建筑結(jié)構(gòu)常用有限元分析軟件及選擇

1、建筑結(jié)構(gòu)常用有限元分析軟件及選擇近些年，隨著電腦的飛速發(fā)展，有限元軟件的開發(fā)也是日新月異，特別是隨著人們對(duì)結(jié)構(gòu)分析的精確性和高端性的追求，越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)外有限元軟件被結(jié)構(gòu)工程師所采用。大致整理了一下，目前國(guó)內(nèi)建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域使用的計(jì)算軟件有：PKPM、3D3S、MTS、MST、同濟(jì)啟明星、ETABS、SAP2000、SAFE、PERF0RM-3D、MIDAS、STAADPRO、ROBOT、EASY、FORTEN、ANSYS、ABAQUS、NASTRAN、MARC、LS-DYNA等。其中PKPM、3D3S、MTS、MST、同濟(jì)啟明星屬于國(guó)內(nèi)開發(fā)的軟件，目前使用的也比較普遍，效果也不錯(cuò)；ETABS、S

2、AP2000、SAFE、PERFORM-3D、MIDAS、STAADPRO、ROBOT、ANSYS、ABAQUS、NASTRAN、MARC、LS-DYNA是國(guó)外引進(jìn)的軟件，目前在國(guó)內(nèi)使用的也是十分普遍，而且因?yàn)橐恍﹪?guó)人有崇洋媚外的習(xí)慣，所以相對(duì)來(lái)講國(guó)外軟件使用的更多，認(rèn)可度也更高，當(dāng)然，老外軟件的質(zhì)量起到了關(guān)鍵的作用。那么這么多軟件在實(shí)際使用中怎么選擇呢？其實(shí)每個(gè)軟件都有其獨(dú)到之處，針對(duì)計(jì)算工程的不同特點(diǎn)，可以選擇不同的分析軟件，有時(shí)候可以起到事半功倍的效果。下面就談一下自己的一點(diǎn)拙見，首先是國(guó)內(nèi)軟件：1、在國(guó)內(nèi)PKPM可以將是葵花寶典級(jí)別的。對(duì)于多高層結(jié)構(gòu)特別好用，其最大的優(yōu)點(diǎn)，也是大家所依

3、賴的就是可以很快的配筋并出圖。現(xiàn)在也可以實(shí)現(xiàn)一些空間結(jié)構(gòu)的建模與分析，但是使用起來(lái)還是有些不方便。早期人們一直都是用PKPM行遍天下，只是后來(lái)隨著ETABS等國(guó)外軟件進(jìn)來(lái)后才有人開始對(duì)其有些微詞，因?yàn)楹芏嗳擞X得PKPM算起來(lái)有問(wèn)題，比如不同版本算的結(jié)果區(qū)別、不規(guī)則結(jié)構(gòu)建模不方便啦等，但是只要是做設(shè)計(jì)的，沒有人能離開PKPM的。2、3D3S不知道如何給它定位。這是同濟(jì)大學(xué)張其林老師開發(fā)的，可以計(jì)算的結(jié)構(gòu)體系有：輕鋼、廠房、多高層結(jié)構(gòu)、空間鋼結(jié)構(gòu)、索膜結(jié)構(gòu)等，可以進(jìn)行中國(guó)規(guī)范校核。真是神通廣大啊，不過(guò)，每個(gè)模塊都是單獨(dú)賣的。個(gè)人看來(lái)，在國(guó)內(nèi)軟件中3D3S算是比較成功的了，至少在商業(yè)化方面走到比較靠

4、前。3、MST是浙江大學(xué)羅堯治開發(fā)的，專門用于網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的分析與計(jì)算，算是一個(gè)專業(yè)小軟件，不過(guò)在空間結(jié)構(gòu)領(lǐng)域可以使用一下，特別是可以用它來(lái)建模，比自己畫方便多了。4、MTS是同濟(jì)大學(xué)李國(guó)強(qiáng)老師開發(fā)的，可以認(rèn)為是針對(duì)多高層建筑結(jié)構(gòu)開發(fā)的。在國(guó)內(nèi)也有一定的用戶，不過(guò)早期聽說(shuō)使用不是很方便，不知道現(xiàn)在改進(jìn)的如何了。據(jù)介紹，這個(gè)軟件可以很好的考慮阻尼器的計(jì)算，由于沒有使用過(guò)，所以不是很了解。5、同濟(jì)啟明星是同濟(jì)大學(xué)編制的一個(gè)軟件，用于深基坑、樁基礎(chǔ)、邊坡穩(wěn)定、天然地基等，方向是向地下發(fā)展的。很不錯(cuò)，用起來(lái)挺方便的，而且目前類似的軟件不多。以上是國(guó)內(nèi)軟件的簡(jiǎn)單介紹，下面對(duì)國(guó)外的軟件進(jìn)行一下梳理：6、

