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
SAP2000 : Application Examples : Underground Water Tank By Dr.Mongkol JIRAWACHARADET 38
ใสขอมลเสนกรดทศทาง X, Y และ Z ดงในรป
SAP2000 : Application Examples : Underground Water Tank By Dr.Mongkol JIRAWACHARADET 39
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
SAP2000 : Application Examples : Underground Water Tank By Dr.Mongkol JIRAWACHARADET 40
เพมวสดใหมคอเหลกเสนเสรมคอนกรต (Rebar) คลกปม Add New Material
หนาตาง Quick Material Definition จะแสดงขนมาใหเลอกเหลกตามมาตรฐานทใกลเคยงคอ ASTM A615
SAP2000 : Application Examples : Underground Water Tank By Dr.Mongkol JIRAWACHARADET 41
เมอมรายการเพมเขามา ใหกดปม Mofify/Show Material เพอแกไขขอมล
ใสขอมลเหลกเสรมคอนกรต SD40 ซงมคณสมบต ดงน
เมอใสขอมลเสรจแลวคลก OK แลว เราจะมรายการวสดคอ
SAP2000 : Application Examples : Underground Water Tank By Dr.Mongkol JIRAWACHARADET 42
สรางจดรองรบ Supports
คลกปม เพอวาดจด โดยตกรอบคลมจดตดกรดทงหมด
ตกรอบเลอกจดทงหมด สงเมน Assign > Joint > Restraints… เลอกแบบ Pinned
จดรองรบจะถกสรางขนตามจดตดกรดดงในรป
SAP2000 : Application Examples : Underground Water Tank By Dr.Mongkol JIRAWACHARADET 43
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
SAP2000 : Application Examples : Underground Water Tank By Dr.Mongkol JIRAWACHARADET 44
คลกเลอกพนทวาด สงเมน Edit > Edit Areas > Expand/Shrink Areas สงขยายออกทกดานเปนระยะ 1 m
พนจะขยายออกทกดาน 1 m ดงในรป
SAP2000 : Application Examples : Underground Water Tank By Dr.Mongkol JIRAWACHARADET 45
คลกเลอกพน สงเมน Assign > Area > Automatic Area Mess เพอกาหนดการแบงพนยอย
ลองสงรนโดยกด F5 ดผลจากนาหนกของพน DEAD คลกหนาตาง 3-D View กดปม เลอก Shells กาหนดคาดงในรป
SAP2000 : Application Examples : Underground Water Tank By Dr.Mongkol JIRAWACHARADET 46
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
SAP2000 : Application Examples : Underground Water Tank By Dr.Mongkol JIRAWACHARADET 47
พนจะถกแบงออกตามจดตดกรด
คลกเลอกพนภายในโดยตกรอบภายในจากมมขวาบนลงซายลางดงในรป
สงเมน Assign > Area Loads > Uniform (Shell) ใสนาหนกนา WATER = 3000 kg/m2
กด Ctrl+A เลอกทงหมด สงเมน Assign > Areas > Automatic Area Mesh เพอแบงพนยอย
SAP2000 : Application Examples : Underground Water Tank By Dr.Mongkol JIRAWACHARADET 48
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
SAP2000 : Application Examples : Underground Water Tank By Dr.Mongkol JIRAWACHARADET 49
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
SAP2000 : Application Examples : Underground Water Tank By Dr.Mongkol JIRAWACHARADET 50
คลกปม เลอกใหแสดง Area > Local Axes เพอดแกนเฉพาะทของผนง
จะเหนวาแกน 3 (ลกศรสฟา) ของผนงทง 4 ดานมทศทางดงในรป
X
Y
3
3
33
เพอความสะดวกในการใสแรงดนนาและแรงดนดน เราจะเปลยนทศแกน 3 ของทกผนงเปนพงออกทงหมด
SAP2000 : Application Examples : Underground Water Tank By Dr.Mongkol JIRAWACHARADET 51
ในหนาตาง 3-D คลกเลอกผนงดานซายและผนงดานบน สงเมน Assign > Area > Reverse Local 3 แกนเฉพาะทของผนงจะเปลยนเปนดงในรป
สงเมน File > Save As ตงชอใหมเปน AX03 UnderG WTank3.sdb
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
SAP2000 : Application Examples : Underground Water Tank By Dr.Mongkol JIRAWACHARADET 52
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
สงเมน File > Save As ตงชอใหมเปน AX03 UnderG WTank4.sdb
