Trong quá trình mô hình hóa kết cấu bằng các phần mềm phân tích như ETABS hay SAFE, một trong những yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả phân tích là khu vực cứng (Rigid Zone) ở vị trí liên kết giữa sàn – cột./vách

Automatic Rigid Zone Area Over Column (ARZAC) là một tính năng được cung cấp trong các phần mềm này nhằm tự động xác định và khai báo khu vực cứng tại vị trí cột xuyên qua sàn. Việc sử dụng ARZAC giúp tăng cường độ chính xác khi mô hình hóa tương tác giữa các phần tử, đặc biệt trong các bài toán phân tích nội lực, chuyển vị sàn không dầm và móng.

Bài viết dưới đây sẽ giúp bạn hiểu rõ ý nghĩa và cách sử dụng tính năng “Automatic Rigid Zone Area Over Column” trong ETABS và SAFE. Nội dung tổng hợp từ tài liệu chính thức của CSI Knowledge Base và kinh nghiệm thực tế khi triển khai thiết kế sàn.

1. Tính năng Automatic Rigid‑Zone Over Column là gì?

Khi bật tuỳ chọn “Include Automatic Rigid Zone Area Over Column”, phần mềm sẽ tự động thêm một vùng cứng (Rigid Zone) tại giao diện giữa cột (hoặc vách) và sàn (slab). Vùng này được xử lý như một phần tử có độ cứng rất lớn (độ cứng chống uốn gấp 100 lần), giúp slab không biến dạng ngay tại vị trí tiếp giáp với cột/vách.

Mục đích mô hình hóa Rigid Zone:

• Ngăn chặn biến dạng của sàn ngay tại vị trí cột/vách.

• Dịch chuyển vị trí xuất hiện mô men lớn nhất từ tâm cột ra mặt ngoài của cột.

• Giúp kết quả biến dạng, độ võng thực tế hơn.

• Làm giảm lượng thép cần thiết do mô men thiết kế giảm đi.

 Hầu hết các tiêu chuẩn thiết kế, bao gồm ACI 318, cho phép và khuyến nghị áp dụng mô hình vùng cứng này.

2. Tại sao cần áp dụng Rigid Zone?

• Mô phỏng kết cấu thực tế: Trong thực tế, slab và cột/vách thường liên kết chắc chắn, nên slab ở vùng tiếp xúc với cột/vách ít bị cong vênh, hơn nữa tại ví trí tiếp xúc tập trung thép nhiều nên độ cứng lớn hơn các vị trí khác.

• Chuyển tải nội lực đúng vị trí: Với Rigid Zone, moment thiết kế sẽ tập trung tại mặt cắt tiếp xúc cột/slab, thay vì tại tâm cột.

• Tiết kiệm vật liệu: Việc tập trung moment ở gối cấu kiện sẽ giảm moment ở giữa nhịp, từ đó giảm độ võng, giảm thép tính toán, thiết kế hiệu quả và kinh tế hơn .

3. Khi nào nên sử dụng Rigid Zone?

• Nên áp dụng cho mô hình sàn không dầm (sàn phẳng, sàn nấm, sàn dự ứng lực...) hoặc móng. Đối với sàn dầm thì không cần thiết vì không ảnh hưởng nhiều.

• Tùy thuộc vào phương pháp thiết kế, nếu muốn tối ưu nội lực và tiết kiệm thép thì bật, nếu muốn thiết kế bảo thủ (thiên về an toàn), không bật cũng được.

• Lưu ý: Nên mesh nhỏ tại khu vực vùng cứng để giảm sai số mô hình hóa.

4. Có nên áp dụng Rigid Zone khi kiểm tra cắt thủng (punching shear) không?

Khi chọn Include Automatic Rigid Zone Area Over Column, độ cứng liên kết tăng lên, khiến độ võng và cốt thép sàn giảm. Tuy nhiên, điều này cũng dẫn đến việc moment lệch cân bằng (unbalanced moment) tăng lên, từ đó tỷ lệ punching shear cao hơn.

Dù việc mô hình hóa như thế nào là tùy thuộc vào kỹ sư thiết kế, Vietcons khuyến nghị nên bật vùng cứng tại cột để mô phỏng thực tế hơn và an toàn hơn.

