Hướng dẫn sử dụng phần mềm SAP2000

Trang 1 Chöông 1 GIÔÙI THIEÄU PHAÀN MEÀM SAP2000 §1 SÖÏ PHAÙT TRIEÃN COÂNG NGHEÄ PHAÀN MEÀM NGAØNH XAÂY DÖÏNG Cuøng vôùi xu höôùng ngaøy caøng phaùt trieãn cuûa khoa hoïc vaø coâng ngheä trong lónh vöïc Xaây döïng, quaù trình töï ñoäng hoùa tính toaùn vaø thieát keá vôùi söï hoã trôï cuûa maùy tính baèng caùc phaàn meàm chuyeân duïng ñaõ ñöôïc trieãn khai aùp duïng roäng raõi ôû nöôùc ta. Trong nhöõng naêm 1980 trôû laïi ñaây, coâng ngheä maùy tính ñaõ coù nhöõng böôùc phaùt trieãn maïnh meõ, noù goùp phaàn thuùc ñaåy nghieân cöùu vaø phaùt trieån coâng ngheä treân theá giôùi trong haàu heát caùc lónh vöïc khoa hoïc kó thuaät. Trong lónh vöïc xaây döïng, coâng ngheä maùy tính cuõng ñaõ ñöôïc öùng duïng roäng raõi, bao goàm caùc phaàn meàm veà quaûn lí xaây döïng, kinh teá xaây döïng, phaân tích noäi löïc keát caáu, thieát keá keát caáu theùp vaø keát caáu beâ toâng coát theùp, thieát keá vaø theå hieän baûn veõ kyõ thuaät ... Theo xu höôùng hoäi nhaäp, caùc phaàn meàm tính toaùn, quaûn lí thuoäc chuyeân ngaønh xaây döïng ñaõ ñöôïc du nhaäp töø nöôùc ngoaøi vaø ñöôïc öùng duïng khaù roäng raõi beân caïnh söï phaùt trieån cuûa heä thoáng phaàn meàm trong nöôùc. Tuy nhieân, caùc phaàn meàm nöôùc ngoaøi coù nhieàu vaán ñeà chöa töông thích vôùi tieâu chuaån Vieät Nam neân moät soá chæ toàn taïi trong giôùi haïn tham khaûo hoaëc chöa khai thaùc heát khaû naêng töï ñoäng hoùa cuûa chöông trình. Caùc phaàn meàm trong nöôùc ñang phaùt trieån khaù maïnh meõ vaø roäng raõi nhöng vaãn coøn moät soá baát lôïi ñoù laø chöa coù söï thoáng nhaát trong höôùng phaùt trieãn, caùc phaàn meàm ña phaàn töï phaùt, khaû naêng öùng duïng thöïc teá cuûa caùc chöông trình vaãn coøn haïn heïp, chöa coù söï ñaùnh giaù hay thaåm ñònh cuûa cô quaûn thaåm quyeàn cuõng nhö chöa coù chính saùch baûo hoä phaàn meàm thoûa ñaùng. Chính vì nhöõng yeáu toá treân, hoäi thaûo phaùt trieån coâng ngheä thoâng tin cho ngaønh xaây döïng ñeán 2010 ñaõ ñöa ra caùc muïc tieâu phaùt trieån ñoù laø vieäc chuaån hoùa caùc chöông trình tính toaùn, quaûn lí vaø thaåm ñònh laïi caùc chöông trình phaàn meàm ñaõ vieát vaø ñang ñöôïc söû duïng. Ñaåy maïnh hôn vieäc aùp duïng coâng ngheä thoâng tin trong quaûn lí vaø saûn xuaát. Ngaøy nay, caùc chöông trình phaân tích noäi löïc vaø thieát keá keát caáu ñaõ coù nhöõng böôùc tieán vöôït baäc vaø raát phong phuù veà soá löôïng, raát maïnh trong quaù trình tính toaùn chaúng haïn nhö: phaàn meàm ANSYS, STAAD Pro, SAP2000, ETABS, SAMCEF, STRAND, PLAXIS ... ñaõ coù theå giaûi quyeát ñöôïc haàu heát caùc vaán ñeà trong thieát keá xaây döïng. Trong ñoù SAP2000 laø phaàn meàm ñöôïc öa Trang 2 chuoäng vaø söû duïng roäng raõi nhaát do coù nhieàu tính naêng öu vieät hôn caùc phaàn meàm khaùc. Phieân baûn ñaàu tieân cuûa chöông