结构设计及分析软件

1、结构设计、分析软件介绍-Made by LRF1、SATWE SATWE中国建筑科学研究院PKPM CAD工程部应现代高层建筑发展的要求，专门为高层结构分析与设计而开发的基于壳元理论的三维组合结构有限元分析软件。是国内应用最广泛的结构分析程序。特点是计算稳定，分析功能与结构规范要求结合得较好。1 SATWE采用空间杆单元模拟梁、柱及支撑等杆件。采用在壳元基础上凝聚而成的墙元模拟剪力墙。墙元不仅具有墙所在的平面内刚度，也具有平面外刚度，可以较好地模拟工程中剪力墙的实际受力状态。1、SATWE2. 对于楼板，SATWE给出了四种简化假定，即楼板整体平面内无限刚、分块无限刚、分块无限刚加弹性连接板带

2、和弹性楼板。在应用中，可根据工程实际情况和分析精度要求，选用其中一种或几种简化假定。3. SATWE适用于高层和多层钢筋混凝土框架、框架一剪力墙、剪力墙结构，以及高层钢砼混合结构、复杂体型的高层建筑、多塔、错层、转换层及楼板局部开洞等特殊结构型式。4. SATWE可完成建筑结构在恒、活、风、地震力作用下的内力分析及荷载效应组合计算，对钢筋砼结构还可完成截面配筋计算。5. 可进行上部结构和地下室联合工作分析，并进行地下室设计。6. SATWE所需的几何信息和荷载信息都从PMCAD建立的建筑模型中自动提取生成并有多塔、错层信息自动生成功能，大大简化了用户操作。2、PMSAP PMSAPPKPM公司

3、面向特殊结构的通用分析程序。PMSAP与PKPM是由不同的开发人员独立完成。虽然它们的侧重点有所不同（PMSAP考虑更多复杂情况），但对于多数建筑结构的分析、设计，基本功能是一样的。3、GSSAP 广厦结构CAD是深圳市广厦软件有限公司研发的一个面向工业和民用建筑（混凝土、砖、钢和它们的混合结构）的多高层结构CAD，支持框架、框剪、筒体、砖混、混合、底框砖混、板柱墙等结构形式。3、GSSAP 广厦建筑结构通用有限元GSSAP是目前弹性状态下的广厦的主流计算。适用于多高层混凝土结构、多高层钢结构、钢-混凝土混合结构、混凝土-砖混合结构、空间钢构件、网架、网壳、无梁楼盖、加固结构、厂房、体育馆、多

4、塔、错层、连体、转换层、厚板转换、斜撑、坡屋面、弹性楼板和局部刚性楼板等结构，其剪力墙用壳元墙元模型。特点是将通用有限元分析功能 结构设计规范较好结合。DWG转换：转换：如果用户已经有建筑的DWG图纸，用户可使用DWG转换功能将建筑模型转换为广厦录入模型；图形录入：图形录入：输入工程的几何和荷载信息，导荷载，为计算准备数据；同时生成基础模型数据；楼板次梁和砖混计算：楼板次梁和砖混计算：通常板不进空间分析，楼板按照一定的边界条件在此计算；纯砖混层是导荷计算，也在此计算；自从广厦采用GSSAP计算以来，次梁也同时进入空间分析，因此不再采用此处的次梁结果。此处的次梁计算是按照连续梁计算的，暗含了次梁

5、支座不发生竖向位移，而进入空间分析的次梁所支撑的主梁是会发生竖向位移的（也更符合实际），这是两种计算结果的区别。广厦CAD其他功能：配筋系统：配筋系统：根据计算结果生成11G101平法施工图，需要注意的是广厦在结构设计页仍然保留了原有的梁柱表施工图；施工图系统：施工图系统：进行构件归并，自动处理字符重叠，修改结构施工图，生成DWG图形文件；基础基础CAD：根据首层柱布置和结构计算的柱底力，计算并生成基础图，最后生成DWG文件。广厦概预算系统：广厦概预算系统：以广厦结构CAD平法施工图和基础CAD为基础，根据不同地方的定额及计算规则，进行土建工程的工程量计算、统计、套价的概预算软件，实现了混凝土

