sap2000 application example: 1.0 m 6 @ 3 = 18 m 1.0 m1.0 m ... · sap2000 : application examples :...

SAP2000 : Application Examples : Underground Water Tank By Dr.Mongkol JIRAWACHARADET 37

SAP2000 Application Example:

Underground Water Tank

3 ตวอยางนจะเปนการวเคราะหและออกแบบถงเกบนาใตดนคอนกรตเสรมเหลกรองรบดวยเสาเขมเจาะมแบบแปลนและแบบดานขาง ดงแสดงในรป

6 @ 3 = 18 m1.0 m 1.0 m3

@ 3

= 9

m

1.0 m

1.0 m

3.0

m

1.0 m

ขอมลดน :

หนวยนาหนกดนแหง dry = 1.9 t/m3

หนวยนาหนกดนเปยก wet = 2.2 t/m3

มมเสยดทานของดน = 20 องศา

แรงกดทผวดน (surcharge) = 1.0 t/m2

เรมตนโปรแกรม SAP2000 เปลยนหนวยเปนหนวย Kgf, m, C

กด Ctrl+N เรมตนโมเดลใหม เลอกใช Grid Only เพอสรางเฉพาะเสนกรดเทานน


ใสขอมลเสนกรดทศทาง X, Y และ Z ดงในรป


เมอคลก OK เสนกรดจะถกสรางขน ปรบหนาตางมมมอง X-Z Plane @ Z=0 ดงในรป

สงเมน File > Save บนทกไฟลตงชอวา AX03 UnderG WTank.sdb

ก าหนดคณสมบตวสด

เราจะกาหนดวสดสองชนดคอเหลกเสรมและคอนกรต สงเมน Define > Materials… หรอคลก

ปม หนาตางวสดจะแสดงขนมา โดยมสองรายการทตดมากบโปรแกรมคอ 4000Psi สาหรบคอนกรต และ A992Fy50 สาหรบเหลกรปพรรณ

เลอกรายการ 4000Psi แลวคลกปม Modify/Show Material เพอแกไข

ปรบเปลยนขอมลเปนคอนกรต Fc240 ดงในรป


เพมวสดใหมคอเหลกเสนเสรมคอนกรต (Rebar) คลกปม Add New Material

หนาตาง Quick Material Definition จะแสดงขนมาใหเลอกเหลกตามมาตรฐานทใกลเคยงคอ ASTM A615


เมอมรายการเพมเขามา ใหกดปม Mofify/Show Material เพอแกไขขอมล

ใสขอมลเหลกเสรมคอนกรต SD40 ซงมคณสมบต ดงน

เมอใสขอมลเสรจแลวคลก OK แลว เราจะมรายการวสดคอ


สรางจดรองรบ Supports

คลกปม เพอวาดจด โดยตกรอบคลมจดตดกรดทงหมด

ตกรอบเลอกจดทงหมด สงเมน Assign > Joint > Restraints… เลอกแบบ Pinned

จดรองรบจะถกสรางขนตามจดตดกรดดงในรป


พนถงน า

สงเมน Define > Section Properties > Area Sections คลกรายการ ASEC1 กดปม Modify/Show Section…

เปลยนชอเปน SLAB เลอกเปนแบบ Shell-Thick ความหนา 1 m

คลกปม เลอกหนาตด SLAB คลกวาดตกรอบคลมทงหมด


คลกเลอกพนทวาด สงเมน Edit > Edit Areas > Expand/Shrink Areas สงขยายออกทกดานเปนระยะ 1 m

พนจะขยายออกทกดาน 1 m ดงในรป


คลกเลอกพน สงเมน Assign > Area > Automatic Area Mess เพอกาหนดการแบงพนยอย

ลองสงรนโดยกด F5 ดผลจากนาหนกของพน DEAD คลกหนาตาง 3-D View กดปม เลอก Shells กาหนดคาดงในรป


น าหนกน าบนพนถง

ถงนามความสง 3 เมตร นาหนกบรรทกของนาบนพนถง = w h = 1.0 x 3.0 = 3.0 t/m2

คลกปม ปลดลอคโมเดล สงเมน Define > Load Patterns สรางกรณบรรทก WATER

คลกเลอกพน สงเมน Edit > Edit Areas > Divide Areas เลอกแบงพนตามจดตดกรด


พนจะถกแบงออกตามจดตดกรด

คลกเลอกพนภายในโดยตกรอบภายในจากมมขวาบนลงซายลางดงในรป

สงเมน Assign > Area Loads > Uniform (Shell) ใสนาหนกนา WATER = 3000 kg/m2

กด Ctrl+A เลอกทงหมด สงเมน Assign > Areas > Automatic Area Mesh เพอแบงพนยอย


ลองสงรนโดยกด F5 ดผลจากนาหนกของพน WATER คลกหนาตาง 3-D View กดปม เลอก Shells กาหนดคาเชนเดม