trình ñöôïc mang teân SAP (Structural Analysis Program) vaøo naêm 1970, caùc phieân baûn keá thöøa tieáp theo sau laø SAP3, SAP IV vaø SAP 80 laø phieân baûn coù tính thöông maïi ñaàu tieân cuûa hoï phaàn meàm SAP, phaàn meàm naøy ñöôïc phaùt trieãn bôûi coâng ty Computer and Structure Inc (CSI). Naêm 1992 CSI cho ra ñôøi phieân baûn tieáp theo laø SAP90. Tuy nhieân, phieân baûn SAP2000 ra ñôøi môùi laø böôùc phaùt trieãn ñoät phaù cuûa hoï phaàn meàm SAP, theo nhö lôøi tuyeân boá cuûa haõng CSI thì SAP2000 laø coâng ngheä ngaøy nay cho töông lai! SAP2000 ñaõ tích hôïp caùc tính naêng phaân tích keát caáu vaø tính naêng thieát keá keát caáu thaønh moät. Caùc phieân baûn thoâng duïng cuûa SAP2000 laø version 6.11, ver 7.42, ver 8.23 vaø phieân baûn môùi ñang ñöôïc söû duïng khaù roäng raõi laø SAP2000 version 9.03. Hieän nay, treân thò tröôøng ñaõ coù phieân baûn SAP2000 version 10. §2 TÍNH NAÊNG CUÛA PHAÀN MEÀM SAP2000 2.1. Tính naêng giao tieáp - Giao tieáp ñoà hoïa tröïc tieáp treân caùc cöûa soå maøn hình töø luùc xaây döïng moâ hình keát caáu, thöïc hieän caùc phaân tích vaø thieát keá ñeán khi bieåu dieãn keát quaû tính toaùn treân caùc hình aûnh ñoà hoïa hai chieàu (2D) vaø ba chieàu (3D). - Heä thoáng löôùi ñònh vò vaø caùc coâng cuï veõ hoã trôï quaù trình xaây döïng moâ hình keát caáu moät caùch nhanh choùng. - Coù theå taïo nhanh caùc moâ hình keát caáu töø thö vieän caùc phaàn töû maãu coù saün cuûa SAP2000. 2.2. Khaû naêng phaân tích vaø thieát keá Caùc loaïi phaàn töû: phaàn töû thanh, phaàn töû taám voû - maøng (Shell/Plate), phaàn töû öùng suaát phaúng - bieán daïng phaúng - ñoái xöùng truïc, phaàn töû ba chieàu. Vaät lieäu: trong chöông trình coù theå phaân tích vôùi vaät lieäu ñoàng nhaát tuyeán tính ñaúng höôùng, tuyeán tính tröïc höôùng vaø vaät lieäu phi tuyeán. Lieân keát giöõa caùc phaàn töû: lieân keát cöùng, lieân keát nöûa cöùng, lieân keát cuïc boä khöû moät soá thaønh phaàn löïc. Lieân keát giöõa caùc phaàn töû vôùi ñaát: caùc lieân keát lyù töôûng thoâng duïng trong ngaønh Xaây döïng nhö lieân keát ngaøm, lieân keát khôùp (goái coá ñònh), lieân keát thanh (goái di ñoäng), lieân keát ñaøn hoài vaø caùc lieân keát haïn cheá moät soá baäc töï do baát kyø cuûa nuùt lieân keát. Trang 3 Taûi troïng taùc duïng leân phaàn töû: taûi troïng taäp trung taïi nuùt, taûi troïng taäp trung vaø phaân boá treân phaàn töû, aûnh höôûng cuûa chuyeån vò cöôõng böùc goái töïa, aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä, taûi troïng phoå gia toác, taûi troïng ñieàu hoøa, taûi troïng di ñoäng … Khaû naêng giaûi baøi toaùn: soá aån soá khoâng bò giôùi haïn (neáu duøng baûn Nonlinear), trong moät baøi toaùn coù theå phaân tích vaø thieát keá ñoàng thôøi nhieàu loaïi phaàn töû khaùc nhau keát noái cuøng chòu löïc. Caùc daïng phaân