CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1
Chương 1
TỔNG QUAN
2.1. LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của nền kinh tế và bùng
nổ dân số tại các thành phố lớn như Hà Nội, Đà Nẵng, Hồ Chí Minh, Cần
Thơ… thì tốc độ phát triển cơ sở hạ tầng ngày càng tăng trưởng mạnh. Đặc biệt
tại thành phố Hồ Chí Minh – trung tâm kinh tế phía Nam của Việt Nam, các
nhà cao tầng có qui mô trên 20 tầng được xây dựng ngày càng phổ biến. Các
tòa nhà điể
n hình có thể kể đến tại Tp.HCM như Cao ốc Sài Gòn M&C (42
tầng, cao 195,3m), Time Squares (hai khối 36 tầng, cao hơn 160m), SJC Tower
(52 tầng), Maritime Bank Tower (28 tầng)… Cuối năm 2010 đã khánh thành
tòa nhà cao nhất Tp.HCM, cao ốc Bitexco Financial Tower, tại số 45 Ngô Đức
Kế, quận 1 (Hình 1.1). Tòa nhà này được thiết kế lấy cảm hứng từ hình ảnh búp
hoa sen, biểu tượng của văn hóa Việt Nam, với tổng chiều cao 262m bao gồm
68 tầng. Điểm nhấn đặc biệt cho cao ốc này là sân
đỗ trực thăng được xây dựng
tại tầng 50 và đài quan sát tại tầng 47 cho phép ngắm nhìn cảnh quan thành phố
từ độ cao gần 200m với góc nhìn 360 độ. Tòa nhà cũng được xem là biểu tượng
cho sự năng động của Tp.HCM trong thời kỳ hội nhập kinh tế. Dự báo trong
những năm tiếp theo, các tòa nhà với qui mô tương đương hoặc lớn hơn sẽ còn
được xây dựng tại Việt Nam.
Cùng với sự phát tri
ển và xây dựng mới các nhà cao tầng, các công nghệ
tính toán và thiết kế kết cấu ngày càng được phát triển mạnh mẽ. Các phần
mềm tính toán có thể kể đến như ETABS, SAP 2000, ABACUS, STAAD
PRO… Trong số đó ETABS là chương trình tính toán kết cấu chuyên dụng cho
các nhà cao tầng từ đơn giản đến phức tạp. Điểm nổi bật của ETABS là có giao

diện thân thiện, dễ sử dụng, thời gian tính toán nhanh và cho kết quả khá chính
xác. Hầu hết các tòa nhà cao t
ầng nổi tiếng trên thế giới như cao ốc Burj Dubai
(141 tầng, cao 512m tại Các Tiểu Vương Quốc Ảrập Thống Nhất), cao ốc
CHƯƠNG 2: CÁC TIỆN ÍCH ỨNG DỤNG

2
Taipei 101 (101 tầng, cao 449m tại Đài Bắc, Đài Loan), Trung Tâm Tài Chính
Thượng Hải (101 tầng, cao 492m tại Trung Quốc) … đều sử dụng phần mềm
này để phân tích và thiết kế kết cấu. Hình 1.2 đến 1.4 mô phỏng các nhà cao
tầng điển hình được tính toán trong ETABS.





Hình 1.1 Cao ốc Bitexco Financial
Tower (Tp.HCM, Việt Nam)
Hình 1.2 Cao ốc Capital Plaza (Các Tiểu
Vương Quốc Ảrập Thống Nhất) bao gồm
5 khối nhà cao tầng, mỗi khối có 4 tầng
hầm và 40-45 tầng lầu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

3


Hình 1.3 Cao ốc Asia Square Tower 1
(Singapore) bao gồm 3 tầng hầm và 39

tầng lầu
Hình 1.4 Cao ốc Dubai Marina Office
Towers (Dubai) bao gồm 4 tầng hầm và
36 tầng lầu

2.2. PHẦN MỀM ETABS
2.2.1. Các chức năng chính của Etabs
ETABS cung cấp một giải pháp tổng thể cho việc phân tích và tính toán kết
cấu các công trình. Các điểm nổi bật và các chức năng chính của Etabs bao
gồm:
 Các tòa nhà cao tầng, trung tâm thương mại, chính phủ và các cơ sở
chăm sóc sức khỏe
 Các nhà để xe với các ramp dốc từ đơn giản đến phức tạp
 Hệ kết cấu giàn không gian
 Các tòa nhà với gi
ải pháp sàn dùng kết cấu thép, bê tông cốt thép hay
sàn composite.
 Các tòa nhà với hệ lưới hình chữ nhật hay hình tròn
 Các nhà cao tầng chịu các trường hợp tải trọng thẳng đứng và ngang,
bao gồm tải trọng gió và động đất
 Tự động truyền tải trọng từ các kết cấu sàn lên hệ dầm và vách
 Phân tích tĩnh và động P-
 Phân tích ảnh hưởng của trình tự thi công đến các kết cấu ch
ịu lực chính
CHƯƠNG 2: CÁC TIỆN ÍCH ỨNG DỤNG