6、、钢筋、模板、砌体和基础等结构工程量的快速、完全的自动统计功能。本系统能方便地帮助结构设计人员估算设计造价，从而为结构优化提供依据。工具箱：工具箱：提供一些小型结构计算工具；对比审图：对比审图：用于同一模型多套计算结果的对比，同时支持PKPM计算结果的对比。3、GSSAP3、GSSAP1.可计算任意结构形式，对建筑结构中的多塔、错层、转换层、楼面大开洞、长悬臂和大跨度等情形，提供了方便的处理手段；2.可以任意平面、立面和三维建模；3.有15种单元的单元库，专门开发的“通用子结构单元”可构造“子结构墙元”、“子结构板元”、“子结构柱元”和“子结构梁元”，可采用高阶且精度高的单元计算墙、柱、梁和板

7、；4.有70多种梁柱截面型式、7种变截面类型、多种材料类型（混凝土、钢和钢砼等）；5.除在总信息设置参数外，单个构件属性（设计属性、几何属性和荷载属性）全部开放设置；6.可输入恒、活、水土压力、预应力、雪、温度、人防、风、地震和施工荷载10种工况，构件有10种荷载类型，及6个荷载作用方向；7.任意一块楼板可选用刚性板、膜元、板元或壳元计算；梁柱可选用杆元或壳元计算（考虑空间应力分析，取代平面应力）；板柱结构可选用“子结构板元”参与空间分析；GSSAP主要功能和特点：8.高效可靠的大型方程求解器和3种固有频率求解方法：子空间迭代、 Ritz向量和Lanczos法，可计算自由度达50万的大型结构模

8、型；9.可同时计算8个方向地震作用和8个方向风荷载，每个地震方向可考虑偶然偏心和双向扭转，动力时程分析考虑三向地震波的作用；10.考虑模拟施工，可任意指定单个构件模拟施工组号，可进行后浇设计；11.风和地震的重力二阶效应计算方法包括放大系数法和刚度修正法；连梁的刚度只在地震作用下折减，其它工况下不折减；12.70多个地震波可用于地震时程分析，相应的地震内力自动用于构件计算；13.可设置的荷载组合系数和吊车荷载满足民用和工业建筑结构规范要求。3、GSSAP4、ETABS ETABS是由CSI公司开发研制的房屋建筑结构分析与设计软件，ETABS已有近三十年的发展历史，是美国乃至全球公认的高层结构计

9、算程序，在世界范围内广泛应用，是房屋建筑结构分析与设计软件的业界标准。 ETABS除一般高层结构计算功能外，还可计算钢结构、钩、顶、弹簧、结构阻尼运动、斜板、变截面梁或腋梁等特殊构件和结构非线性计算（Pushover， Buckling，施工顺序加载等），甚至可以计算结构基础隔震问题，功能非常强大。4、ETABS ETABS集成了大部分国家和地区的现有结构设计规范，她已经将美国、加拿大、欧洲规范和中国规范纳入其中，可以完成绝大部分国家和地区的结构工程设计工作。ETABS在全世界超过100个国家和地区销售，超过10万的结构工程师在用它来做设计工作。 其特点是计算稳定，分析能力强，剪力墙原来用板-

10、梁模型，现改为用壳元模型，与我国规范结合上在逐步完善。5、MIDAS-BUILDING MIDAS是一种有关结构设计的有限元分析软件，分为建筑领域、桥梁领域、岩土领域、仿真领域四个大类。 其中建筑领域包含软件：MIDAS BUILDING、MIDAS GEN、GEN DESIGNER。 MIDAS BUILDING主要应用高层建筑物专业结构分析及优化设计。 国内外还有多种设计软件，不再一一介绍。一般来说，以上五款建筑结构分析程序均可满足工程师对大部分建筑结构分析的需求。下面简要归纳五款程序功能异同。五款常用设计软件功能对比1、五款程序均有总信息、地震作用分析、风作用分析、荷载工况和组合 以及对

11、构件信息的整体和单独指定等功能。 注意：在进行多个软件计算对比时，除了核对总信息的参数设置是否一致以外，还应检查构件参数，比如经常遇到：ETABS的梁刚度放大系数、连梁折减系数设置；GSSAP的中梁刚度放大系数与梁高有关，与SATWE等不同。2、在总信息方面，五款程序基本能满足用户的使用需求。 注意：模拟施工设置上的差别。GSSAP、ETABS能设置刚域长度；MIDAS-BULDING可设置刚域系数。SATWE、PMSAP应采用“模拟施工3”计算，没有构件的模拟功能。GSSAP和ETABS则可进行构件的模拟施工。3、在地震作用分析和风作用分析方面，SATWE只能计算0度和90度的作用，其他程序

