 19
5.1. Thiết lập sơ đồ kết cấu ........................................................................................... 19


2

ứng dụng Tin học trong Thiết kế công trình
5.2. . Phân tích kết cấu : ................................................................................................ 19
5.3. Xem kết quả ........................................................................................................... 20

Chơng 2

Kết cấu thanh...................................................................................... 21

1. Tạo lập mô hình kết cấu ................................................................................................ 21
1.1. Từ th viện mẫu hoặc từ hệ lới ............................................................................. 21
1.1.1.

Từ th viện mẫu ......................................................................................... 21

1.1.2.

Giới thiệu về hệ lới : File / New Modal/ Grid only. .................................... 28

1.1.3.

Sử dụng Autocad để xây dựng sơ đồ hình học và xuất sang Sap. ............ 30

1.2. Khai báo vật liệu ..................................................................................................... 37
1.3. Khai báo các loại tiết diện....................................................................................... 38
1.3.1.

Các đặc trng mặt cắt ngang .................................................................... 38

1.3.1.1.

Các đặc trng cho dạng hình học của tiết diện ( mặt cắt ngang ) ......... 38

1.3.1.2.

Các loại mặt cắt ngang .......................................................................... 39

1.3.2.

Khai báo các tiết diện ................................................................................ 39

1.3.3.

Cách khai báo một số tiết diện đặc biệt..................................................... 43

1.3.3.1.

Phần tử Frame tiết diện Non- Primastic ................................................. 43

1.3.3.2.

Phần tử Frame tiết diện General ........................................................... 45

1.3.3.3.

Phần tử Frame có tiết diện AutoSeclect ................................................ 46

1.4. Vẽ phần tử Draw Draw Frame /Cable .............................................................. 46
1.4.1.

Công cụ vẽ phần tử ................................................................................... 46

1.4.2.

Biến đổi phần tử trong Sap ........................................................................ 49

1.5. Gán tiết diện cho phần tử ....................................................................................... 50
1.6. Khai báo liên kết ..................................................................................................... 51
1.6.1.

Khai báo liên kết nối đất ............................................................................ 51

1.6.2.

Giải phóng liên kết Release....................................................................... 52

1.7. Khai báo các trờng hợp tải trọng :......................................................................... 52
1.8. Gán tải trọng cho phần tử ....................................................................................... 54
1.9. Tổ hợp tải trọng ...................................................................................................... 63


Phần mềm SAP2000 V10

3

2. Phân tích tính toán ..................................................................................................... 64
2.1. Hiện sơ đồ hình học và tải trọng khai báo .............................................................. 64
2.1.1.

Hiện sơ đồ hình học ................................................................................... 64

2.1.2.

Hiển thị tải trọng khai báo .......................................................................... 67

2.2. Lựa Chọn sơ đồ tính : Analyse Set Analyse Option ........................................... 68
2.3. Thực hiện tính toán : Analyse Set Analysis Case to Run ................................... 68
2.3.1.

Các loại phân tích : .................................................................................... 69

2.3.2.

Bài toán dao động riêng (Dynamic Analysis) T: chu kì ; f: tần số ; T=1/f ... 69

2.3.3.

Thông báo lỗi ............................................................................................. 70

3. Xem kết quả .................................................................................................................. 70
3.1. Kết quả trên đồ họa Display ................................................................................ 71
3.1.1.

Xem sơ đồ hình học - Display Undeformation Shape .......................... 71

3.1.2.

Hiện các biểu đồ chuyển vị : Display Show deformed Shape ............... 71

3.1.3.

Hiện các biểu đồ nội lực : Display Show Forces/Stress ........................ 71

3.2. Xem & in kết quả trên file text ................................................................................ 72
3.3. Hớng dẫn một số ví dụ tính khung và dàn phẳng ................................................. 73
3.3.1.

Ví dụ tính khung phẳng .............................................................................. 73

Tổ hợp tải trọng .................................................................................................. 79
Kiểm tra sơ đồ tính: ............................................................................................. 80
4. Một số phần nâng cao .................................................................................................. 83
4.1.1.

Tạo nhóm - Group ..................................................................................... 83

4.1.2.

Các cách biến đổi đối tợng EDIT .......................................................... 83

4.1.3.

Lựa chọn và không lựa chọn đối tợng (Select và Deselect) ..................... 88

4.1.4.

Thay đổi số hiệu của thanh Change Lables .............................................. 88

4.1.5.

Ghép thêm một kết cấu mới vào kết cấu đã có: ........................................ 89

4.1.6.

Tạo hệ toạ độ con : Define Set coordinate System/Grid ...................... 89

4.1.7.

.Một số ví dụ .............................................................................................. 90

4.1.8.

Hớng dẫn ................................................................................................. 92


4

ứng dụng Tin học trong Thiết kế công trình
4.1.9.

Khai báo vùng cứng ................................................................................... 98

4.1.10.

Khai báo Output Station cho Frame .......................................................... 99

4.1.11.

Ràng buộc chuyển vị ( Constraint ): ........................................................ 100

4.1.12.

Hiệu ứng uốn dọc trong phần tử thanh P-Delta : ..................................... 100

4.1.13.

Thanh chịu ứng suất trớc ( Prestress ) .................................................. 102

4.1.14.

Tải trọng nhiệt.......................................................................................... 103

4.1.15.

Tải trọng phổ và tải trọng theo thời gian .................................................. 103

4.1.16.

