Phân tích và thiết kế kết cấu bằng phần mềm SAP2000 - Version 9.x - Tập 1 Phần cơ bản

 sơ đồ hình học kết cấu 
- Phát sinh nhóm GRP1 thanh 3 chân cột và dầm 
 + Chọn tất cả phần tử Edit > Replicate > [Radial] 
 Rotate about: Z Axist 
 Angle: 120; number; 2 
 - Chọn tất cả phần tử gán cho nhóm GRP2 
 - Tạo các dầm đai 
 + Thêm vào hệ toạ độ trụ mới 
Option > Set Coordinate System > [Add System] > [Cylindrical] 
 System Name: CSYS1 
 Grid spaces Grid spacing 
Along Radius 1 1.0833 
Along Theta 24 15 
Along Z 0 1 
 [Advanced]> [Translation] Z : 4 
Co
py
rig
ht 
(
) b
y B
ui 
Du
c V
inh
 + Chọn hệ toạ độ CSYS1 làm hệ 
toạ độ hiện hành và thiết lập một trong hai cửa 
sổ màn hình ở chế độ mặt phẳng rt. 
 + Chọn công cụ vẽ nhanh phần tử 
thanh dầm [Quick Draw Frame Element], nhắp 
vào một cung bất kỳ (nên chọn như hình dưới) 
 + Nhân bản phần tử vừa vẽ để có 
được toàn bộ vành đai ở cao trình 4.0m. 
 + Chọn tất cả vành đai và gán 
vào nhóm VDAI1 sau đó gán đặc trưng hình học 
02X04 cho chúng. 
 - Kết quả sau một số bước như sau: 
 - Với cách làm tương tự ta có thể vẽ được vành 
đai đường kính 0.9167m ở cao trình 8.0m và hai vành đai 
đường kính 1.5m, 3.0m ở cao trình 12m. Sau vẽ xong nên 
gán đặc trưng hình học cho phần tử liền sau đó. 
Hình 5.67c Thêm hệ toạ độ CSYS1 
Hình 5.67d Mặt bằng rt của hệ toạ độ 
CSYS1 
 Phần tử vẽ 
ban đầu 
Hình 5.67e. Sơ đồ tổng thể 
Co
py
rig
ht 
(C
) b
y B
ui 
Du
c V
inh
Bước 4: Kiểm tra mặt phẳng quán tính của tiết diện cho các phần tử. 
 - Đối với phần tử dầm thì rất đơn giản do hệ trục tọa độ mặc định cho phần tử nàm ngang 
phù hợp với mặt phẳng quán tính của tiết diện đã khai báo, cho nên không cần phải thay đổi. 
 - Đối với hai cột chống nằm ngoài mặt phẳng X, Z nếu chương trình không tự động xoay 
hệ trụ toạ độ địa phương thì ta phải quay một góc phù hợp, cụ thể như sau: 
 + Cột có toạ độ y dương quay một góc +60o 
 + Cột có toạ độ y âm quay một góc -60o (hình 5.67g). 
 - Trong trường hợp cụ thể này, do hai cột nằm ngoài mặt phẳng XZ được tạo ta từ cột 
nằm trong mặt phẳng XZ, mà hệ toạ độ mặc định của nó đã phù hợp. Do vậy khi phát sinh, 
chương trình đã thực hiện luôn việc quay hệ trục toạ độ cho phần tử mới (H 5.76h). Kết quả là ta 
không cần thay đổi hệ toạ độ địa phương của bất kỳ phần tử nào. 
Bước 5: Gán tải trọng tác dụng 
 - Định nghĩa hai trường hợp tải: LATLD cho tải trọng 
ngang (Self weight multiplier=0.0, Type = WIND) và VERLD (self 
weight multiplier=1.0, Type = LIVE) cho tải trọng đứng. 
 - Chọn tất cả các phần tử dầm tại mặt phẳng cao trình 12 
m, sau đó trừ đi các phần tử dầm ở vòng đai ngoài. 