5. Cách bật tuỳ chọn trong phần mềm

Trong Safe hoặc ETABS:

• Mở Define > Column Properties

• Tích chọn Include Automatic Rigid Zone Area Over Column để tự động thêm vùng cứng

6. Col_Stiff là gì và tại sao xuất hiện khi import từ ETABS sang SAFE?

Khi import mô hình từ ETABS sang SAFE, phần mềm tự động thêm một thuộc tính “Col_Stiff” trong Slab Properties.

• Col_Stiff (= Rigid Zone) chính là các phần tử diện tích cứng đại diện cho vùng giao tiếp giữa cột/vách và sàn (tương tự tính năng Automatic Rigid‑Zone Over Column).

• SAFE tự động khuếch đại mô men quán tính (Moment of Inertia) của vùng này lên 100 lần so với phần còn lại của sàn để phản ánh sự tăng cứng thực tế tại liên kết.

Tác động của Col_Stiff:

• Độ võng (Deflections) → Giảm → Kết quả chính xác hơn, ít bảo thủ hơn.

• Thiết kế thép (Rebar Design) → Thép được tính toán dựa trên phản ứng tại mặt ngoài cột, không còn tính tại tâm cột → Tiết kiệm thép.

• Kiểm tra cắt thủng (Punching Shear) → Thay đổi đáng kể, do độ cứng vùng biên tăng → tăng phản lực → tăng moment unbalanced → tăng tỷ số cắt thủng.

Tham khảo link chính thức từ hãng CSI: https://web.wiki.csiamerica.com/wiki/spaces/safe/pages/1802993/Stiff+properties

7. Có nên tạo vùng cứng Rigid Zone giữa sàn và vách không?

Câu trả lời phụ thuộc vào mục tiêu thiết kế và đặc điểm kết cấu của dự án.

Nếu muốn giảm hoặc loại bỏ moment âm tại mép tiếp giáp giữa sàn và tường (wall face):

• Xóa các vùng cứng (Rigid Areas) tại vị trí cột và tường.

• Bỏ chọn tùy chọn “Wall Takes Out-of-plane Moments” trong SAFE.

Trường hợp tường không song song với dải thiết kế (Design Strips):

• Sự liên tục của sàn vẫn có thể sinh ra moment âm tại mép tiếp xúc, nhưng giá trị thường nhỏ hoặc không đáng kể đối với thiết kế thép sàn thông thường.

Lưu ý:

• Giảm kích thước mesh tại khu vực giao tiếp cũng giúp cải thiện kết quả và giảm sai số mô hình hóa.

• Nếu mục đích kiểm tra cắt thủng (Punching Shear): Nên bật Rigid Zone để phản ánh đúng điều kiện liên kết thực tế và có kết quả bảo đảm an toàn hơn.

Tóm lại: Có thể không cần tạo vùng cứng giữa sàn và vách nếu mục tiêu là giảm moment âm biên, nhưng nên bật nếu ưu tiên kiểm tra chính xác cắt thủng hoặc mô phỏng sát với thực tế.

Kết luận:

Trong SAFE và ETABS, Automatic Rigid Zone Area Over Column cho phép phần mềm tự động tạo vùng cứng tại vị trí cột.
Mục đích chính:

• Giảm chiều dài nhịp tự do của sàn.

• Tăng độ cứng tại vị trí liên kết cột-sàn → Giảm chuyển vị và momen nhịp → Phân bố nội lực gần hơn với thực tế thi công.

Việc bật Automatic Rigid Zone Area Over Column giúp mô hình kết cấu thực tế hơn, tối ưu nội lực và tiết kiệm thép, tuy nhiên cần kiểm tra kỹ punching shear tại vị trí vùng cứng.

Lưu ý: Khi chuyển mô hình từ ETABS sang SAFE, những vùng cứng này được gán vật liệu giống sàn nhưng nhân hệ số độ cứng lên 100 lần → gọi là Col_Stiff.

VIETCONS EDUCATION
Nền tảng đào tạo kỹ sư xây dựng chuyên nghiệp
Website: vietcons.edu.vn

CÁM ƠN QUÝ ĐỘC GIẢ ĐÃ QUAN TÂM VÀ THEO DÕI BÀI VIẾT CỦA VIETCONS.EDU.VN !

Các bạn có thể liên hệ trực tiếp Fanpage (https://www.facebook.com/VietConsEducation) của trung tâm để đặt câu hỏi. Chúng tôi sẽ giải đáp thêm cho bạn.

Quét mã QR