结构及幕墙设计计算软件选用指南

建筑及外围护结构幕墙设计计算软件选用指南 1 结构设计计算软件 结构设计软件是指工程、幕墙设计人员进行复杂结构设计时所必须应用的设计计算工具，也是确保设计质量、安全、经济和提高设计效率的一种现代化必备工具。 2 结构设计计算软件的选用原则 21 结构分析是采用二维还是采用三维计算。二维为平面计算，三维为空间计算。在三维计算时是空间铰接杆还是空间刚接杆。空间铰接为二力杆系适用于网架，空间刚接为弯、 压、剪杆适用于刚架。总之软件的选用应从力学概念和工程经验加以分析判断。 22 设计软件的适用范围，是多层还是高层，是框架还是厂房排架，是混凝土结构还是钢结构，是单纯的计算还是带有CAD绘图等。每个设计软件都有它的特点、功能、还有它的解题能力的范围。 23 注意设计软件的应用平台，是Windows还是MS-DOS系统，在Windows下，要注意是Windows98还是Windows2000，选用的软件是否符合自己的使用机型和功能要求。 24 注意设计软件是网络版还是单机版。网络版适用于单位的计算机联网系统，而单机版只适用于单台计算机的个人使用。 25 设计软件的前处理功能，是CAD建模还是自研制的图形平台建模。要十分注意软件前处理的包装、界面、易操作性和易编辑效果。设计软件的后处理功能，有无多种工况的最不利组合，混凝土截面的配筋，钢结构应力验算，柱子的轴压比，有无计算结果的云图形、表格自动生成输出和归档的必需文件。 26 应考察设计软件的开发单位（或公司）的综合能力，素质修养，软件的鉴定和实际工程应用年限，成熟程度，还应了解对设计软件的维护和升版能力。 27 有针对性的选择软件产品，属于多层平面框架，交叉梁的决不选择高层空间程序计算而把问题复杂化；反之属于复杂的高层结构决不能用简化的平面程序去解法。 28 考察结构计算软件，应以符合国家现行规范的原则为前提，即那些规范公式程序已考虑，那些规范公式程序未考虑。选择软件时还要着重考虑该软件产品前后处理图形的输出功能是否满足设计与审查的需求，能否给设计人员有一种完整、清晰、归档的图形效果。 3 各种结构类型选用设计计算软件的选用指南 31 二维平面框架 限多层以下及平面规则时可选PK（建研院），Strat(同济大学)，PESCAD（机械院），MC/Q2005门窗幕墙设计管理有限元(中建机械司设计所)等，这些设计软件是采用切榀二维平面框架计算的，有静动力分析和最不利内力组合。 32 二维平面排架 限单层工业厂房有多台吊车，可选用PK（建研院）， PESCAD（机械院）, MC/Q2005门窗幕墙设计管理有限元(中建机械司设计所)等程序，这些程序有多台吊车的最不利组合，多跨地震力计算，以及斜腹杆，平腹杆柱的内力组合与配筋计算。 33 网架 国内应用较多较好的网架(三维)计算程序和带有CAD绘图的软件有：MSTCAD（浙江大学），MSGS（建研院），MC/Q2005门窗幕墙设计管理有限元(中建机械司设计所) ，海军工程局等编制的网架程序。 34 地基 国内应用较多较好的软件有，理工地基设计软件，建研院地基所的MFD软件，建研院结构所的TBSA-F软件等。选用时应注意文克尔、弹性半空间和分层地基的计算模型，应注意有无地基沉降量计算的功能，选择既要适用又要合理的地在软件。 35 高层 国内可选用的软件较多，有薄壁杆型的TBSA（建研院）、TAT（建研院）、适用于平面较规则且剪力墙较细长的结构。有基于有限元模型的ETABS、SAP2000（CSI与标准院），空间杆-改进型墙板元的TUS（清华大学），板壳元模型的SAP84（北京大学）、SATWE（建研院）、TBSAP（建研院）、Strat（同济大学）、MC/Q2005门窗幕墙设计管理有限元(中建机械司设计所)等，板壳元模型的软件应用于非规则的复杂的高层建筑。