Sử dụng ETABS trong thiết kế kết cấu nhà cao tầng

Điển hình ở Hà Nội, tại các khu đô thị mới nhưLinh Đàm, Mỹ Đình, Mễ Trì, Nam Trung Yên, Định Công, … việc xây dựng các chung cưtừ 11 tầng đến 18 tầng là phổ biến. Trong những năm tới đây để đáp ứng nhu cầu thực tế của đất nước sẽ còn nhiều các công trình cao tầng lớn hơn được xây dựng tại Hà Nội và các thành phố, tỉnh thành ở Việt Nam.

Cùng với sự phát triển và xây dựng mới nhà cao tầng, trong bài viết này đề cập đến công nghệ tính toán và thiết kế kết cấu nhà cao tầng ở nước ta.

Để tính toán kết cấu một công trình xây dựng dân dụng có nhiều phần mềm kết cấu trong và ngoài nước để các nhà thiết kế lựa chọn như: SAP 2000 CSI-Mỹ, STAAD III/PRO REI-Mỹ, PKPM Trung Quốc, ACECOM Thái Lan, KPW CIC - Việt Nam, VINASAS CIC - Việt Nam. Song việc tính toán và thiết kế nhà cao tầng sẽ phức tạp hơn rất nhiều bởi trong quá trình tính toán phải kể đến các thành phần tải trọng động như: gió động, động đất tác dụng lên công trình, cũng nhưviệc thiết kế kiểm tra các cấu kiện dầm, cột, vách cứng, sàn sau khi đã có kết quả nội lực. Do đó việc lựa chọn một phần mềm kết cấu đáp ứng được các điều kiện như: dễ sử dụng, độ tin cậy cao và đáp ứng được các yêu cầu thực tế trong tính toán và thiết kế kết cấu nhà cao tầng là một lựa chọn cần cân nhắc đối với các kĩ sư kết cấu.

Ra đời từ đầu những năm 70, ETABS Extended 3D Analysis of Building Systems là phần mềm kết cấu chuyên dụng trong tính toán và thiết kế nhà cao tầng. ETABS có xuất xứ từ trường Đại học Berkeley Mỹ và cùng họ với SAP 2000. Điểm nổi bật của ETABS ở đây mà các phần mềm kết cấu khác SAP 2000, STAAD III/PRO không có như:

- ETABS là phần mềm kết cấu chuyên dụng trong tính toán và thiết kế nhà cao tầng.

- Giao diện được tích hợp hoàn toàn với môi trường Windows 95/98/NT/2000/XP.

- Tất cả các thao tác được thực hiện trên màn hình đồ hoạ thân thiện.

- Tính năng vượt trội trong vào số liệu, chỉnh sửa và sao chép dễ dàng, thuận tiện theo khái niệm tầng tương tự.

- Tối ưu mô hình hoá nhà nhiều tầng. Có thể mô hình các dạng kết cấu nhà cao tầng: Hệ kết cấu dầm, sàn, cột, vách toàn khối; Hệ kết cấu dầm, cột, sàn lắp ghép, lõi toàn khối…

- Các thư viện kết cấu sẵn có hoặc xây dựng sơ đồ kết cấu: dầm, sàn, cột, vách trên mặt bằng hoặc mặt đứng công trình bằng các công cụ mô hình đặc biệt.

- Kích thước chính xác với hệ lưới và các lựa chọn bắt điểm giống AutoCAD. Đặc biệt là hệ trục định vị mặt bằng kết cấu.

- Xuất và nhập sơ đồ hình học từ môi trờng AutoCAD file *.DXF

- Tự động tính toán tải trọng cho các kiểu tải sau: tải trọng bản thân, gió tĩnh, động đất theo tiêu chuẩn UBC, BS8110, BOCA96, hàm tải trọng phổ Response Spectrum Function, hàm tải trọng đáp ứng theo thời gian Time History Function…

- Tự động xác định khối lượng và trọng lượng các tầng.

- Tự động xác định tâm hình học, tâm cứng và tâm khối lượng công trình.

