高层建筑结构常用计算软件.ppt

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1、高层建筑结构常用计算软件,山东建筑大学 李安起,高层建筑结构常用计算软件,PKPM系列 广厦结构CAD ETABS和SAP2000 ANSYS MIDAS 3D3S TBSA 等等。,PKPM系列,研发单位：中国建筑科学研究院 结构分析软件包包括：SATWE，TAT，TATD，PMSAP，EPDA等适用于高层建筑结构设计的软件包。 特定：界面简单，简单易学，根据中国规范及时更新。,PKPM系列SATWE,梁柱采用空间杆系单元，剪力墙采用考虑平面外刚度的空间墙单元。 在对楼板的处理上采用了四种不同的假定： 1）假定楼板整体平面内无限刚； 2） 假定楼板分块平面内无限刚； 3） 假定楼板分块平面内

2、无限刚，并带有弹性连接板带； 4） 假定楼板为弹性板。 可对某块楼板进行有限元分析。,PKPM系列SATWE,墙单元：适用于较复杂的结构，较真实地分析出剪力墙的内力和变形。 在地震作用分析时，程序对振型分解法提供了两种解法：总刚分析方法和侧刚分析方法。 建议采用总刚分析法。 专门为多、高层建筑结构分析与设计而研制的空间结构有限元分析软件，适用于各种复杂体型的高层钢筋混凝土框架、框剪、剪力墙、筒体结构等，也适用于混凝土- 钢混合结构和高层钢结构。,PKPM系列TAT,对剪力墙采用开口薄壁杆件模型，并假定楼板在平面内刚度无限大，平面外刚度为零。 实际工程中许多布置复杂的剪力墙难以满足薄壁杆件模型的

3、基本假定，从而使计算结果难以满足工程设计的精度要求。 TAT软件适合于框架、框架- 剪力墙、剪力墙及筒体结构，但应用时应根据结构的实际情况对剪力墙进行处理以减小计算误差。,PKPM系列PMSAP,针对复杂高层建筑结构需要2种计算软件进行校核而设计制作。 PMSAP与SATWE由不同的开发人员独立完成。PMSAP在程序总体构架上具备通用性，在墙单元、楼板单元的构造以及动力算法方面采用了先进的研究成果，具备较完善的设计功能。作为同一公司的产品，PMSAP与SATWE的关系可类比于也是同一公司产品的SAP2000和ETABS，,PKPM系列PMSAP,尽管它们的侧重有所不同（PMSAP更多地考虑各种

4、复杂情况），但对于多数建筑结构的分析、设计而言，它们的功能是基本相当的。当复杂工程需要两个或两个以上软件做对比计算时，SATWE和PMSAP是合适的选择。PMSAP与SATWE都可以与建模软件PMCAD、STS-1接口，用于对比计算时可省去多次建模的繁琐工作，减少建模出错机会，给设计人员提供了便利。,PKPM系列PMSAP,梁柱采用空间杆系单元。 墙单元：剪力墙采用考虑平面外刚度的空间墙单元。适用于较复杂的结构，较真实地分析出剪力墙的内力和变形。 细分模型墙元（墙梁、墙柱做精细分析） 简化壳元模型（用于方案阶段快速试算）,PKPM系列PMSAP,在对楼板的处理上采用了四种不同的假定： 1）假定

5、楼板整体平面内无限刚； 2） 假定楼板分块平面内无限刚； 3） 假定楼板分块平面内无限刚，并带有弹性连接板带； 4） 假定楼板为弹性板。 可对某块楼板进行有限元分析。,PKPM系列EPDA,是一个完全三维的有限元空间弹塑性时程分析程序： 弹塑性梁（柱）单元采用标准的有限元方法（所谓的微观方法）构造。单元切线刚度直接基于混凝土材料微元和钢筋材料微元的本构关系。 弹塑性墙元面内刚度的力学模型采用平面应力膜，并可以考虑开洞。与梁柱元一样它的单元切线刚度也直接基于混凝土材料微元和钢筋材料微元的本构关系。,PKPM系列EPDA,墙元的面外刚度相对次要，为了节省计算，我们用简化的弹塑性板元进行考虑。 混凝

6、土材料的本构关系包含双线性和三线性两种可选的滞回模型，且相应的骨架曲线均可考虑下降段。考虑了砼受拉开裂后承载力的消失以及受压时承载力的恢复；当受压超过极限压应变，砼压碎退出工作。双线性模型骨架曲线可干预。 钢筋的本构关系采用双线性滞回模型，骨架曲线可干预。,PKPM系列EPDA,本程序接力空间有限元弹性设计软件 SATWE和PMSAP。大体的使用步骤是： 1 在PMCAD中输入结构的计算模型 2 用SATWE或者PMSAP程序计算结构内力和配筋 3 运行EPDA程序做弹塑性动力分析,PKPM系列EPDA,由此可以判定 薄弱层位置，各杆件的破坏位置和顺序，应力和塑性变形的集中部 位，验算弹塑性变