12、能同时计算多个方向的作用。五款常用设计软件功能对比 注意：STAWE若要计算多个方向，则要另存模型后旋转相应角度来进行计算才能得到该方向的整体指标等相关信息，应区别于“地震斜交方向增加角度”参数。4、ETABS没有性能设计和舒适度计算功能，其他程序有此两项功能。5、除ETABS外，其他程序均可自动设置梁的刚度放大系数等功能，ETABS则需要用户指定。6、五个程序基本包括了常用的荷载工况和荷载组合公式。7、在材料信息方面，5个程序均齐全。8、对构件的特殊属性指定，GSSAP最为齐全，其他程序也基本满足用户的需求。9、在五款程序中，SATWE和PMSAP的截面种类最为齐全，GSSAP和MIDAS-

13、BULDING次之，ETABS可通过截面编辑器来定义用户所要求的任意截面。五款常用设计软件功能对比10、GSSAP、SATWE和PMSAP可参数输入楼梯构件，而ETABS和MIDAS-BULDING需要用户手动建立楼梯构件。 注意：楼板应指定为弹性板，若指定为刚性板则会大大提高了楼板的侧向刚度，不符合实际。11、对于楼板的假定，常用的建筑结构分析软件一般分为刚性板、膜单元、板单元和壳单元四种。 注意：刚性板载自身平面内刚度无限大，平面外刚度忽略不计，这一假定大大减少了结构位移的自由度。膜单元只有平面内刚度，没有面外刚度，对梁内力影响较小。板单 元面内无限刚，面外弹性刚度，承受弯曲力，一般用来模

14、拟基础板及厚板。壳单元力学行为是膜单元和板单元的叠加，即有平面内和平面外刚度，对于狭长楼板、大开洞楼板、不规则楼板及转换层中的厚板，可采用壳单元计算，反映楼板的实际应力情况。12、GSSAP、SATWE和PMSAP均可指定完全嵌固和带侧约束的地下室层数，ETABS是通过加点弹簧实现。MIDAS-BULDING可指定完全嵌固的地下室，侧约束需通过弹簧实现。五款常用设计软件功能对比13、GSSAP、ETABS和MIDAS-BULING可释放杆端六个自由度，SATWE和PMSAP只能释放yz两个转角自由度。 注意：各软件对地下室侧约束的模拟方法相差很大。14、SATWE、PMSAP、GSSAP和MI

15、DAS-BULDING对于结构底部边界条件默认为固接，ETABS需用户定义。15、五款程序都提供了自动计算风荷载的功能，ETABS无风荷载舒适度；GSSAP和SATWE可考虑横风向风振作用。16、五款程序均按规范振型分解反应谱法计算地震作用。弹性时程计算方法分为振型叠加法和直接积分法，振型叠加法速度较快。GSSAP、SATWE和PMSAP只采用振型叠加法计算，ETABS和MIDAS-BULDING提供两种方法选择。 注意：GSSAP连续次梁两端部抗弯刚度缺省为刚接的1/10。五款常用设计软件功能对比17、5款程序的计算模型均能满足用户的需求。在计算效率方面，ETABS计算时间较短，GSSAP计

16、算时间较长。 注意：在结构方案阶段期间，可根据实际情况对模型进行适当简化，以提高计算速度，比如楼板设为刚性板，振型取少些，单元剖分尺寸取大一些等等。18、5款程序均能输出位移比、层刚度比、楼层承载力比、刚重比、层间位移角等，需特别注意各程序中某些输出结果的意义可能不一样。建筑结构非线性分析软件常用非线性分析软件功能介绍1、ABAQUS ABAQUS是一套功能强大的有限元软件，其解决问题的范围从相对 简单的线性分析到复杂的非线性问题。ABAQUS包括一个丰富的、可模拟任意几何形状的单元库。并拥有各种类型的材料模型库，可以模拟典型工程材料的性能，其中包括金属、复合材料、钢筋混凝土、土壤和岩石等。作

