結(jié)構(gòu)設(shè)計常用軟件的優(yōu)點和適用場景

結(jié)構(gòu)設(shè)計常用軟件的優(yōu)點和適用場景（PKPM、YJK、3D3S、MIDAS、SAP、ETABS、Perform3D、Ansys、Abaqus）結(jié)構(gòu)設(shè)計人員離不開結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件，目前結(jié)構(gòu)計算軟件種類繁多，各種功能趨于完善。不同軟件差異性比較明顯，結(jié)合本人對結(jié)構(gòu)計算軟件的使用經(jīng)驗，對市場常用軟件進行簡單介紹。本文討論的范圍是房建設(shè)計，包含的內(nèi)容僅限于自己的認(rèn)知和體會。說在前面的是，軟件只是工具而已，是檢驗自己想法的利器，更重要的還是自己的結(jié)構(gòu)概念。結(jié)構(gòu)分析的靈魂是清晰的結(jié)構(gòu)概念，而不是熟練的軟件操作。因為軟件是會不斷迭代更新的，所以本文也會不斷的更新。當(dāng)下討論的軟件版本是：PKPM2021、YJK（v1.9.3）、3D3S（v2021）、SAP2000（v22）、ETABS（v20）、SAUSAGE（v2021）、Perform3D（v8）。1、各種軟件概述PKPM、YJK和3D3S都是優(yōu)秀的國產(chǎn)設(shè)計軟件，PKPM和YJK主要用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，3D3S主要用于鋼結(jié)構(gòu)。這三款軟件的特點是上手簡單、計算高效、結(jié)果判斷方便。而且和中國規(guī)范貼合密切，內(nèi)置了中國規(guī)范的大量參數(shù)，是國內(nèi)使用得最多的結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件。MIDAS是韓國推出的結(jié)構(gòu)分析設(shè)計軟件，其中Building和PKPM、YJK的使用場景幾乎一致，Gen和SAP2000的使用場景幾乎一致，F(xiàn)EA主要用來做實體有限元分析，GTS用于巖土分析、Civil是橋梁隧道市政軟件。MIDAS系列產(chǎn)品，因為漢化做得很好，而且在國內(nèi)的服務(wù)做得很好，所以占領(lǐng)了國內(nèi)的部分結(jié)構(gòu)分析市場。ETABS、SAP2000和Perform3D屬于CSI的經(jīng)典作品，是真正意義上的國際通用結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件，全世界通用，各國規(guī)范比較齊全。巨型項目幾乎都可以用這三款軟件進行分析。其中ETABS一般用于超高層，SAP2000一般用于空間鋼結(jié)構(gòu)，Perform3D用于彈塑性分析。因為CSI的軟件上手難度較大，而且國內(nèi)的漢化和服務(wù)都做得一般，所以反而被MIDAS搶去了市場。SAUSAGE，是國產(chǎn)的高效彈塑性分析軟件。彈塑性分析屬于超限結(jié)構(gòu)分析必備的章節(jié)，之前的軟件產(chǎn)品或者效率低下不容易收斂（比如Midas）、或者軟件接口不好用（比如Abaqus）、或者就是上手難度太大（比如Perform3D）。因為SAUSAGE可以無縫對接PKPM，也可以導(dǎo)入大部分軟件模型，而且操作簡單、收斂性好、提取結(jié)果方便，所以目前是彈塑性分析的首選了。接下來是每個軟件的詳細(xì)解讀。2、PKPM2.1PKPM軟件概述PKPM是中國建筑科學(xué)研究院建筑工程軟件研究所出品，有點官方背書的意思，現(xiàn)在改制成為了北京構(gòu)力科技有限公司。這款軟件1988年就推出了，一開始分為PK和PM兩個模塊。PK是排架設(shè)計模塊，PM是平面輔助設(shè)計模塊，然后就組成了PKPM這個名字。