7、形。,EPDA程序的输出结果,广厦结构CAD,广东省建筑设计研究院和深圳市广厦软件有限公司联合开发的。 广厦钢筋混凝土结构CAD； 广厦钢结构CAD； 广厦打图管理系统； 广厦结构施工图设计实用图集。,广厦结构CAD之 广厦钢筋混凝土结构CAD,是一个面向民用建筑的多高层结构CAD，在容柏生院士的指导下由广东省建筑设计研究院和深圳市广厦软件有限公司联合开发，于1996年12月18日通过专家鉴定，完成从建模、计算和施工图自动生成及处理一体化设计，结构计算包括空间薄臂杆系计算SS和空间墙元杆系计算SSW。广厦CAD是设计院开发的结构CAD的杰出代表，被全国五千家设计单位正式采用。,广厦结构CAD之

8、 广厦钢结构CAD,结合了钢铁设计研究院几十年钢结构设计和施工的经验，是目前唯一一个由设计院开发的钢结构CAD，是钢结构设计院开发CAD的代表，从实际应用出发，解决从建模、计算到施工图、加工图和材料表的整个设计过程，帮助设计院尽快进入钢结构设计市场。广厦钢结构分：工厂钢结构CAD（门式刚架、平面桁架和吊车梁CAD）和网架网壳钢结构CAD两大部分。CAD以Autocad14为图形平台，运行于Windows95/98。,广厦结构CAD之 广厦打图管理系统,可以进行单机和网络打图管理，网络支持NOVELL和WINDOWS NT两种网络系统，同时可进行10台绘图仪的管理，动态监测绘图仪的运行情况，计算

9、设计人员或项目的出图成本，打印统计报表，加强各设计院打图管理和进行成本核算的工作。,广厦结构CAD之 广厦结构施工图设计实用图集,与广厦CAD配套使用，该图集由广东省建筑设计研究院投入大量人力精心绘制，内含70张标准图，可减少设计图纸工作量30%以上，并减少设计错误，提高设计质量。该图集光盘版向用户提供标准图的DWG格式文件，使用户在Autocad下可任意修改、拼接、绘制新图。,ETABS,美国Berkeley地震工程研究中心开发的高层建筑三维专用有限元分析软件 快速建模、静动力分析、静力弹塑性分析、中国规范校核。 全球前20名的超高层建筑都是通过ETABS设计或校核的。,ETABS,其特点是

10、采用空间杆单元模拟梁、柱、支撑构件，采用膜元模型来模拟剪力墙，楼板可采用平面内无限刚假定、分块无限刚假定和弹性假定。 采用空间协同工作体系，因此是准三维分析程序。其主要优点是针对建筑结构的特点进行编制，使用起来比较方便。不足之处是它并非完全三维空间分析程序，协同工作假定带来一定的计算误差，同时，对剪力墙的模型化假定也使得分析结果偏柔。,ETABS,2003年10月，由中国建筑设计研究院标准所和美国CSI公司联合推出符合中国规范的ETABSV8中文版，为我国的结构计算软件市场注入了新的活力。ETABS 软件功能十分强大，除了可以进行线性静、动力反应分析外，还可以进行非线性静、动力反应分析、推覆分

11、析和P - 效应分析等。 英文界面，无配套中国规范或更新不及时。,SAP2000,SAP2000 软件20世纪70年代初，美国Willson 教授等人编制了结构通用有限元分析程序SAP5，该软件在国际上得到了极其广泛的应用。经过二十多年的发展和完善，90 年代中期，Willson 教授等人将美国、加拿大和新西兰等国的设计规范和常用设计材料的特性编入程序，根据计算分析结果，直接进行下一步设计，推出了被称为21世纪的结构分析与设计程序SAP2000.,SAP2000,该软件以空间杆单元模拟梁、柱、支撑，以壳元模拟剪力墙。可以进行线性静、动力反应分析，也可以进行非线性静、动力反应分析、推覆分析和P

12、- 效应分析等。但SAP2000因其价格昂贵、前后处理工作量大且与我国规范不相符合等原因，在我国的应用和推广受到一定的制约。,ANSYS,ANSYS是世界上著名的大型通用有限元计算软件，它包括热、电、磁、流体和结构等诸多模块，具有强大的求解器和前、后处理功能，为我们解决复杂、庞大的工程项目和致力于高水平的科研攻关提供了一个优良的工作环境，更使我们从繁琐、单调的常规有限元编程中解脱出来。ANSYS本身不仅具有较为完善的分析功能，同时也为用户自己进行二次开发提供了友好的开发环境。,ANSYS,ANSYS程序自身有着较为强大三维建模能力，仅靠ANSYS的GUI(图形界面)就可建立各种复杂的几何模型；