สงเมน File > Save As ตงชอใหมเปน AX03 UnderG WTank2.sdb

ผนงดานขาง

คลกปม ปลดลอคโมเดล สงเมน Define > Section Properties > Area Sections… คลกปม Add New Section… เพอสรางหนาตดผนง WALL


คลกหนาตางสองมตแลวกดปม แลวกดปม จนไดมมมอง X-Z Plane @ Y= 0

คลกปม เลอกหนาตด WALL แลววาดผนงดงในรป

คลกเลอกผนงทวาด กด Ctrl+R เพอทาซาโดยใชระยะ dy = 9 จะได

คลกหนาตางสองมตแลวกดปม แลวกดปม จนไดมมมอง Y-Z Plane @ X= 0

คลกปม เลอกหนาตด WALL แลววาดผนงดงในรป

เลอกผนงทวาดแลวกด Ctrl+R ทาซาโดยใชระยะ dx = 18


คลกปม เลอกใหแสดง Area > Local Axes เพอดแกนเฉพาะทของผนง

จะเหนวาแกน 3 (ลกศรสฟา) ของผนงทง 4 ดานมทศทางดงในรป

X

Y

3

3

33

เพอความสะดวกในการใสแรงดนนาและแรงดนดน เราจะเปลยนทศแกน 3 ของทกผนงเปนพงออกทงหมด


ในหนาตาง 3-D คลกเลอกผนงดานซายและผนงดานบน สงเมน Assign > Area > Reverse Local 3 แกนเฉพาะทของผนงจะเปลยนเปนดงในรป


แรงดนน าบนผนงดานขาง Water Pressure

วธท 1 : Uniform Surface Pressure

แรงดนนามการกระจายเปนรปสามเหลยมตามสตร w h ดงในรปดานซาย แตใน SAP2000 มใหใสเฉพาะแรงดนสมาเสมอ ดงนนถาทาแบบงายกอาจคานวณเปนคาแรงดนเทยบเทาดงในรปดานขวา

3 m

3 t/m2

3 m

1.5 t/m2

คลกเลอกผนงทงหมด หรอ สงเมน Select > Select > Properties > Area Sections เลอก WALL แลวกด Ctrl+Shift+G ตงชอกลมเปน WALL

กด Ctrl+G เลอกกลม WALL สงเมน Assign > Area > Automatic Area Mess แบงพนยอยเปนขนาด 1 m เชนเดยวกบพน


กด Ctrl+G เลอก WALL สงเมน Assign > Area Loads > Surface Pressure

ลองสงรนโดยกด F5 ดผลจากนาหนกของพน WATER คลกหนาตาง 3-D View กดปม เลอก Shells เลอก Resultant Force > Mmax

วธท 2 : Surface Pressure by Joint Pattern

เราสามารถกาหนดรปแบบการกระจายแรงดนโดยการใช “รปแบบจดตอ (Joint Pattern)” ซงอาจจะยงยากกวาวธแรกแตจะมความใกลเคยงกบความเปนจรงมากกวา


กด Ctrl+G เลอกกลม WALL สงเมน Assign > Area > Automatic Area Mess เลอก No Auto Meshing เพอยกเลกการแบงพนยอยอตโนมต

กด Ctrl+G เลอก WALL สงเมน Assign > Area Loads > Surface Pressure เลอก Delete Existing Loads เพอลบนาหนกเดมออก


เสรจแลวลองคลกขวาทผนง ตรวจดในแถบ Assignments > Automatic Area Mesh = None และในแถบ Loads จะไมมขอมล

กด Ctrl+G เลอก Wall สงเมน Edit > Edit Areas > Divide Areas แบงเปนขนาด 1 m

ผนงทงหมดจะถกแบงยอยเปนขนาด 1 m ดงในรปขางลาง


สงเมน Define > Joint Patterns… กด Add New Pattern Name ตงชอวา WaterP

คลกหนาตางสองมต สงเมน View > Set 3D View เลอก XY ใหแสดงรปแปลน

ตกรอบเลอกผนงทง 4 ดานทละผนงดงในรป


สงเมน Assign > Joint Patterns เลอก WaterP แบบ Z Coordinate at Zero Pressure แลวใสคาระดบความสง Z ทระดบผวนาคอ 3 m และหนวยนาหนกนาคอ 1000 kg/m3 ขอจากด Zero Neg หมายถงไมมคาลบ

คลกมมมอง 3-D View สงเมน Display > Show Misc Assigns > Joints… เลอกใหแสดง Joint Patterns > WaterP