PK這個模塊現(xiàn)在還是門剛結(jié)構(gòu)設(shè)計的主力模塊，PM因為無縫對接SATWE模塊也一直沿用至今。在十多年前，PKPM幾乎壟斷著國內(nèi)的多高層結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件市場，直到Y(jié)JK后來居上一路逆襲。兩種軟件經(jīng)過這十年的競爭，已經(jīng)發(fā)展得非常類似了。2.2PKPM軟件的優(yōu)點和不足PKPM的優(yōu)點是模塊很多，可以適用于很多場景。但是過多的軟件板塊使用起來容易混淆?，F(xiàn)在說的用PKPM做結(jié)構(gòu)，一般指的是用SATWE模塊做多層和高層設(shè)計。優(yōu)點：（1）軟件默認(rèn)設(shè)置了很多結(jié)構(gòu)設(shè)計的參數(shù)，包括荷載模式、荷載工況、荷載組合、風(fēng)荷載的計算、地震作用、邊界條件、質(zhì)量源等等。同時用PM進行建模非?？旖?，軟件上手很快；（2）SATWE模塊是基于層概念的結(jié)構(gòu)分析設(shè)計模塊，優(yōu)點是多層和高層設(shè)計很好用，普通的層概念的結(jié)構(gòu)設(shè)計使用完全足夠了；（3）適用于規(guī)則結(jié)構(gòu)，建模方便且速度較快；（4）后續(xù)接力SAUSAGE可以導(dǎo)入配筋，模型錯誤少。如果要進行彈塑性分析，可以優(yōu)先考慮PKPM；（5）性能設(shè)計的功能更好用；（6）和中國規(guī)范緊密貼合，緊跟政策導(dǎo)向。不足：（1）正式因為軟件默認(rèn)設(shè)置了很多參數(shù)，如果新手用PKPM上手學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)設(shè)計，那么有很多結(jié)構(gòu)概念可能是不清晰的。不利于新手建立正確的結(jié)構(gòu)概念；（2）PKPM是平面建模，沒法應(yīng)對沒有層概念的結(jié)構(gòu)設(shè)計，不適用于復(fù)雜不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計，比如PKPM做空間鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計；（3）需要提取大量結(jié)果時不如CSI系列和MIDAS系列方便；（4）PKPM界面復(fù)雜，建模、荷載輸入、計算、結(jié)果查看不在同一界面，使用時需要頻繁退出、進入不同界面，使用起來非常不方便。2.3PKPM軟件更適用的場景更適用的場景：（1）基于層概念的多高層結(jié)構(gòu)設(shè)計；（2）結(jié)構(gòu)性能化設(shè)計；（3）需要接力SAUSAGE進行彈塑性分析；（4）門式鋼架；（5）國內(nèi)規(guī)范、政策緊密結(jié)合的場景，比如減隔震、裝配式。3、盈建科（YJK）3.1YJK軟件概述YJK的創(chuàng)始人陳岱林先生過去就是PKPM的老大，當(dāng)年因為體制的限制才出來創(chuàng)辦了盈建科公司。同時，因為他是真的完全了解PKPM和建研院軟件所，所以YJK軟件推出時就克服了PKPM的很多缺點，倒逼PKPM進行改革和進步。從某種意義上說，YJK和PKPM這兩個軟件可以說是同宗同源的?，F(xiàn)在很多工程師都偏向于使用YJK，主要原因有兩點：1、軟件的UI設(shè)計更合理，用起來更順手；2、YJK算的配筋更小，更容易滿足業(yè)主的要求。3.2YJK軟件的優(yōu)點和不足優(yōu)點：（1）上手比PKPM還簡單；多層和高層模塊和SATWE差不多。（2）因為空間結(jié)構(gòu)的功能比較完善，可以導(dǎo)入3D3S模型，所以做總裝模型比較方便，經(jīng)常用來設(shè)計空間結(jié)構(gòu)的下部鋼筋混凝土主體結(jié)構(gòu)。