tích: Phaân tích tónh (Static Analysis), tính taàn soá dao ñoäng rieâng, caùc daïng dao ñoäng (Modal Analysis), phaân tích ñaùp öùng ñoäng löïc (Response Anlysis) vôùi taûi troïng thay ñoåi theo thôøi gian vaø phoå gia toác. Toå hôïp caùc tröôøng hôïp taûi troïng khaùc nhau cuøng taùc duïng leân keát caáu. 2.3. Caùc baûn chính cuûa SAP2000 Baûn phi tuyeán (Nonlinear) coù khaû naêng phaân tích caùc baøi toaùn tónh hoïc, ñoäng löïc hoïc, phi tuyeán; thieát keá keát caáu theùp vaø keát caáu beâ toâng – coát theùp theo moät soá tieâu chuaån; soá löôïng nuùt vaø phaàn töû khoâng giôùi haïn. Baûn naâng cao (Plus) coù khaû naêng phaân tích caùc baøi toaùn tónh hoïc, ñoäng löïc hoïc, nhöng khoâng phaân tích ñöôïc baøi toaùn phi tuyeán; thieát keá keát caáu theùp vaø keát caáu beâ toâng – coát theùp theo moät soá tieâu chuaån; soá löôïng nuùt vaø phaàn töû khoâng giôùi haïn. Baûn chuaån (Standard) coù khaû naêng phaân tích caùc baøi toaùn tónh hoïc, ñoäng löïc hoïc, nhöng khoâng phaân tích ñöôïc baøi toaùn phi tuyeán; thieát keá keát caáu theùp vaø keát caáu beâ toâng – coát theùp theo moät soá tieâu chuaån; soá löôïng nuùt toái ña khoaûng 1500. Baûn daønh cho hoïc taäp (Eduacation) coù khaû naêng phaân tích caùc baøi toaùn tónh hoïc, ñoäng löïc hoïc, phi tuyeán; thieát keá keát caáu theùp vaø keát caáu beâ toâng – coát theùp theo moät soá tieâu chuaån; soá löôïng nuùt toái ña laø 30 vaø moät soá tính naêng bò haïn cheá. 2.4. Yeâu caàu heä thoáng maùy tính Heä ñieàu haønh: Windows 98-2000-XP … Phaàn cöùng: RAM ≥ 64 MB. HDD coøn troáng ≥ 500 MB. CPU ≥ Pentium II 400 MHz. Trang 4 §3 GIAO DIEÄN CUÛA PHAÀN MEÀM SAP2000 3.1. Caøi ñaët Duøng ñóa CD chöùa boä nguoàn phaàn meàm SAP2000, double click vaøo teân file setup.exe ñeå baét ñaàu caøi ñaët chöông trình. Thoâng thöôøng caùc thoâng soá caøi ñaët ñaõ ñöôïc ñònh daïng saün, ngöôøi söû duïng chæ caàn click vaøo nuùt Next nhieàu laàn cho ñeán khi xuaát hieän thoâng baùo finish nghóa laø quaù trình caøi ñaët ñaõ hoaøn taát. Thö muïc chöùa chöông trình SAP2000 maëc ñònh khi caøi ñaët laø C:\ Program file\ Computers and Structures\ SAP2000 v9. Baïn neân taïo Short cut treân neàn maøn hình ñeå nhanh choùng khôûi ñoäng chöông trình SAP2000 khi caàn laøm vieäc vôùi noù. 3.2. Khôûi ñoäng Coù nhieàu caùch ñeå khôûi ñoäng chöông trình SAP2000 chaïy treân neàn Windows, thoâng thöôøng söû duïng hai caùch khôûi ñoäng nhö sau: i. Kích ñuùp (double click) vaøo bieåu töôïng SAP2000 treân neàn maøn hình Windows, thoâng thöôøng bieåu töôïng coù maøu vaøng keøm theo chöõ sap2000. ii. Vaøo Start > Programs > SAP2000 v9 > sap2000 : click choïn 3.3. Maøn hình giao dieän (Xem hình trang keá tieáp) * Thanh tieâu ñeà: Bieåu töôïng SAP2000 – Teân phaàn meàm – Teân taäp tin. * Thanh danh muïc leänh (Menu bar): SAP2000 version 9.03 coù 