เมอซมขยายในมมมองสามมตจะคาแรงดนกระจายตามจดตอดงในรป

กด Ctrl+G เลอก Wall สงเมน Assign > Area Loads > Surface Pressure เลอกกรณบรรทก Water และรปแบบจดตอ WaterP ดงในรป

คลกหนาตาง 3-D View สงเมน Display > Show Load Assigns > Area… เลอกใหแสดงแรงดนนาโดยกาหนดดงในรป


จะสงเกตแรงดนบนผนงทง 4 ดานมทศพงออกและมขนาดเพมขนจากบนลงลาง

ลองสงรนโดยกด F5 ดผลจากนาหนกของพน WATER คลกหนาตาง 3-D View กดปม เลอก Shells เลอก Resultant Force > Mmax

แรงดนดนบนผนงดานขาง Earth Pressure

แรงดนดนบนผนงดานขางจากดนภายนอกแบงเปนสองสวนคอ ph1 แรงดนดนจากนาหนกบรรทกกดทบ (surcharge) บนผวดนมคาคงท, ph2 แรงดนจากเนอดน และ pw แรงดนนาซงเพมขนตามความลกกระจายเปนรปสามเหลยม ดงแสดงในรป


3 m

ph1ph2pw

การคานวณแรงดนดนโดยใชสตรอยางงายทาไดโดยใชคาสมประสทธ Ka ซงคานวณจากคามมเสยดทานของดน

o

a o

1 sin 1 sin20K 0.4903

1 sin 1 sin20

ph1 = Ka x surcharge = 0.4903 x 1000 = 490 kg/m2

ph2 = Ka ’ h = 0.4903 x (2200–1000) h = 588 h kg/m2

pw = w h = 1000 h kg/m2

ph2 + pw = 1588 h kg/m2


สงเมน Define > Load Patterns สรางกรณบรรทก SOIL

สงเมน Define > Joint Patterns… กด Add New Pattern Name ตงชอวา SoilP

คลกหนาตางสองมต สงเมน View > Set 3D View เลอก XY ใหแสดงรปแปลน

ตกรอบเลอกผนงทง 4 ดานทละผนงเชนเดมเพอเลอกจดตอทงหมดบนผนง


สงเมน Assign > Joint Patterns เลอก SoilP แบบ Z Coordinate at Zero Pressure แลว

ใสคาระดบความสง Z ทระดบผวนาคอ 3 m และหนวยนาหนกดนคอ 1588 kg/m3 ขอจากด Zero Neg หมายถงไมมคาลบ และใช surcharge เพมอก 1000 kg/m2

คลกมมมอง 3-D View สงเมน Display > Show Misc Assigns > Joints… เลอกใหแสดง Joint Patterns > SoilP


กด Ctrl+G เลอก Wall สงเมน Assign > Area Loads > Surface Pressure เลอกกรณบรรทก SOIL และรปแบบจดตอ SoilP ดงในรป

จะสงเกตแรงดนบนผนงทง 4 ดานมทศพงเขาและมขนาดเพมขนจากบนลงลาง


ลองสงรนโดยกด F5 ดผลจากนาหนกของพน SOIL คลกหนาตาง 3-D View กดปม เลอก Shells เลอก Resultant Force > Mmax

สภาวะการออกแบบถงน าใตดน Design Conditions

การออกแบบถงนาใตดนจะพจารณาออกแบบเพอรบนาหนกบรรทกใน 2 สภาวะคอ กรณทมนาเตมถงมแรงดนนาแตไมมแรงดนดนโดยรอบ และกรณทไมมนาในถงแตมแรงดนดนโดยรอบ

pw

pw pw

pw

Water Pressure

ph

ph ph

ph

Soil Pressure

โดยกาหนดเปนกรณบรรทกรวม (Load Combination) สาหรบการออกแบบโดยวธหนวยแรงใชงาน (Working Stress Design, WSD) และวธกาลง (Strength Design Method, SDM) คอ

WSD1 = DEAD + WATER SDM1 = 1.4 DEAD + 1.7 WATER

WSD2 = DEAD + SOIL SDM2 = 1.4 DEAD + 1.7 SOIL


สงเมน Define > Load Combinations… คลกปม Add New Combo เพอสรางกรณบรรทก

รวมใหม ตงชอแลวเลอกกรณบรรทกและกาหนดคาแฟกเตอร เชนกรณ WSD1 ดงในรป

เมอสรางจนครบทกกรณจะไดรายการดงในรป

สงรนการวเคราะหโดยกด F5


ผลการวเคราะหเพอการออกแบบ Analysis Results for Designs

การพจารณาแรงภายในผนงเพอนาไปออกแบบจะอางองตามทศทางของแกนเฉพาะทของผนงคอแกน 1, 2 และ 3

