THỰC HÀNH TÍNH ĐỘNG ĐẤT, GIÓ ĐỘNG TRONG Sap2000 V9.0.3 & Excell
1. Đặt vấn đề:
 Trong các bài toán phân tích dao động trong kết cấu được trợ giúp của máy tính và được thực hiện bằng nhiều cách giải từ các phần mềm chuyên dụng như SAP2000, EABS...; trong bài viết này, Tôi đề xuất phương pháp thực hành phân tích sơ đồ kết cấu và tính toán dao động được kết hợp giữa SAP2000 v.9.0.3 (phiên bản V9.0.3) và Microsft Excel nhanh chóng và đạt được độ chính xác cao. Trong đó, việc tính lực động đất (gió động) theo tiêu chuẩn Nga CHиП- II -7-81(phương pháp lực ngang thay thế) và TCVN 2737-95.
 Nếu theo cách tính thông thường là sau khi phân tích dao động và tính toán được tổng lực ngang (lực động đất) ở các tầng thì được gán lực động đất vào tâm khối lượng (đối với ETABS) hoặc phân theo độ cứng của các cấu kiện (đối với Sap2000); với phương pháp này sẽ không được chính xác (và khá phức tạp đối với SAP 2000), vì hệ kết cấu là hệ đàn hồi (không phải cứng tuyệt đối) do vậy trong sơ đồ không gian, nội lực trong cấu kiện thanh, vách, lõi phụ thuộc rất nhiều vào điểm đặt lực và độ lớn của nó tại các điểm đặt đó; đối với công trình có mặt bằng và tải trọng không đối xứng thì việc phân bố khối lượng, dao động sẽ không đồng đều sẽ ảnh hưởng lớn tới vị trí đặt lực ngang thay thế.
 Trong SAP 2000 có thể khắc phục được nhược điểm trên, cụ thể là:
+ Sau khi phân tích dao động trong Sap2000, sau đó tính lực ngang thay thế trong Excell và gán vào sơ đồ tính ở Sap2000 (đúng điểm đặt khối lượng và có độ lớn tương ứng).
+ Tiếp theo là việc phân tích và tính toán nội lực (bao gồm cả tổ hợp) như các bài toán bình thường khác.
2. Khái niệm về sơ đồ tính và quy luật phân bố các khối lượng trong Sap2000:
 Khối lượng của các phần tử thanh được quy về 2 đầu nút thanh.
 Khối lượng của các phần tử sàn (Sheel) được phân về các nút (giao giữa các thanh).
 Tải trọng phân bố trên thanh quy đổi khối lượng gán về 2 nút đầu thanh.
 Tải trọng phân bố trên sàn (Sheel)quy đổi khối lượng gán về các nút sàn.
 ở dạng dao động thứ i tại mức (nút k)đặt khối lượng mk của nó (có chuyển vị yik ) được gán lực ngang thay thế (Rik) có phương cùng với dao động và lấy giá trị (+,-) theo theo phương chiều của chuyển vị trong phân tích dao động.
Từ sơ đồ và chấp nhận quy luật phân bố các khối như trên, thì việc thực hiện phân tích và tính toán lực động đất theo CHиП- II -7-81trong SAP2000V9 và Microsft Excel sẽ đơn giản và đạt được độ chính xác cao.
3. Quy trính thực hành:
3.1 Bước 1: thiết lập mô hình tính toán ban đầu (MHTTBĐ).
Việc thiết lập mô hình tính toán trong SAP2000 tiến hành bình thường và được định nghĩa và gán đầy đủ các đặc tính vật liệu, đặc trưng hình học, các lực vào kết cấu (gồm lực tĩnh, hoạt tải, gió, lực động đất (hoặc gió động) theo các dao động lựa chọn tính toán.
 Đối với tĩnh tải: gán ở sàn theo mật độ tải trọng (không kể tải trọng bản thân vì sap 2000 đã tự động tính rồi), tĩnh tải khác (tường trên dầm) theo phân bố trên dầm.
 Đối với hoạt tải cần được phân ra hoạt tải dài hạn và hoạt tải ngắn hạn.
 Tải trọng gió: theo phương X,Y phải, trái (để thuận lợi trong tổ hợp ).
 Tải động động đất đất: tạm thời gán lực theo định nghĩa một lực ở một nút bất kỳ theo phương bất kỳ (X,Y) và có giá trị bất kỳ =1 (để khi xuất sang Excel có sheel Joint Loads - Force).
 Thực hiện tổ hợp tải trọng cần thiết
CÁC ĐIỂM CẦN LƯU Ý TRONG BƯỚC 1:
- Không được phân chia phần tử Sheel, cũng như đặt chế độ Assign Atomatic Area Mesh trong Menu ASSIGN.
3.2 Bước 2:MHTT dạng .exe
 Thực hiện xuất mô hình tính toán sang File Excel từ Menu File \Export\SAP2000 MS Excel Spreadsheet. xls.File... ta được MHTT lưu dưới dạng file Excel. (Cần lưu ra một File riêng, khi lưu dữ cần đặt cho nó một tên riêng vì đây sẽ là Fille để tính toán và trong Model Definition khi thực hiện Export\SAP2000 MS Excel Spreadsheet. xls.File... cần đánh dấu hết để có một File dữ liệu đầy đủ).

