Luận văn: Tính toán kết cấu khung thép nhà công nghiệp, HAY

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI
-----------------------------------
ĐINH TRỌNG QUANG
TÍNH TOÁN KẾT CẤU KHUNG THÉP
NHÀ CÔNG NGHIỆP BẰNG PHƯƠNG PHÁP
PHẦN TỬ HỮU HẠN
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH
DÂN DỤNG & CÔNG NGHIỆP
Hà Nội - 2016

-----------------------------------
ĐINH TRỌNG QUANG
KHÓA: 2014 – 2016
Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình DD&CN
Mã số: 60.58.02.08
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH
DÂN DỤNG & CÔNG NGHIỆP
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. PHẠM VĂN TRUNG
TS. LÊ HỮU THANH
Hà Nội - 2016

-----------------------------------
ĐINH TRỌNG QUANG
KHÓA: 2014 – 2016
Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình DD&CN
Mã số: 60.58.02.08
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN
DỤNG & CÔNG NGHIỆP
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. PHẠM VĂN TRUNG
TS. LÊ HỮU THANH
XÁC NHẬN
CỦA CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN
Hà Nội – 2016

LỜI CÁM ƠN
Trước hết tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc về sự giúp đỡ và chỉ
dẫn hữu ích thường xuyên của các thầy cô giáo Trường Đại học Kiến Trúc Hà
Nội, sự giúp đỡ và tạo điều kiện của Khoa Đào tạo sau đại học trong quá trình
học tập cũng như hoàn thành luận văn này.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Phạm Văn Trung và TS. Lê
Hữu Thanh đã chỉ bảo tận tình và cho tôi nhiều góp ý đúng đắn cũng như tạo
điều kiện thuận lợi, cung cấp tài liệu và động viên để tôi hoàn thiện luận văn một
cách hoàn chỉnh và tốt nhất.
Tôi xin trân thành cảm ơn các thầy, cô trong Hội đồng chấm luận văn đã
tham gia đóng góp ý kiến quý báu cho bản luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp và gia đình đã động viên,
khích lệ, tạo điều kiện và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện và hoàn
thành luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 10 tháng 6 năm 2016
Học viên
Đinh Trọng Quang

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sỹ này là công trình nghiên cứu khoa học
độc lập của tôi. Các số liệu khoa học, kết quả nghiên cứu của Luận văn là trung
thực và có nguồn gốc rõ ràng.
TÁC GIẢ LUẬN VĂN
Đinh Trọng Quang

MỤC LỤC
Lời cảm ơn
Lời cam đoan
Mục lục
Danh mục các bảng, biểu
Danh mục các hình vẽ, đồ thị
MỞ ĐẦU....................................................................................................... 1
 Tính cấp thiết của đề tài................................................................. 1
 Mục đích nghiên cứu của đề tài..................................................... 2
 Phạm vi nghiên cứu........................................................................ 2
 Phương pháp nghiên cứu............................................................... 3
 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ...................................... 3
 Cấu trúc luận văn của đề tài.......................................................... 3
NỘI DUNG
CHƯƠNG 1: KẾT CẤU KHUNG NHÀ CÔNG NGHIỆP........................ 5
1.1. Tổng quan về khung nhà công nghiệp........................................... 5
1.1.1 Khái niệm......................................................................................... 5
1.1.2 Phân loại........................................................................................... 6
1.1.3 Chi tiết và cấu tạo các bộ phận trong khung nhà công nghiệp......... 11
1.2. Tải trọng tác dụng........................................................................ 14
1.2.1 Tĩnh tải (TT)................................................................................... 14
1.2.2 Hoạt tải (HT).................................................................................. 15
1.2.3 Tải trọng gió................................................................................... 15

1.2.4 Các loại tải trọng khác.................................................................... 16
1.2.5 Tổ hợp tải trọng.............................................................................. 16
1.3. Tính toán nội lực khung nhà công nghiệp................................... 17
1.3.1 Tính toán nội lực khung bằng phương pháp giải tích...................... 17
1.4.1 Tính toán nội lực khung bằng phương pháp số ............................... 21
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN KẾT CẤU KHUNG NHÀ CÔNG NGHIỆP
BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN...................................... 24
2.1. Phương pháp PTHH và các đặc điểm tính toán. ........................ 24
2.1.1 Các khái niệm cơ bản. .................................................................... 24
2.1.2 Các phương trình cơ bản trong PTHH. ........................................... 24
2.1.3 Kết nối phần tử trong hệ kết cấu..................................................... 28
2.1.4 Áp đặt các điều kiện biên ............................................................... 29
2.2. Tính toán nội lực khung nhà công nghiệp bằng PP PTHH........ 30
2.2.1 Phần tử có tiết diện không thay đổi................................................. 30
2.2.2 Phần tử có tiết diện thay đổi theo chiều dài..................................... 35
2.3. Chương trình tính toán kết cấu khung thép nhà công nghiệp... 40
2.3.1 Khái niệm chung ............................................................................ 40
2.3.2 Ngôn ngữ lập trình Fortran............................................................. 42
2.3.3 Lập trình giao diện GID.................................................................. 44
2.3.4 Sơ đồ khối chương trình................................................................. 44
2.4. Thiết lập chương trình tính.......................................................... 46
2.4.1 Xây dựng giao diện đầu vào của chương trình bằng GID ............... 46
2.4.2 Thiết lập chương trình tính bằng ngôn ngữ Fortan.......................... 52