从高层结构的受力分析的合理性考虑，有限元板和壳元模型优于薄壁杆型的模型。 3.6 平面交叉梁、连续梁、楼板 可选用SAFE（CSI与标准院）、PKPM（建研院）软件、选用理工设计工具箱（理工设计软件所），Strat软件、MC/Q2005门窗幕墙设计管理有限元(中建机械司设计所)等。 3.7 钢结构： 多层与高层钢结构可选用ETABS、SAP2000（CSI与标准院）、MTS（同济大学）、TAT（建研院）、等。复杂钢结构可选用SAP84（北京大学）、Strat（同济大学）MAS（农机院）、PDSOFT（中科辅龙公司）等。工业厂房钢结构可选用PS2000（冶研院）、STS（建研院）、3D3S（同济大学）、MC/Q2005门窗幕墙设计管理有限元(中建机械司设计所)等。钢结构设计软件的选用应多从CAD绘图方面的功能优越性考虑。 3.8 复杂结构应采用不少于两个不同力学模型的程序进行分析，并对其计算结果作正确性校核： 1）柱、墙计算轴力Ni基本符合柱、墙受荷面积Ai的近似重力：Ni=q$#8226Ai 框架结构：q=1214kN/m2 框剪结构：q=1315kN/m2 剪力墙结构：q=1416kN/m2 2）自振周期范围： 框架结构：T1=（0.10-0.15）n 框剪结构：T1=（0.06-0.12）n 剪力墙结构：T1=（0.04-0.06）n 各自振周期的相互关系：T2=（1/31/5）T1 T3=（1/51/7）T1 n 是结构计算的总层数 3）振型曲线的合理：T1振型无零点；T2振型在（0.70.8）H处有一零点；T3振型在（0.40.5）H及（0.80.9）H处各有两个零点。H为结构计算的总高度。 4）合理的地震力：结构布置都较正常的结构，其底部剪力大致在下述范围内： V0=(0.0150.03)G(7类场地土) V0=(0.030.06)G(8类场地土) V0=(0.090.13)G(9类场地土) V0为结构底部剪力 G 为结构总重量 5） 内外力平衡：静力作用下：Ni=G 风力作用下：Vi=p Ni=为底层柱、墙在静力作用下轴向力 Vi=为底层柱、墙在风载作用下的剪力 p为作用于结构上的全部风载. 地震力不能校核平衡，因为各振型内力经SRSS和CQC组合后，不再等于总地震水平作用力。 6） 对称性 对称结构在对称外力作用下，其对称点的内力与位移必须是对称的。 7）渐变性 竖向刚度，质量变化较均匀的结构，在较均匀变化的外力作用下，其内力、位移等计算结果自上而下地均匀变化，不应有大正大负，大出大进的突变现象。 8） 截面设计的合理性 设计较正常的结构，一般而言不应有太多的超限截面，基本规律为：柱、墙的轴向设计值绝大部分为压力； 柱、墙大部分为构造配筋；除个别墙段外，大部分剪力墙符合截面抗剪要求； 梁截面绝大部分满足抗剪及抗扭要求。 4 部分高层结构设计软件产品的选用 41 ETABS、SAP2000、SAFE 美国CSI公司、中国建筑标准设计研究院、北京金土木软件技术有限公司编制。 该系列软件为空间三维有限元分析与设计软件。墙板可以按照膜、壳、板来进行分析计算，楼板既可以采用刚性楼板也可以采用弹性楼板假定，单元自动划分、单元自动匹配协调。可以进行混凝土结构、钢结构、组合（混合）结构一体化的计算分析与设计工作，适用于各种类型和结构体系的分析设计，如坡道、错层、连体、多塔、大空间等各种结构形式，对钢结构可以进行截面自动优化设计。具有非线性时程分析、Pushover分析、施工顺序加载、基础隔震和结构阻尼器等强大的分析功能。