高层建筑结构设计软件介绍讲解

陈家伟厦门大学土木工程系Email:876055354@Phone层建筑结构设计软件作业2高层建筑结构要满足安全性、适用性、舒适性、耐久性和可持续性的性能要求，按在结构上的各种作用持续时间不同可以把所处状态划分为持久状况、短暂状况、偶然状况三种，而从结构的全生命周期来看可以分为规划设计、建造、使用维修、拆除四个阶段。讨论：1. 结构的不同状态分别要考虑结构的哪些性能？如何落实？2. 结构全生命周期的不同阶段会影响到结构的哪些性能？如何控制？内容提要软件介绍中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部开发的PKPM系列(TAT、SATWE、PMSAP)ABAQUS软件的初步使用介绍高层建筑结构设计软件中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部开发的PKPM系列(TAT、SATWE、PMSAP)中国建筑科学研究院高层技术开发部开发的TBSA和TBWE美国美国加州大学伯克利分校开发的ETABS中文版软件美国AIS公司推出的SuperSAP

SAP2000广东省建筑设计研究院开发的广厦建筑结构CAD北京盈建科软件（YJK）上海佳构START通用建筑结构软件北京迈达斯MIDAS建筑结构设计软件美国ANSYS公司推出的ANSYS系列达索SIMULIA公司的ABAQUS软件中国建筑科学研究院高层建筑技术开发部研制的TBSA和TBWE程序，是用来分析和设计多、高层建筑结构的专用程序。TBSA程序采用空间杆-薄壁柱模型，即梁、柱、斜杆采用空间杆单元；剪力墙采用空间薄壁杆单元。TBWE程序采用空间杆-墙元模型，即剪力墙采用墙元模型.中国建筑科学研究院TBSA和TBWE程序ETABS程序是由E.L.Wilson等编制、美国CSI公司开发的高层建筑结构空间分析与设计专用程序。中国建筑标准设计研究院与美国CSI公司合作，推出了完全符合我国规范的ETABS中文版软件。北京金土木软件技术有限公司ETABS建筑结构分析与设计软件美国CSI公司开发的SAP2000有限元程序美国CSI公司（ComputersandStructures,Inc.）开发的SAP2000是通用有限元分析与设计软件，适用于桥梁、工业建筑、输电塔、设备基础、电力设施、索膜结构、运动场所、演出场所等特种结构.该程序有较强的结构分析功能，可以模拟众多的工程结构，包括房屋建筑、桥梁、水坝、油罐、地下结构等。应用SAP2000程序可以对上述结构进行线性及非线性静力分析、动力反应谱分析、线性及非线性动力时程分析，特别是地震作用及其效应分析，分析结果可被组合后用于结构设计。广东省建筑设计研究院开发的广厦建筑结构CAD广厦建筑结构通用有限元GSSAP：弹性状态下计算；广厦建筑结构弹塑性计算GSNAP：包括静力推覆计算和动力时程弹塑性计算北京盈建科软件（YJK）北京盈建科软件有限责任公司盈建科软件（YJK）是全新一代建筑结构设计软件平台。它有全新的基于BIM技术的三维图形平台；它有全新的通用有限元计算核心；它有全面开放的接口数据并提供商品化接口软件。盈建科软件已经引领了结构设计BIM技术发展方向。