5、ETABS、SAP2000、SAFE、PERF0RM-3D等CSI系列是加州大學(xué)Berkeley分校的Wilson教授開發(fā)的。其中ETABS是針對(duì)多高層建筑結(jié)構(gòu)開發(fā)的。ETABS對(duì)國(guó)內(nèi)的軟件行業(yè)起到了里程碑式的作用。ETABS的出現(xiàn)讓人們看到在計(jì)算中我們?cè)瓉?lái)可以做到更多。也是ETABS讓人們對(duì)結(jié)構(gòu)分析提出了更高的要求，比如彈塑性分析等。目前ETABS可以做到多高層結(jié)構(gòu)的快速建模、靜動(dòng)力分析、靜力彈塑性分析、中國(guó)規(guī)范校核等，幾乎涵蓋了結(jié)構(gòu)工程師的所有要求。SAP2000則專注與空間結(jié)構(gòu)，比如網(wǎng)殼類、桁架類、不規(guī)則結(jié)構(gòu)等，一句話，開發(fā)者希望不能用ETABS實(shí)現(xiàn)的就可以SAP2000來(lái)實(shí)現(xiàn)，和ETA

6、BS樣，SAP2000對(duì)中國(guó)建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域軟件的沖擊也很大，因?yàn)樵赟AP2000進(jìn)入中國(guó)的時(shí)候業(yè)內(nèi)沒有類似可以進(jìn)行空間結(jié)構(gòu)建模與分析的軟件，在當(dāng)時(shí)SAP2000算是填補(bǔ)了一個(gè)空白，現(xiàn)在SAP2000更新了很多版本（目前是12.0），增加了很多功能，比如中國(guó)規(guī)范校核等。SAFE是專門進(jìn)行樓板計(jì)算的，沒用過(guò)，好像必要性不是很強(qiáng)。PERF0RM-3D是剛推出的一套軟件，專注于動(dòng)力彈塑性分析，采用了大家比較期待的纖維模型，不過(guò)聽說(shuō)實(shí)際操作不是很方便，本人沒用過(guò)，不能下結(jié)論。7、MIDAS是韓國(guó)的一套結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件，是業(yè)內(nèi)的后起之秀。可以進(jìn)行多高層及空間結(jié)構(gòu)的建模與分析，也可以進(jìn)行中國(guó)規(guī)范校核。其實(shí)，MID

7、AS進(jìn)來(lái)的很晚，記得05、06年MIDAS用戶還不是很多，但是近幾年他們?cè)阡N售上花了很多心思，記得07年一套才賣3萬(wàn)多塊，可以講是中國(guó)的市場(chǎng)他們是勢(shì)在必得，現(xiàn)在MIDAS的用戶已經(jīng)非常多了，而且軟件的更新也很快。是一套很不錯(cuò)的軟件。8、STAADPRO和ROBOT可能大家不是很熟悉，不過(guò)確實(shí)是國(guó)內(nèi)也在用的兩套設(shè)計(jì)軟件，比如上海的南站鐵路是使用ROBOT計(jì)算的；STAAD的應(yīng)用可能更多一些，而且有中文版。這兩款軟件都是可以進(jìn)行任何結(jié)構(gòu)體系計(jì)算的，像SAP2000和MIDAS樣，可以進(jìn)行多高層和空間結(jié)構(gòu)的計(jì)算與分析，STAAD帶有中國(guó)規(guī)范，聽說(shuō)ROBOT也在做，不知道現(xiàn)在有沒有做好。9、EASY、

8、FORTEN是兩款索膜結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件。其中EASY采用的是力密度法,FORTEN采用的是非線性有限元法。EASY在中國(guó)用到比較多，比如上海世博軸索膜結(jié)構(gòu)是用這個(gè)軟件計(jì)算的，不錯(cuò)覺得界面開發(fā)的確實(shí)不敢恭維；個(gè)人認(rèn)為FORTEN的界面做得不錯(cuò)，近似通用有限元的界面模式，出圖很漂亮。不過(guò)這兩款軟件在國(guó)內(nèi)D版比較少，目前我還沒有找到過(guò)。10、ANSYS、ABAQUS、NASTRAN、MARC、LS-DYNA屬于通用有限元軟件，與設(shè)計(jì)軟件不同的是，通用軟件在結(jié)構(gòu)計(jì)算上功能更強(qiáng)大，而且往往提供二次開發(fā)平臺(tái)，對(duì)于高級(jí)用戶而言具有更大的發(fā)揮空間。其中ANSYS應(yīng)該是在業(yè)內(nèi)擁有最多用戶的一款了，它不但擁有比較豐富