（3）界面簡潔、建模、計算及結(jié)果查看都在同一界面，不用像PKPM一樣頻繁切換操作界面。（4）建?？梢暬訌?，可以平面、空間同時視圖，與SAP2000、ETABS類似。（5）和其他軟件設(shè)有接口，可以直接生成PKPM、ABAQUS、SAP2000等模型。（6）基礎(chǔ)設(shè)計模塊、預(yù)應(yīng)力梁模塊、樓板舒適度分析、屈曲分析，這幾個功能也很好用。（7）對于不規(guī)則建筑，功能強于PKPM。不足：（1）和PKPM一樣，也是基于層概念的傻瓜式設(shè)計軟件，PKPM有的缺點YJK也無法避免。不利于新手建立正確的結(jié)構(gòu)設(shè)計概念；（2）生成PKPM、ABAQUS、SAP2000等模型時數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確（不知道現(xiàn)在BUG修復(fù)沒有）；（3）接力后續(xù)的彈塑性分析不如PKPM。3.3YJK軟件更適用的場景更適用的場景：（1）基于層概念的多高層結(jié)構(gòu)設(shè)計；（2）復(fù)雜基礎(chǔ)設(shè)計；（3）預(yù)應(yīng)力梁設(shè)計、舒適度分析、屈曲分析；（4）簡單規(guī)則的下部鋼筋混凝土-上部空間鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計；（5）組裝空間結(jié)構(gòu)的總裝模型，用于設(shè)計下部主體結(jié)構(gòu)；（6）和國內(nèi)規(guī)范、政策緊密結(jié)合的場景，比如減隔震。4、3D3S4.13D3S軟件概述3D3S是同濟大學(xué)土木工程學(xué)院建筑工程系張其林教授主持開發(fā)的軟件，在國內(nèi)廣泛用于鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計。3D3S經(jīng)過多年的發(fā)展，基本上鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計需要的功能都有了，學(xué)習(xí)起來也比較簡單，所以是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的必備軟件了。4.23D3S軟件的優(yōu)點和不足優(yōu)點：（1）軟件基于CAD平臺，可以直接在CAD線模的基礎(chǔ)上建模，是比較方便的；（2）和其他國產(chǎn)軟件一樣，軟件默認(rèn)設(shè)置了很多參數(shù)，上手做設(shè)計很快；（3）軟件內(nèi)置了國內(nèi)常用的鋼構(gòu)件截面，非常方便；（4）鋼結(jié)構(gòu)加工廠也會使用3D3S軟件，交流起來很方便；（5）網(wǎng)架設(shè)計模塊絕絕子，自動優(yōu)化、一鍵出圖；（6）有專門的索膜結(jié)構(gòu)設(shè)計模塊，可以應(yīng)對復(fù)雜的柔性結(jié)構(gòu)的找形與設(shè)計分析。不足：（1）CAD本來就很容易崩潰，所以3D3S就更容易崩潰了；（2）因為操作過于簡化，不利于新手建立正確的結(jié)構(gòu)概念。4.33D3S軟件更適用的場景更適用的場景：絕大部分鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計都可以用，需要特殊進行的專項分析不推薦使用，少部分專項分析的功能尚不完善5、ETABS、SAP20005.1軟件概述這兩款軟件是CSI公司出品的經(jīng)典軟件了，屬于世界級的結(jié)構(gòu)設(shè)計分析軟件。在軟件的原程序是世界級結(jié)構(gòu)分析大佬、美國國家工程院院士、伯克利土木工程系威爾遜教授開發(fā)的，也就是這本書的作者。