上海佳构START通用建筑结构软件STRAT软件是自主开发的、具有完全知识产权的国产大型通用有限元软件。软件具有先进全三维图形系统，可以直接建立任意复杂的空间结构计算模型。复杂空间结构。普通软件都是分开建模、分别计算，然后汇总。STRAT软件能做到统一三维建模、空间加载、准确计算，充分考虑结构之间的相互作用。在钢筋混凝土和钢结构的混合结构优势突出。具有先进的稀疏存储LDLT求解器，和高速PCG迭代求解器，计算容量大、速度快，能处理数十万节点超大规模结构，具有百万自由度的解题能力。MIDAS有限元分析程序MIDASIT(MIDASInformationTechnologyCo.,Ltd)是开发和提供工程技术软件，并提供建筑结构设计咨询服务及电子商务的综合服务公司MIDAS/GEN程序可以直接读取AUTOCAD、PKPM/Stawe、Microstation、SAP2000、STAAD、MSC.NASTRAN等程序所产生的几何模型,并在其子菜单上提供了与其它有限元程序以及CAD软件之间的接口、图形界面的控制,实现了与其它有限元程序的数据交换的强大功能.Midas/Building建筑大师（建筑结构设计一站式解决方案）——支持带有墙单元的静力及动力弹塑性分析Midas/Gen建筑结构通用有限元分析与设计软件——已应用于迪拜塔考虑混凝土收缩徐变的施工阶段分析、水立方的动力弹塑性分析等MIDAS有限元分析程序MIDAS有限元分析程序MIDAS中墙单元是由板单元构成的超单元，与模拟楼板的板单元不同的是墙的板单元在模拟面内刚度时使用假想应力法(assumedstress)。MIDAS中使用了基于厚板的理论，但同时使用了适当的剪切应变场使之也能适合于薄板的分析。国内已建成最大跨度的铁路站房----厦门北站●屋盖是双向跨度为132m×220m的大跨抗震超限结构。●工程结合建筑造型，沿屋脊设置两端支撑于A形巨型塔柱上的大跨度立体钢桁架，在塔柱之间及塔柱与相邻柱间设置了箱型截面曲线预应力框架梁。●钢骨混凝土巨型塔柱、大跨钢桁架及箱形预应力混凝土梁一起构成了大屋盖结构的抗侧力体系及主承重体系，形成了巨型混合框架结构体系。国内已建成最大跨度的铁路站房----厦门北站●该工程采用SAP2000V11程序进行计算，并采用MIDAS/GENV7.1.2程序进行复核计算。整体计算模型如右图美国ANSYS公司开发ANSYS软件ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer,NASTRAN,Alogor,I－DEAS,AutoCAD等，是现代产品设计中的高级CAE工具之一。ANSYS有限元可应用于以下工业领域：航空航天、汽车工业、生物医学、桥梁、建筑、电子产品、重型机械、微机电系统、运动器械等。ANSYS在结构分析中提供了多种剪力墙模型，在土木工程中最常见到为SHELL63，SHELL93等。达索SIMULIA公司的ABAQUS软件ABAQUS早年属于美国HKS公司的产品，于2000年代中期卖给了达索公司，该软件又被称为达索SIMULIA。ABAQUS包括内容丰富的单元库，单元种类多达562种。它们可以分为8个大类，称为单元族，包括：实体单元、壳单元、薄膜单元、

梁单元、

杆单元、刚体元、连接元。ANSYS与ABAQUS对比应用领域：ANSYS软件注重应用领域的拓展，覆盖流体、电磁场和多物理场耦合等十分广泛的研究领域。ABAQUS则集中于结构力学和相关领域研究，致力于解决该领域的深层次实际问题。求解器功能：1.对于常规的线性问题，两种软件都可以较好的解决，在模型规模限制、计算流程、计算时间等方面都较为接近。2.ABAQUS软件在求解非线性问题时具有非常明显的优势。其非线性涵盖材料非线性、几何非线性和状态非线性等多个方面。ANSYS与ABAQUS对比综合性能对比：ABAQUS软件具有：1.更多的单元种类，单元种类达433种，提供了更多的选择余地，并更能深入反映细微的结构现象和现象间的差别。除常规结构外，可以方便地模拟管道、接头以及纤维加强结构等实际结构的力学行为2.更多的材料模型，包括材料的本构关系和失效准则等，仅橡胶材料模型就达16种。除常规的金属材料外，还可以有效地模拟复合材料、土壤、塑性材料和高温蠕变材料等特殊材料3.更多的接触和连接类型，可以是硬接触或软接触，也可以是Hertz接触（小滑动接触）或有限滑动接触，还可以双面接触或自接触。接触面还可以考虑摩擦和阻尼的情况。上述选择提供了方便地模拟密封，挤压，铰连接等工程实际结构的手段。4.ABAQUS的疲劳和断裂分析功能，概括了多种断裂失效准则，对分析断裂力学和裂纹扩展问题非常有效。一、PKPM软件简介PKPM系列CAD系统软件是中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部开发研制的一套集建筑设计、结构设计、设备设计、工程量统计和概预算报表等于一体的大型综合CAD系统。PKPM在国内设计行业占有绝对优势，拥有用户上万家，市场占有率达90%以上，现已成为国内应用最为普遍的CAD系统。模块名称主要功能简介模块类别PMCAD结构平面计算机辅助设计（含结构平面施工图、楼板施工图设计）前处理、后处理SATWE高层建筑结构空间有限元分析分析和设计墙梁柱施工图梁柱施工图设计与绘制后处理JCCAD基础工程计算机辅助设计前处理、分析和设计、后处理LTCAD楼梯结构计算机辅助设计前处理、分析和设计、后处理TAT建筑结构三维分析分析和设计PMSAP特殊多高层建筑结构空间有限元分析前处理、分析和设计PK钢筋混凝土框架、框排架、连续梁结构计算与施工图绘制前处理、分析和设计、后处理SLABCAD复杂楼板分析与设计软件分析和设计、后处理EPDA&PUSH弹塑性静、动力分析软件分析和设计STAT-S结构工程量统计软件后处理中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部开发的PKPM系列(TAT、SATWE、PMSAP)PKPM结构设计基本流程建立全楼的结构模型上部结构的整体分析与设计基础的分析和设计绘制施工图楼板梁柱墙基础PMCAD主菜单1SATWE或TATJCCADPMCAD主菜单3墙柱梁施工图主菜单1、3、7JCCAD主菜单7前处理分析与设计后处理建立模型PKPM软件结构设计方式一：可以在PMCAD模型中直接建立，方式二：可通过AutoCAD文件（*.dwg）导入PKPM软件结构设计PKPM软件结构计算分析（SATWE）（1）分析与设计参数的定义总信息风荷载信息地震信息……（2）特殊构件的定义PKPM软件结构计算分析（SATWE）（3）分析结果的图形与文本PKPM软件结构计算分析（SATWE）（4）电算结果的评价①基本平动周期