CHƯƠNG 3: VÍ DỤ TÍNH TOÁN............................................................ 63
3.1 Khái niệm chung........................................................................... 63
3.2 Ví dụ tính toán 1........................................................................... 63
3.2.1 Số liệu tính toán ............................................................................. 63
3.2.2 Trình tự tính toán............................................................................ 65
3.3 Ví dụ tính toán 2........................................................................... 72
3.3.1 Khung có tiết diện không thay đổi.................................................. 73
3.3.2 Khung có tiết diện thay đổi............................................................. 75
3.4 Phân tích đánh giá kết quả tính toán .......................................... 77
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................... 79
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
STT Chữ viết tắt Tên đầy đủ
1 DOF Degree of freedom (Bậc tự do)
2 Dir Direction (Phương tác dụng)
3 Fortran
Formula Translating System – Ngôn ngữ lập
trình sử dụng cho phương pháp số
4 GUI
Graphical User Interface – Giao diện người
dùng đồ họa
5 GID Phần mềm xử lý dao diện đồ họa
6 HT Hoạt tải
7 PTHH Phần tử hữu hạn
8 TT Tĩnh tải
9 THTT Tổ hợp tải trọng

DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU
Số liệu
bảng, biểu
Tên bảng, biểu Trang
Bảng 3.1. Đặc trưng hình học mặt cắt ngang của khung 63
Bảng 3.2. Thông số đầu vào vật liệu 63
Bảng 3.3. So sánh kết quả chuyển vị 69
Bảng 3.4. So sánh kết quả nội lực 70
Bảng 3.5. So sánh phản lực liên kết chân cột 70
Bảng 3.6. Đặc trưng hình học mặt cắt ngang của kèo cột 71
Bảng 3.7. Thông số đầu vào vật liệu 72
Bảng 3.8. Đặc trưng hình học mặt cắt ngang của kèo cột 72
Bảng 3.9. So sánh kết quả chuyển vị tại đỉnh kèo 73
Bảng 3.10. So sánh kết quả nội lực tại chân và vai cột 74
Bảng 3.12. So sánh kết quả chuyển vị tại đỉnh kèo 75
Bảng 3.13. So sánh kết quả nội lực tại chân và vai cột 75

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Số liệu hình Tên hình Trang
Hình 1.1. Kết cấu điển hình của khung nhà công nghiệp 6
Hình 1.2. Kết cấu khung mái dốc đối xứng 7
Hình 1.3. Khung nhà công nghiệp có tầng lửng 7
Hình 1.4. Khung công nghiệp có cột giữa 8
Hình 1.5. Nhà công nghiệp có cột giữa chịu moment ở đỉnh kèo 9
Hình 1.6. Khung công nghiệp có mái cong 9
Hình 1.7. Khung thép tiền chế 10
Hình 1.8. Chi tiết cấu tạo cột khung nhà công nghiệp 12
Hình 1.9. Chi tiết kèo khung nhà công nghiệp 12
Hình 1.10. Bố trí giằng theo phương dọc nhà 13
Hình 1.11. Hệ thanh giằng trong khung đầu hồi 13
Hình 1.12.
Khung nhà công nghiệp có cột và kèo thay đổi tiết
diện [18]
14
Hình 1.13. Liên kết moment 19
Hình 1.14. Liên kết lực 19
Hình 1.15. Hệ cơ bản trong phương pháp chuyển vị 20
Hình 2.1. Phần tử thanh chịu uốn phẳng 31
Hình 2.2. Phần tử có tiết diện thay đổi theo chiều dài 35
Hình 2.3. Thanh tiết diện thay đổi chịu tải phân bố 39
Hình 2.4. Cấu trúc hoạt động của GID 44
Hình 2.5. Sơ đồ khối của chương trình 46
Hình 2.6. Thẻ nhập đầu vào vật liệu của chương trình 47
Hình 2.7. Điều kiện ràng buộc tại gối liên kết 49
Hình 2.8. Thẻ nhập tải trọng tác dụng tại nút của phần tử 50
Hình 2.9. Sơ đồ khối của chương trình 52
Hình 2.10. Sơ đồ khối của Mesh module 53
Hình 2.11. Sơ đồ khối của Macro module 54
Hình 3.1. Khung nhà công nghiệp 2 tầng 63
Hình 3.2. Gán liên kết trong GID 65
Hình 3.3.
Khung nhà công nghiệp 2 tầng thiết lập bằng phần
mềm GID
66
Hình 3.4. Số nút trong khung sau khi chia lại phần tử 66
Hình 3.5. Số phần tử trong khung sau khi chia lại 66

Số liệu hình Tên hình Trang
Hình 3.6. Chia lưới phần tử khung nhà công nghiệp 2 tầng 67
Hình 3.7. Khung nhà công nghiệp 1 tầng có tiết diện thay đổi 71
Hình 3.8. Khung nhà công nghiệp 1 tầng có tiết diện không đổi 73
Hình 3.9.
Số phần tử khung nhà công nghiệp 1 tầng (sau khi
Mesh)
73
Hình 3.10.
Số nút trong khung nhà công nghiệp 1 tầng (sau khi
Mesh)
73
Hình 3.11. Khung nhà công nghiệp 1 tầng có tiết diện thay đổi 75