17、为通用的模拟工具，ABAQUS除了能解决大位移、强非线性结构分析问题，还可以模拟其他工程领域的许多问题，例如温度应力、水流冲击效应、耗能减震分析以及岩土力学分析。1、ABAQUS 一个完整的ABAQUS/Standard或ABAQUS/Explicit的分析过程，通常由三个步骤组成：前处理、模拟计算和后处理。 一般的线性静态或准静态问题是使用ABAQUS/Standard进行求解的。若涉及接触或材料非线性，ABAQUS/Standard则必须通过迭代确定非线性的解答，从而导致大量迭代或难以收敛。 而ABAQUS/Explicit通过由前一步的数据显式地向前推动力学状态，确定解答无需进行迭代。对

18、于一个给定的可能需要大量时间增量步的分析，如果同样的分析应用ABAQUS/Standard需要大量的迭代，那么应用ABAQUS/Explicit分析可能更有效。 一般来说， ABAQUS/Explicit用来分析：复杂接触问题、高度非线性的静态问题、材料退化和失效、复杂的后屈曲问题、多步骤分析。2、SAP2000 SAP2000的优势在于分析计算稳定，计算效率高，能处理大型结构计算问题。 SAP2000空间建模方便，荷载计算功能完善，可从CAD等软件导入，文本输入输出功能完善。结构弹性静力及时程分析功能相当不错，效果高，后处理方便。不足之处在于弹塑性分析方面功能较弱，有塑性铰属性，非线性计算收

19、敛性较差。提供二次开发接口。结构工程分析中常用的工具。它基本上集成了现有结构分析中经常遇到方法，如时程分析、地震动输入、动力分析以及Push-over分析等等。另外还包括:静力分析、用特征向量或Ritz向量进行振动模式的模态分析、对地震反应的反应谱分析等等。这些不同类型的分析可在程序的同一次运行中进行，并把结果综合起来输出。3、ETABS 除了具有弹性分析及设计的强大功能，ETABS同时也具有完善的弹塑性分析能力。 ETABS单 元库几乎囊括了所有建筑结构分析用到的单元，包括框架单元、壳体单元、弹簧单元、连接单元和塑性铰单元等。连接单元包括粘滞阻尼器单元、缝隙单元、钩单元、塑形单元、摩擦隔震单

20、元、橡胶支座隔振器单元。 连接单元的非线性主要用于动力时程计算分析，不适用于静力弹塑性推覆分析。材料的分线性主要为梁单元的塑性铰属性。但只有钢筋混凝土和钢材截面可以设置塑性铰属性。梁单元的塑性铰属性只能用于静力弹塑性推覆分析，对动力分析不起作用。4、PERFROM-3D PERFROM-3D三维结构非线性分析与性能评估软件，它的前身是美国加州大学Berkeley分校的鲍威尔教授开发的Drain-2DX和Drain-36DX，是一个致力于研究抗震设计的非线性软件工具。 PERFORM-3D为用户提供了一个强大的地震工程分析工具来进行静力Pushover分析和非线性动力时程分析。可以同时在一个模型

21、中实现静力或动力非线性分析，荷载可以任意顺序施加，如完成动力时程分析后进行静力Pushover分析。模型数据可以从ETABS或者SAP2000导入。支持多种类型单元，包括带有节点区的梁、柱、支撑、开洞剪力墙、楼板、粘滞阻尼器和隔振器。4、PERFROM-3D PERFORM-3D的单元类型包括：单拉压杆单元、梁柱单元、墙单元、剪切连接单元和节点区单元、断裂连接单元、楼板单元、粘滞阻尼器单元、摩擦摆隔振器单元、橡胶支座隔振器单元。 材料方面通过简化的多线型模拟，并且可采用纤维截面模拟梁柱单元，可以通过材料的本构关系自动确定截面的塑性特性。剪力墙的塑形特性通过模拟其弯曲破坏和剪切破坏特性来实现，对

22、于弯曲特性采用纤维截面来模拟，剪切特性采用剪切材料模拟。 PERFORM-3D的时程积分采用平均加速度法求解方法。输出：使用比率、Pushover、能量平衡、模态形状、变形形状、位移和力的时程记录。5、OPENSEES OpenSees的全称是Open System for Earthquake Engineering Simulation （地震工程模拟的开放体系）。它是由美国国家自然科学基金（NSF）资助、西部大学联盟“太平洋地震工程研究中心”（Pacific Earthquake Engineering Research Center，简称PEER）主导、加州大学伯克利分校为主研发而成的