在世界范圍內(nèi)，采用ETABS設(shè)計的超高層、和采用SAP2000設(shè)計的空間結(jié)構(gòu)數(shù)不勝數(shù)。如果立志要成為結(jié)構(gòu)分析設(shè)計高手，這兩個軟件是必須熟練掌握的。這兩年國內(nèi)進行的有針對性的插件開發(fā)也小有成效，可以去官網(wǎng)下載使用。值得一提的是，很多結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件要體現(xiàn)自己算得準(zhǔn)，就用SAP或者ETABS作為標(biāo)準(zhǔn)進行對比分析。這可以說明這兩款軟件的認(rèn)可程度了吧。5.2ETABS和SAP的優(yōu)點和不足優(yōu)點：（1）作為通用有限元軟件，在建模和分析上更加靈活，能夠自定義很多東西，實現(xiàn)自己想要的結(jié)構(gòu)分析；（2）結(jié)果可以導(dǎo)出很多內(nèi)容，便于自己進行判斷；（3）軟件支持插件，可以進行二次開發(fā)；（4）幾乎所有的結(jié)構(gòu)分析軟件都有ETABS或SAP的接口；（5）分析結(jié)果全球都認(rèn)可，大項目必備；（6）雖然軟件上手很慢，但是能幫助新手建立正確的結(jié)構(gòu)設(shè)計概念；（7）適用于不規(guī)則結(jié)構(gòu)建模，尤其是空間結(jié)構(gòu)建模強度PKPM和YJK。不足：1、漢化做得不好，很多報警和說明都是英文的，理解起來費勁；2、軟件學(xué)習(xí)起來困難，沒有老師帶容易搞得一頭霧水；3、對于中國規(guī)范的支持和實現(xiàn)沒有清楚的表達；4、不直接輸出部分指標(biāo)，結(jié)果判斷需要自己解讀數(shù)據(jù)；5、沒有后續(xù)的基礎(chǔ)設(shè)計等模塊；6、每一步建模都需要指定，比如梁建模前必須指定剛接或者鉸接（PKPM默認(rèn)剛接）；面單元與線單元相交必須指定節(jié)點才能繼續(xù)計算，不指定則發(fā)生錯誤，PKPM面單元與線單元相交則自動生成節(jié)點連接。6、不太適合用于彈塑性分析。5.3ETABS和SAP更適用的場景更適用的場景：1、推薦新手作為入門軟件學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)設(shè)計，雖然很痛苦，但是能建立正確的結(jié)構(gòu)設(shè)計概念。2、適用于大型結(jié)構(gòu)、異形結(jié)構(gòu)的分析和設(shè)計。3、適用于海外工程。4、需要自定義分析的情況。6、MIDAS系列6.1MIDAS系列概述MIDAS系列軟件是韓國開發(fā)的結(jié)構(gòu)分析設(shè)計系列軟件，在國際上并沒有很常用，但是因為漢化和中國服務(wù)做得特別好，教程也很好找，所以部分取代了CSI系列在國內(nèi)的市場。MIDASGEN一般用于空間鋼結(jié)構(gòu)的分析設(shè)計，也可用于多層和高層結(jié)構(gòu)分析，是Midas系列的拳頭產(chǎn)品。MIDASBUILDING一般用于多層和高層結(jié)構(gòu)分析。MIDASFEA用于實體有限元分析，可導(dǎo)入GEN的線模。MIDASGTS用于巖土的分析。MIDASCIVIL用于橋梁隧道市政設(shè)計，和房建設(shè)計無關(guān)了。6.2MIDAS系列的優(yōu)點和不足優(yōu)點：（1）系列軟件幾乎涵蓋了結(jié)構(gòu)設(shè)計需要的所有場景，而且軟件之間可以無縫對接。比如MIDASGEN的線?？梢詫?dǎo)入FEA中進行實體有限元分析。（2）漢化和中國服務(wù)都做得很好，能找到人解決問題。（3）網(wǎng)上教程很多，可以很方便的找到需要的資料。（4）Gen和SAP幾乎可以無縫轉(zhuǎn)換，會用SAP就能很快上手用Gen。（5）結(jié)果花里胡哨的，用來寫報告和做PPT比較好看。