4
trong nhà cao tầng
 Tính toán các kết cấu móng và gối tựa
 Phân tích chuyển lớn

 Phi tuyến tĩnh ngươi bị nga
 tòa nhà với cơ sở cách ly và bộ giảm chấn
 Drift tối ưu hóa cho các khung thép và bê tong
 Tầng mô hình với màng cứng hoặc bán cứng nhắc
 tự động giảm tải thẳng đứng
2.2.2. Đơn vị tính toán
Phần mềm ETABS cung cấp một hệ th
ống đơn vị tính toán phong phú bao
gồm các đơn vị về lực (lb, kip, KN, Kgf, N và T), chiều dài (in, ft, mm, m và
cm), nhiệt độ (
0
F,
0
C) và thời gian (sec). Các tổ hợp hệ thống đơn vị bao gồm:
 lb, in,
0
F, sec
 lb, ft,
0
F, sec
 kip, in,
0
F, sec
 kip, ft,
0
F, sec
 KN, mm,
0
C, sec
 KN, m,

0
C, sec
 Kgf, mm,
0
C, sec
 Kgf, m,
0
C, sec
 N, mm,
0
C, sec
 N, m,
0
C, sec
 T, mm,
0
C, sec
 T, m,
0
C, sec
 KN, cm,
0
C, sec
 Kgf, cm,
0
C, sec
 N, cm,
0
C, sec
 T, cm,

0
C, sec
Các hệ thống đơn vị hiện hành được chọn tại góc phía dưới bên phải màn
hình chính của ETABS (Hình 1.5). Ngoài ta, trong một số cửa sổ con của
ETABS còn cho phép chúng ta chuyển đổi hệ thống đơn vị khác so với đơn vị
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

5
hiện hành.

Hình 1.5 Chọn hệ thống đơn vị hiện hành trong ETABS

Chú ý:

 Đơn vị của thời gian luôn luôn là giây (sec) và do đó đơn vị của tần số
là Hz (số vòng/giây).
 Đơn vị của chuyển vị xoay luôn luôn là Radians (rad).
 Cần phân biệt rõ giữa khối lượng (mass) và trọng lượng (weight). Khối
lượng được sử dụng trong tính toán các lực quán tính hay các lực động
đất gây ra bởi gia tốc nền. Trọng lượng thì lại được xem như một loại
lực tác dụng.

Khi bắt đầu một mô hình mới thì chương trình sẽ yêu cầu lựa chọn hệ
thống đơn vị “mặc định”, nghĩa là khi chúng ta cần nhập hay xuất các
kết quả tính toán theo bất kỳ hệ thống đơn vị nào thì các giá trị này cũng
sẽ được qui đổi từ hệ thống đơn vị “mặc định” đã chọn. Tại Việt Nam,
thường chúng ta chọn hệ thống đơn v
ị “mặc định” là “T-m”. Hình 1.6
diễn tả cách chọn hệ thống đơn vị “mặc định” (thao tác File
 New

Model
 Default.edb  Units).
CHƯƠNG 2: CÁC TIỆN ÍCH ỨNG DỤNG

6


Hình 1.6 Chọn hệ thống đơn vị “mặc định”
2.2.3. Dữ liệu tầng
Một trong những thuộc tính ưu việt của phần mềm ETABS là khái niệm
làm việc theo tầng, nghĩa là chúng ta có thể mô hình, quản lý và làm việc kết
cấu theo từng tầng riêng biệt. Điều này hết sức thuận tiện và tiết kiệm nhiều
thời gian, đặc biệt trong các nhà cao tầng vì số tầng điển hình (giống nhau) lặp
lại khá nhiều. Trong ETABS, một tầng
được định nghĩa bởi các đối tượng bao
gồm sàn, dầm, cột, vách… nằm phía dưới mặt phẳng nằm ngang cắt xuyên qua
kết cấu tại một cao trình xác định. Điều này hết sức hữu dụng vì các đối tượng
trên có thể dễ dàng được mô hình trong mặt phẳng ngang tại cao trình tầng xác
định, thay vì phải mô hình theo mặt phẳng đứng (cột, vách…).
Ngoài ra, tại góc dưới bên phải màn hình chính trong ETABS cho phép
người sử dụng lựa ch
ọn một trong ba cách làm việc theo tầng như sau (Hình
1.7):
 One Story: chỉ cho phép làm việc với các đối tượng trên một tầng hiện
hành.
 All Stories: các đối tượng được hiệu chỉnh trên tầng hiện hành cũng sẽ
được hiệu chỉnh giống nhau trên tất cả các tầng.
 Similar Stories: các đối tượng được hiệu chỉnh trên tầng hiện hành
cũng sẽ được hiệu chỉnh giống nhau trên các t
ầng tương tự. Khái niệm

tầng tương tự sẽ được trình bày rõ hơn trong các phần sau.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