Liên kết mềm và tính móng trên nền đàn hồi .......................................... 104

4.1.16.1.

Liên kết đàn hồi : ............................................................................. 104

4.1.16.2.

Phơng pháp xác định hệ số nền : .................................................. 105

4.1.16.3.

Mô hình tính toán các loại móng mềm ............................................. 106

4.2. Ví dụ: móng băng ................................................................................................ 106
Chơng 3

kết cấu tấm, vỏ ................................................................................. 110

1. khái niệm chung .......................................................................................................... 110
1.1. Loại của phần tử có thể là một trong các loại: ...................................................... 110
1.2. Hệ tọa độ địa phơng ........................................................................................... 111
1.3. Các thành phần nội lực của vỏ ............................................................................. 111
2. trình tự thiết sơ đồ tính cho kết cấu tấm -vỏ ................................................................ 112
2.1. Thiết lập sơ đồ hình học ...................................................................................... 112
2.1.1.

Tạo lập kết cấu ban đầu .......................................................................... 112

2.1.1.1.

Gọi các kết cấu từ th viện mẫu: ......................................................... 112

2.1.1.2.

Thiết lập sơ đồ qua hệ lới phụ trợ ...................................................... 112

2.1.2.

Khai báo các loại tiết diện........................................................................ 112

2.1.3.

Vẽ các phần tử shell ................................................................................ 113

2.1.3.1.
2.1.4.

Chia phần tử ........................................................................................ 113
Khai báo tải trọng và gán......................................................................... 115

2.1.4.1.

Tải trọng phân bố đều trên diện tích .................................................... 115

2.1.4.2.

Tải trọng nhiệt ...................................................................................... 116


Phần mềm SAP2000 V10
2.1.4.3.
2.1.5.

5

TT áp lực ( Surface pressure) .............................................................. 116
Khai báo sàn tuyệt đối cứng .................................................................... 120

3. phân tích, tính toán ...................................................................................................... 120
3.1. Kiểm tra mô hình kết cấu : .................................................................................... 120
3.1.1.

Kiểm tra sơ đồ hình học ........................................................................... 120

3.1.2.

Kiểm tra kích thớc tiết diện .................................................................... 121

3.1.3.

Kiểm tra từng trờng hợp tải đã gán: ....................................................... 121

3.2. Lựa chọn sơ đồ tính : Analyse Set Analyse Option .......................................... 122
3.3. Thực hiện tính toán : Analyse Set Analysis Case to Run ................................. 122
4. Xem, xuất kết quả ....................................................................................................... 122
5. Bài tập ......................................................................................................................... 123
5.1. Ví dụ Tính bể nớc tròn : ...................................................................................... 123
5.2. Tính bể nớc chữ nhật .......................................................................................... 123
Chơng 4

Thiết kế ................................................................................................ 125

1. Giới thiệu ..................................................................................................................... 125
2. các bớc thực hiện khi thiết kế cấu kiện BTCT ........................................................... 126

2.1. .Chọn tiêu chuẩn thiết kế ...................................................................................... 126
2.2. Khai báo các hệ số thiết kế liên quan đến vật liệu ............................................. 126
2.3. Chọn kiểu phần tử thiêt kế (Beam, Column)........................................................ 127
2.4. Chọn tổ hợp thiết kế ............................................................................................. 128
2.4.1.

Khai báo các tổ hợp mặc định : ............................................................... 128

2.4.2.

Khai báo trực tiếp các tổ hợp thiết kế : Các bớc thực hiện:.................... 129

2.5. Thiết kế tiết diện ................................................................................................... 129
3. In và xem kết quả ........................................................................................................ 129


6

ứng dụng Tin học trong Thiết kế công trình

Phân bố chơng trình dậy
Chơng 1: Các khái niệm cơ bản (6 tiết)
1. Giới thiệu quy trình thiết kế và tự động hóa thiết kế (3 tiết)
2. Các khái niệm cơ bản trong Sap nh nút, phần tử, tải trọng và các bớc để xây
dựng một bài toán trong Sap (3 tiết)

Chơng 2: Kết cấu hệ thanh (51 tiết)
1. Hệlới trong Sap 2000 (3 tiết)
2. Tạo sơ đồ hình học với kết cấu khung phẳng và không gian (3 tiết lý thuyết + 3 tiết
bài tập).

3. Tạo sơ đồ kết cấu vỏ dàn (3 tiết).
4. Khai báo vật liệu, tiết diện với Frame (thanh có tiết diện không đổi, tiết diện thay
đổi và dạng General) (3 tiết).
5. Khai báo các loại tải trọng tác dụng lên Joints và frame (3 tiết)
6. Bài tập về khai báo vật liệu, tiết diện và tải trọng (6 tiết).
7. Khai báo tiết diện, tải trọng tác dụng lên shell (3 tiết).
8. Khai báo vùng cứng, sàn tuyệt đối cứng, thay đổi nhãn của phần tử (3 tiết).
9. Chạy chơng trình, xem kết quả và xuất kết quả sang các phần mềm khác (3 tiết)
10. Bài tập khung không gian (6 tiết).
11. Bài Kiểm tra điều kiện (3 tiết).
12. Bài tập dàn không gian và dàn phẳng (3 tiết).
13. Bài toán móng băng (3 tiết)


Phần mềm SAP2000 V10
14. Bài toán móng băng giao nhau (3 tiết)

Chơng 3: Kết cấu tấm vỏ (12 tiết)
1. Hệ trục tọa độ, hệ tọa độ địa phơng trong phần tử shell (3 tiết)
2. Nội lực và ứng suất trong phần tử tấm vỏ (3 tiết).
3. Bài tập áp lực đất, nớc lên tờng chắn (3 tiết).
4. Bài tập bể nớc (3 tiết)
5. Bài kiểm tra điều kiện (3 tiết)

Chơng 4: Bài toán thiết kế (6 tiết)
1.

