- Thư viện các sơ đồ kết cấu mẫu hay gặp trong thực tế như khung 1 hoặc nhiều nhịp, các nhịp có thể có độ dốc mái khác nhau.
- Xét tiết diện chữ I của cấu kiện thép, có dạng định hình theo tiêu chuẩn hoặc dạng tiết diện tổ hợp từ thép tấm.
- Đầy đủ các dạng tải trọng tác động trên cấu kiện thanh [tải trọng phân bố đều, tải trọng hình thang, tải trọng hình tam giác, tải trọng dọc trục] và tải trọng nút [tải trọng tập trung, chuyển vị cưỡng bức gối tựa]. Tự động dồn một số dạng tải trọng như tải trọng gió theo TCVN 2737-95, tải trọng bản thân, tải trọng tường, tải trọng mái.
- Đầy đủ thông số thiết kế theo Tiêu chuẩn với các cấu kiện dầm, cột trong hệ kết cấu phẳng; đầy đủ các thông số thiết kế cho các chi tiết liên kết với gần 30 dạng liên kết khác nhau.
- Đối với bài toán kiểm tra, chương trình thực hiện kiểm tra cường độ và ổn định đối với các cấu kiện trên cơ sở tiết diện do người sử dụng xác định trước. Đối với bài toán thiết kế, chương trình tự động xác định tiết diện tối ưu cho các cấu kiện chịu lực chính, đảm bảo điều kiện bền và ổn định, đồng thời đảm bảo trọng lượng vật liệu là thấp nhất.
2. Khả năng phân tích thiết kế
- Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để xác định nội lực.
- Tự động tổ hợp nội lực, xác định đường bao nội lực cho từng cấu kiện thanh.
- Thiết kế/kiểm tra các cấu kiện thanh theo tiêu chuẩn Việt Nam hoặc tiêu chuẩn Mỹ [AISC-ASD hoặc AISC-LRFD]
- Thiết kế các chi tiết liên kết theo tiêu chuẩn Việt Nam.
- Việc tính toán theo phương pháp lặp trong bài toán thiết kế [người sử dụng không cần phải quan tâm tới tiết diện ban đầu của các phần tử thanh] cho phép xác định tiết diện tối ưu cho các phần tử kết cấu, dẫn tới tiết kiệm vật liệu một cách tối đa [trong mỗi lần lặp, chương trình tự xác định nội lực, thực hiện thiết kế cấu kiện theo tiêu chuẩn Việt Nam hay tiêu chuẩn Mỹ AISC]. Số lần lặp càng nhiều, kết quả ra càng gần tới việc xác định được vật liệu tiết kiệm nhất.
3. Thể hiện kết quả
- Môi trường đồ hoạ thể hiện các kết quả tính như sơ đồ kết cấu, tải trọng, chuyển vị, biểu đồ nội lực [mô men, lực cắt, lực dọc], biểu đồ bao nội lực, sơ đồ tiết diện các cấu kiện thanh.
- Xem và in chi tiết các kết quả tính cho từng nút và từng phần tử trong giao diện đồ hoạ. - Đầy đủ các báo cáo về nội lực của các phần tử thanh, chuyển vị của các nút, các kết quả thiết kế/kiểm tra cấu kiện thép, các kết quả thiết kế chi tiết liên kết.
- Có thể thay đổi các kết quả tính toán thiết kế tiết diện theo từng cấu kiện và kết quả thiết kế chi tiết liên kết theo từng chi tiết liên kết trong môi trường đồ họa của chương trình.
- Sau khi có kết quả tính toán, người sử dụng có thể "chuyển" toàn bộ kết quả thiết kế dưới dạng bản vẽ thiết kế kỹ thuật [bao gổm bản vẽ khung, các mặt cắt tiết diện, các chi tiết liên kết, bảng thống kê vật liệu sử dụng] vào các môi trường đồ hoạ như AutoCAD để thực hiện in ấn.
Ngày 20 tháng 07 năm 2009 Trung tâm phần mềm xây dựng cho ra mắt phiên bản nâng cấp mới của phần mềm KIW cho phép người sử dụng có thể nhập trực tiếp các thông số về tỷ lệ chiều rộng bản cánh, chiều dày bản cánh, chiều dày bản bụng trên chiêu cao của tiết diện. Việc đưa các thông số này vào giúp người sử dụng có thể chủ động và linh hoạt hơn trong thiết kế tối ưu tiết diện khung thép tiền chế chữ I.