不足：（1）上手還是比較慢，各個菜單的設(shè)置優(yōu)點混亂，做多高層結(jié)構(gòu)設(shè)計沒有PKPM和YJK順手，做空間鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計不如SAP順手。（2）對于中國規(guī)范的支持和實現(xiàn)也沒有講清楚。同樣的指標(biāo)，和PKPM、YJK對比可能相差較大，但是又不知道為什么。（3）沒有后續(xù)的基礎(chǔ)設(shè)計等模塊。（4）彈塑性分析慢如烏龜，還不容易收斂。6.3MIDAS系列軟件更適用的場景更適用的場景：（1）Building、Gen用于超限結(jié)構(gòu)分析的對比軟件；（2）Gen可以用于空間鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計；（3）Gen可用于需要自定義分析的情況；（4）FEA可以接力Gen進行實體節(jié)點有限元分析；（5）GTS可以用于結(jié)構(gòu)-巖土相互影響方面的分析，比如軌道保護。7、SAUSAGE7.1軟件概述我也不知道為什么建研數(shù)力要把軟件取名叫SAUSAGE，可能是大佬們喜歡吃廣味香腸吧……SAUSAGE在彈塑性分析軟件中是很優(yōu)秀的，過去做一個彈塑性分析幾天都算不出來結(jié)果，但是SAUSAGE推出后把這個時間縮短了一大半。SAUSAGE7.2SAUSAGE的優(yōu)點和不足優(yōu)點：（1）上手超快，幾乎做到了一鍵分析；（2）算的很快而且容易收斂；（3）結(jié)果可視化做得很好，符合工程師的匯報需求；（4）PKPM導(dǎo)入SAUSAGE幾乎不會出問題，還可以導(dǎo)入配筋；（5）每個版本更新都有不錯的新功能；（6）性能評價標(biāo)準(zhǔn)更貼合中國規(guī)范；不足：（1）軟件很貴；（2）不能導(dǎo)入YJK配筋。7.3SAUSAGE軟件更適用的場景接力PKPM、YJK做彈塑性時程分析。8、Perform3D8.1Perform3D軟件概述PERFORM-3D是專門用于結(jié)構(gòu)非線性分析與抗震性能評估的軟件，以結(jié)構(gòu)材料和單元的力學(xué)性能設(shè)定為前提，以抗震性能化設(shè)計方法為指導(dǎo)，基于ASCE41、FEMA-356所建議的變形或強度限制狀態(tài)對復(fù)雜結(jié)構(gòu)進行彈塑性分析和抗震性能評估，在超限高層結(jié)構(gòu)設(shè)計、分析和校核領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用與認(rèn)可。8.2Perform3D的優(yōu)點和不足優(yōu)點：（1）容錯性較好，迭代較為容易收斂；（2）與國內(nèi)通用設(shè)計軟件如YJK、PKPM、SAP2000、ETABS等均有接口，導(dǎo)模便捷；（3）基于ASCE41、FEMA-356對構(gòu)件性能狀態(tài)進行評估，專家認(rèn)可度高。不足：（1）入門難度較大，交互操作體驗較差；（2）構(gòu)件配筋、塑性鉸屬性等修改麻煩；（3）后處理工作量較大。8.3Perform3D軟件更適用的場景基于ASCE41、FEMA-356的超高層結(jié)構(gòu)彈塑性分析9、Ansys、Abaqus9.1軟件概述這兩款大型通用有限元軟件屬于應(yīng)用領(lǐng)域比較廣泛的軟件了，在結(jié)構(gòu)分析領(lǐng)域的應(yīng)用只是其中一個小小的部分。在設(shè)計院中一般用于節(jié)點有限元分析比較多。技術(shù)實力比較厲害的部門可以自己編程開發(fā)對應(yīng)的接口或者插件，快速的完成建模分析。9.2Ansys和Abaqus的優(yōu)點和不足優(yōu)點：（1）算得準(zhǔn)，分析結(jié)果國際認(rèn)可；（2）支持插件。不足