Các tiêu chuẩn thiết kế và quy đổi cờng độ trong Sap (3 tiết).

2. Quy trình làm bài toán thiết kế, kiểm tra trong Sap (3 tiết).

7


8

ứng dụng Tin học trong Thiết kế công trình

Chơng 1

Khái niệm cơ bản

1. Sơ đồ kết cấu - Sơ đồ tính
1.1. Công trình và sơ đồ tính
Những năm trở lại đây, việc ứng dụng công nghệ thông tin trong các ngành phát triển rất
mạnh mẽ đặc biệt là ngành xây dựng. Các phần mềm sử dụng hiện nay phát triển theo hai
hớng. Hớng thứ nhất là mô hình hoá gần đúng kết cấu thực với một phơng pháp tính
gần đúng để tính toán ra nội lực, chuyển vị, dao động, phản lực phục vụ cho công tác
thiết kế. Hớng thứ hai là xây dựng các bài toán giống sơ đồ thực nhất từ việc mô hình vật
liệu bê tông, vật liệu thép đến việc liên kết giữa các loại vật liệu này phục vụ cho công
tác nghiên cứu. Sap2000 là phần mềm đi theo hớng thứ nhất.
Với phần mềm Sap2000 khi tính toán công trình từ một phơng án kiến trúc, phải đa ra
giải pháp kết cấu cho công trình, từ giải pháp kết cấu đó xây dựng sơ đồ tính cho công
trình.
Sơ đồ tính của công trình là hình ảnh đơn giản hoá mà vẫn đảm bảo phản ánh sát với sự
làm việc thực tế của công trình. Bởi vậy, trong sơ đồ tính ngời ta lợc bỏ các yếu tố
không cơ bản và chỉ xét đến các yếu tố chủ yếu quyết định khả năng làm việc của công
trình và ngời tính phải biết lựa chọn sơ đồ tính .
Khi lựa chọn sơ đồ tính, những yếu tố cần quan tâm làm cơ sở cho quá trình chuyển đổi từ
công trình thực sang sơ đồ tính là :

3. Cấu tạo của kết cấu và tầm quan trọng của nó .
4. Khả năng tính toán của chơng trình hay phơng pháp tính sẽ sử dụng.
5. Tải trọng và tính chất của tải trọng.
6. Sơ đồ đã phản ánh đợc sự làm việc chính xác của công trình hay cha .
7. Có thể sử dụng một số giả thiết chấp nhận đợc để đơn giản sơ đồ .
Các bớc cần thiết khi biến đổi từ một công trình thực về sơ đồ tính:
1. Từ phơng án kiến trúc đa ra giải pháp kết cấu cho công trình (có điều chỉnh nếu
kiến trúc không hợp lý).
2. Từ giải pháp kết cấu đã có lựa chọn sơ đồ tính (ví dụ là khung phẳng hay khung
không gian).


Phần mềm SAP2000 V10

9

3. Thay các cấu kiện của kết cấu thành các phần tử nối với nhau qua các nút. Tuỳ
thuộc vào loại kết cấu mà phần tử có thể biểu diễn qua đờng trục ( với kết cấu hệ
thanh ) hoặc biểu diễn bằng các mặt trung gian ( kết cấu tấm, vỏ .. )
4. Thay các tiết diện bằng một số đại lợng đặc trung nh diện tích (A), mômen quán
tính ( I ) . . . hoặc các giá trị A, I tơng đơng .
5. Thay các thiết bị tựa bằng các liên kết tựa lý tởng (không ma sát) gọi là các gối
(gối cứng, gối đàn hồi).
6. Đa tải trọng tác dụng trên bề mặt cấu kiện về các nút, trục hoặc các mặt trung
gian .
7. Bỏ qua một số yếu tố giữ vai trò thứ yếu (không cần thiết ) để đơn giản cho quá
trình đa về sơ đồ tính .
Ví dụ :

Hình 1.1. Sơ đồ công trình

Hình 1.2. Sơ đồ tính

1.2. Phân loại công trình
Công trình đợc phân loại dựa theo tính chất làm việc của kết cấu :
Kết cấu phẳng : khi tất cả các cấu kiện của công trình đều nằm trong mặt phẳng và tải
trọng chỉ tác dụng trong mặt phẳng đó thì công trình thuộc loại hệ phẳng. Mặt khác với
một số công trình là không gian nhng sự làm việc của công trình chủ yếu là phẳng, lúc
này, có thể dựa theo tính chất làm việc của công trình để coi là hệ phẳng. Hệ khung
phẳng dễ tính, dễ kiểm tra và kiểm soát kết quả.
Kết cấu không gian : nếu các cấu kiện của công trình không nằm trong cùng một mặt
phẳng hoặc tải trọng tác dụng ngoài mặt phẳng thì hệ đợc gọi là hệ không gian
Công trình phân loại theo hình dạng phân thành : dầm, dàn, khung, vòm, vỏ, tấm, bản,
khối hoặc kết cấu hỗn hợp . . . ( có thể là kết cấu phẳng hoặc không gian)


