Sinh viên kết cấu năm cuối hay hỏi một câu rất thực dụng. ETABS và SAP2000 khác nhau ở đâu, học cái nào thì đi làm được?
Câu hỏi hợp lý. Hai phần mềm cùng một hãng. Giao diện giống nhau đến mức nhìn ảnh chụp màn hình khó phân biệt. Và đồ án thì thầy nào cũng chấp nhận cả hai.
Nhưng có một chi tiết hay bị bỏ qua. Ở công ty thiết kế, hai phần mềm này gần như luôn đi kèm phần mềm thứ ba là SAFE. Nên bài này nói về cả ba.
Ba phần mềm, một hãng, ba việc
Cả ba đều của Computers and Structures, Inc., thường gọi tắt là CSI. Chúng dùng chung lõi phân tích phần tử hữu hạn. Cách khai vật liệu, tiết diện, tải trọng và tổ hợp cũng giống nhau.
Khác biệt nằm ở đối tượng mà mỗi phần mềm được tối ưu để mô hình hóa.
SAP2000 là phần mềm tổng quát. Nó không giả định trước bạn đang tính cái gì. Một dầm, một khung nhà xưởng, một cầu dây văng, một tháp truyền hình, một bể chứa — đều dựng được. Đổi lại, mọi thứ phải khai bằng tay. Kể cả những việc lặp đi lặp lại ở nhà nhiều tầng.
ETABS là SAP2000 chuyên biệt hóa cho nhà nhiều tầng. Nó hiểu sẵn khái niệm tầng, sàn, vách, lõi và lưới cột. Nó tự sinh tải gió và tải động đất theo tiêu chuẩn. Nó tự tính khối lượng tầng, tâm khối lượng, tâm cứng, rồi kiểm tra chuyển vị lệch tầng. Việc mất nửa ngày trong SAP2000 thì ETABS làm trong vài phút — với điều kiện công trình của bạn là nhà.
SAFE chuyên về kết cấu bản. Nghĩa là sàn bê tông, kể cả sàn không dầm và sàn dự ứng lực, cùng móng bè và đài cọc. Nó nhận tải từ ETABS truyền xuống. Nó tính thép sàn theo dải, kiểm tra chọc thủng, tính võng dài hạn có kể đến nứt và từ biến. ETABS cũng phân tích được sàn. Nhưng thiết kế sàn và móng đến mức ra bản vẽ là việc của SAFE.
Một cách hình dung dễ nhớ. SAP2000 là hộp dụng cụ đầy đủ. ETABS là bộ dụng cụ chuyên cho nhà. SAFE là bộ dụng cụ chuyên cho sàn và móng. Bài Quy trình 8 bước thiết kế nhà cao tầng bằng ETABS và SAFE cho thấy hai phần mềm nối nhau ở bước nào.
Ở công ty thiết kế nhà, cả ba thường chạy chung trên một dự án. Đó là lý do khóa Thiết kế nhà cao tầng tại Viện dạy liền ba phần mềm, thay vì tách rời từng cái.
Bảng chọn phần mềm theo loại công trình
| Loại công trình | Phần mềm chính | Kèm theo | Vì sao |
|---|---|---|---|
| Chung cư, văn phòng, nhà nhiều tầng | ETABS | SAFE cho sàn và móng | Có tầng, có sàn cứng, tải ngang tự sinh, kiểm tra lệch tầng |
| Nhà thấp tầng, nhà phố, biệt thự | ETABS hoặc SAP2000 | SAFE nếu sàn phức tạp | Công trình nhỏ nên phần mềm nào cũng được; ETABS nhanh hơn |
| Nhà công nghiệp, nhà thép tiền chế | SAP2000 | — | Khung phẳng hoặc không gian, có tải cầu trục, không có sàn cứng |
| Sàn không dầm, sàn dự ứng lực, sàn chuyển | SAFE | ETABS để lấy tải | Tính thép theo dải, chọc thủng, võng dài hạn |
| Móng bè, đài cọc, móng băng giao thoa | SAFE | ETABS hoặc SAP2000 để lấy phản lực | Bản trên nền đàn hồi, lò xo cọc |
| Cầu, trụ cầu, cầu dây văng | SAP2000 | — | Tải di động, giai đoạn thi công, phần tử cáp |
| Tháp, cột điện, giàn không gian, mái lớn | SAP2000 | — | Hình học tự do, phần tử thanh, cáp và vỏ |
| Bể chứa, silo, tường chắn | SAP2000 | SAFE cho đáy bể và móng | Phần tử vỏ, áp lực chất lỏng và đất |
Ba quy tắc rút gọn từ bảng trên.