1 
2 
3 
Hình 5.67f. Hệ trục toạ độ mặc định 
cho tất cả các thanh dầm nằm ngang 
2 
3 
2’ 
3’ hướng 
mặc định 
3 (Hướng khai 
báo) 
2 (Hướng khai 
báo) 
 Góc quay a =-60o 
Hình 5.67g 
Hình 5.67h. Hình chiếu 
phối cảnh toàn kết cấu 
Co
py
rig
ht 
(C
) b
y B
ui 
Du
c V
inh
 + Gán tải trọng phân bố qz = -1.83T/m cho trường hợp VERLD. 
 + Chọn các phần tử vòng ngoài, gán tải trọng đứng qz = -1.25T/m 
 - Chọn lại lần nữa tất cả các phần tử ở cao trình 12m, gán tải trọng ngang qx=0.25T/m 
(Các số liệu tải trọng và kích thước mang tính chất tham khảo) cho trường hợp tải LATLD. 
 - Định nghĩa tổ hợp tải COMBO1 = 1.3*VERLD + 1.2*LATLD 
Bước 6: Giải và kiểm tra kết quả 
 - Ap đặt điều kiện biên ngàm cho các nút tại chân cột 
 - Kiểm tra lần cuối và thực hiện giải. 
q Kết quả chuyển vị của tổ hợp tải COMBO1 
Đơn vị: m-rad 
Vị trí nút UX UY UZ RX RY RZ 
Chuyển vị của ba nút đầu cột tại cao trình 12m 
Nút 2 (0, 0.75, 12) 0.0198 0.0000 -7.082E-04 0.0000 1.322E-04 0.0000 
Nút10 (0.375, -0.64, 12.) 0.0198 3.472E-06 -6.992E-04 1.028E-04 2.635E-04 -1.915E-06 
Nút15 (0.375, -0.64, 12.) 0.0198 -1.898E-06 -6.991E-04 -1.036E-04 2.620E-04 2.500E-06 
Hình 5.67i Biểu đồ chuyển vị và nội lực Co
py
rig
ht 
(C
) b
y B
ui 
Du
c V
inh
Bài tập chương 5 
BÀI TẬP ĐỀ NGHỊ 
Bài 1: Cho hệ kết cấu dàn mái như hình (H.68) 
 Mô đun đàn hồi : E = 2.1´106 kG/cm2, 
 Trọng lượng riêng : g = 7800 kG /m3, 
 Tải trọng tập trung: P = 0.8T 
 Diện tích các thanh : 
 - Các thanh mặt trên và dưới A = 15cm2, 
 - Các thanh xiên và thanh chống A = 12cm2, 
 Tính nội lực, chuyển vị của dàn. 
Bài 2: Cho hệ dàn hình (H.5.69), tính nội lực và chuyển vị, các thông số vật liệu như ở bài 
trước 
Tải trọng P =100KN 
Diện tích các thanh: 
 - Biên dưới và thanh xiên : A1 = 450mm2 
 - Biên trên : A2 = 350mm2 
3 x 1m 4 x 1.5m 
P 0.5P P P 0.5P 
1m 
3 x 0.5m 
3 x 1m 
Hình 5.68. Kết cấu dàn mái 
P P P P=100KN 
1000mm 
4 x 1000mm 
Hình 5.69. Hệ dàn chịu tải trọng tập trung 
Co
py
rig
ht 
(C
) b
y B
ui 
Du
c V
inh
Bài tập chương 5 
Bài 3: - Cho cột điện bằng thép hình (H.5.70) có các thông số vật liệu như sau: 
 E = 210 KN/mm2, n = 0.3 
- Diện tích các thanh: 
 + 3 đốt dưới : A = 21.06 cm2 
 + Các thanh đứng của 3 đốt trên, thanh xà, thanh chống: A = 8.66cm2 
 + Các thanh giằng 4 đốt trên, các thanh giằng của xà ngang: A = 4.79cm2 
- Tải trọng H =30KN, V= 60KN 
Vẽ biểu đồ chuyển vị và nội lực 