10

ứng dụng Tin học trong Thiết kế công trình

2. các thnh phần cơ bản của sơ đồ kết cấu
2.1. Nút ( joint )
Phần mềm Sap2000 cũng nh các phần mềm phân tích kết cấu khác quan điểm rằng các
kết cấu đợc tạo bởi nhiều vật thể nối với nhau qua các nút để cùng chịu tải trọng. Nói
chung, nút phải đợc đặt ở các vị trí giao điểm của các phần tử. Ngoài ra, nút còn có thể
đặt thêm ở bên trong phần tử tại những vị trí mà ngời dùng cần biết thêm các thông số
của nội lực, chuyển vị . . .
2.1.1. Vị trí của nút :

Tại điểm liên kết giữa các phần tử.



Tại những vị trí thay đổi về đặc trng vật liệu, đặc trng hình học ( không bắt buộc ).



Tại các điểm cần xác định chuyển vị hoặc điểm có chuyển vị cỡng bức.



Tại các điểm xác định điều kiện biên.



Tại các vị trí có tải trọng tập trung (trừ tải tập trung trên Frame).



Tại các nơi có đặt khối lợng tập trung.

2.1.2. Khai báo nút :
Trong Sap2000, các nút đợc tạo tự động khi vẽ phần tử, số hiệu của các nút cũng đợc
Sap tự động gán theo quy tắc của phần tử hữu hạn. Bên cạnh đó ngời dùng có thể thêm
các nút tại các vị trí bất kỳ trong phần tử. Hệ toạ độ riêng của nút 1(đỏ), 2(trắng), 3(xanh)
mặc định lấy theo phơng của hệ tọa độ tổng thể X,Y,Z. Tuy nhiên Sap cho ta phép xoay
hệ tọa độ trong một số trờng hợp cần thiết. Ví dụ trong trờng hợp khai báo liên kết đặc
biệt nh dới đây

Hình 1.3 Hệ toạ độ của nút đ xoay

Hình 1.4 Hệ toạ độ nút và hệ tổng thể


Phần mềm SAP2000 V10

11

Khi khai báo một số thành phần của kết cấu nh các điểm liên kết, bậc tự do, lực tập
trung, khối lợng tập trung thờng sử dụng hệ tọa độ riêng của nút.
2.1.3. Bậc tự do của nút
Kết cấu bị biến dạng và võng chủ yếu do chuyển vị của các nút. Mỗi nút có tối đa sáu
thành phần chuyển vị, ba thành phần chuyển vị thẳng dọc theo trục ký hiệu là U1, U2, U3
và ba thành phần chuyển vị xoay quanh các trục ký hiệu R1, R2, R3. Chiều dơng quy
ớc của các bậc tự do tơng ứng với 6 thành phần trong hệ toạ độ tổng thể.
DOF (Degree of Freedom): Bậc tự do tính toán, số bậc tính toán của mỗi nút có thể hạn
chế theo từng loại sơ đồ. Bậc tự do nào không có tải trọng, liên kết hay điều kiện biên thì
Sap tự động bỏ qua bậc tự do đó.
2.1.4. Một sô khai báo và xuất kết quả tại nút
Khi phân tích kết cấu, một số thành phần chỉ phải khai báo tại nút nh :


Các lực tập trung (Joint Load).



Khai báo khối lợng tập trung (Mass).

Khai báo các mẫu tải trọng (Joints Pattern).

Trong các phần mềm tính kết cấu và SAP2000, một số kết quả chỉ xuất tại các nút nh:


Các giá trị chuyển vị .



Các giá trị phản lực của gối cứng và gối đàn hồi.



Các lực liên kết (Forces).



Các dạng dao động.

2.2. Phần tử
Phần mềm Sap2000 cung cấp cho ngời dùng các loại phần tử sau đây:
2.2.1. Phần tử thanh ( Frame, Cable, Tendor, Brace )
Theo quan điểm của kết cấu một cấu kiện có một chiều lơn hơn 8 lần 2 chiều còn lại
thì ta có thể coi nó là phần tử thanh. Vì vậy, phần tử thanh dùng để mô hình hóa cho các
kết cấu dầm, dàn, khung phẳng (2D), khung không gian (3D), thanh giằng, dây cáp...
Trong sơ đồ tính phần tử thanh biểu diễn qua một đoạn thẳng là trục của các cấu kiện,
mỗi phần tử có hai nút, nút đầu ký hiệu là i và nút cuối ký hiệu là j (theo trật tự vẽ phần tử).

12

ứng dụng Tin học trong Thiết kế công trình

Mỗi thanh có một hệ tọa độ địa phơng riêng, dùng khi mô tả cho các đại lợng: tiết
diện, khai báo tải trọng trên phần tử và biểu thị các kết quả nội lực. Cấu trúc hệ tọa độ
riêng PT có 3 trục : Trục 1 (đỏ ) nằm dọc theo trục thanh, chiều đi từ i đến j, trục 2
(trắng),trục 3 (xanh) hợp với trục1 theo qui tắc bàn tay phải.

2

1

3
Hình 1.5 Hệ tọa độ riêng phần tử thanh

Trong SAP2000 khi vẽ các phần tử trực giao, nên theo trật tự từ dới lên trên, từ trái sang
phải.
Trong những trờng hợp với phần tử xiên và ngời dùng muốn khai báo hệ tọa độ
riêng không theo mặc định trên, có thể dùng khai báo Góc toạ độ phần tử. Khai báo này
có thể :



+

Đổi chiều của trục 1.