23、、用于结构和岩土方面地震反应模拟的一个较为全面且不断发展的开放的程序软件体系。5、OPENSEES OpenSees具有先进的建模功能，并包含大量的材料型号、单元和求解算法，可以用来分析系统的非线性响应。该软件采用并行算法，以便于在大型计算机上进行大型模拟或参数研究。提供非线性静态和动态方法，方程求解器，以及处理约束的各种方法。 OpenSees是开源的。官方网站提供了有关软件构架的信息，源码访问途径及开发过程。开源将使得地震工程研究人员和用户可以以此为交流的纽带，建立起OpenSees软件开发的共同体。 国内有学者开发了可视化界面，方便了使用人员的建模。6、MIDAS MIDAS/Gen是建

24、筑领域通用结构分析及优化设计系统，具有预应力分析、动力弹塑性分析、水化热分析、屈曲分析、反应谱分析、Pushover分析等完备的分析功能。 MIDAS/Building的非线性分析软件的单元库包括框架单元、壳体单元和塑性铰单元。可进行P-Delta分析、静力弹塑形推覆分析和动力弹塑性时程分析。 静力弹塑性分析采用荷载控制法和位移控制法计算，而计算过程每个增量步的迭代方法用完全Newton-Raphson法。动力弹塑性分析方法采用Newmark-直接积分方法，迭代增量采用完全Newton-Raphson计算的方法。7、EPDA EPDA的单元库包括框架单元、壳体单元、塑性铰单元、隔震单元和阻尼器

25、单元。 可考虑材料的受拉开裂、裂缝闭合、压碎退出工作等混凝土材料所特有的复杂特性。梁、柱、支撑等一维构件采用纤维束模型模拟，纤维束模型的适用性好，不受截面形式和材料限制，剪力墙通过弹塑性墙单元模拟。8、GSNAP GSNAP为广厦结构CAD系列中的弹塑性分析软件。单元库包括框架单元、壳体单元和连接单元。连接单元有粘滞阻尼器单元、缝隙单元、钩单元、塑性单元、摩擦摆隔振器单元、橡胶支座隔震器单元。梁、柱、支撑等一维构件采用纤维束模型模拟；剪力墙是通过弹塑性墙单元模拟。 动力微分方程解法包括Newmark-和Wilson-法。迭代方法可选择完全牛顿-拉普森迭代和修正牛顿-拉普森迭代。小结1、MIDA

26、S/Gen、SAP2000、ABAQUS属于通用有限元软件，可以处理复杂的空间结构问题。非线性计算能力和计算效率比较，ABAQUSSAP2000MIDAS/Gen。ETABS、PERFORM-3D、EPDA、MIDAS/Building和GSNAP属于专用有限元软件，可以考虑重力二阶效应的计算，非线性计算能力， PERFORM-3DMIDAS/Building GSNAP EPDA ETABS。2、通用有限元软件MIDAS/Gen、SAP2000建模方便，ABAQUS一般需要进行模型导入，建模能力排序为MIDAS/Gen SAP2000 ABAQUS；专用有限元软件可直接读入弹性模型，建模能力

27、排序为MIDAS/Building EPDA GSNAP ETABS PERFORM-3D。3、 MIDAS/Gen、SAP2000、ABAQUS、 ETABS、PERFORM-3D、EPDA、MIDAS/Building和GSNAP均可考虑静力弹塑性计算分析。动力分析时，MIDAS/Gen和ETABS不可以考虑构件的材料非线性。仅ABAQUS的动力时程计算考虑实体节点的材料非线性。3、 ETABS、EPDA、MIDAS/Building和GSNAP可自动输出楼层结果，包括层间位移角、楼层剪力等， MIDAS/Building、SAP2000、ABAQUS、 PERFORM-3D需人工处理。静

28、力弹塑性分析软件 Pushover分析方法主要应用于受高阶振型和动力特性影响较小的结构。Pushover分析就是结构分析模型受到一个沿结构高度为某种规定分布形式逐渐增加的侧向力或侧向位移，直至控制点达到目标位移或建筑物倾覆位置。分析软件 Pushover分析可采用PERFORM-3D、ETABS、MIDAS/BUILDING、ABAQUSEPDA和GSNAP。两个基本假定1、结构的响应与某一等效的单自由度体系相关，也就是说结构的响应仅由第一振型控制。2、在整个地震反应过程中，结构形状向量保持不变。 这两个假定都是没有理论依据的，但研究表明：对于反应主要由第一振型控制的结构，Pushover方法