Bài 4 : Cho kết cấu cầu dàn thép hình (H.5.71) 
Mô đun đàn hồi E = 2.1 x 107 T/m2, trọng lượng riêng g = 8.75 T/m3 
- Diện tích mặt cắt ngang A : 
 + Thanh cánh trên, bụng : 0.045 m2 
 + Thanh trụ đứng, thanh xiên chính : 0.036 m2 
 + Thanh đứng phụ, thanh xiên phụ : 0.024 m2 
- Tính chuyển vị và nội lực cho 3 trường hợp tải : 1 - Trọng lượng bản thân 
 2 - P1 = 32 T 
 3 - P2 = 16 T 
P1 
P2 P2 P2 
18 x 3m = 54m 
9.5 m 10.5 m 
7.5 
m 5.0 
4.0 
0.0 
Hình 5.71 cầu dàn vòm 
Co
py
rig
ht
(C
) b
y B
ui 
Du
c V
inh
Bài tập chương 5 
Bài 5 : Cho hệ kết cấu hình (H.5.72) 
 Mô đun đàn hồi E = 2.1 x 10 7 T/m2 , trọng lượng riêng g = 8.75 T/m3 
- Diện tích mặt cắt ngang A : 
 + Thanh cánh trên, bụng : 0.036 m2 
 + Thanh trụ đứng : 0.024 m2 
 + Thanh xiên : 0.018 m2 
- Tính chuyển vị và nội lực cho 3 trường hợp tải : 
1 - Trọng lượng bản thân 
 2 - P1 = 8.0 T; 3 - P2 = 24 T 
Bài 6 : Cho hệ khung, chịu tải trọng hình (H.5.73) 
Vật liệu bê tông có 
E = 2.5 x107 kN/m2; n = 0.2; g = 2.4 T/m3 
Kích thước cột : 30x50 cm 
 dầm : 30x60cm 
Tải trọng tập trung P =30kN. 
Tính chuyển nội lực và chuyển. 
P 
30kN/m 
P 
P 
P 
4m 6m 
 4x4m 
25kN/m 
25kN/m 
40kN/m 
Hình 5.73. Hệ khung phẳng 
Co
py
rig
ht 
(C
) b
y B
ui 
Du
c V
inh
Bài tập chương 5 
Bài 7: Cho hệ dầm giao nhau hình (5.74), tính nội lực, chuyển vị : 
Vật liệu : E = 2.9x106 T/m2, n= 0.18 
 Dầm dọc 0.25 x 0.4 m 
 Dầm ngang 0.25 x 0.3 m, trừ dầm ngang giữa 2 trục C-D : 0.2 x 0.3m 
Tải trọng : TH 1 q1 = 2.2 T/m - trên các dầm dọc của trục D, E,F 
 q2 = 1.8 T/m trên các dầm dọc của trục D-F 
 TH2: Tải trọng tập trung F - 6T/m 
 TH3 : tải tập trung P = 10.5T; M = 5.2 Tm 
PHẦN II : KẾT CẤU DÀN KHÔNG GIAN 
Bài 8: Cho hệ dàn có 25 thanh như hình (H.5.75), đặc trưng vật liệu cho ở bảng dưới. 
A 
B 
C 
D 
E 
F 
3.0m 
4.2m 
6mx5.2m 
2m 
4.2m 
3m 
P P P 
F F F F F F F 
Mx Mx Mx Mx Mx Mx Mx 
P P P 
Hình. 5.74 hệ dầm giao nhau 
190cm 
250cm 
250cm 
z x 
y 
500c
m 500cm 
Hình 5.75. Dàn không gian 
Co
py
rig
ht 
(C
) b
y B
ui 
Du
c V
inh
Bài tập chương 5 
Mô đun đàn hồi: E = 2.1x104 KN/cm2 , hệ số Poisson n = 0.3; diện tích các thanh cho 
ở bảng sau: 
Thanh 1-5 6-9 10-21 22-25 
Diện tích (cm2) 10.47 19.3 21.06 42.12 
Tải trọng 
Node Px Py Pz 
5 -2.30 
8 -2.30 
9 -4.50 -45.0 -23.0 
10 -45.0 -23.0 
Tính nội lực chuyển vị của hệ 
Bài 9: Tính chuyển vị và nội lực của hệ (H.1). 