+

Khai báo giá trị góc quay, cho phép quay trục 2&3 quanh trục 1 tạo ra hệ tọa độ
mới so với hệ mặc định. Góc là dơng khi quay ngợc chiều kim đồng hồ nếu nhìn
từ chiều dơng trục 1.

Các thanh coi là thẳng đứng nếu góc nghiêng với trục Z<= 100.

SAP2000 cho phép khai báo nhiều loại tiết diện thanh khác nhau, với hai nhóm chính :
thanh có thể có tiết diện không đổi ( thanh lăng trụ - Primastic ) hoặc thanh có tiết diện
thay đổi trên chiều dài thanh ( Non- Primastic ).
Giao điểm giữa các thanh, ngoài các liên kết cứng thông thờng (không cần khai báo),
SAP cho phép khai báo một số liên kết đặc biệt tại các nút để mô tả cho các đầu thanh có
khớp, các thanh qui tụ tại nút không đồng qui hoặc độ dài phủ lấp của các thanh lớn . . .
(Release, Rigid ).
Khi tính toán, nếu dùng các tiết diện mẫu chơng trình SAP tự động tính các đặc trng
hình học của phần tử thanh A, I22,I33, J, Section modulus (mô men chống uốn), Plastic
modulus (mô men dẻo), Radius of Gyration (bán kính quán tính)


Các loại tải trọng tác dụng lên PT thanh :
TT tập trung trên phần tử , TT phân bố (đều hoặc không đều), Trọng lực, TT bản thân,
TT nhiệt, TT US trớc, TT động (Response Spectrum & Time History), TT di động.


Phần mềm SAP2000 V10

13

Nội lực của phần tử thanh: 6 thành phần : P,V1,V2,T, M22, M33 .Với bài toán phẳng
chỉ có 3 thành phần : P,V2,M33

Hình 1.6 Qui ớc và sự tơng quan giữa các trục và các thành phần
nội lực của phần tử thanh

2.2.2. Phần tử Area :Shell- Plate- Plane- Asolid
Mỗi phần tử tấm, vỏ tùy theo dạng tam giác hay tứ giác có 3 hoặc 4 nút, lấy theo mặt
phẳng trung bình của các kết cấu loại tấm, vỏ, bản, sàn ... và khai báo qua chiều dày của
PT. Trong hệ các chơng trình SAP, tùy theo từng phiên bản, qui ớc và ký hiệu các loại
phần tử này khác nhau đôi chút.

Hình 1.7 Hình dạng và hệ trục tọa độ riêng của phần tử Area


14

ứng dụng Tin học trong Thiết kế công trình

Trong SAP2000 từ phiên bản V8. trở đi, phần tử Area mô tả cho nhiều loại phần tử bao
gồm cả phần tử tấm vỏ thông thờng và các loại phần tử khối phẳng. Có thể phân loại
(Type) của Area nh sau:




Nhóm các phần tử Shell gồm:
+

Membrane : phần tử màng chỉ chịu kéo (nén), chuyển vị trong mặt phẳng & xoay
quanh trục vuông góc với mặt phẳng PT.

+

Plate : phần tử tấm : chỉ chịu uốn 2 chiều trong mặt phẳng & ngoài mặt phẳng,
chuyển vị theo phơng vuông góc với mặt phẳng .

+

Shell : PT vỏ 3 chiều có thể chịu cả kéo ( nén ) và (hoặc) uốn.

Nhóm PT Plane (khối phẳng Asolid) :
+

Phần tử biến dạng phẳng Plane Strain.

+

Phần tử ứng suất phẳng Plane Stress.

+

Phần tử đối xứng trục (Axisymetric Solid).

Hệ toạ độ riêng của PT Area qui ớc : trục 1(đỏ), trục 2( trắng), trục 3(xanh) ; trong đó
trục 1 & 2 nằm trong mặt phẳng phần tử, trục 3 luôn vuông góc với bề mặt phần tử .



+

Theo mặc định, trục 3 hớng ra màn hình hoặc theo phơng +Z.

+

Cũng có thể khai báo hệ trục sử dụng góc phần tử (nh trong PT thanh).

Các loại tải trọng tác dụng lên PT Area :
TT tập trung tại các nút, TT phân bố đều trên phần tử, Trọng lực, TT bản thân, TT
nhiệt, TT áp lực : có hớng vuông góc với một trong các mặt của PT (surface Presure),
TT mô tả qua một hàm theo các điểm nút (Joint Pattern), thờng dùng khai báo cho áp
lực nớc hoặc tờng chắn hay các tải trọng phân bố 3 chiều trong không gian .



Nội lực :
+

Với loại phần tử Area ngoài kết quả nội lực tại các điểm nút của phần tử, chơng
trình còn cho kết quả ứng suất tại các nút (theo các phơng của hệ tọa độ riêng
phần tử hoặc & theo phơng chính).

+

Kết quả nội lực bao gồm các lực dọc màng theo các trục ký hiệu F11,F12 . . . và
mô men uốn kí hiệu M11,M12 . . . tại các điểm nút của phần tử.

+

Kết quả ứng suất cho tại các nút của thớ trên, thớ dới của phần tử.