13 danh muïc leänh goàm: File, Edit, View, Define, Bridge Draw, Select, Assign, Analyze, Display, Design, Options vaø Help. * Thanh coâng cuï (Toolbar): SAP2000 version 9.03 coù 14 thanh coâng cuï ñaët theo phöông ngang döôùi danh muïc leänh vaø theo phöông ñöùng beân traùi cöûa soå chöông trình, teân cuûa caùc thanh coâng cuï: thanh coâng cuï chuaån (standard), Edit, View, Define, Bridge Draw, Select, Point and Joint Assigns, Frame and Line Assigns, Shell and Area Assigns, Display, Design, Snap vaø Band75. Moãi thanh coâng cuï coù nhieàu nuùt leänh, moãi nuùt leänh chöùa moät leänh. Trang 5 Trang 6 * Thanh traïng thaùi (Status bar): Theå hieän traïng thaùi cuûa cöûa soå ñang laøm vieäc bao goàm hoäp ñôn vò löïc- chieàu daøi-nhieät ñoä, heä toïa ñoä, vò trí con troû … Thanh traïng thaùi naèm beân döôùi cöûa soå chöông trình. * Mieàn laøm vieäc: Vuøng nhaäp döõ lieäu, hieån thò döõ lieäu, hieån thò keát quaû vaø caùc ñoà thò, bieåu ñoà … 3.4. Caùch ra leänh trong SAP2000 - Caùch 1: Ra leänh töø thanh danh muïc leänh (Menu bar). - Caùch 2: Ra leänh töø thanh coâng cuï (Toolbar). 3.5. Caùc leänh trong caùc Menu vaø caùc Toolbar cuûa SAP2000 Trang 7 Caùc leänh trong menu File Caùc leänh trong menu Edit Trang 8 Caùc leänh trong menu View Caùc leänh trong menu Define Trang 9 Caùc leänh trong menu Draw Caùc leänh trong menu Assign Caùc leänh trong menu Select Caùc leänh trong menu Analyze Trang 10 Caùc leänh trong menu Display Caùc leänh trong menu Options Caùc leänh trong menu Design Caùc leänh trong menu Help Trang 11 SAP2000 ver 9.03 coù taát caû 14 thanh coâng cuï, ñöa con troû leân moät thanh coâng cuï baát kyø roài nhaán nuùt phaûi chuoät, sau ñoù ñaùnh daáu choïn cho hieän ra thanh coâng cuï töông öùng hoaëc ñaùnh daáu boû choïn ñeå khoâng cho hieån thò thanh coâng cuï ñoù treân cöûa soå chöông trình. Taát caû caùc nuùt treân caùc thanh coâng cuï. Trang 12 §4 QUAÛN LYÙ CAÙC TAÄP TIN DÖÕ LIEÄU SAP2000 4.1. Taïo môùi file File > New Model… hoaëc click vaøo nuùt New maøu traéng treân thanh coâng cuï chuaån (standard). 4.2. Löu file File > Save as… löu file khi caàn ñaët teân file môùi hoaëc löu ôû vò trí ñöôøng daãn môùi. Teân file döõ lieäu cuûa SAP2000 coù phaàn môû roäng laø SDB, daïng teân file laø filename.SDB. File > Save… hoaëc click vaøo nuùt Save (hình ñóa meàm) treân thanh coâng cuï chuaån (standard) hoaëc nhaán toå hôïp phím (Ctrl + S) ñeå löu nhanh file vaøo ñuùng vò trí vaø ñuùng teân file maø noù ñang toàn taïi, nhöng neáu nhö taäp tin ñang laøm vieäc chöa löu laàn naøo thì leänh save gioáng nhö leänh save as laø löu file khi caàn ñaët teân file môùi hoaëc löu ôû vò trí ñöôøng daãn môùi. 4.3. Môû file ñaõ coù File > Open… hoaëc click vaøo nuùt Open (hình cuoán saùch maøu vaøng môû ra) treân thanh coâng cuï chuaån (standard) hoaëc nhaán toå hôïp phím (Ctrl + O) ñeå môû file ñaõ coù löu trong thieát bò ghi döõ lieäu, baïn caàn choïn ñuùng ñöôøng daãn vaø teân file ñaõ coù filename.SDB roài nhaáp ñuùp hoaëc click choïn nuùt open treân hoäp thoaïi. 