Khách hàng sử dụng phần mềm KIW phiên bản 3.0 có thể download phần mềm tại địa chỉ //pmxd.cic.com.vn/download/pmxd/KIWv3Setup.exe, khách hàng dùng các phiên bản trước xin vui lòng liên hệ với Trung tâm phần mềm xây dựng theo số 04-39741436 để được nâng cấp.
- Thêm tính năng nhập tỷ lệ tiết diện trong bài toán tối ưu
- Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để xác định nội lực.
- Tự động tổ hợp nội lực, xác định đường bao nội lực cho từng cấu kiện thanh.
- Thiết kế / kiểm tra các cấu kiện thanh theo tiêu chuẩn Việt Nam hoặc tiêu chuẩn Mỹ [AISC-ASD hoặc AISC-LRFD]- Thiết kế các chi tiết liên kết theo tiêu chuẩn Việt Nam.
- Việc tính toán theo phương pháp lặp trong bài toán thiết kế [người sử dụng không cần phải quan tâm tới tiết diện ban đầu của các phần tử thanh] cho phép xác định tiết diện tối ưu cho các phần tử kết cấu, dẫn tới tiết kiệm vật liệu một cách tối đa [trong mỗi lần lặp, chương trình tự xác định nội lực, thực hiện thiết kế cấu kiện theo tiêu chuẩn Việt Nam hay tiêu chuẩn Mỹ AISC]. Số lần lặp càng nhiều, kết quả ra càng gần tới việc xác định được vật liệu tiết kiệm nhất.
Chương I. CÁC QUY ĐỊNH CHUNG
- Đơn vị sử dụng.
Người sử dụng có thể xác lập đơn vị sử dụng ngay khi bắt đầu vào số liệu cho một bài toán mới. Có 2 loại đơn vị:
- Đơn vị chiều dài chương trình hỗ trợ: “Mét”, “Cm”, “Mm”
- Đơn vị lực chương trình hỗ trợ: “Tấn”, “KN”, “KG”, “N”, “G”
Cần chú ý rằng, xác lập đơn vị chỉ được thực hiện một lần duy nhất khi bắt đầu nhập số liệu. Một khi đã có xác lập đơn vị, tất cả dữ liệu vào sau đó đều phải tuân theo đơn vị đó.
II. Sơ đồ kết cấu.
Một sơ đồ kết cấu bao giờ cũng là tập hợp của các phần tử hữu hạn. Chương trình KIW chỉ xét tới một loại phần tử hữu hạn duy nhất, đó là phần tử thanh trong hệ toạ độ 3D. Nhiều phần tử thanh liên kết với nhau tại các nút tạo thành một hệ kết cấu khung.
Một nút trong KIW bao gồm 6 bậc tự do: đó là 3 thành phần chuyển vị thẳng và 3 thành phần chuyển vị xoay.
Tại một mặt cắt ngang của phần tử thanh có các thành phần nội lực: lực dọc trục thanh, lực cắt theo 2 phương, mô men uốn theo 2 phương và mômen xoắn.
III. Hệ toạ độ.
Có hai loại hệ toạ độ được sử dụng trong chương trình: đó là hệ toạ độ tổng thể và hệ toạ độ địa phương.
Hệ toạ độ tổng thể được sử dụng để mô tả toạ độ nút, tải trọng nút và các tải trọng thanh tương ứng với hệ toạ độ tổng thể. Kết quả chuyển vị nút được đưa ra theo hệ toạ độ tổng thể.
Hệ toạ độ địa phương [trong từng phần tử hữu hạn] được sử dụng để mô tả các đặc trưng hình học, đặc trưng vật lý của phần tử thanh và một số dạng tải trọng tác động lên thanh. Kết quả nội lực phần tử được đưa ra theo hệ toạ độ địa phương.
IV. Phần tử hữu hạn dạng thanh.
- Phần tử hữu hạn dạng thanh được xác định bởi 2 nút: nút đầu i và nút cuối j. Việc xác định nút đầu và nút cuối của phần tử phải căn cứ vào tệp số liệu trong phần “Phần tử”.