1
MỞ ĐẦU
 Tính cấp thiết của đề tài
Do chính sách mở cửa và thu hút đầu tư nước ngoài của chính phủ, trong
những năm gần đây, Việt Nam đã và đang đón nhận luồng vốn đầu tư nước
ngoài ngày một tăng. Đơn cử đó là hàng loạt các dự án xây dựng các nhà máy
chế tạo, phân xưởng lắp ráp được đầu tư xây dựng tại các khu công nghiệp
trên khắp cả nước.
Trong hầu hết các dự án này, nhà công nghiệp khung thép nhẹ tiền chế
thường được các chủ đầu tư lựa chọn sử dụng để xây dựng lắp đặt nhà xưởng,
phân xưởng. Bởi loại kết cấu này có ưu điểm, lắp dựng nhanh chóng, giá
thành hợp lý, tính thẩm mỹ cao, đáp ứng được các yêu cầu về không gian
(nhịp) lớn trong các dây truyền sản xuất. Chu kỳ làm việc của kết cấu phù hợp
với thời gian đầu tư của dự án.
Kết cấu khung nhà công nghiệp dạng này thường được tính toán như
khung phẳng với tiết diện cột, dầm có thể được thay đổi theo chiều cao và
chiều dài nhịp để tiết kiệm vật liệu. Cả dầm và cột thường được chế tạo từ
thép tổ hợp, do vậy hình dáng và cấu tạo của chúng tương đối dễ dàng, phong
phú. Tùy theo yêu cầu của chủ đầu tư, kết cấu dạng này có thể có thêm một
đến haimức sàn trong chiều cao của kết cấu. Tại Việt Nam, có nhiều công ty
thép vừa và nhỏ có thể đủ năng lực cung cấp, chế tạo dạng kết này cho thị
trường xây dựng trong và ngoài nước.
Dạng kết cấu khung thép tiền chế xuất hiện lần đầu tại nước ta trong các
nhà máy, dự án có vốn đầu tư nước ngoài ở giai đoạn đầu khi đất nước mở
cửa. Cùng với đó, hệ thống tài liệu thiết kế của dạng kết cấu này cũng được
các nhà nghiên cứu trong nước quan tâm, đề xuất các giải pháp tính toán[4].
Đặc biệt tại Việt Nam, kết cấu thép khung tiền chế được phát triển tương đối

2
đầy đủ (cả về tính toán, chế tạo) bởi công ty thép Zamil với sách hướng dẫn
tính toán tương đối đầy đủ, chi tiết[15].
Trong quá trình và thực tế công việc của tác giả tại địa phương, thường
các chủ đầu tư khi có nhu cầu sử dụng khung thép nhà tiền chế trong dự án
của mình thường đòi hỏi tiến độ thiết kế cũng như xây dựng rất gắt gao. Tuy
nhiên, việc tính toán kết cấu dạng này vẫn còn nhiều bất cập, khó khăn như:
hệ thống tiêu chuẩn tính toán trong nước chưa được xây dựng hoàn thiện,
phần mềm thiết kế chuyên dụng không phổ biến. Vì vậy, trong rất nhiều dự án
các nhà thầu Việt Nam không thể đáp ứng được các yêu cầu của chủ đầu tư về
mặt tiến độ trong công tác thiết kế.
Do vậy, việc nghiên cứu hoàn thiện các phương pháp tính cũng như đề
xuất quy trình các bước thực hiện, xây dựng chương trình tính toán nội lực
cho khung nhà công nghiệp là thiết thực và cần thiết trong bài toán thiết kế
nhà công nghiệp hiện nay. Trên cơ sở đó, “Tính toán kết cấu khung thép nhà
công nghiệp bằng phương pháp Phần tử hữu hạn (PTHH)” được lựa chọn làđề
tài nghiên cứu của luận văn này.
 Mục đích nghiên cứu của đề tài
Đề tài nghiên cứu được thực hiện với mục tiêu:
 Thiết lập được bài toán tính toán nội lực kết khung thép nhà công
nghiệp bằng bằng phương pháp phần tử hữu hạn.
 Sử dụng kết hợp phần mềm GID và Fortran để thiết lập, xây dựng
chương trình tính nội lực của khung thép nhà công nghiệp.
 Phạm vi nghiên cứu
Đề tài được thực hiện để nghiên cứu tính toán nội lực cho kết cấu khung
phẳng sử dụng cho nhà máy, nhà xưởng. Khung được chế tạo bằng các thép tổ
hợp lắp dựng tại hiện trường.

3
 Phương pháp nghiên cứu
Đề tài sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết trong đó xây dựng bài
toán tính toán nội lực của khung nhà công nghiệp trên cơ sở lý thuyết của
phương pháp PTHH. Bài toán này là cơ sở để xây dựng chương trình tính
bằng phần mềm lập trình sử dụng ngôn ngữ Fortran kết hợp phần mềm GID -
được sử dụng để thiết lập dao diện của chương trình.
Kết quả tính toán (với các ví dụ cụ thể) bằng chương trình thiết lập trong
luận văn được so sánh với kết quả tính toán bằng phần mềm đã phát triển
thành công được sử dụng hiện nay.
 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Đề tài được lựa chọn nhằm đáp ứng nhu cầu hiện nay trong công tác thiết
kế, tính toán kết cấu khung nhà công nghiệp bằng thép. Đồng thời, kết quả
của đề tài cũng được sử dụng cho mục đích công việc học tập của tác giả sau
khi hoàn thành khóa học.
 Cấu trúc luận văn của đề tài
Đề tài sử dụng lý thuyết tính toán kết cấu theo phương pháp PTHH để
xây dựng bài toán tính nội lực của kết cấu khung nhà công nghiệp bằng thép.
Phần mềm Fortran được sử dụng để viết chương trình tính sử dụng cho luận
văn. Giao diện của chương trình (xử lý số liệu đầu vào và kết quả của bài
toán) được thiết lập dựa trên nền tảng của phần mềm GID. Do vậy, cấu trúc
của luận văn được tác giả chia thành các chương chính sau:
MỞ ĐẦU: Trình bày lý do lựa chọn, sự cần thiết và phạm vi nghiên
cứu của đề tài cũng như ý nghĩa thực tiễn và khoa học của đề tài.
NỘI DUNG
CHƯƠNG 1:Kết cấu khung thép nhà công nghiệp.