Công trình có chữ "nhà" và nhiều tầng thì chọn ETABS. Không có tầng hoặc không phải nhà thì chọn SAP2000. Sàn và móng thì dùng SAFE.
Ba quy tắc này đúng trong phần lớn trường hợp gặp ở công ty thiết kế trong nước.
Nên học ETABS hay SAP2000 trước
Câu trả lời phụ thuộc vào nơi bạn sẽ làm việc. Không phụ thuộc phần mềm nào khó hơn.
Sẽ làm thiết kế nhà dân dụng. Học ETABS trước, rồi SAFE ngay sau. Đây là bộ đôi mà gần như mọi công ty thiết kế nhà ở Việt Nam dùng hằng ngày. SAP2000 học sau, ở mức đủ để tính các hạng mục phụ như mái, cầu thang, kết cấu ngoài nhà.
Đó cũng là trình tự của khóa Thiết kế nhà cao tầng ETABS – SAFE – SAP2000 tại Viện. Khóa 15 buổi mở đầu bằng hệ kết cấu và nền tảng phần tử hữu hạn. Sau đó là tải đứng, dao động và tải ngang, rồi thiết kế cấu kiện chịu lực chính. Hai chặng cuối dành cho SAFE làm sàn và móng, và SAP2000 cho hạng mục ngoài nhà cao tầng.
Sẽ làm công nghiệp, hạ tầng, cầu hoặc kết cấu thép. Học SAP2000 trước. Nó buộc bạn khai mọi thứ bằng tay, nên bạn hiểu sơ đồ tính và điều kiện biên rõ hơn. Chuyển sang ETABS sau đó chỉ là học thêm các tiện ích dành cho nhà. Khóa SAP2000 của Viện đi 13 buổi, từ dựng hình và tải trọng đến sơ đồ tính đồ án bê tông, nhà thép tiền chế và công trình thực tế.
Còn là sinh viên làm đồ án. Đồ án bê tông cốt thép và đồ án tốt nghiệp nhà dân dụng thì dùng ETABS. Đồ án thép và đồ án cầu thì dùng SAP2000.
Vậy có cần học cả hai không? Với kỹ sư kết cấu nhà dân dụng thì cần, nhưng ở hai mức khác nhau. ETABS phải thành thạo. SAP2000 chỉ cần đủ dùng. Phần kiến thức trùng nhau giữa hai phần mềm rất lớn, nên cái thứ hai luôn học nhanh hơn cái thứ nhất.
Vì sao hai phần mềm ra kết quả lệch nhau
Giảng viên của Viện hay làm một thí nghiệm ở buổi đầu. Dựng một khung bê tông phẳng ba tầng, hai nhịp. Cùng tiết diện, cùng tải. Dựng trên cả ETABS lẫn SAP2000, rồi so nội lực.
Lần một, kết quả lệch nhau. Mô men dầm chênh vài phần trăm, có khi hơn mười phần trăm. Chuyển vị đỉnh lệch rõ. Học viên thường kết luận rằng hai phần mềm cho kết quả khác nhau. Kết luận đó sai.