Thực hiện \Export\SAP2000 MS Excel Spreadsheet. xls.File... và File MHTT lưu dưới dạng file Excel 

3.3 Bước 3:Phân tích dao động
Thực hiện Phân tích sơ đồ kết cấu để tính các dao động theo các phương (X,Y) trong MHTTBĐ; (số lượng dao động có thể chọn mỗi phương 3 dao động để tính). chú ý trong bước này trong Menu Define\Mass source...\chọn From load (vì thông thường trong bước định nghĩa Define\Load cases... ta đã định nghĩa phần lực tĩnh đã tính cả tải trọng bản thân kết cấu rồi “Self Weight Multiplier...=1); và chỉ chọn các lực tham gia dao động (gồm tĩnh tải, hoạt tải dài hạn); chú ý khi tính phương nào thì khoá các phương kia lại.

Xuất kết quả sang File Excell từ menu File\Export\SAP2000 MS Excel Spreadsheet. xls.File.... chọn ANALYSIS RESULTS (0 of ... table...): và đánh dấu để chọn 3 Sheet kết quả cần tính là:
\Joint Output\ -Displacements (Chuyển vị ở nút)
\-Joint Masses (Khối lượng ở nút)
\Structure Output\Modal Information\-Modal Participation Factors (chu kỳ Ti cần tính).
khi đó ta được một File kết quả phân tích dao động lưu giữa ở dạng Excel. Xem Hình 1:

(khi tới kết quả này thì File Sap MHTT ban đầu sẽ không cần thiết nữa)
Chú ý: Trong bước này khi thực hiện Run Analysis (hay bẩm nút F5) thì MODAL (trong cột CASENAME) dùng Run (cột Action) còn lại để Do Not Run để cho máy tính được tính nhanh hơn.
.
3.4 Bước 4: Thực hiện tính lực ngang thay thế (Rti)
Mở File Excel kết quả tính được ở bước 3 ra sẽ có 4 Sheet sau:
 Assembled Joint Masses: là Sheet Khối lượng phần phối tập trung tại nút
 Joint Displacements: là Sheet chuyển vị của các nút (tại các khối lượng tập trung) của các dao động T(i).
 Modal Participation Factors: Các dao động riêng
 Program Control: ?
Theo kết quả phân tích dao động có (Mass, chuyển vị yik,chu kỳ Ti) tính lực ngang thay thế ứng với mỗi chu kỳ; các lực này sẽ có điểm đặt tại nút có Mass tập trung, có phương chiều cùng với chuyến vị yik độ lớn tính theo CHиП- II -7-81 (chú ý bước này tính trên bảng tính Excel phải đúng “tên nút” vì File kết quả phân tích dao động trong Sheel Joint Displacements sắp sếp logi theo cột A nên Bạn cần thực hiện một số thủ thuật trong Excel để sắp xếp lại theo logic chu kỳ Ti (cột E)) .
(Xem ví dụ tính tính lực động đất dao động theo phương Y gồm Ry1,Ry2,Ry3 trong Excell trong bảng)
3.5 Bước 5: Thực hiện gán lực Rti vào sơ đồ tính toán:
Từ File Excel lưu giữ MHTT ở bước 2 ta copi các giá trị Rti (i=1,2,3...) tính được từ bước 4 vào Sheel Joint Loads - Force ở các cột tương ứng F1 hoặc F2 có kí hiệu theo định nghĩa lực động đất ở bước 1.