7

Hình 1.7 Chọn cách làm việc theo tầng

2.2.4. Hệ tọa độ và lưới
Các hệ tọa độ được định nghĩa trong phần mềm ETABS bao gồm:
 Hệ tọa độ tổng thể (Global Coordinate System): đây là hệ tọa độ
XYZ vuông góc trong không gian ba chiều. Tất cả các đối tượng trong
ETABS được xác định vị trí thông qua hệ tọa độ tổng thể này. Chiều
của các trục tọa độ X, Y, Z được xác định bằng qui tắc bàn tay ph
ải.
Chú ý: chiều của trục Z luôn luôn hướng lên trên, ngược chiều với gia
tốc trọng trường và chiều của tải trọng bản thân kết cấu. Ngoài ra, để
xác định và mô hình các đối tượng thì hệ lưới (grid system) ba chiều
thường được sử dụng. Các hệ lưới sử dụng có thể bao gồm ba trục
vuông góc hay bố trí theo tọa độ trụ và được xác định vị trí thông qua
hệ tọa độ tổng th
ể XYZ. Khi hệ lưới dịch chuyển thì có thể làm các đối
tượng gắn liền với hệ lưới này dịch chuyển theo. Ngoài ra, để hổ trợ
việc mô hình các đối tượng thêm chính xác, ETABS cũng cung cấp việc
truy bắt điểm (snap) theo hệ lưới giống như trong phần mềm vẽ
AutoCAD. Các cách truy bắt điểm bao gồm điểm đầu, điểm cuối, điểm
giữa, vuông góc, song song. Các tiệ
n ích này sẽ được trình bày rõ hơn
trong chương tiếp theo.
 Hệ tọa độ địa phương (Local Coordinate System): đây là hệ tọa độ

gắn liền với mỗi đối tượng được mô hình trong ETABS. Hệ tọa độ này
dùng để định nghĩa các đặc trưng vật liệu, tải trọng và các kết quả nội
CHƯƠNG 2: CÁC TIỆN ÍCH ỨNG DỤNG

8
lực (lực dọc, lực cắt, mômen) và ứng suất. Các trục của hệ tọa độ địa
phương được định nghĩa là bằng số 1, 2 và 3. Trong đó trục 1 màu đỏ,
trục 2 màu trắng và trục 3 màu xanh. Các trục địa phương vuông góc
với nhau và chiều cũng được xác định bằng qui tắc bàn tay phải. Chú ý:
khác với hệ trục tọa độ t
ổng thể thì hệ trục tọa độ địa phương không có
hệ lưới gắn liền.
 Hệ tọa độ phụ (Additional Coordinate System): đây là hệ tọa độ
nhằm hổ trợ trong việc mô hình và xem các đối tượng trong ETABS. Hệ
tọa độ này đặc biệt hữu dụng khi cần mô hình các kết cấu phức tạp.
2.2.5. Các đối tượng
Như đã trình bày ở trên, ETABS sử dụ
ng các đối tượng để mô hình các kết
cấu. Các loại đối tượng sau được sử dụng trong phần mềm này:
 Đối tượng điểm (Point Objects): bao gồm 2 loại là (1) Đối tượng nút
(Joint Objects) các đối tượng này được tự động tạo ra tại các điểm góc,
đầu hay cuối của việc mô hình, và (2) Đối tượng liên kết đất (Grounded
Link Objects) các đối tượng này được sử dụng trong việc mô hình các
gối tựa đặ
c biệt như thiết bị cản (dampers), cô lập dao động (isolators),
liên kết lò xo (springs)…
 Đối tượng đường (Line Objects): bao gồm 2 loại là (1) Đối tượng
thanh (Frame Objects) các đối tượng này dùng để mô hình dầm, cột,
thanh giằng và hệ dàn, và (2) Đối tượng liên kết (Connecting Link
Objects) các đối tượng này được sử dụng trong việc mô hình các liên

kết thanh đặc biệt như thiết bị cản (dampers), cô lập dao động
(isolators), liên kết lò xo (springs)… Khác với đối tượng thanh thì đối
t
ượng liên kết có thể có chiều dài bằng 0.
 Đối tượng vùng (Area Objects): các đối tượng này dùng để mô hình
vách cứng, sàn và các kết cấu thành mỏng. Các đối tượng vùng cần phải
được chia nhỏ khi phân tích nhằm đạt kết quả chính xác.
2.2.6. Qui ước dấu nội lực của đối tượng đường
Trong đối tượng đường tổng quát, nội lực trên mặt cắt ngang bất kỳ của
phần tử sẽ có sáu thành ph
ần, bao gồm:
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

9
 P: Lực dọc, có chiều dương là gây kéo tại tiết diện đang xét và chiều âm
gây nén.
 V
2
: Lực cắt theo phương trục 2, lực
 V
3
: Lực cắt theo phương trục 3
 T: Mô men xoắn
 M
2
: Mô men uốn xoay quanh trục 2
 M
3
: Mô men uốn xoay quanh trục 3
Dấu của các thành phần nội lực này được quy ước như Hình 8