4
CHƯƠNG 2:Tính toán kết cấu khung thép nhà công nghiệp bằng
phương pháp PTHH.
CHƯƠNG 3: Ví dụ tính toán.

THÔNG BÁO
Để xem được phần chính văn của tài liệu này, vui
lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện
– Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội.
Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội
Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội.
Email: digilib.hau@gmail.com
TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN

79
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận
Đề tài nghiên cứu tính toán khung nhà công nghiệp bằng PP PTHH bằng
cách thiết lập giao diện bài toán (thiết lập hộp thoại gán điều kiện biên, tải
trọng, vật liệu) trên ngôn ngữ của GID. Bằng cách này giao diện được thiết
lập phù hợp với quy mô của hệ kết cấu và đặc điểm của người dùng. Ngôn
ngữ Fortran được sử dụng để thiết lập chương trình tính toán nội lực và
chuyển vị của phần tử. Kết quả chính của đề tài đã đạt được bao gồm:
1) Thiết lập được bài toán tính toán nội lực kết khung thép nhà công nghiệp
bằng bằng phương pháp phần tử hữu hạn.
2) Sử dụng kết hợp phần mềm GID và Fortran để thiết lập, xây dựng
chương trình tính nội lực của khung thép nhà công nghiệp.
Thông qua kết quả tính toán được so sánh với các phần mềm khác đã chỉ
ra rằng: Khi hệ khung là các thanh có tiết diện không đổi theo chiều dài, kết
quả tính toán của phần mềm khá chính xác so với các phần mềm được so sánh
(SAP 2000). Kết quả tính toán của phần mềm có thể tin cậy sử dụng cho công
tác học tập và thiết kế.
Trong ví dụ 2 khi thanh có tiết diện thay đổi, kết quả tính toán của phần
mềm còn có sai khác so với SAP 2000. Sự sai khác này do nguyên nhân như:
(1) Có sự khác nhau của việc xác định vùng cứng tại nút của phần tử giữa
chương trình và phần mềm SAP 2000 và (2) Sai số khi xác định ma trận độ
cứng của phần tử có tiết diện thay đổi do áp dụng một số phép toán gần đúng
khi chương trình tính toán. Sự sai khác này đặc biệt trong trường hợp xác định
độ võng sự sai khác lên đến 30 %.

80
2. Kiến nghị
Đề tài cần hoàn thiện hơn trong việc mô phỏng tính toán nút cứng của
hệ khung khi khung có tiết diện thay đổi để có kết quả chính xác gơn.
Hiện tại luận văn sử dụng ngôn ngữ lập trình Fortran 90, hiện tại
Fortran đã được cập nhập với các phiên bản cao hơn với nhiều hỗ trợ hơn. Do
vậy đề tài cần phải được cập nhật những thay đổi này.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Bộ môn kết cấu thép, khoa Xây dựng, ĐH Kiến trúc Hà nội: "Bài giảng
thép đặc biệt - Kết cấu thép trụ", 2014.
2. Nguyễn Quốc Bảo và Trần Nhất Dũng, Phương pháp phần tử hữu hạn - Lý
thuyết và lập trình, Tập 1, Hà Nội: Nhà XB Khoa học và Kỹ thuật, 2000.
3. Nguyễn Quốc Bảo và Trần Nhất Dũng, Phương pháp phần tử hữu hạn - Lý
thuyết và lập trình, Tập 2, Hà Nội: Nhà XB Khoa học và Kỹ thuật, 2000.
4. Phạm Văn Hội, Nguyễn QuangViên, Phạm Văn Tư và Lưu Văn Tường,
Kết cấu thép - Cấu kiện cơ bản, Hà Nội: Nhà XB Khoa học và Kỹ thuật,
2006.
5. Trịnh Tự Lực, Bài giảng "Phương pháp số", Khoa Xây dựng, ĐH Kiến trúc
Hà Nội.
6. Nguyễn Hoài Sơn, Lê Thanh Phong và Mai Đức Đài, Ứng dụng phương
pháp phần tử hữu hạn trong tính toán kết cấu, Hồ Chí Minh: Nhà XB Đại
học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh, 2003.
7. TCVN 2737: 1995 "Tải trọng và tác động - Tiêu chuẩn thiết kế"., Nhà xuất
bản Xây dựng.
8. Tiêu chuẩn Xây dựng Việt Nam TCVN 5575:2012 Kết cấu thép - Tiêu
chuẩn thiết kế, Hà Nội, 2012.
9. TCVN 9386:2012 “Thiết kế công trình chịu động đất, Hà Nội: Nhà Xuất
bản Xây dựng, 2012.
10. Chu Quốc Thắng, Phương pháp phần tử hữu hạn, Hà Nội: Nhà XB Khoa
học và Kỹ thuật, 1997.
11. Lều Thọ Trình, Cơ học kết cấu - Tập 2: Hệ siêu tĩnh, Hà Nội: Nhà XB
Khoa học kỹ thuật, 2006.