Phần mềm SAP2000 V10

15

2.2.3. Phần tử khối 3D (Solid )
Phần tử khối 3D mô tả qua 9 nút, dùng cho các kết cấu khối chịu tải trọng 3 chiều nh kết
cấu đê, đập, móng . . . Trong giáo trình này, không giới thiệu chi tiết loại phần tử này.
Đối với công trình tính theo phơng pháp phần tử hữu hạn, tại các vùng cần quan tâm
trong kết cấu cần chú ý lới chia phần tử phải đủ nhỏ để đạt độ chính xác về sự phân bố
ứng suất và sự biến thiên của chuyển vị .

2.3. Liên kết
2.3.1. Liên kết cứng (Restraints) - tuyệt đối cứng


Liên kết cứng trong SAP2000 có các loại :
+

Fixed (ngàm) : 6 thành phần chuyển vị UX,UY,UZ ,RX, RY, RZ có giá trị bằng 0;

+

Hinge (Gối cố định ) : 2-3 thành phần chuyển vị UX,UY,UZ có giá trị bằng 0;

+

Rolles (Gối di động): 1 thành phần chuyển vị của UX,UY,UZ có giá trị bằng 0.

Hình 1.8 Các loại liên kết với khung 3D

Hình 1.9Các loại liên kết với khung 2

Các giá trị chuyển vị theo các bậc tự do của nút đợc gán bằng 0 tơng ứng với các
phơng này sẽ có các thành phần phản lực.
Các thành phần gán Restraint có thể khai báo chuyển vị cỡng bức theo loại TT
Displacement Load (chuyển vị của các bậc tự do có giá trị = chuyển vị cỡng bức, chuyển
vị này cũng gây ra nội lực trong mô hình ).
Liên kết Restraint đảm bảo cho mô hình không bị biến hình. Nếu kết cấu bị biến hình,
chơng trình sẽ thông báo " Structure to be unstable ".
2.3.2. Liên kết đàn hồi (Spring)
Cũng có sáu thành phần chuyển vị là ba thành phần chuyển vị thẳng U1, U2, U3=
UX,UY,UZ và ba thành phần chuyển vị xoay R1, R2, R3= RX, RY, RZ .


16

ứng dụng Tin học trong Thiết kế công trình

Nếu với liên kết restraint độ cứng của các gối tựa bằng vô cùng thì với liên kết spring
độ cứng của gối có giá trị hữu hạn.
Đặc điểm của liên kết mềm:


Phản lực của gối là phản lực đàn hồi.



Giá trị chuyển vị của LK là hữu hạn và phụ thuộc vào độ cứng của gối đàn hồi (ĐH).

Liên kết cũng phải đảm bảo cho kết cấu không biến hình.

Gối ĐH cũng có thể chịu các chuyển vị cỡng bức & phản lực ĐH,giá trị tính bằng
tổng phản lực của 2 chuyển vị .


Không đợc khai báo liên kết Spring trùng với khai báo Restraint trong một nút.

Hình 1.10 Liên kết cứng và LK mềm

2.3.3. Ràng buộc chuyển vị (Constraint)
Khai báo các ràng buộc chuyển vị để mô hình làm việc đúng tính chất thực của nó và
không biến hình đồng thời giảm số phơng trình và khối lợng tính toán. Trong SAP2000
có các kiểu Constraints : Body, Plan, Diaphragm, Rigid body . . .
Một ràng buộc (constraint) bao gồm một tập của hai hoặc nhiều hơn các nút có
chuyển vị ràng buộc với nhau. Chuyển vị của một cặp nút trong ràng buộc quan hệ với
phơng trình ràng buộc. Các kiểu làm việc của kết cấu có thể khai báo điều kiện ràng
buộc.
Sự làm việc của vật thể cứng (Rigid body) trong đó các nút ràng buộc có chuyển vị
thẳng và chuyển vị xoay cùng với nhau nh đợc nối bằng các liên kết cứng.


Phần mềm SAP2000 V10

17

Khai báo Constraint mô tả sự làm việc tại các nút ràng buộc có một số hoặc tất cả các
thành phần chuyển vị (có thể là chuyển vị thẳng và chuyển vị xoay) bằng nhau.
Điều kiện đối xứng và phản xứng cũng khai báo bằng Constraint.

2.4. Tải trọng :
Tải trọng tĩnh là tải trọng không thay đổi theo thời gian : TT bản thân, TT tập trung,
phân bố, áp lực, gió . . .

Trục gia tốc nền

Tải trọng động : là tải trọng có giá trị TT thay đổi theo thời gian : TT động đất, gió
động, sóng biển, TT xe di động trên cầu .

Trục thời gian t
Hình 1.11 Một dạng của TT phổ

3. Hệ toạ độ
Trong các sơ đồ kết cấu, khi thiết lập mô hình, ngời sử dụng có thể dùng một hoặc nhiều
hệ tọa độ khác nhau để mô tả các tham số sao cho thuận tiện nhất. Có thể phân hệ tọa
độ trong SAP thành các loại nh sau:

3.1. Hệ toạ độ chung
Có hai loại hệ tọa độ chung :
Hệ tổng thể - Global : là duy nhất cho mỗi sơ đồ kết cấu, đợc chọn khi bắt đầu khi
xây dựng mô hình, có thể là hệ toạ độ Decac (với 3 trục trực giao ký hiệu X, Y, Z ) hoặc hệ
toạ độ cầu, trụ- Cylindrical ( với 3 trục Z, R, ) .
Hệ tọa độ con - Coordinate System : có thể khai báo nhiều hệ này trong một sơ đồ kết
cấu. Mỗi hệ toạ độ con có những thuộc tính riêng khác nhau và khác với hệ global nh
lới, th viện mẫu, đơn vị