2.2.7. Qui ước dấu nội lực của đối tượng vùng




CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

1
Chương
2

PHƯƠNG PHÁP CHUNG THIẾT KẾ
TRONG ETABS
2.1. LỜI NÓI ðẦU
Chương này sẽ trình bày các bước chính ñể mô hình và giải các bài toán cơ
bản trong ETABS. Các bài toán bao gồm:
• Kết cấu khung phẳng chịu các loại tải trọng
• Kết cấu sàn nhịp giản ñơn
• Kết cấu khung không gian có mô hình sàn, dầm và cột
• Kết cấu vách giản ñơn
• Kết cấu khung không gian có mô hình sàn, dầm, cột và vách
Nhìn chung, trình tự các bước chính ñể giải bài toán bao gồm như sau:
a. Tạo hệ lưới và chọn ñơn vị tính toán
b. Khai báo các thông số ñầu vào của bài toán bao gồm: vật liệu, tiết diện,
tải trọng và ñiều kiện biên
c. Tạo mô hình kết cấu
d. Gán các giá trị tính toán bao gồm: tải trọng
e. Tổ hợp tải trọng
f. Chia lưới phần tử (chia ảo và chia thật) và chọn dạng bài toán ñể giải
g. Giải bài toán và xuất các kết quả cần tìm


Sau khi ñọc xong chương này thì ñọc giả có thể làm quen các thao tác cơ
bản ñể giải các bài toán ñiển hình. ðặc biệt sau mỗi bài toán trình bày sẽ có các
bài tập và các ñáp án ñể ñọc giả có thể tự thực hiện và so sánh.
2.2. CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN
2.2.1. Kết cấu khung phẳng chịu các loại tải trọng

CHƯƠNG 2: CÁC TIỆN ÍCH ỨNG DỤNG

2
Cho hệ khung phẳng ABCD chịu các loại tải trọng như Hình 2.1, tiết diện
của dầm BC, cột AB và CD lần lượt là B200 x 300 và C200 x 200. Vật liệu của
khung dùng bê tông cấp ñộ bền B25 (tương ñương mác 350) có cường ñộ nén
14.5
n
R MPa
= , cường ñộ kéo 1.05
k
R MPa
= , modul ñàn hồi
30000
E MPa
=
, trọng
lượng riêng
3
2.5 /
T m
γ
=

và hệ số poisson
0.2
ν
=
.
Các câu hỏi:
(1) Vẽ các biểu ñồ nội lực (lực dọc, lực cắt và momen) và xác
ñịnh chuyển vị ngang của khung tại ñiểm C.
(2) Bỏ qua trọng lượng bản thân (TLBT) của dầm và cột, hãy
so sánh lời giải ETABS với lời giải của cơ kết cấu.



Hình 2.1 Kết cấu khung phẳng chịu các loại tải trọng

a. Tạo hệ lưới và chọn ñơn vị tính toán
Khởi ñộng chương trình ETABS bằng cách nhấp ñúp chuột vào biểu tượng
ETABS trên màn hình nền hoặc vào ñường dẫn sau Start
→
All Programs
→
Computers and Structures
→
ETABS 9
→
ETABS. Màn hình giao diện
chính của ETABS sẽ xuất hiện.

5
m


3m

q = 0.3T/m
P

=

2T

B 200 x 300
C 200 x 200
C

200 x 200

A

B

C

D


M=

0.5Tm

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN


3

Hình 2.2 Giao diện chính của ETABS

Thiết lập bài toán mới bằng cách nhấp chuột vào biểu tượng trên giao
diện chính của ETABS hoặc bấm tổ hợp phím tắt Ctr + N, hoặc vào ñường dẫn
sau File
→
New Model. Màn hình bài toán mới sẽ xuất hiện:

Hình 2.3 Hộp thoại tạo mô hình kết cấu mới

Các chọn lựa:
o Choose.edb: phát triển bài toán mới từ một bài toán ETABS có sẵn (chú ý:
các file ETABS ñược lưu với 3 ký tự cuối là .edb).
o Default.edb: chọn bài toán mới từ các dữ liệu mặc ñịnh của ETABS.
Sau ñó chọn No ñể tiếp tục, màn hình kế tiếp sẽ xuất hiện:

CHƯƠNG 2: CÁC TIỆN ÍCH ỨNG DỤNG

4

Hình 2.4 Chọn hệ lưới và các dữ liệu về tầng

Các chọn lựa bao gồm:
o Grid Dimensions (Plan): các dữ liệu về hệ lưới tọa ñộ trên mặt bằng
o Uniform Grid Spacing: khoảng cách giữa các lưới trong tọa ñộ vuông góc
o Number Lines in X Direction: số ñường lưới theo phương X
o Number Lines in Y Direction: số ñường lưới theo phương Y

o Spacing in X Direction: khoảng cách ñều giữa các lưới theo phương X
o Spacing in Y Direction: khoảng cách ñều giữa các lưới theo phương Y
o Custom Grid Spacing: tùy chỉnh khoảng cách lưới
o Story Dimensions: các dữ liệu về tầng
o Simple Story Data: dùng dữ liệu ñơn giản về tầng
o Number of Stories: số tầng của kết cấu
o Typical Story Height: chiều cao tầng ñiển hình
o Bottom Story Height: chiều cao tầng ñiển hình
o Custom Story Data: tùy chỉnh các dữ liệu về tầng
o Units: chọn ñơn vị “mặc ñịnh” ñể tính toán
o Add Structural Objects: thêm vào các kết cấu cho sẵn
Như ñã trình bày trong Chương 1, hệ trục tọa ñộ tổng thể của ETABS bao
gồm trục Z có chiều ngược với trọng trường, trục X và Y trong mặt phẳng
nằm ngang và vuông góc với trọng trường. Các trục này ñược xác ñịnh theo
qui tắc bàn tay phải.
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