29、还是可以比较准确、简便地评估结构的抗震性能。塑性铰的特点静力弹塑性分析软件1、塑性铰的存在条件是因截面上的弯矩达到塑形极限弯矩，并由此产生转动，当该截面上的弯矩小于塑形极限弯矩时，则不允许转动。2、塑性铰的转动方向必须与塑形弯矩的方向一致，不允许与塑性铰弯矩相反的方向转动，否则出现卸载使塑性铰消失。3、对于超静定结构，某一截面出现塑性铰并不能使结构倒塌，还能继续承受增加的荷载。当继续加荷时，先出现塑性铰的截面所承受的弯矩维持不变，产生转动，没有塑性铰的截面所承受的弯矩继续增加，直到结构形成几何可变机构。这就是塑性变形引起的结构内力重分布，塑性铰转动的过程就是内力重分布的过程。塑性铰的概念 从钢

30、筋屈服到混凝土被压碎，截面不断绕中和轴转动，类似一个铰，由于此铰是在截面发生明显的塑形变形后形成的，故称其为塑性铰。纤维束模型静力弹塑性分析软件 纤维束模型根据高斯点每步应变的变化积分，刚度更准；塑性区沿杆件轴向和横向式逐步发展的，因此不会出现塑性铰模型构件刚度突变；积分点应力是通过材料本构关系计算，材料特性符合中国规范；由于刚度积分计算量大，速度较慢。各软件塑性铰的定义 PERFORM-3D的梁柱塑性铰需要根据FEMA-365确定塑性铰的骨架曲线，工作量较大，而ETABS、SAP2000和MIDAS BUILDING只需定义塑性铰的自由度方向和在构件中的位置，曲线自动计算，工作量较小。 PE

31、RFORM-3D、MIDAS BUILDING可以在所有构件中使用纤维截面,ABAQUS可用户开发，GSNAP、EPDA可梁柱单元定义。PERFORM-3D的纤维截面使用最为成熟。动力弹塑性分析软件 动力弹塑性分析从选择合适的地震动输入（如地震加速度时程）出发，采用结构有限元动力计算模型建立地震动方程，然后采用数值方法对方程进行求解，计算地震过程中每一时刻结构的位移、速度和加速度响应，从而可以分析出结构在地震作用下弹性和非弹性阶段的内力以及构件逐步损坏的过程。 动力弹塑性分析属于非线性分析，需要采用直接积分法。直接积分法的思路是：对于在地震动这一不规则动力作用下的结构动力反应分析，可将时间t划

32、分许多微小的时间段tn，由动力方程的数值获得其数值解。已知结构在tn时刻vn，vn，vn,可采用数值方法由动力方程确定时间段t后tn+1=tn+t时刻的反应值vn+1，vn+1，vn+1，如此逐步进行下去，即可获得结构动力反应的全过程。 直接积分法可分为：分段解析法、中心差分法、平均加速度法、线性加速度法、Newmark-法、Wilson-法、Hilber-Hughes-Taylor法等。 动力弹塑性分析需要将动力微分方程的求解和非线性方程的求解结合起来。常用的非线性迭代方法有Newton-Raphson法、modified Newton-Raphson方法等。动力弹塑性分析软件各软件积分方法

33、对比软件软件Perform3DSAP2000ABAQUSEPDAMIDASBuildingGSNAP积分方法平均加速度法Newmark-Wilson-中心差分法Newmark-Wilson-Newmark-Newmark-Wilson-一维弹塑性单元（梁、柱）1、纤维束模型2、塑性铰模型动力弹塑性分析软件二维弹塑性单元（剪力墙、楼板）1、纤维束模型 每片非线性墙单元被分割成具有一定数量的竖向和水平向纤维。PERFORM-3D可定义该模型。2、壳元损失模型 混凝土材料进入塑性状态伴随着刚度的降低，其刚度损伤分别由受拉损伤参数dt和受压损伤参数dc来表达。ABAQUS定义该模型。3、分层壳模型 分