Tiếng Anh
12. Hartmann Friedel and Katz Casimir, Structural Analysis with Finite
Element, Berlin: Springer, 2007.
13. Mark. S. Gockenbach, Understanding and Implementing the Finite
Element Method, Philadelphia : Society for Industrial and Applied
Mathematics Philadelphia , 2006.
14. S. T. Woolcock, S. Kitipornchai and M. A. Bradford, Design of Portal
Frame Building, 3rd edidion, Australian: Australian Institute of Steel
Cóntruction, 1999.
15. P. R. Salter, A. S. Malik and C. M. King, "Design of Single - Span Steel
Portal Frame to BS 5950-1:2000," UK, The Steel Construction Institute
Silwood Park, 2004.
16. “Zamil Steel Company, Zamil steel design manual,” 1999.
Website
17. "Bộ Thông tin và Truyền Thông," [Online]. Available: http://mic.gov.vn.
18. "Nhà xinh - Thương hiệu nội thất hàng đầu Việt Nam" 03 2016. [Online].
Available: http://nhaxinh.com/.
19. "Bộ Xây dựng - Trang thông tin KHCN," 03 2016. [Online]. Available:
http://www.xaydung.gov.vn/.
20. "Portal frame," 3 2016. [Online]. Available: SteelConstruction.info.

PHỤ LỤC
PHỤ LỤC 1: CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN PHẦN TỬ THANH DẦM
C ============================================================
C FILE: ELEM06.FOR
C ============================================================
SUBROUTINE ELMT06 (DL,UL,XL,IX,TL,S,P,NDF,NDM,NST,ISW)
C ......................................................................
C . 3D SPACE FRAME ELEMENT .
C . .
C ......................................................................
IMPLICIT REAL*8 (A-H,O-Z)
C COMMON HEAD(20),NUMNP,NUMEL,NUMMAT,NEN,NEQ
COMMON HEAD(20),NUMNP,NUMEL,NUMMAT,NEN,NEQ,PSOFT
COMMON /ELDATA/ N,MA,MCT,IEL,NEL
DIMENSION IX(1),XL(NDM,1),DL(1),TL(1),S(NST,1),P(1),UL(NDF,1)
DIMENSION VV(3,3),ST(6,6),UT(12),SA(12,12)
C ... COMMON ROUTE
LFLAG = 1
IF (ISW.EQ.1) GOTO 1
C ... COMPUTE COOR. TRANSFOMATION MATRIX [V] (DIRECTIONS COSINES OF
C LOCAL AXES W.R.T GLOBAL AXES), & STORED IN [V] OF IT'S TRANSPOSE
C
C ... DIR COSINES OF THE MEMBER AXIS (X-LOCAL) & LENGHT OF THE
MEMBER
CALL UNIVEC (XL,1,2,VV(1,1),EL,NDM)
C ... DIR COSINES OF THE AXES NORMAL TO MEMBER AXIS (LOCAL Y & Z)
CALL UNIVEC (XL,1,3,VV(1,2),TMP,NDM)
CALL CROSPR (VV(1,1),VV(1,2),VV(1,3))
CALL CROSPR (VV(1,3),VV(1,1),VV(1,2))
C ... GOTO CORRECT ARRAY PROCESSOR
GOTO (1,2,3,4,5,6,7,8,6),ISW
C ... READ AND PRINT MATERIAL DATA

1 READ(5,1000)(DL(I),I=1,8)
IF (DL(8).NE.0.0D0) READ(5,1000)DL(9)
WRITE(6,2000)(DL(I),I=1,8)
IF (DL(8).NE.0.0D0 )WRITE(6,2001)DL(9)
2 RETURN
C ... COMPUTE ELEMENT STIFFNESS MATRIX [K]
3 CALL STIF06 (S,DL,ST,SA,VV,EL,NST,ISW)
RETURN
C ... COMPUTE AND PRINT ELEMENT FORCES, i.e. {R}=[k][V]{U}
C DETERMINE [k][V]
DO 402 I=1,12
402 UT(I) = 0.0D0
DO 405 I=1,12
DO 403 J=1,6
403 UT(I) = UT(I) + SA(I,J)*UL(J,1)
DO 404 J=7,12
404 UT(I) = UT(I) + SA(I,J)*UL(J-6,2)
405 CONTINUE
C ... MIDSPAN MOMENTS (+VE; HOGGING MOMENT, -VE; SAGGING MOMENT)
FLEX2 = (UT(11) - UT(5))*0.5D0
FLEX3 =-(UT(12) - UT(6))*0.5D0
C ... DUE TO LOCAL DISTRIBUTED FORCES
IF (DL(8).NE.0.0D0) THEN
XM = DL(8)*EL*EL/12.0D0
XV = DL(8)*EL/2.0D0
XN = XV
IN = IDINT(DL(9))
GOTO (408,406,407),IN
C ... LOCAL FORCES IN 2-DIRECTION
406 UT(2) = UT(2) - XV
UT(6) = UT(6) - XM
UT(8) = UT(8) - XV
UT(12) = UT(12) + XM

FLEX3 =-(UT(12) - UT(6))*0.5D0 + DL(8)*EL*EL/8.0D0
GOTO 409
407 UT(3) = UT(3) - XV
UT(5) = UT(5) + XM
UT(9) = UT(9) - XV
UT(11) = UT(11) - XM
FLEX2 = (UT(11) - UT(5))*0.5D0 + DL(8)*EL*EL/8.0D0
GOTO 409
C ... LOCAL FORCES IN 1-DIRECTION (AXIAL DIRECTION) !!! CHECKING LATER
408 UT(1) = UT(1) - XN
UT(7) = UT(7) + XN
GOTO 409
ENDIF
C ... PRINT FORCES
409 MCT = MCT - 3
IF (MCT.GT.0) GOTO 410
WRITE(6,3000)
MCT = 50
410 WRITE(6,4000)N,MA,IX(1),(UT(I),I=1,6),FLEX2,FLEX3,IX(2),
1 (UT(I),I=7,12)
IF (PSOFT.NE.0.0D0) WRITE(7,4001)IX(1),(UT(I),I=1,6),
3IX(2),(UT(I),I=7,12)
RETURN
C ... COMPUTE CONSISTENT AND LUMPED MASS MATRICES
5 CALL MASS06 (NST,DL,VV,EL,ST,SA,S,P)
RETURN
C ... COMPUTE INTERNAL FORCE VECTOR (RHS)
6 IF (DL(8).NE.0.0D0) THEN
C ... DUE TO LOCAL DISTRIBUTED FORCES
XM = DL(8)*EL*EL/12.0D0
XV = DL(8)*EL/2.0D0
XN = XV
IN = IDINT(DL(9))