5

Chọn hệ ñơn vị là “T-m”. Sau ñó nhập vào số lưới và các khoảng cách giữa
các lưới như hình vẽ. Sau ñó chọn OK ñể xác nhận các thông số của kết cấu.
Chú ý: sau ñó ETABS hiện ra màn hình giao diện chính, chọn tiếp hệ ñơn vị
mặc ñịnh là “T-m” tại góc dưới bên phải màn hình. Nếu không thực hiện
thao tác này thì ETABS sẽ chọn ñơn vị mặc ñịnh theo tiêu chuẩn Mỹ là “kip-
in” rất khó ñể thao tác sau này.
Chọn File
→
Save hoặc nhấp chuột vào biểu tượng
→
hộp thoại Save

Model File As xuất hiện và cho phép ñặt tên file cũng như vị trí lưu trong
máy tính. ðặt tên file là 2D_frame.EDB.
Tắt cửa sổ 3-D View bằng cách nhấp chuột vào biểu tượng phía dưới bên
tay phải. Trong ETABS có các chế ñộ View chính như sau:

Biểu tượng Tên gọi Chức năng

Rubber Band Zoom
Xem các ñối tượng theo hình chữ
nhật ñược chọn

Restore Full View
Xem toàn bộ các ñối tượng trên
giao diện chính

Restore Previous Zoom Trở lại chế ñộ xem trước ñó

Zoom In One Step Phóng to

Zoom Out Onw Step Thu nhỏ

Pan Dịch chuyển các ñối tượng cần xem

Set Default 3D View
Xem chế ñộ 3D toàn bộ các ñối
tượng

Set Plan View… Chọn mặt bằng tầng ñể xem

Set Elevation View… Chọn mặt ñứng ñể xem


Rotate 3D View Xoay chế ñộ xem 3D

Perspective Toggle Chế ñộ xem phối cảnh

Ngoài ra trong ETABS còn cho phép một chế ñộ xem khác là View
→
Set
Building View Limits… Chế ñộ này nhằm cung cấp cho người dùng các kiểu
CHƯƠNG 2: CÁC TIỆN ÍCH ỨNG DỤNG

6
nhìn có giới hạn của kết cấu. Ví dụ chúng ta ñang làm việc với các tầng 1 ñến 3
của nhà cao 20 tầng thì có thể chọn chế ñộ chỉ xem từ tầng 1 ñến 3, các tầng
khác sẽ không ñược hiển thị. ðiều này giúp cho người dùng thao tác sẽ tránh bị
nhầm lẫn.

Hình 2.5 Chọn hệ lưới và các dữ liệu về tầng

Các chọn lựa bao gồm:
o Set X Axis Limits (Min và Max): giới hạn góc nhìn theo trục X bởi các giá
trị Min và Max
o Set Y Axis Limits (Min và Max): giới hạn góc nhìn theo trục Y bởi các giá
trị Min và Max
o Set Story Range (Top Story và Bottom Story): giới hạn góc nhìn theo
tầng bởi các vị trí tầng ở trên (Top Story) và tầng bên dưới (Bottom Story)

Khai báo các ñặc trưng vật liệu
Chọn Define
→

Material Properties… hoặc nhấp chuột vào biểu tượng
, sau ñó xuất hiện hộp thoại Define Materials như hình
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

7

Trong ETABS cung cấp sẵn ñặc trưng của 2 loại vật liệu là bê tông
(CONC) và thép (STEEL). Nhập chuột chọn Add New Material… hộp thoại
Material Property Data (các ñặc trưng vật liệu) xuất hiện.
Các chọn lựa bao gồm:
o Material Name: ñặt tên của loại vật liệu, nhập vào B25 ứng với mác bê
tông của ñề bài
o Type of Material: loại vật liệu là ðẳng hướng (Isotropic) hay Trực hướng
(Orthotropic). ðối với vật liệu ðẳng hướng (Isotropic) như bê tông, thép
thì các giá trị modul ñàn hồi E, hệ số Poisson ν, hệ số giãn nở vì nhiệt α,
modul ñàn hồi trược G là như nhau theo 3 hướng. Tuy nhiên ñối với vật
liệu Trực hướng (Orthotropic) như gỗ, tre… thì các giá trị trên là khác
nhau theo 3 hướng.
o Mass per unit Volume: khối lượng riêng của vật liệu. Chú ý: giá trị này
thường ñược khai báo ñối với các bài toán tính toán ñộng ñất hay dao
ñộng của kết cấu. ðối với các bài toán phân tích tĩnh thì giá trị này hoàn
toàn không ảnh hưởng ñến kết quả phân tích.
o Weight per unit Volume: trọng lượng riêng của vật liệu, ñược tính bằng
khối lượng riêng nhân với gia tốc trọng trường
2
9.81 /
g m s
=
.
o Modulus of Elasticity: modul ñàn hồi E của vật liệu