- Tự động xác định chu kì và tần số dao động riêng theo hai phương pháp Eigen Vectors và Ritz Vectors theo mô hình kết cấu không gian thực tế của công trình.

- Đặc biệt có thể can thiệp và áp dụng các tiêu chuẩn tải trọng khác như: tải trọng gió động theo TCVN 2737-95, tải trọng động đất theo dự thảo tiêu chuẩn tính động đất Việt Nam hoặc tải trọng động đất theo tiêu chuẩn Nga SNIPII-87 hoặc SNIPII-95.

- Phân tích và tính toán kết cấu theo phương pháp phần tử hữu hạn với lựa chọn phân tích tuyến tính hoặc phi tuyến.

- Thời gian thực hiện phân tích, tính toán công trình giảm một cách đáng kể so với các chương trình tính kết cấu khác.

- Đặc biệt việc kết xuất kết quả tính toán một cách rõ ràng, khoa học giúp cho việc thiết kế, kiểm tra cấu kiện một cách nhanh chóng, chính xác.

- Thiết kế và kiểm tra cấu kiện dầm, sàn, cột, vách theo các tiêu chuẩn: ACI318-99, UBC97, BS8110-89, EUROCODE 2-1992, INDIAN IS 456-2000, CSA-A23.3-94 … Trong đó: cấu kiện dầm tính ra đến diện tích thép Fa, cấu kiện cột tính ra đến diện tích thép Fa có thể thực hiện bài toán thiết kế hoặc kiểm tra cấu kiện cột, cấu kiện vách tính ra đến diện tích thép Fa theo tiêu chuẩn ACI318-99, UBC97, BS8110 có thể thực hiện bài toán thiết kế hoặc kiểm tra cấu kiện vách.

- Thiết lập một cách nhanh chóng, chính xác, ngắn gọn thuyết minh tính toán công trình.

- Kết xuất dữ liệu ra các môi trường khác như: SAP 2000, SAFE, AUTOCAD, ACCESS, WORD, NOTEPAD.

- Đặc biệt là việc kết xuất các mức sàn tầng của công trình sang chương trình phụ trợ SAFE để tính toán sàn bê-tông cốt thép. Kết quả cuối cùng đạt được là biểu đồ nội lực, diện tích thép Fa, bố trí triển khai thép sàn.

Ghi chú: SAFE là phần mềm kết cấu chuyên dụng tính toán cho các loại bản sàn bê-tông cốt thép theo phương pháp phần tử hữu hạn như sàn giao thoa, sàn không dầm, sàn nấm, … ngoài ra SAFE còn có thể tính nội lực và tính thép cho đài móng đơn hoặc móng tổ hợp, móng bè. SAFE nằm trong bộ phần mềm SAP, ETABS, SAFE của trường Đại học Berkeley Mỹ.

- Ngoài ra, ETABS có thể tính toán và thiết kế cho cấu kiện dầm tổ hợp Composite Beam, thực hiện thiết kế chi tiết liên kết tại các nút đối với kết cấu thép Joint Steel Design theo các tiêu chuẩn thông dụng trên thế giới.

Mặc dù mới xuất hiện ở Việt Nam, xong có thể khẳng định ETABS là phần mềm kết cấu nổi trội và tiện dụng hơn hẳn so với các phần mềm kết cấu khác như: SAP 2000, STAAD III/PRO, PKPM trong việc tính toán và thiết kế nhà cao tầng.

Mục tiêu của việc phát triển và xây dựng nhà cao tầng ngoài việc đảm bảo các yêu cầu về kiến trúc, môi trường, cảnh quan, … thì vấn đề tính toán thiết kế kết cấu công trình vẫn được đặt lên hàng đầu. Do đó việc lựa chọn một phần mềm phù hợp, rút ngắn thời gian, tiết kiệm tiền bạc và có độ tin cậy cao hoàn toàn do các kĩ sư kết cấu và các đơn vị tư vấn quyết định.

KS. Ngô Minh Đức.

Nguồn tin: ashui.com