GOTO (611,612,613),IN
C ... LOCAL FORCES IN 1-DIRECTION (AXIAL DIRECTION) ...
611 GOTO 616
612 DO 605 I=1,3
P(I) = XV*VV(I,2)
P(I+3) = XM*VV(I,3)
P(I+6) = P(I)
605 P(I+9) =-P(I+3)
GOTO 616
613 DO 615 I=1,3
P(I) = XV*VV(I,3)
P(I+3) =-XM*VV(I,2)
P(I+6) = P(I)
615 P(I+9) =-P(I+3)
GOTO 616
ENDIF
616 CONTINUE
C DUE TO SUPPORT MOVEMENTS
C ... CHECKING SUPPORT MOVEMENT
NENS = NEN + 1
NENE = NEN + NEL
DO 601 J=1,NDF
DO 601 I=NENS,NENE
IF (UL(J,I).NE.0.0D0) GOTO 66
601 CONTINUE
RETURN
C ... FORM -[K]*{Usupport}
CALL EINTF (P,S,UL,NST,NDF,NEL,NENS,NENE)
IF (ISW.EQ.9) GOTO 9
RETURN
C ... COMPUTE GEOMENTRIC STIFFNESS MATRIX

7 CALL GEOM06 (S,DL,UL,VV,ST,SA,EL,NST,NDF)
RETURN
C ...
8 RETURN
C ...
9 RETURN
1000 FORMAT(8F10.0)
2000 FORMAT(10X,'AXIAL AREA OF MEMBER =',E14.6/
* 10X,'TORSIONAL MOMENT OF INERTIA =',E14.6/
* 10X,'MOMENT OF INERTIA ABOUT 2-AXIS =',E14.6/
* 10X,'MOMENT OF INERTIA ABOUT 3-AXIS =',E14.6/
* 10X,'MODULUS OF ELASTICITY =',E14.6/
* 10X,'SHEAR MODULUS =',E14.6/
* 10X,'DENSITY =',E14.6/
* 10X,'UNIFORM LOAD =',E14.6)
2001 FORMAT(10X,'DIRECTION OF UNIFORM LOAD (LOCAL)=',F14.0/)
3000 FORMAT(//5X,
*'3D BEAM ELEMENT (RESULTANTS + IN + LOCAL DIRECTIONS)'//
*' ELM MAT NODE AXIAL 2-SHEAR 3-SHEAR TORSION',2X,
*'2-MOMENT 3-MOMENT'/)
4000 FORMAT(2I5,1X,'NODE-',I1,1X,6E10.4/11X,'MIDDEL',
* 41X,2E10.4/11X,'NODE-',I1,1X,6E10.4)
4001 FORMAT(1X,I5,1X,6E10.4/
* 1X,I5,1X,6E10.4)
END
C ============================================================
SUBROUTINE UNIVEC (X0,I,J,C,XL,NDM)
C ......................................................................
C . COMPUTE UNIT VECTOR ALONG NODE I,J BY SUNIL .
C ......................................................................
DIMENSION C(1),X0(NDM,1)
X = X0(1,J) - X0(1,I)
Y = X0(2,J) - X0(2,I)

Z = X0(3,J) - X0(3,I)
XL = DSQRT(X*X+Y*Y+Z*Z)
C(1) = X/XL
C(2) = Y/XL
C(3) = Z/XL
C ----------------------------------------------------------------------
RETURN
END
C
======================================================================
SUBROUTINE CROSPR (A,B,C)
C ......................................................................
C . COMPUTE UNIT VECTOR NORMAL TO PLANE A-B .
C . (FROM CROSS PRODUCT OF VECTORS A AND B) BY SUNIL .
C ......................................................................
DIMENSION A(3),B(3),C(3)
X = A(2)*B(3) - A(3)*B(2)
Y = A(3)*B(1) - A(1)*B(3)
Z = A(1)*B(2) - A(2)*B(1)
XL = DSQRT(X*X+Y*Y+Z*Z)
C(1) = X/XL
C(2) = Y/XL
C(3) = Z/XL
C ----------------------------------------------------------------------
RETURN
END
C
======================================================================
SUBROUTINE STIF06 (S,DL,ST,SA,VV,EL,NST,ISW)
C ......................................................................
C . FORMULATION OF ELEMENT STIFFNESS MATRIX .
C ......................................................................
DIMENSION S(NST,1),DL(1)