o Poisson’s Ratio: hệ số Poisson ν
o Coeff of Thermal Expansion: hệ số giãn nở vì nhiệt α của vật liệu
o Shear Modulus: modul ñàn hồi trượt G của vật liệu
o Display Color: chọn màu cho vật liệu khai báo
CHƯƠNG 2: CÁC TIỆN ÍCH ỨNG DỤNG

8
o Design Property Data: các thông số khai báo cho việc thiết kế kết cấu tự
ñộng trong ETABS. Các thông số này tùy thuộc vào các modul tiêu chuẩn
thiết kế ñược tích hợp sẵn trong ETABS. Phần này sẽ ñược trình bày rõ
hơn trong các chương sau.
CHƯƠNG 3: CÁC TIỆN ÍCH ỨNG DỤNG

1
Chương 3
CÁC TIỆN ÍCH ỨNG DỤNG
Chương này sẽ trình những ứng dụng hổ trợ nâng cao trong quá trình
phân tích nội lực và chuyển vị trong kết cấu. Các cách phân tích này được so
sánh với những mô hình tương tự làm cơ sở để rút ra những thao tác tiện ích
cho việc mô phỏng trong ETABS.
Thuật ngữ “ba bước trước khi giải” được sử dụng trong Chương này với
mục đích nhằm giải thích kỹ ba chức năng luôn luôn được thực hiện trong quá
trình phân tích.
Bên cạnh
đó, các chức năng Dầm ảo, sàn ảo được sử dụng để mô phỏng
các loại tải trọng phân bố trên phần tử Frame và Shell, ví dụ như tải tường đặt
trực tiếp trên sàn hoặc tải hồ nước đặt trực tiếp trên mái…
Ngoài ra, chức năng Sàn cứng cũng được đề cập đến trong Chương này.
Với những sự hổ trợ tích cực của thao tác này, ng
ười sử dụng dễ dàng truy xuất

các dữ liệu đầu ra của bài toán dao động riêng và nhập tải trọng gió, động đất
nhanh chóng vào mô hình ETABS. Đây là thao tác đánh dấu sự khác biệt lớn
giữa hai cách nhập tải trọng trên trong phần mềm SAP2000 và ETABS.
Một vấn đề rất quan trọng khác để mô hình chính xác kết cấu giống như
bản vẽ kiến trúc đó là chức năng Insertion point. Đây là thao tác nhằm diễn tả

chính xác vị trí của phần tử Frame trong lúc mô hình. Đồng thời, các ứng dụng
của nó cũng đáng quan tâm như lệch trục cột, mô phỏng cột xiên…
Lâu nay, khi học môn học Bê tông cốt thép, ai cũng biết rằng khi truy xuất
nội lực của bài toán khung, có thể xuất theo hai sơ đồ, đó là sơ đồ đàn hồi và sơ
đồ dẻo. Muốn làm được việc này, ETABS đã hổ trợ tiện ích End Length
Offsets.
Tiếp theo trong Chương này, chức năng gán Pier và Spandrel trong việc
truy xuất dữ liệu đầu ra cho vách cứng cũng được bàn luận đến. Thao tác này
tạo sự khác biệt lớn giữa SAP2000 và ETABS khi muốn xuất nội lực và thiết kế
vách cứng trực tiếp trong ETABS. Đặt biệt, chức năng Pier còn hổ trợ tích cực
CHƯƠNG 2: CÁC TIỆN ÍCH ỨNG DỤNG

2
cho việc truy xuất dữ liệu tính móng chung cho những đối tượng vách cứng và
cột khi chúng được bố trí gần nhau.
Và cuối cùng, ứng dụng Section Cuts trong việc xuất ra nội lực và chuyển
vị khi thiết kế móng và sàn cũng được nhắc đến trong Chương này. So sánh
chức năng này với Pier trong việc truy xuất nội lực khi tính móng chung, từ đó
rút ra kết luận quan trọng về hai ứng dụng này.