18

ứng dụng Tin học trong Thiết kế công trình

Hình 1.12 Hệ toa độ tổng thể và hệ tọa độ
riêng của nút

Hình 1.13 Tơng quan giữa hệ Đề các
và hệ tọa độ trụ

Khi thiết lập các hệ toạ độ con, sự tơng quan trong các tham số khai báo luôn so với hệ
tọa độ tổng thể. Hệ toạ độ Global (chung) thờng dùng để nhập dữ liệu và hiện kết quả
cho nút, lực nút, liên kết, tải trọng tập trung, phân bố, phản lực, chuyển vị gối tựa và
chuyển vị nút .

3.2. Hệ toạ độ riêng ( Local Axis)
Hệ tọa độ riêng ký hiệu các trục là 1, 2, 3 cho các loại đối tợng nh nút, phần tử, liên
kết... (trừ phần tử Solid không có hệ tọa độ riêng cho phần tử, chỉ theo hệ toạ độ tổng thể).
Hệ toạ độ riêng thờng dùng để nhập dữ liệu cho các đặc trng hình học phần tử, tải
trọng trên phần tử và hiện nội lực của phần tử ...

3.3. Đặc điểm
Trong quá trình xây dựng mô hình, ngời sử dụng đợc phép chuyển đổi giữa các hệ
tọa độ (HTĐ), mỗi thời điểm chỉ một hệ tọa độ đợc hiện trên các cửa sổ (cùng các tham
số và các đối tợng tơng ứng). . .Từ SAP2000 V_8 cửa sổ của các hệ tọa độ (hình 1.13 )
hiện ở góc dới bên phải màn hình, nhấn vào đó để chuyển các HTĐ.


Có thể sao chép các hệ tọa độ và biến đổi chúng trong quá trình tạo mới.

4. Đơn vị :
Với SAP2000, cho phép ngời dùng sử dụng nhiều hệ đơn vị khác nhau và Sap tự quy đổi
các số liệu từ đơn vị này sang đơn vị khác, ở các phiên bản Sap càng cao thì việc lựa chọn

đơn vị càng thuận tiện cho ngời sử dụng.
Các loại đơn vị trong Sap bao gồm:


Phần mềm SAP2000 V10


Chiều dài : m,cm ,mm, inch, feet . . .



Lực : kgF, KN, T, kip . . .



Nhiệt độ : C, F

19

Đặc điểm của đơn vị trong SAP :
+

Các hệ đơn vị sẽ đợc chơng trình tự động qui về một loại.

+

Kết quả đa ra chỉ theo một hệ đơn vị chung (hệ khai báo đầu tiên).

+

Để chuyển đổi đơn vị, dùng list box trong cửa sổ hiện ở góc dới bên phải màn
hình hoặc ô đơn vị nằm ngay trong hộp thoại.

+

Có thể thay đổi các hệ đơn vị liên tục trong quá trình xây dựng sơ đồ kết cấu.

5. Những bớc chính khi thực hiện phân tích kết cấu
5.1. Thiết lập sơ đồ kết cấu
Để xây dựng sơ đồ kết cấu cần thực hiện các bớc sau:
Thiết lập mô hình kết cấu (mô hình có thể sử dụng từ th viện có sẵn trong Sap, cũng
có thể do ngời dùng xây dựng từ hệ lới ban đầu, hoặc xây dựng từ trong Autocad sau đó
xuất sang Sap).


Khai báo đặc trng của vật liệu.



Khai báo các đặc trng hình học (tiết diện, chiều dày . . .).



Gán tiết diện cho phần tử.



Khai báo liên kết nối đất .

Khai báo các trờng hợp tải trọng.

Gán tải trọng cho phần tử cho từng trờng hợp tải trọng : Tải trọng bản thân, TT nút,
TT tập trung, phân bố, TT phân bố không đều . . .


Tổ hợp tải trọng.



Khai báo các tham số cho thiết kế.

5.2. . Phân tích kết cấu :


Chọn loại kết cấu (dàn, khung, vỏ . . .)



Khai báo một số tham số cần thiết (tham số để tính, in hoặc tham số động).



Thực hiện phân tích (chạy chơng trình).


20

ứng dụng Tin học trong Thiết kế công trình

5.3. Xem kết quả



Trên đồ hoạ.



Trên tệp văn bản.



Xuất kế quả ra AutoCAD và các cơ sở dữ liệu khác.


Phần mềm SAP2000 V10

Chơng 2

21

Kết cấu thanh

1. Tạo lập mô hình kết cấu
1.1. Từ th viện mẫu hoặc từ hệ lới
1.1.1. Từ th viện mẫu
Trong SAP2000 có một hệ thống th viện mẫu phong phú tạo sẵn một số loại kết cấu. Để
vào th viện mẫu :
File New Modal trên màn hình sẽ hiện hộp thoại nh trên (hình 2.1), có các ô, mỗi ô
sẽ đa ngời sử dụng thiết lập một dạng kết cấu dầm, dàn, khung, vỏ, tờng cứng, cầu

thang, cầu dây văng... Với kết cấu thanh sử dụng các mẫu sau: Beam, 2D Trusses, 3D
Trusses, 2D Frames và 3D Frames. Lựa chọn Blank là tạo ra một file rỗng cha có lới và
cũng cha có phần tử (Lựa chọn này ít đợc sử dụng).
Để tạo ra các kết cấu này, ngời sử dụng chọn loại sơ đồ và sau đó cung cấp các giá trị
cho một số tham số cụ thể mà sơ đồ đòi hỏi. Tuỳ theo các nhóm dữ liệu, có thể tạo nên
các dạng kết cấu khác nhau.
Lu ý ngời dùng cần cung cấp hệ đơn vị cho Sap trớc khi lựa chọn sơ đồ.