DIMENSION VV(3,3),ST(6,6),SA(12,12)
C ------------------------------------------------------------------
DO 300 I=1,12
DO 300 J=1,12
300 SA(I,J) = 0.0D0
DO 301 I=1,6
DO 301 J=1,6
301 ST(I,J) = 0.0D0
C ... FORM LOCAL ELEMENT STIFFNESS MATRIX [k]
DO 313 IS = 1,4
GOTO (302,303,304,305),IS
C SUNIL
302 ST(1,1) = DL(1)*DL(5)/EL
ST(4,4) = DL(2)*DL(6)/EL
TEMP = 4.0D0*DL(5)/EL
ST(5,5) = TEMP*DL(3)
ST(6,6) = TEMP*DL(4)
TEMP = 3.0D0/EL/EL
ST(3,3) = TEMP*ST(5,5)
ST(2,2) = TEMP*ST(6,6)
TEMP = 1.5D0/EL
ST(2,6) = TEMP*ST(6,6)
ST(6,2) = ST(2,6)
ST(3,5) =-TEMP*ST(5,5)
ST(5,3) = ST(3,5)
II = 0
IJ = 0
GOTO 309
303 DO 306 I=1,4
306 ST(I,I) =-ST(I,I)
ST(5,5) = ST(5,5)/2.0D0
ST(6,6) = ST(6,6)/2.0D0
ST(5,3) =-ST(5,3)
ST(6,2) =-ST(6,2)

II = 0
IJ = 6
GOTO 309
304 ST(2,6) =-ST(2,6)
ST(3,5) =-ST(3,5)
ST(5,3) =-ST(5,3)
ST(6,2) =-ST(6,2)
II = 6
IJ = 0
GOTO 309
305 DO 308 I=1,4
308 ST(I,I) =-ST(I,I)
ST(5,5) = ST(5,5)*2.0D0
ST(6,6) = ST(6,6)*2.0D0
ST(5,3) =-ST(5,3)
ST(6,2) =-ST(6,2)
II = 6
IJ = 6
C ... COMPUTE [k][V]; ([k]-LOCAL STIFF, [V]-COOR TRANSFORMATION MATRIX)
309 IA = 0
DO 312 IC=1,2
IB = 0
DO 311 ID=1,2
DO 310 I=1,3
DO 310 J=1,3
DO 310 K=1,3
310 SA(I+IA+II,J+IB+IJ) = SA(I+IA+II,J+IB+IJ)
+ +ST(I+IA,K+IB)*VV(J,K)
311 IB = IB + 3
312 IA = IA + 3
313 CONTINUE
IF (ISW.EQ.4 .OR. ISW.EQ.7) RETURN
C ... COMPUTE [K]=[V]T[k][V]
IA = 0

DO 316 IC=1,4
IB = 0
DO 315 ID=1,4
DO 314 I=1,3
DO 314 J=1,3
DO 314 K=1,3
314 S(I+IA,J+IB) = S(I+IA,J+IB)+VV(I,K)*SA(K+IA,J+IB)
315 IB = IB + 3
316 IA = IA + 3
C ----------------------------------------------------------------------
RETURN
END
C
======================================================================
SUBROUTINE MASS06 (NST,D,V,XL,ST,SA,S,P)
C ......................................................................
C . FORMED CONSISTENT AND LUMPED MASS MATRICES BY SUNIL 00/11/14
.
C ......................................................................
DIMENSION S(NST,1),V(3,3),ST(6,6),SA(12,12),D(1),P(1)
C ... INITIALIZE ARRAYS
DO 300 I=1,12
DO 300 J=1,12
SA(I,J) = 0.0D0
300 CONTINUE
DO 301 I=1,6
DO 301 J=1,6
ST(I,J) = 0.0D0
301 CONTINUE
C ... FORM LOCAL CONSISTENT MASS MATRIX [m]
DO 313 IS=1,4
GOTO (1,2,3,4),IS
1 TMASS = D(7)*D(1)*XL/420.0D0
ST(1,1) = TMASS*140.0D0

ST(2,2) = TMASS*156.0D0
ST(3,3) = ST(2,2)
ST(4,4) = TMASS*140.0D0*D(2)/D(1)
ST(5,5) = TMASS*4.0D0*XL*XL
ST(6,6) = ST(5,5)
ST(2,6) = TMASS*22.0D0*XL
ST(6,2) = ST(2,6)
ST(3,5) =-ST(2,6)
ST(5,3) =-ST(2,6)
II = 0
IJ = 0
GOTO 309
2 ST(2,6) =-ST(2,6)
ST(6,2) =-ST(6,2)
ST(3,5) =-ST(3,5)
ST(5,3) =-ST(5,3)
II = 6
IJ = 6
GOTO 309
3 ST(1,1) = ST(1,1)/2.0D0
ST(2,2) = TMASS*54.0D0
ST(3,3) = ST(2,2)
ST(4,4) = ST(4,4)/2.0D0
ST(5,5) =-TMASS*3.0D0*XL*XL
ST(6,6) = ST(5,5)
ST(2,6) = TMASS*13.0D0*XL
ST(6,2) =-ST(2,6)
ST(3,5) =-ST(2,6)
ST(5,3) = ST(2,6)
II = 6
IJ = 0
GOTO 309
4 ST(2,6) =-ST(2,6)
ST(6,2) =-ST(6,2)

ST(3,5) =-ST(3,5)
ST(5,3) =-ST(5,3)
II = 0
IJ = 6
C ... COMPUTE [m][V]; ([m]-LOCAL MASS, [V]-COOR TRANSFORM MATRIX)
309 IA = 0
DO 312 IC=1,2
IB = 0
DO 311 ID=1,2
DO 310 I=1,3
DO 310 J=1,3
DO 310 K=1,3
SA(I+IA+II,J+IB+IJ) = SA(I+IA+II,J+IB+IJ)
+ +ST(I+IA,K+IB)*V(J,K)
310 CONTINUE
IB = IB + 3
311 CONTINUE
IA = IA + 3
312 CONTINUE
313 CONTINUE
C ... COMPUTE [M]=[V]T[m][V]
IA = 0
DO 316 IC=1,4
IB = 0
DO 315 ID=1,4
DO 314 I=1,3
DO 314 J=1,3
DO 314 K=1,3
S(I+IA,J+IB) = S(I+IA,J+IB)+V(I,K)*SA(K+IA,J+IB)
314 CONTINUE
IB = IB + 3
315 CONTINUE
IA = IA + 3
316 CONTINUE