没有计算规模的限制。该系列软件是国际上建筑结构分析与设计的权威软件，具有30多年的发展历史，拥有大量的用户群。现在ETABS已经推出具有中国设计规范的中文版，SAP2000和SAFE的中文版将陆续推出。 42 TAT 中国建筑科学研究PKPM工程部编制。 该软件按结构力学作三维空间分析，梁、柱、斜杆作为空间杆件，剪力墙作为空间薄壁杆，考虑了截面的翘曲影响。楼板按平面内无限刚性假定。适用于多层与高层的钢筋混凝土框架、框剪、剪力墙和筒体结构，适用于多层与高层的钢结构，也适用于钢与混凝土的高层混合结构。计算能力： 结构总层数100；每层柱数200；每层墙（薄壁杆）数500；每层斜柱+支撑数500；每层梁数4000。 43 TBSA 中国建筑科学研究院高层建筑技术开发部编制。 该软件按结构力学作三维空间分析，梁、柱、斜杆作为空间杆件，剪力墙作为空间薄壁杆，考虑了截面的翘曲影响。楼板按刚性楼板假定。适用于多层与高层的钢筋混凝土框架、框剪、剪力墙和筒体结构，也适用于错层、连体和多塔结构。注意的是TBSA一般只适用于较规则的高层建筑。计算能力：结构总层数300；塔块10；每层柱数1000；每层梁数2000；每层斜柱（支撑）200。 44 SATWE 中国建筑科学研究院PKPM工程部编制。 该软件按结构力学作三维空间分析，梁、柱、斜杆作为空间杆件，剪力墙采用壳元之基础上凝聚而成墙元模型，比较符合剪力墙的真实受力。楼板可按刚性楼板假定，也可按楼板弹性变形考虑。适用于高层钢筋混凝土框架、框剪、剪力墙和筒体结构，该软件特别适用于平面不规则，体型复杂的各类高层建筑，也适用于高层钢结构或高层的钢混结构。计算能力：结构总层数100；每层柱数2000；每层梁数2000；每层墙数1500。 45 TUS 清华大学建筑设计研究编制。 该软件按结构力学作三维空间分析，梁、柱、斜杆作为空间杆件，剪力墙采用允许设置内部节点的改进型墙板单元的模型，楼板按刚性楼板假定。适用于高层结构的钢筋混凝土框架、框剪、剪力墙和筒体结构，也适用于高层建筑钢结构，并且支持多塔、连体、混合结构等复杂高层，结构平面布置和竖向布置可以任意。计算能力：结构总层数3003；每层柱及节点数2000。 46 Strat 同济大学编制。 该软件按结构力学作三维空间分析，梁、柱、斜杆为空间杆件。剪力墙采用新型壳元模型，有较为可靠的力学性能，有较高的计算精度。楼板可按刚性楼板假定，也可按弹性楼板计算或局部弹性楼板计算，能计算弹性楼板的应力。适用于混凝土、钢结构的框架、框剪、剪力墙、筒体结构。该软件有很强的三维空间建模能力，特别适合体型复杂的高层结构。适合于错层结构、连体结构、多塔结构、转换层结构（梁、桁架、厚板转换）、钢桁架加强层等各类结构。该软件有较强的计算能力，对节点数、每层构件数不设限制，能处理数十万节点的超大规模结构。 4.7 MC/Q2005(MAN/AG) 门窗幕墙设计管理有限元分折模块软件 中国建设机械总公司建筑门窗幕墙设计研究所软件开发编制。该有限元模块软件对建筑外围护钢、铝结构(门窗幕墙)杆、板、索的静态线性及非线性弹性、非弹性塑性应力应变及热工流场云图分折的强大综合平台，仅次于ANYSY大平台工具。 4.8 MQ2005建筑幕墙设计管理系统软件(含MAN/AG有限元分折摸块) 中国建设机械总公司建筑门窗幕墙设计研究所软件开发编制。该软件对建筑外围护钢、铝结构(门窗幕墙)三维立体结构分析具有多功能摸块: 静态线性、非线性材、热工分析、荷载优化、频率流场、扭曲疲劳、掉洪测试多功能为一体的自动生成功能曲线表格的万能平台)对建筑外围护钢、铝结构(门窗幕墙)杆、板、索的线性及非线性弹性、非弹性塑性应力应变云图分折简