Hình 1.1 Th viện kết cấu mẫu trong Sap


22

ứng dụng Tin học trong Thiết kế công trình

Sau đây sẽ giới thiệu cách thiết lập một số loại kết cấu .


Beam : Thiết lập hệ dầm liên tục. Các thông số gồm :
+

Number of span : Số nhịp

+

Span length : chiều dài một nhịp

+ Section property : chọn loại tiết diện cho dầm. Các loại tiết diện này theo tiêu
chuẩn nớc ngoài nên hầu nh không đợc sử dụng.

Hình 1.2 Các tham số khai báo cho dầm liên tục
Khi chiều dài các nhịp không đều nhau lựa chọn Use Custom Grid Spacing and Locate
Origin để điều chỉnh hệ lới và phần tử.
Lựa chọn Restraints là sử dụng khai báo nối đất mặc định của Sap, nếu ngời dùng bỏ lựa
chọn này thì Sap không khai báo liên kết nối đất.


2D Trusses

Thiết lập các loại dàn phẳng, trong phần này ngời sử dụng đợc quyền chọn một trong
các dàn có hình chữ nhật vertical truss, tam giác sloped truss, đa giác pratt truss,
sau đó đa vào các tham số nh :
Với dn chữ nhật v tam giác bao gồm các thông số nh:
+

Number of division: Số nhịp

+

Division length : Chiều dài một nhịp

+

Height : chiều cao dàn

Khi chiều dài các nhịp không đều nhau lựa chọn Use Custom Grid Spacing and Locate
Origin để điều chỉnh hệ lới và phần tử.
Lựa chọn Restraints là sử dụng khai báo nối đất mặc định của Sap, nếu ngời dùng bỏ lựa
chọn này thì Sap không khai báo liên kết nối đất.

Phần mềm SAP2000 V10

Hình 1.3 Các tham số khai báo cho dàn phẳng hình chữ nhật
Với dn hình đa giác bao gồm các thông số sau đây:

Hình 1.4 Các tham số khai báo cho dàn phẳng hình đa giác



+

Number of division N1,N2: Số khoang

+

Division length : Chiều dài một khoang

+

Height H1,H2 : chiều cao dàn

+

Span Length L1,L2 : Chiều dài nhịp.

3D Truss :

23

24

ứng dụng Tin học trong Thiết kế công trình

Thiết lập các loại dàn không gian: các loại dàn mái và tháp trụ. Trong th viện của
SAP2000 có 5 loại dàn khác nhau:
+

Roof Truss: Dàn mái

+

Transmission Tower 1 :

Dàn hình tháp có 2 phần, phần
dới loe (hình thang),phần trên thẳng
+

Transmission Tower 2 :Dàn tháp thang, mặt bằng chữ nhật

+

Transmission Tower 3: Dàn tháp hình lăng trụ, mặt bằng hình chữ nhật.

+

Transmission Tower 4: Dàn tháp 3 chân, hình lăng trụ, mặt bằng hình tam giác.

Trong phần này, khi khai báo các thông số dàn, ngời sử dụng sẽ đa vào các số liệu cho

từng mức (theo độ cao của dàn ), mỗi mức trên một dòng gồm có :
+

Elevation i : Độ cao ở mức thứ i

+

Width i : Độ rộng ở mức i

+

a,b : các giá trị để xác định vị trí các thanh chéo trong dàn.

Hình 1.5 Các tham số khai báo cho dàn 3D loại Transmission Tower 2
Để xem chi tiết các thông số lựa chọn Parametric Definition.


2D Frame

Thiết lập các khung phẳng có hoặc không có thanh giằng chéo.


Phần mềm SAP2000 V10

25

Có các loại khung :
+

Khung phẳng trực giao ( Portal).

+

Khung phẳng có giằng chéo giao nhau (Braced Concentric).

+

Khung phẳng có giằng chéo lệch tâm (Braced Eccentric).

Các thông số cho loại khung phẳng trực giao v khung phẳng có giằng chéo nhau l:

Hình 1.6 Các tham số khai báo cho khung phẳng trực giao
+

Number of Stories : Số tầng.

+

Number of Bays : Số nhịp .

+

Story height : Chiều cao mỗi tầng.

+

Bay width : Độ rộng mỗi nhịp.

+ Section Properties : chọn các loại tiết diện (đã có) để gán luôn cho các phần tử
dầm, cột, thanh giằng trong quá trình gọi th viện mẫu .

Khi chiều dài các nhịp không đều nhau lựa chọn Use Custom Grid Spacing and Locate
Origin để điều chỉnh hệ lới và phần tử.
Với khung có các thanh giằng chéo nhau sẽ xuất hiện thêm thông số Gap width : Độ rộng
khe hở giữa 2 thanh giằng