4.4. Caùc file döõ lieäu khaùc Ngoaøi file döõ lieäu *.SDB, SAP2000 coøn coù caùc file döõ lieäu khaùc coù phaàn môû roäng nhö sau: *.S2K, *.$2K coù theå duøng phaàn meàm soaïn thaûo khaùc ñeå taïo file döõ lieäu roài import vaøo chöông trình SAP2000. *.EKO chöùa caùc thoâng tin veà döõ lieäu nhaäp vaøo. *.OUT chöùa caùc keát quaû ñöôïc xuaát ra. *.TXT khi caàn xuaát keát quaû phaân tích vaø thieát keá ra daïng baûng bieåu ñeå coù theå tieáp tuïc xöû lyù keát quaû baèng caùc phaàn meàm khaùc nhö Word, Excel … Trang 13 §5 QUY TRÌNH PHAÂN TÍCH NOÄI LÖÏC BAÈNG SAP2000 5.1. Xaây döïng sô ñoà tính 5.1.1. Choïn ñôn vò Tröôùc khi thöïc hieän baát kyø baøi toaùn naøo baèng SAP2000 ñeàu phaûi choïn ñôn vò chuaån cuûa löïc – chieàu daøi – nhieät ñoä. Hoäp ñôn vò ôû goùc döôùi beân phaûi cöûa soå chöông trình. Tuøy theo baøi toaùn, baïn coù theå choïn ñôn vò kgf-m-C hoaëc Ton-m-C … 5.1.2. Taïo moâ hình môùi File > New Model … Trong SAP2000 v9.03 coù ñeán 18 caùch ñeå taïo môùi moät moâ hình keát caáu, ñoái vôùi ngaønh Xaây döïng daân duïng vaø coâng nghieäp, thoâng thöôøng choïn caùc moâ hình sau: Beam (Daàm), 2D Trusses (Daøn phaúng), 3D Trusses (Daøn khoâng gian), 2D Frames (Khung phaúng), 3D Frames (Khung khoâng gian) Wall (töôøng), Flat Slab (Saøn phaúng), Shells (Taám voû) vaø Staircases (Caàu thang). Trang 14 Sau khi choïn Beam trong hoäp thoaïi New Model Sau khi choïn 2D Frame trong hoäp thoaïi New Model Sau khi choïn Grid Only trong hoäp thoaïi New Model Trang 15 Choïn phöông aùn xaây döïng moâ hình töø caùc ñöôøng löôùi khi caùc kích thöôùc nhòp hoaëc chieàu cao taàng khoâng ñeàu (khoaûng caùch löôùi theo moãi phöông khoâng ñeàu nhau). Choïn v Use Custom Grid Spacing and Locate Origin. Sau khi click vaøo Edit Grid … - X, Y, Z Grid Data: Döõ lieäu ñöôøng löôùi theo X, Y, Z. - Grid ID: soá hieäu ñöôøng löôùi x1,2,3…, y1,2,3…, z1,2,3… - Ordinate: Toïa ñoä ñöôøng löôùi Trang 16 5.1.3. Hieäu chænh vaø gaùn lieân keát Choïn nuùt caàn gaùn hoaëc hieäu chænh lieân keát, Assign > Joint > Restraints … 5.1.4. Thay ñoåi vaø hieån thò soá thöù töï phaàn töû / soá thöù töï nuùt Thay ñoåi soá thöù töï phaàn töû / nuùt, Edit > Change Labels … Trang 17 Hieån thò soá thöù töï phaàn töû / nuùt, View > Set Display Options … Choïn Labels trong caùc oâ Joints vaø Frames/Cables/Tendons. 5.2. Ñaëc tröng vaät lieäu vaø tieát dieän 5.2.1. Ñaëc tröng vaät lieäu Define > Material … Sau khi choïn CONC vaø click vaøo Modify/Show Material … Trang 18 Trang 19 Sau khi choïn STEEL vaø click vaøo Modify/Show Material … 5.2.2. Ñaëc tröng tieát dieän Define > Frame Sections…