Vật liệu thép có 
E = 2.1 106 Kg/cm2; hệ số Poisson n = 0.3 
Các thanh chính (trụ) : V 45, A = 3.48cm2 
Các thanh xiên : V 32, A = 2.35cm2 
Tải trọng đứng : 100kGgf, Tải trọng ngang : 50kGf 
3 x 3m 
 1m 
2m 
Hình 5.76. Cột điện 
Co
py
rig
ht 
(C
) b
y B
ui 
Du
c V
inh
Bài tập chương 5 
Bài 10: Tính chuyển vị và nội lực của hệ dàn hình (H.5.77) 
Vật liệu thép có E = 230 KN/cm2 
Diện tích các thanh như sau : 
 - Các thanh ngang (dọc) mặt dưới : f = 35mm, dày 3.5 mm 
 - Các thanh ngang (dọc) mặt trên : f = 25mm, dày 2.5 mm 
 - Các thanh xiên : f = 20mm, dày 2.0 mm 
Tải trọng là các lực tập trung P = 100 Kgf đặt tại các mắt trên của dàn 
Bài 11 : Phân tích nội lực hệ khung không gian cho ở hình (H.5.78). 
Vật liệu: 
 E = 2.8x107 kN/m2 ; n= 0.18 
- Tiết diện 
+ tầng 1-3 : cột fx0.2x0.4m 
 dầm 0.2x0.4m 
+ tầng 4,5 : cột 0.2x0.3m 
 dầm 0.2x0.3m 
 - Tải trọng : 
Thợp 1 : chỉ có TLBT 
Thợp 2 : tải phân bố (đứng) 
khối thấp : q1 =12 KN/m 
khối cao : q2 =8 KN/m 
Thợp 3 : chỉ có tải TT 
P1=20KN, P2=17.5KN 
P3=26KN 
Yêu cầu tính : 3 tổ hợp tải : 
COMBO1 = th1*2.5 + th2*1.9; 
COMBO2 = th1*1.6 + th3*1.4
 và COMBO3= 
th2*1.4 + th2*1.2 
Bài 12: Tính hệ khung như hình (H5.79) 
2 2 2 2 
0 
2 
2 
2 
2 
2 
Hình 5.77 
2.5mx5 
4m 
3m x 
2 
5m 
Hình 5.78. Khung không gian 
Co
py
rig
ht 
(C
) b
y B
ui 
Du
c V
inh
Bài tập chương 5 
- Kích thước dầm : 
+ Dầm ngang 0.25 x 0.4m 
+ Dầm dọc 0.3 x 0.5 
- Kích thước cột 
 + Tầng 1 - 3 : 0.3x0.5m 
 + Tầng 4 - 5 : 0.3x0.3m 
- Vật liệu E = 2.6x106 T/m2, n= 0.18 
- Tải trọng : 
 + Trọng lượng bản thân 
 + Tải trọng phân bố (đứng) 
trên : 
 dầm dọc qd = 1.5T/m 
 dầm ngang qn = 1.3T/m 
- Tải trọng phân bố (ngang) dầm vàø 
cột 
 mặt trước qt = 0.5T/m; mặt sau qs = 0.3T/m 
- Tính hệ trên với tổ hợp tải trọng tương ứng từng hệ số như sau : 
 Trọng lượng bản thân : 1.4; Tải trọng đứng : 1.7; Tải trọng ngang : 1.3; 
Bài 13: Tính hệ khung 
- Kích thước 
 + cột : 0.2x0.5 m 
 + dầm : 0.25 x 0.4m 
- Vật liệu E = 2.6x106 T/m2, n= 0.18 
- Tải trọng 
+ Tải trọng đứng phân bố trên các 
dầm bên trong q = 1.65 T/m 
+ Tải trọng tập trung đặt tại các 
nút của mặt trước mặt trước P = 3.4 T; 
Phần ban công : 
q = 0.54 T/m 
 Kích 
thước dầm 0.2 x 
0.45 m 
2m 
2m 
4m 
5x4.5
4x4
0 
3.8 
6.8 
9.8 
12.
15.
Hình. 5.79 
12.5 
9.5 
6.5 
3.5 
0.0 
4 4 4 
4 
4 
Hình 5.80 Co
py
rig
ht 
(C
) b
y B
ui 
Du
c V
inh