13、此外，ANSYS还提供较为灵活的图形接口及数据接口。因而，利用这些功能，可以实现不同分析软件之间的模型转换。,ANSYS,主要功能： 结构分析； 高度非线性瞬态动力分析； 热分析； 电磁分析； 流体动力学分析； 声学分析； 压电分析； 多场耦合分析； 优化设计及设计灵敏度分析；二次开发功能,ANSYS的土木工程专用包ANSYS/CivilFEM用来研究钢结构、钢筋混凝土及岩土结构的特性，如房屋建筑、桥梁、大坝、硐室与隧道、地下建筑物等的受力、变形、稳定性及地震响应等情况，从力学计算、组合分析及规范验算与设计提出了全面的解决方案，为建筑及岩土工程师提供了功能强大且方便易用的分析手段。,ANSYS

14、,主要模块,MIDAS,MIDAS系列软件是以有限元为理论基础开发的分析和设计软件。早在1989年韩国浦项集团成立CAD/CAE研发机构开始专门研发MIDAS系列软件，于2000年9月正式成立Information Technology Co., Ltd.(简称MIDAS IT)。目前MIDAS系列软件包含建筑（Gen），桥梁(Civil)，岩土隧道(GTS)，机械(MEC)，基础(SDS)，有限元网格划分(FX+)等多种软件。,MIDAS,MIDAS/ Gen 建筑结构通用有限元分析和设计软件。韩国MIDAS IT开发1989年12月开始开发，到1996年11月发布windows系列版本20

15、00年12月进入国际市场（中国、美国、加拿大、英国、日本、印度、中国台湾地区等）。 进入中国后的表现 2002年MIDAS/ Gen完全中文化，并加入2002年后新施行的结构规范 2004年1月9日通过国家建设部评估鉴定 （建科评2003015号） 截止至2007年底用户已发展到400多家（北京院、上海院、广东院、华东院等）,MIDAS,分析与设计 静力弹塑性分析（Pushover分析） 动力弹塑性分析 预应力分析（预应力钢束布置、钢束预应力损失、混凝土的徐变和收缩） 施工阶段分析（考虑材料收缩、徐变及柱子的弹性收缩） 静力分析 特征值分析 反应谱分析 P分析 几何非线性分析 材料非线性分析

16、屈曲分析 水化热分析 温度荷载 隔震、消能减震及支座沉降分析 时程分析 钢结构优化（包括强度优化及位移优化） 可以导入：PKPM、AutoCAD、SAP、STAAD等文件，便于互相校核,MIDAS,钢筋混凝土结构、钢结构、钢骨混凝土结构、组合结构、空间大跨结构、高层及超高层建筑结构等工业与民用建筑、各类特种结构（筒仓、水池、大坝、塔架、网架及索缆结构）等。 按国内新规范输出各种结果，同时可以实现平法输出配筋结果简图、钢结构验算结果简图等及设计计算书文本输出。 据说是中国留学生为韩国编制的。,3D3S,是由同济大学开发的钢结构综合设计软件。基本模块包括空间任意钢结构的模型建立、力学计算、套用规范

17、进行构件设计等。 进行多高层建筑结构的设计与绘图。可计入钢、钢管混凝土、型钢混凝土、钢筋混凝土等构件及楼板和剪力墙。按振型分解反应谱和时程法计算地震效应。可进行罕遇地震下的弹塑性pushover和时程分析。直接生成Word文档计算书和AutoCAD设计和施工图（不含加工详图）。,TBSA,TBSA程序是用来分析多层及高层建筑结构的专用程序，对结构体系和平面立面布置无特殊要求和限制。程序按结构力学三维空间分析，梁、柱、斜柱采用空间杆单元，每端6个自由度；剪力墙采用空间薄壁杆单元，考虑了截面翘曲影响，每端7个自由度。,TBSA,程序不仅可以对框架结构、框架-剪力墙结构、剪力墙结构、筒体结构等常用的结构形式进行计算分析和配筋设计，还可用于其它更复杂的结构体系。程序假定楼板面内无限刚，不考虑面内变形。多塔楼、错层结构采用分块刚性，按广义楼层处理。独立杆件和自由结点不受此限制。,说明,只是我所了解的部分软件，还有很多软件可用于高层建筑结构计算或设计。,