3.1. TỰ ĐỘNG CHIA NHỎ PHẦN TỬ FRAME
3.1.1. Mục đích
Chức năng chia nhỏ phần tử thanh (Frame) được thực hiện trong ETABS
nhằm rời rạc hóa kết cấu một cách tự động cho quá trình phân tích. Đối với

phần tử Frame, ngoài việc chia nhỏ tại vị trí giao nhau giữa dầm và cột, các
giao điểm của đối tượng đường với đối tượng đường khác hoặc với cạnh của
đối tượng vùng cũng phải
được rời rạc. Khi đó, việc mô hình nhiều phần tử liên
kết với nhau tại giao điểm tốn rất nhiều thời gian và các kết quả phân tích cũng
phức tạp. Khắc phục nhược điểm này, ETABS cho phép kéo dài đối tượng
đường một cách tùy ý, quá trình phân tích sẽ tự động chia nhỏ nhưng kết quả
nhận được sẽ thể hiện trên các phần tử ban đầu.
Động tác này cần ph
ải phân biệt với khái niệm chia thật phần tử Frame
(Edit
 Divide lines). Chia thật là động tác rời rạc hóa không tự động, kết quả
phân tích sẽ hiển thị lên từng phần tử đã chia nhỏ. Điều này không hiệu quả cho
việc phân tích vì sẽ tăng thời gian tính toán.
3.1.2. Cách thực hiện
Chọn các đối tượng cần chia nhỏ, thao tác Assign
 Frame/Line 
Automatic Frame Subdivide.

Hình 2.1 Hộp thoại Line Object Auto Mesh Options
CHƯƠNG 3: CÁC TIỆN ÍCH ỨNG DỤNG

3
o Auto Mesh at Intermediate Points: Tự động phân chia các đối tượng
đường tại các điểm trung gian. Các điểm này là của phần tử khác hoặc các
điểm mesh của phần tử vùng (Area).
o Auto Mesh at Intermediate Points and Intersecting Lines/Edges: Tự
động phân chia các đối tượng đường tại các điểm trung gian, hoặc tại các
vị trí giao nhau với các đối tượng đường khác, hoặc cạnh của các đối
tượng vùng khác. Chú ý: ETABS mặc định chức năng này.

o
No Auto Meshing: Không tự động phân chia trong quá trình phân tích bài
toán. Chức năng này được dùng trong các bài toán không cần rời rạc hóa.
3.1.3. Ứng dụng
Hệ dầm trực giao có kích thước 250x600mm chịu tải trọng phân bố đều
q=1T/m như hình sau

Hình 2.2 Sơ đồ nghiên cứu
Kết quả phân tích chuyển vị và nội lực của hệ kết cấu trên khi thực hiện
hai cách chia lưới tự động cho phần tử Frame như Hình 2.3 và Hình 2.4.
Mô hình


Chuyển
vị (m)


CHƯƠNG 2: CÁC TIỆN ÍCH ỨNG DỤNG

4
Mô men
(T.m)


Hình 2.3 No Auto Meshing Hình 2.4 Auto Meshing
3.1.4. Nhận xét
Nếu chia lưới tự động cho các phần tử Frame tại các vị trí giao nhau thì
nội lực và chuyển vị của các phần tử Frame mới làm việc chung với nhau. Do
đó, phải thao tác Automatic Frame Subdivide trước khi phân tích nội lực và
chuyển vị khi sử dụng ETABS.

3.2. TỰ ĐỘNG CHIA LƯỚI ẢO CHO PHẦN TỬ SHELL
3.2.1. Mục đích
Khai báo các tùy chọn tự động chia nhỏ các đối tượng vùng Area. Chia
nhỏ các đối tượng vùng là công việc hết sức quan trọng, nếu muốn đảm bảo độ
chính xác thì các đối tượng vùng phải được chia nhỏ một cách tương ứng, nghĩa
là các phần tử phải được nối với nhau tại tất cả các điểm nằm trên cạnh chung.
Phân biệt chia lưới tự
động và chia thật Mesh area. Chia thật đối tượng
vùng sẽ hình thành n phần tử vùng nhỏ hơn, điều này sẽ bất lợi cho việc hiệu
chỉnh mô hình và truy xuất kết quả phân tích.
3.2.2. Cách thực hiện
Chọn các đối tượng Area cần chia nhỏ, thao tác Assign
 Shell/Area 
Area Object Mesh Options.
Giải thích các công cụ trong hộp thoại Hình 2.5:
Floor Meshing options: Các tùy chọn tự động chia nhỏ các đối tượng vùng
o Default (Auto Mesh at Beams and Walls if Membrane – No Auto Mesh
if Shell or Plate): Tự động chia nhỏ theo mặc định của ETABS, nghĩa là
chỉ tự động chia nhỏ đối tượng vùng thuộc dạng Membrane (phần tử
màng chỉ chịu kéo hoặc nén) tại vị trí giao nhau giữa đối tượng với dầm
và vách cứng; và không tự động chia cho các đối tượ
ng Shell hay Plate
(phần tử vùng chịu lực phức tạp).
CHƯƠNG 3: CÁC TIỆN ÍCH ỨNG DỤNG

5
o For Defining Rigid Diaphragm and Mass Only (No Stiffness – No
Vertical Load Transfer): Đối tượng vùng chỉ được đưa vào để định nghĩa
màng cứng và khối lượng. Đối tượng này không có độ cứng, không chịu tải
trọng thẳng đứng.