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
SAP2000 : Application Examples : Underground Water Tank By Dr.Mongkol JIRAWACHARADET 53
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
SAP2000 : Application Examples : Underground Water Tank By Dr.Mongkol JIRAWACHARADET 54
สงเมน Define > Joint Patterns… กด Add New Pattern Name ตงชอวา WaterP
คลกหนาตางสองมต สงเมน View > Set 3D View เลอก XY ใหแสดงรปแปลน
ตกรอบเลอกผนงทง 4 ดานทละผนงดงในรป
SAP2000 : Application Examples : Underground Water Tank By Dr.Mongkol JIRAWACHARADET 55
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
SAP2000 : Application Examples : Underground Water Tank By Dr.Mongkol JIRAWACHARADET 56
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
SAP2000 : Application Examples : Underground Water Tank By Dr.Mongkol JIRAWACHARADET 57
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
SAP2000 : Application Examples : Underground Water Tank By Dr.Mongkol JIRAWACHARADET 58
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 File > Save As ตงชอใหมเปน AX03 UnderG WTank5.sdb
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
SAP2000 : Application Examples : Underground Water Tank By Dr.Mongkol JIRAWACHARADET 59
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
SAP2000 : Application Examples : Underground Water Tank By Dr.Mongkol JIRAWACHARADET 60
กด Ctrl+G เลอก Wall สงเมน Assign > Area Loads > Surface Pressure เลอกกรณบรรทก SOIL และรปแบบจดตอ SoilP ดงในรป
จะสงเกตแรงดนบนผนงทง 4 ดานมทศพงเขาและมขนาดเพมขนจากบนลงลาง
SAP2000 : Application Examples : Underground Water Tank By Dr.Mongkol JIRAWACHARADET 61
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
SAP2000 : Application Examples : Underground Water Tank By Dr.Mongkol JIRAWACHARADET 62
สงเมน Define > Load Combinations… คลกปม Add New Combo เพอสรางกรณบรรทก
รวมใหม ตงชอแลวเลอกกรณบรรทกและกาหนดคาแฟกเตอร เชนกรณ WSD1 ดงในรป
เมอสรางจนครบทกกรณจะไดรายการดงในรป
สงรนการวเคราะหโดยกด F5
SAP2000 : Application Examples : Underground Water Tank By Dr.Mongkol JIRAWACHARADET 63
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
SAP2000 : Application Examples : Underground Water Tank By Dr.Mongkol JIRAWACHARADET 64
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
SAP2000 : Application Examples : Underground Water Tank By Dr.Mongkol JIRAWACHARADET 65
ผลของฝาถง Effect of Roof Slab
ถงนาบางแบบจะมฝาถงซงจะมสวนชวยในการลดแรงในผนงได ซงผออกแบบจะระบใหหลอฝาถงกอนแลวจงคอยกลบดนดานขาง ทงนกเพอหลกเลยงแรงในผนงทมากเกนกวาทไดออกแบบไว
สงเมน File > Save As ตงชอใหมเปน AX03 UnderG WTank6.sdb
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
SAP2000 : Application Examples : Underground Water Tank By Dr.Mongkol JIRAWACHARADET 66
สงรนการวเคราะหโดยกด F5 แลวดผลโดยคลกหนาตาง 3-D View กดปม เลอก Shells ใหแสดง Resultant Force > MMAX ของกรณบรรทก WATER และ SOIL จะได
SAP2000 : Application Examples : Underground Water Tank By Dr.Mongkol JIRAWACHARADET 67
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
SAP2000 : Application Examples : Underground Water Tank By Dr.Mongkol JIRAWACHARADET 68
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
Top Related