โดยทแกน 3 จะชออกนอกระนาบผนง แกน 1 จะอยในแนวราบในระนาบผนง และแกน 2 จะอยในแนวดงในระนาบผนง

เหลกเสรมทางตง จะพจารณาจากโมเมนตในแนวนอนคอ M11 ดงแสดงในรป

H

w H

M11

คลกหนาตาง 3-D View กดปม เลอก Shells เลอกกรณบรรทก WSD1 ใหแสดง Resultant Force > M11

X

Z

Y

1

2

3


คลกหนาตางสองมต กดปม ใหแสดงมมมอง X-Z Plane @ Y=0

กดปม เลอก Shells เลอกกรณบรรทก WSD1 ใหแสดง Resultant Force > M11

เลอนตวชไปตามพนทบนผนงเพอหาคามากทสด คลกขวาเพอใหแสดงรปขยายของผนงยอย

จะไดคาโมเมนตมากทสดคอ 919 Kgf-m/m

ทาเชนเดมสาหรบกรณบรรทก WSD2, SDM1 และ SDM2 จะได

M11 (Kgf-m/m)

WSD1 919

WSD2 -2,358

SDM1 1,562

SDM2 -4,009


ผลของฝาถง Effect of Roof Slab

ถงนาบางแบบจะมฝาถงซงจะมสวนชวยในการลดแรงในผนงได ซงผออกแบบจะระบใหหลอฝาถงกอนแลวจงคอยกลบดนดานขาง ทงนกเพอหลกเลยงแรงในผนงทมากเกนกวาทไดออกแบบไว


สงเมน Define > Section Properties > Area Sections… คลกปม Add New Section เพอสรางหนาตดใหม ตงชอวา TSLAB กาหนดคาดงในรป

คลกหนาตางสองมต กดปม และ ใหแสดงมมมอง X-Y Plane @ Z=3

คลกปม เลอกหนาตด TSLAB แลวคลกวาดพนโดยตกรอบคลมทงหมด

คลกเลอกพนทวาด สงเมน Assign > Area > Automatic Area Mesh กาหนดขนาดพนยอย 1 m เชนเดยวกบพนดานลาง และผนงดานขาง


สงรนการวเคราะหโดยกด F5 แลวดผลโดยคลกหนาตาง 3-D View กดปม เลอก Shells ใหแสดง Resultant Force > MMAX ของกรณบรรทก WATER และ SOIL จะได


คลกหนาตางสองมต กดปม ใหแสดงมมมอง X-Z Plane @ Y=0

กดปม เลอก Shells เลอกกรณบรรทก WSD1 ใหแสดง Resultant Force > M11

ทาเชนเดมเพอหาโมเมนตมากทสดสาหรบกรณบรรทก WSD2, SDM1 และ SDM2 จะได

M11 (Kgf-m/m)

WSD1 704

WSD2 -839

SDM1 1,086

SDM2 -1,193

จะเหนวามคาลดมากเมอเทยบกบกรณทไมมฝาถง

ออกแบบเหลกเสรมทางตงโดยวธหนวยแรงใชงาน WSD

กาหนด fc = 65 ksc ตามกฎกระทรวง

fs = 0.5fy = 1500 ksc

n = Es/Ec = 8.54

k = 1/(1+fs/nfc) = 0.27

j = 1 – k/3 = 0.91

R = (1/2) fc k j = 7.985 ksc

Mc = R b d2 = 7.985 x 1.0 x 252 = 4,991 kg-m > 839 kg-m OK


คานวณปรมาณเหลกเสรมแนวตงทตองการ

As = M / ( fs j d ) = 83,900/(1,500x0.91x25) = 2.46 cm2 / m

As,min = 0.0015bh = 0.0015x100x30 = 4.5 cm2 / m ควบคม

ใชเหลก DB12 (As1 = 1.131 cm2)

ระยะหางทตองการ s = As1/As,min = 1.131/4.5 = 0.251 m

ใชเหลกเสรมทางตง DB12 @ 0.25 m

ออกแบบเหลกเสรมทางตงโดยวธก าลง SDM

กาหนด f’c = 240 ksc ดงนน 1 = 0.85

fy = 4,000 ksc (เหลก SD40)

b = 0.85 (0.85x240)/4,000 x 6,120/(6,120+4,000) = 0.0262

max = 0.75b = 0.0197

Rn = Mu/bd2 = 119,300/(0.9x100x252) = 2.12 ksc

c u

y c

0.85f 2R1 1

f 0.85f

= 0.00053 < max OK

As = bd = 0.0053x100x25 = 1.33 cm2/m < As,min Use As,min

ใชเหลกเสรมทางตง DB12 @ 0.25 m

sap2000 application example: 1.0 m 6 @ 3 = 18 m 1.0 m1.0 m ... · sap2000 : application examples :...

Documents