N为结构计算层数②振型曲线

正常计算结果的振型曲线多为连续光滑框架结构框架—剪力墙（核心筒）剪力墙结构筒中筒结构（0.1~0.15）N（0.08~0.12）N（0.04~0.08）N（0.06~0.10）NPKPM软件结构计算分析（SATWE）施工图模块的绘图一般步骤（1）设置计算绘图参数（2）划分钢筋标准层（3）构件分组归并（4）自动选配钢筋（5）施工图绘制二、ABAQUS软件简介ABAQUS是一套功能强大的工程模拟的有限元软件，其解决问题的范围从相对简单的线性分析到许多复杂的非线性问题。达索并购ABAQUS后，将SIMULIA作为其分析产品的新品牌。它是一个协同、开放、集成的多物理场仿真平台。ABAQUS被广泛地认为是功能最强的有限元软件，可以分析复杂的固体力学结构力学系统，特别是能够驾驭非常庞大复杂的问题和模拟高度非线性问题。ABAQUS不但可以做单一零件的力学和多物理场的分析，同时还可以做系统级的分析和研究。ABAQUS的系统级分析的特点相对于其他的分析软件来说是独一无二的。由于ABAQUS优秀的分析能力和模拟复杂系统的可靠性使得ABAQUS被各国的工业和研究中所广泛的采用。ABAQUS产品在大量的高科技产品研究中都发挥着巨大的作用。ABAQUS模块功能简介1.ABAQUS/Standard是通用有限元分析模块，可以分析多种不同类型问题，包括非结构问题。2.ABAQUS/Explicit是显式动力学有限元分析模块3.ABAQUS/CAE用于建模、管理、监控ABAQUS的分析过程和结果的可视化处理ABAQUS一般分析流程11.几何建模Part2.划分网格Mesh3.特性设置Property4.建立装配体Assembly5.定义分析步Step6.相互作用Interaction7.荷载边界Load8.提交运算Job9.后处理VisualizationABAQUS应用举例--简单平面应力问题一、简单平面应力问题一个承受拉力的平板，在其中心位置有一个小圆孔，结构尺寸如图所示。要求析圆孔应力集中处的Mises应力。材料特性：弹性模量E=210000MPa，泊松比u=0.3拉伸载荷：p=100MPa平板厚度：1mm提示：ABAQUS中的量都没由单位，用户应自己保证量纲的一致性。简单平面应力问题网格细分前孔边应力最大值σmax=279.4Mpa,网格细分后孔边应力最大值σmax=307.9MpaABAQUS应用举例--钢筋混凝土斜柱研究二、钢筋混凝土斜柱研究随着钢筋混凝土斜柱倾斜角度的增加（倾斜角从4°增加到10°），水平极限承载力的随着倾斜角度的增大有较大幅度下降。垂直高度（剪切比）的增加会导致受拉混凝土出现裂缝的水平位移值增大，裂缝初始出现的位置没有太大变化，在底部接近柱脚0.2m范围内。ABAQUS应用举例—钢筋混凝土斜柱研究1.轴压比0.4时，在竖向荷载的加载时，受拉侧混凝土就已经开始出现裂缝。2.破坏方式：都是压