- Trục toạ độ địa phương: Mỗi một phần tử thanh đều có một hệ toạ độ địa phương của riêng phần tử đó và được sử dụng để định nghĩa thuộc tính mặt cắt, tải trọng và kết quả kết xuất. Tên của các trục địa phương được đặt tương ứng là 1,2 và 3. Trục thứ nhất [trục 1] được xác định dọc theo chiều dài của phần tử thanh. Các trục 2 và 3 được xác định theo mối liên hệ giữa trục 1 và trục Z của hệ toạ độ tổng thể.
o Mặt phẳng 1-2 luôn luôn song song với trục Z.
o Trục 2 hướng lên trên trừ trường hợp phần tử nằm thẳng đứng dọc theo trục +Z, khi đó trục 2 sẽ nằm dọc theo trục +X
o Trục thứ 3 luôn luôn nằm ngang, nó nằm song song với mặt phẳng X-Y
Một vài hình ảnh minh hoạ:
Việc xác định hệ trục tọa độ địa phương có ý nghĩa quan trọng trong việc xác định tải trọng tác động trên phần tử theo hệ toạ độ địa phương và hiểu được nội lực của phần tử thanh tại các mặt cắt. Theo hình vẽ trên, các giá trị nội lực có giá trị dương.
Các kiểu tiết diện của phần tử thanh phẳng gồm có :
Tiết diện I định hình [Lấy theo TCVN].
Tiết diện I tổ hợp.
Hằng số vật lý: Mô đun đàn hồi, trọng lượng riêng, cường độ kéo nén, cường độ cắt, giới hạn chảy, hệ số Poát-xông...
- Các dạng tải trọng
V.1 Tải trọng phần tử thanh
Người sử dụng có thể vào tải trọng thanh dưới các dạng sau đây :
- Tải trọng phân bố theo hệ toạ độ tổng thể
- Tải trọng phân bố theo hệ toạ độ địa phương
- Tải trọng tập trung theo hệ tọa độ tổng thể
- Tải trọng tập trung theo hệ toạ độ địa phương
- Tải trọng dưới dạng hình thang theo hệ tọa độ địa phương
- Tải trọng dưới dạng tam giác theo hệ tọa độ địa phương
- Tải trọng dọc theo trục thanh
V.2 Tải trọng nút
Hiện tại KIW hỗ trợ người dùng xác lập 3 thành phần giá trị tải trọng:
- Fx theo phương trục X.
- Fz theo phương trục Z.
- Fz theo phương trục Z.
- Mô men M quay quanh trục Y.
Dấu của giá trị tải trọng nút luôn được xác định theo hệ tọa độ tổng thể
V.3 Khả năng tự động dồn tải trọng gió
Một trong những khả năng của chương trình KIW là tự động xác định các tải trọng gió tác động trên khung. Người sử dụng chỉ cần khai báo vùng áp lực gió, dạng địa hình, hệ số khí động, hệ số vượt tải... để chương trình lựa chọn theo tiêu chuẩn Việt Nam 2737 - 95. Tác động gió sẽ được đưa qui thành các lực phân bố trên các phần tử thanh được lựa chọn
V.4 Khả năng tự động dồn tải trọng cần trục :
Ngoài ra KIW cũng có khả năng tự động tính toán xác định các áp lực Dmax, Dmin, Lực hãm T. Người thiết kế chỉ việc khai báo các thông số về cầu trục, hướng cần trục. Tải trọng cần trục sẽ được đưa thành các tải trọng trên các nút [Lực và Mô men tập trung].
VI. Dạng thanh có liên kết khớp ở nút
Mặc định chương trình sẽ coi rằng các phần tử thanh liên kết với nhau bằng các liên kết cứng tại nút.
Còn nếu như thanh đó liên kết với các thanh khác bằng liên kết khớp [cho phép xoay tự do], thì người sử dụng phải chỉ rõ thanh đó kèm theo tên nút có giải phóng liên kết xoay.
VII. Các dạng điều kiện biên
Điều kiện biên là phần dữ liệu bắt buộc phải có trong một tệp số liệu [nếu không có, kết cấu sẽ rơi vào trạng thái biến hình].
Trong giao diện đồ hoạ, người sử dụng có thể xác định điều kiện biên dưới dạng tổng quát [theo kiểu trên] hay dưới dạng cụ thể bằng cách qui về các dạng điều kiện biên quen thuộc như ngàm, gối cố định, gối di động, ngàm trượt...
VIII. Tổ hợp tải trọng
Tổ hợp tải trọng luôn đi liền với thiết kế hay kiểm tra cấu kiện, bởi vì mục đích của tổ hợp tải trọng chỉ là tìm ra giá trị nội lực gây nguy hiểm nhất cho cấu kiện, từ đó dùng các giá trị đó để thiết kế hay kiểm tra cấu kiện.