34、层壳单元基于符合材料力学原理，将一个壳单元分成多层，每层可根据需要设置不同的厚度和材料，考虑了面内弯曲-面内剪切-面外弯曲的耦合。SAP2000可定义该模型。动力弹塑性分析软件动力弹塑性分析软件的选择1、模型准备 一般来说，常用的结构分析软件SAP2000、GSNAP、EPDA和MIDASBuilding的模型建立起来比较方便，并且可以采用其弹性计算的配筋进行弹塑性计算。ABAQUS和PERFORM-3D模型建立和钢筋修改都较其他软件麻烦，一般都采用模型数据交换的方式建立模型。ABAQUS可以从GSSAP中导入模型，PERFORM-3D可以从SAP2000导入模型，但塑性需定义。2、迭代收敛难

35、易 大型复杂结构进行弹塑性时程计算一般需要比较长的时间，几个小时，甚至几天时间。若迭代中途出现错误，计算得重新开始，影响效率。因此迭代难以程度对弹塑性计算时间起到至关重要的作用。 造成迭代较慢或者不收敛的原因通常有以下几种：结构中存在薄弱构件损伤严重，其变形或应力集中对每一步迭代起了控制作用，使得迭代速度较慢，若其应变活应力超出了迭代控制范围，迭代则不能进行下去；个别短小的单元或者是剖分畸形的单元同样对每一步迭代起了控制作用，影响了迭代的速度。动力弹塑性分析软件 EPDA、GSNAP和PERFORM-3D的容错性较好，迭代较容易收敛，PERFORM-3D 、ABAQUS和MIDAS Build

36、ing会提示不收敛原因,而EPDA、GSNAP和SAP2000则没有此功能。3、各软件输入输出结果 MIDAS Building、EPDA和GSNAP自带地震波库，可直接选择所需地震波，工作量较小，PERFORM-3D、SAP2000、ABAQUS无自带地震波库，需人工处理。ABAQUS、PERFORM-3D和SAP2000需要通过用户后处理得到层间位移角、楼层剪力等结果，MIDAS Building、EPDA和GSNAP则自动完成对结果的后处理输出。结构设计中若干计算问题的处理方法一、地震波选取 进行高层结构地震作用分析时，多遇地震计算参数按照建筑抗震设计规范GB50011-2010和工程安

37、评报告的不利值选择，设防地震和罕遇地震作用计算可按照规范选择，如果经济条件许可，也可选择两者中较大结果用于设计。 正确选择输入的地震加速度时程曲线，要满足地震动三要素的要求，即频谱特性、有效峰值和持续时间均要符合规定。频谱特性可用地震影响系数表征，每条地震波加速度时程曲线的有效持时和计算所得的底部剪力应符合建筑抗震设计规范的要求。选波方式：1、地震波库。一般常用的结构分析软件均带有一些地震波数据，如GSNAP、SATWE等，若天然波数据不足或分析软件没有提供地震波数据，可登陆网站下载国内外较权威的天然波数据。人工波可用软件生成。结构设计中若干计算问题的处理方法2、按照条件筛选地震波。持时要求结

38、构第一周期的510倍。3、校核频谱特性。可利用SeismicSignal软件将选取的地震波转换为反应谱曲线，与规范的反应谱曲线对比，一般比较前六个周期的加速度。按规范选取一定数量的人工波和天然波。（人工波与反应谱曲线吻合程度较高，原因是人工波将足够多的具有不同周期的正弦波随机地叠加组合过程中不断地叠加修正，使它的反应谱不断逼近设计反应谱。而天然波通过随机样本得到，具有更多不确定因素，但天然波更能激发结构的高阶振型。）结构设计中若干计算问题的处理方法4、通过弹性时程分析进行筛选。即输入地震波进行试算，对基底剪力和规范要求的值进行对比，把不满足要求的过滤掉。（每条地震波计算所得结构底部剪力不应小于反应谱的65%，不大于135%；所有地震波底部剪力平均值不应小于反应谱80%，不大于120%）结构设计中若干计算问题的处理方法结构设计中若干计算问题的处理方法二、楼梯参与结构抗震计算 汶川大地震被损坏建筑的一个特点是楼梯构件的破坏，影响了逃生通道安全年，造成人员伤亡。以往结构设计中计算分