Chú ý: thực hiện việc copi này trong Excel phải Paste Values (vì trong bảng tính là công thức).
Đến bước này ta đã có một mô hình tính toán kết cấu đầy đủ các thuộc tính về vật liệu, kích thước hình học; về liên kết, về lực (tĩnh tải, hoạt tải, gió, lực động...); về tổ hợp tải trọng... và được lưu giữ dưới dạng File Excell.
3.6 Bước 6:
Từ mô hình SAP2000 chọn Menu File\Import\ chọn> SAP2000 MS Excel Spreadsheet. xls.File... và chọn New model sau đó chọn tiếp File Excel đã lưu giữ ở bước 1 và 4 trong Import Microsoft Excel Workbook và chọn Done; sau đó ta được một File Sap 2000 có mô hình tính toán kết cấu có File dạng (*SDB).

Một ví dụ về tính toán Rt khi đã được gán cho các nút có khối lượng tập trung ứng với chu kỳ Ty2 theo phương Y  Và thực hiện Automatic Area Mesh sau khi có MHTT hoàn chỉnh 


Đến lúc này bạn có thể thực hiện việc kiểm tra các thuộc tính của sơ đồ kết cấu từ Menu Display.
Và bạn cũng bắt đầu kiểm tra lại việc phân tích dao động.
Và để tính toán bạn cần làm tiếp các bước:
- Gán tự động Automatic Area Mesh từ Menu Assign\Area; hoặc end (lengh) offsets.Lựa chọn để Xuất số lượng mặt cắt nội lực từ Output Stations..
- và ....
Cũng như việc phân tích nội lực và tính toán nội lực.

4. Một số điểm lưu ý:
- Với cách thực hành này sẽ có kết quả sát thực với lý thuyết tính toán.
- Trong bước 3 thực hiện phân tích dao động khi có tính được Ti mà quá lớn bạn cũng có thể xem xét khả năng một số bức tường cũng tham gia hạn chế dao động thì khi đó bạn có thể định nghĩa thêm loại vật liệu gạch có các chỉ tiêu là khối xây (gồm mudun, hsố Poisson’s...) nhưng có Mass=0 và Weight ...=0 và mặt cắt Area sections... với bề dầy bằng tường gạch và loại vật liệu gạch chứ không nên dùng hệ số kinh nghiệm giảm chu kỳ (x0,7) vì như vậy sẽ không sát với sự làm việc của kết cấu (nó chỉ giảm chu kỳ không có cơ sở để giảm được chuyển vị trong công thức tính).
- Đối với các nút có chuyển vị đứng (theo phương Z) bạn cũng có thể tính hoặc kiểm tra lực động đất theo phương Z cho các nút đặc biệt này.
- Trong File Excel (ở bước 2) bạn cũng có thể mở File Excel đề xoá bớt các dữ liệu không cần thiết trong các Sheel (như các mặt cắt thép hình I trong Sheel Frame Props 01 - General, ...) để cho máy tính tăng nhanh tốc độ tính toán.
- Bạn cũng có thể mở rộng sang việc tính toán cho các sơ đồ móng băng dao thoa trên nền đàn hồi; khi đó việc tính toán và gán tải trọng (phản lực trong mô hình Sap khi tính phần khung) và gán hệ số đàn hồi cho các gối lò so...

- Trong ETAB phiên bản ? cũng có thể sử dụng File có dạng .s2k để gán tải trọng ngang vào nút.
Các bạn tham khảo và thử nghiệm !
(Nếu được các bạn ủng hộ, kỳ tới sẽ chia sẻ cùng các bạn “mẹo vặt” để gán tải trọng gió trong môi trường Sap2000 và ET AB có độ chính xác cao và nhanh)