Chương trình KIW có 3 kiểu tổ hợp tải trọng.
VIII.1 Kiểu 1:
Căn cứ vào tên các trường hợp tải trọng [tĩnh tải, hoạt tải 1, hoạt tải 2, tải trọng gió trái, tải trọng gió phải...], chương trình sẽ tự xác định các tổ hợp có thể có [căn cứ vào tiêu chuẩn] và tìm ra tổ hợp nguy hiểm nhất đối với từng cấu kiện.
VIII.2 Kiểu 2:
Các trường hợp tải trọng sẽ được phân chia thành tĩnh tải, và các nhóm hoạt tải độc lập hay các nhóm hoạt tải xung khắc. Chương trình cũng sẽ tự xác định các tổ hợp có thể có [căn cứ vào tiêu chuẩn] và tìm ra tổ hợp nguy hiểm nhất đối với từng cấu kiện.
VIII.3 Kiểu 3:
Người sử dụng tự đưa vào các trường hợp tải trọng trong tổ hợp tải trọng đó mà người sử dụng cho là sẽ gây nguy hiểm cho kết cấu. Chương trình căn cứ vào đó xác định ra nội lực nguy hiểm cho từng cấu kiện.
IX. Thiết kế và kiểm tra cấu kiện thép
Trong KIW có 2 bài toán: thiết kế cấu kiện và kiểm tra cấu kiện.
Bài toán thiết kế : Chương trình giả định trước kích thước tiết diện cấu kiện, tính nội lực và tổ hợp nội lực, kiểm tra tiết diện cấu kiện theo tiêu chuẩn [Bền, ổn định tổng thể...]. Nếu tiết diện không đạt thì chọn lại tiết diện và thông qua các bước tính lặp đó chương trình sẽ đưa ra được dạng tiết diện hợp lý.
Bài toán kiểm tra: Chương trình kiểm tra tiết diện đưa vào theo các tiêu chuẩn [Bao gồm kiểm tra về bền, về ổn định và chuyển vị đầu cột].
IX.1 Kiểm tra cấu kiện Cột theo TCVN 5575-91
+ Vật liệu: Được đặc trưng bởi mô đun đàn hồi [E], hệ số Poát xông [Px], giới hạn chảy [Fy], cường độ kéo nén [R] và cường độ cắt [Rc] trong khối dữ liệu về vật liệu.
+ Chiều dài tính toán: Bao gồm chiều dài tính toán trong mặt phẳng [lx] và chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng [ly]. Nếu gọi chiều dài một phần tử là l thì ta có:
lx = μx.l.ly = μy.l
Trong đó:
μx là hệ số chiều dài theo trong mặt phẳng được khai báo trong số liệu thiết kế [trong KIW μx được tính toán thông qua điểm cố kết hay bạn có thể nhập trực tiếp].
μy là hệ số chiều dài ngoài trong mặt phẳng được khai báo trong số liệu thiết kế [trong KIW μy được tính toán thông qua điểm cố kết hay bạn có thể nhập trực tiếp].
Đối với một cấu kiện cột thì KIW kiểm tra tiết diện thông qua các bước:
B1. Kiểm tra bền:
Theo ứng suất pháp lớn nhất: σ = Nz/Ath+Mx/Wx ≤ γ R
Theo ứng suất tiếp lớn nhất : σ = Qy.Sx/[dtb.Jx] ≤ Rc
B2. Kiểm tra ổn định tổng thể
• Ổn định trong mặt phẳng
σox = N/[φlt.Ang] ≤ γ R
Trong đó φlt =f[ldxn,m1] là hệ số uốn dọc được tra theo bảng II2 phụ lục 2.
• Ổn định ngoài mặt phẳng
+ Mx tính toán là giá trị lớn nhất trong 3 giá trị sau: [M1/2, Mg, M2/2].
σoy = N/[c. φy.Ang] ≤ γ R
Trong đó: φy=f[ldy,R,E] hệ số uốn dọc đối với trục y-y được tính theo bảng II1 phụ lục 2.
c: Hệ số kể đến ảnh hưởng của mô men uốn Mx và hình dạng của tiết diện.
B3. Kiểm tra ổn định cục bộ
• Ổn định bản cánh
Trong đó khi ldn4 lấy ldn=4
• Ổn định bản bụng ho/dtb