o No Auto Meshing (Use Object as Structural Element): Không tự động
chia nhỏ đối tượng.
o Auto Mesh Object into Structural Elements: Tự động chia nhỏ các đối
tượng vùng theo nhiều tùy chọn khác nhau.
o Mesh at Beams and Other Meshing lines: Tự động chia nhỏ tại các đ
iểm
giao nhau với các dầm và với hệ lưới khác.
o Mesh at wall and Ramp Edges: Tự động chia nhỏ tại các cạnh của vách
cứng và ram dốc.
o Mesh at Visible Grids: Chia nhỏ tại các đường lưới.
o Futher Subdivide Auto with Maximum Element Size of … : Tự động
chia nhỏ với kích thước lớn nhất của các phần tử

Hình 2.5 Hộp thoại Area Object Auto Mesh Options.
Ramp and Wall Meshing Options: Các tùy chọn tự động chia nhỏ vách
cứng (Wall) và Ram dốc (Ramp).
o No Subdivision of Object: Không tự động chia nhỏ
CHƯƠNG 2: CÁC TIỆN ÍCH ỨNG DỤNG

6

o Subdivide Object into … vertical and … horizontal: Tự động chia nhỏ
các vách cứng theo số phần tử phương đứng và ngang.
o Subdivide Object into Elements with Maximum Element Size of … : Tự
động chia nhỏ với kích thước lớn nhất của các phần tử.
o Add restraints/constraints on edge if corners have
restraints/constraints: Thêm vào ràng buộc biên tại các cạnh nếu có (xem
ràng buộc biên Line Constraint).
Khi thực hiện thao tác trên xong, không thấy đã chia nhỏ trên mô hình. Để
xem kết quả mô hình, nhắp chuột vào biểu tượng tùy ch

ọn  Hộp thoại Set
Buiding View Options xuất hiện, trong hộp thoại này chọn Auto Area Mesh.
3.2.3. Ứng dụng
Khởi tạo mô hình khung như Hình 2.6 nhằm giải thích tại sao phải chia nhỏ
phần tử Shell trong quá trình mô phỏng kết cấu. Mô hình này có hệ lưới 6x6x3m
bao gồm các cột có kích thước 300x300mm, dầm 200x400mm và sàn dày
120mm chịu tải trọng phân bố đều q=1T/m
2
.

Hình 2.6 Sơ đồ tính khung
Kết quả phân tích chuyển vị và nội lực của hệ kết cấu khung trên khi thực
hiện hai cách chia lưới tự động cho phần tử Shell được trình bày như Hình 2.7
và Hình 2.8.
3.2.4. Nhận xét
Kết quả chuyển vị, nội lực của sàn, dầm của hai mô hình là khác nhau.
Duy nhất, chỉ có lực dọc của cột là giống nhau. Khi không chia nhỏ cho sàn,
các cấu kiện không làm việc chung với nhau, chỉ có kết quả lực dọ
c của cột là
CHƯƠNG 3: CÁC TIỆN ÍCH ỨNG DỤNG

7
phân tích đúng. Ngoài ra, Hình 2.7 và Hình 2.8 cho thấy rằng tại mỗi điểm chia
nhỏ, sàn và dầm sẽ có cùng chuyển vị. Việc chia nhỏ sàn sẽ làm kết quả tính
toán nội lực của dầm mà sàn truyền tải lên chính xác hơn.
Do vậy, khi mô hình kết cấu bằng ETABS, phần tử shell phải được chia
nhỏ tự động - Auto Area Mesh
để tất cả các cấu kiện khác cho kết quả chuyển
vị và nội lực hợp lí. Nghĩa là chúng ta phải thực hiện thao tác Area Object
Mesh trước khi phân tích kết quả trong ETABS.


Mô
hình

Chuyển
vị (m)


Mô
men
sàn
M11
(T.m)


Mô
men
khung
M33
(T.m)

CHƯƠNG 2: CÁC TIỆN ÍCH ỨNG DỤNG

8
Lực
dọc cột
(T)

Hình 2.7 No Auto Area Mesh Hình 2.8 Auto Area Mesh



3.3. RÀNG BUỘC BIÊN AUTO LINE CONSTRAINT
3.3.1. Mục đích
Khai báo các tùy chọn ràng buộc biên tự động Auto Line Constraint để
liên kết các đối tượng vùng với nhau. Chức năng này được áp dụng trong
trường hợp không thể chia nhỏ các đối tượng vùng một cách tương ứng, nghĩa
là chúng không được nối với nhau tại tất cả các điểm nằm trên cạnh chung. Khi
đó để đảm bảo độ chính xác, ETABS sẽ tự động tạo ra các đối t
ượng đường
Line Constraint để liên kết các đối tượng vùng với nhau, đảm bảo sự tương
thích tại chỗ giao nhau mà chúng được chia lưới. Mặc dù vậy, không nên quá
lạm dụng công cụ này và khi phân chia các đối tượng vùng cố gắng sao cho
chúng được nối với nhau tại càng nhiều điểm nằm trên cạnh chung càng tốt.
3.3.2. Cách thực hiện
Chọn các đối tượng vùng Area, thao tác Assign
 Shell/Area  Auto
Line Constraint.

Hình 2.9 Hộp thoại Auto Line Constraint Options
o Do Not Create Line Constraints: Không tạo ra các Line Constraints