Lần hai, sau khi thống nhất giả thiết. Hai phần mềm cho nội lực trùng nhau đến chữ số thập phân. Nói cách khác, chỗ ETABS và SAP2000 khác nhau không nằm ở lõi tính toán. Vì chúng dùng chung lõi phân tích. Chênh lệch ở lần một đến từ những thiết lập mà ETABS bật sẵn còn SAP2000 để người dùng tự quyết.
Bốn thiết lập gây lệch nhiều nhất:
- Sàn cứng tuyệt đối. ETABS tự gán cho từng tầng, SAP2000 thì không. Khi có sàn cứng, tải ngang phân về các khung theo độ cứng, và các nút cùng tầng bị ràng buộc chuyển vị. Nội lực đổi rõ.
- Vùng cứng tại nút. ETABS tự coi đoạn dầm nằm trong cột là cứng, SAP2000 mặc định không. Mô men gối thay đổi theo.
- Hệ số giảm độ cứng do nứt. Giá trị mặc định và cách khai ở hai phần mềm khác nhau. Nó ảnh hưởng thẳng tới chuyển vị và phân phối nội lực.
- Nguồn khối lượng và cách chia lưới sàn. ETABS chia lưới và tính khối lượng tầng tự động. SAP2000 cần khai báo.
Bài học ở đây không phải là phần mềm nào đúng. Bài học là: kết quả là của giả thiết, không phải của phần mềm. Kỹ sư phải biết mình đã bật cái gì.
Đó cũng là lý do Viện dạy phần tử hữu hạn và sơ đồ tính trước khi dạy bấm nút. Và đó là điều nhà tuyển dụng kiểm tra đầu tiên, khi họ chỉ vào một cái dầm rồi hỏi bạn thấy nội lực đó có hợp lý không.
Một hệ quả rất thực tế. Khi kiểm tra chéo kết quả của đồng nghiệp hay của đơn vị tư vấn khác, đừng so con số trước. Hãy so bảng giả thiết. Chín phần mười chênh lệch nằm ở đó.
Câu hỏi thường gặp
ETABS và SAP2000 khác nhau nhiều đến mức nào?
Về lõi tính thì không khác gì. Khác nằm ở lớp tiện ích dựng sẵn cho nhà nhiều tầng, và ở những giả thiết mà ETABS bật sẵn còn SAP2000 để trống. Về phạm vi thì khác rõ hơn: với cầu, tháp, bể chứa hay mái không gian, ETABS hoặc không làm được, hoặc làm rất gượng. Ngược lại SAP2000 dựng được nhà, nhưng thiếu hết các tiện ích theo tầng.
SAFE có bắt buộc không, hay ETABS tính sàn là đủ?
ETABS phân tích được sàn. Nhưng thiết kế sàn đến mức bố trí thép theo dải, kiểm tra chọc thủng, tính võng dài hạn, rồi làm móng bè và đài cọc thì cần SAFE. Công ty thiết kế nhà gần như luôn dùng cả hai.
Học ba phần mềm có mất nhiều thời gian không?
Không nhiều như nhiều người nghĩ. Ba phần mềm cùng một hãng nên cách khai vật liệu, tiết diện, tải trọng gần như giống hệt. Học vững một cái thì chuyển sang cái thứ hai chỉ mất vài buổi.
Phần mềm có thay được kiến thức kết cấu không?
Không. Thí nghiệm ở trên cho thấy cùng một công trình, đổi vài giả thiết là kết quả đổi theo. Người không hiểu sơ đồ tính sẽ không biết kết quả nào đáng tin.
Kết quả tính ra rồi thì dựng bản vẽ bằng gì?
Thường là Revit cho hồ sơ thiết kế, và Tekla khi hồ sơ đi sang khâu chế tạo. Bài Tekla Structures là gì nói rõ ranh giới giữa hai phần mềm đó.
Sinh viên mới ra trường nên bắt đầu từ đâu?
Chọn một hướng trước rồi học sâu, đừng học dàn trải. Bài Kỹ sư xây dựng mới ra trường nên học phần mềm gì có bảng chọn theo từng vị trí công việc.