C ... FORM LUMPED MASS MATRIX (INCLUDING ROTORY AND TORSIONAL
INERTIA)
XMASS = D(7)*D(1)*XL/2.0D0
P(4) = XMASS*D(2)/D(1)
P(5) = XMASS*XL*XL/12.0D0
P(6) = XMASS*XL*XL/12.0D0
DO 502 I=1,3
P(I) = XMASS
P(I+6)= XMASS
502 CONTINUE
DO 504 I=1,3
P(I+9) = P(I+3)
504 CONTINUE
C ----------------------------------------------------------------------
RETURN
END
C
======================================================================
SUBROUTINE GEOM06 (S,D,UL,V,ST,SA,XL,NST,NDF)
C ......................................................................
C . FORM GEOMETRIC STIFFNESS MATRIX BY SUNIL 00/11/23 .
C ......................................................................
DIMENSION S(NST,1),D(1),UL(NDF,1)
DIMENSION V(3,3),ST(6,6),SA(12,12)
C ... DETERMINE AXIAL FORCE: FORCE
CALL STIF06 (S,D,ST,SA,V,XL,NST,7)
UT = 0.0D0
AXIAL = 0.0D0
DO 705 J=1,6
705 UT = UT + SA(1,J)*UL(J,1)
DO 715 J=7,12
715 UT = UT + SA(1,J)*UL(J-6,2)
IF (D(8).NE.0.0D0 .AND. D(9).EQ.1.0D0) AXIAL = 0.5D0*D(8)*XL
FORCE = UT - AXIAL !!! CHECKING LATER

C ... REINITIALIZE ARRAYS
DO 725 I=1,12
DO 725 J=1,12
SA(I,J) = 0.0D0
725 CONTINUE
DO 735 I=1,6
DO 735 J=1,6
ST(I,J) = 0.0D0
735 CONTINUE
DO 745 I=1,NST
DO 745 J=1,NST
S(I,J) = 0.0D0
745 CONTINUE
C ... FORM LOCAL GEOMENTRIC STIFFNESS MATRIX [kg]
DO 313 IS=1,4
GOTO (1,2,3,4),IS
1 CON = FORCE/XL/30.0D0
TMP1 = CON*30.0D0
TMP2 = TMP1*D(2)*D(6)/D(1)/D(5)/XL
ST(1,1) = TMP1
ST(4,4) = TMP2
ST(2,2) = CON*36.0D0
ST(3,3) = ST(2,2)
ST(5,5) = CON*4.0D0*XL*XL
ST(6,6) = ST(5,5)
ST(2,6) = CON*3.0D0*XL
ST(6,2) = ST(2,6)
ST(3,5) =-ST(2,6)
ST(5,3) =-ST(2,6)
II = 0
IJ = 0
GOTO 309
2 ST(2,6) =-ST(2,6)
ST(6,2) =-ST(6,2)

ST(3,5) =-ST(3,5)
ST(5,3) =-ST(5,3)
II = 6
IJ = 6
GOTO 309
3 ST(2,2) =-ST(2,2)
ST(3,3) =-ST(3,3)
ST(5,5) =-ST(5,5)/4.0D0
ST(6,6) = ST(5,5)
ST(6,2) =-ST(2,6)
ST(5,3) =-ST(3,5)
ST(1,1) =-ST(1,1)
ST(4,4) =-ST(4,4)
II = 6
IJ = 0
GOTO 309
4 ST(2,6) =-ST(2,6)
ST(6,2) =-ST(6,2)
ST(3,5) =-ST(3,5)
ST(5,3) =-ST(5,3)
II = 0
IJ = 6
C ... COMPUTE [kg][V]; ([kg]-LOCAL GEO. STIFF, [V]-COOR TRANSFORM MAT.)
309 IA = 0
DO 312 IC=1,2
IB = 0
DO 311 ID=1,2
DO 310 I=1,3
DO 310 J=1,3
DO 310 K=1,3
SA(I+IA+II,J+IB+IJ) = SA(I+IA+II,J+IB+IJ)
+ +ST(I+IA,K+IB)*V(J,K)
310 CONTINUE
IB = IB + 3

311 CONTINUE
IA = IA + 3
312 CONTINUE
313 CONTINUE
C ... COMPUTE [KG]=[V]T[kg][V]
IA = 0
DO 316 IC=1,4
IB = 0
DO 315 ID=1,4
DO 314 I=1,3
DO 314 J=1,3
DO 314 K=1,3
S(I+IA,J+IB) = S(I+IA,J+IB)+V(I,K)*SA(K+IA,J+IB)
314 CONTINUE
IB = IB + 3
315 CONTINUE
IA = IA + 3
316 CONTINUE
C ----------------------------------------------------------------------
RETURN
END

Luận văn: Tính toán kết cấu khung thép nhà công nghiệp, HAY

Luận văn: Tính toán kết cấu khung thép nhà công nghiệp, HAY

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Luận văn: Tính toán kết cấu khung thép nhà công nghiệp, HAY

Similar to Luận văn: Tính toán kết cấu khung thép nhà công nghiệp, HAY (20)

More from Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864

More from Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864 (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Luận văn: Tính toán kết cấu khung thép nhà công nghiệp, HAY