9、的單元庫(kù)，而且提供了APDL編程平臺(tái)，使用戶可以很好的進(jìn)行復(fù)雜工程計(jì)算，這也是參數(shù)化建模與分析的平臺(tái)。目前業(yè)內(nèi)使用ANSYS計(jì)算的內(nèi)容包括：多高層結(jié)構(gòu)、空間結(jié)構(gòu)、索膜結(jié)構(gòu)、玻璃結(jié)構(gòu)等；特殊問(wèn)題有節(jié)點(diǎn)分析、動(dòng)力彈塑性分析等。一個(gè)字，ANSYS太強(qiáng)大了，不過(guò)，ANSYS對(duì)于剪力墻的彈塑性分析方面還有一些不足。NASTRAN是航空上的一款軟件，需要借PATRAN作為前處理，但是近幾年在業(yè)內(nèi)也有人使用，這款軟件厲害了，單元豐富、功能強(qiáng)大，想想看，美國(guó)飛機(jī)專用軟件，算我們建筑結(jié)構(gòu)還不是小菜一碟。MARC和NASTRAN一樣，都屬于MSC系列的，它是一款功能齊全的高級(jí)非線性有限元軟件，具有極強(qiáng)的結(jié)構(gòu)分析能

10、力。在高?？蒲泄ぷ髦杏玫妮^多。近幾年隨著彈塑性分析的需求，很多工程是用這個(gè)軟件計(jì)算的。ABAQUS和LS-DYNA是兩款比較特殊的軟件，它們的計(jì)算方法為顯式計(jì)算。（編者注：此處不太準(zhǔn)確，abaqus有standard和explicit兩種求解器，前者為隱式，后者為顯示。）我們常用的有限元軟件一般都是隱式計(jì)算方法，就是解方程KU=P，而顯式計(jì)算則是使用時(shí)間積分的方法，顯示積分在動(dòng)力計(jì)算中幾乎不存在不收斂的問(wèn)題，所以在動(dòng)力彈塑性分析中使用的較多，目前這是國(guó)內(nèi)進(jìn)行動(dòng)力彈塑性分析中使用最多的兩款軟件。不過(guò)，關(guān)于顯式計(jì)算在我們建筑結(jié)構(gòu)的動(dòng)力分析中是否適用一直存在著爭(zhēng)議。本人ABAQUS用得比較多，所以對(duì)

11、其還算比較熟悉，像ABAQUS其最大的強(qiáng)項(xiàng)在于實(shí)體分析和殼單元分析，而桿單元的分析則不是其優(yōu)勢(shì)所在。所以，在我們建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算中需要用戶開發(fā)一些簡(jiǎn)單的接口程序，把其他軟件建立的模型導(dǎo)入到ABAQUS中，否則在ABAQUS中建立建筑的三維模型會(huì)累死人的，不過(guò)它的后處理還比較方便。ABAQUS的非線性功能很強(qiáng)大，如此強(qiáng)大的非線性功能，用在建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域簡(jiǎn)直太浪費(fèi)了！LS-DYNA是ANSYS系列的，據(jù)說(shuō)可以把計(jì)算模型直接從ANSYS中轉(zhuǎn)換過(guò)去，其動(dòng)力彈塑性功能和ABAQUS差不多，這些功能都可以輕松滿足我們建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的需求。前面對(duì)一些常用軟件做了簡(jiǎn)單的介紹，了解其基本情況后作選擇就比較簡(jiǎn)單了:對(duì)于多高層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)先選擇PKPM、TABS和MTS；另外也可以選擇SAP2000、MIDAS、STAADPRO和ROBOT、3D3S；如果是計(jì)算分析，隨便選一個(gè)通用有限元軟件即可，強(qiáng)烈推薦ANSYS。對(duì)于空間結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)先選擇SAP2000、MIDAS、STAADPRO和ROBOT；純計(jì)算分析強(qiáng)烈推薦ANSYS、MIDAS、SAP2000和NASTRAN；對(duì)于索膜結(jié)構(gòu)可以選擇ANSYS、EASY、FORTEN、3D3S。鑒于EASY、FORTEN一定要用正版，所以還是用ANSYS和3D3S比較現(xiàn)實(shí)。對(duì)于動(dòng)力彈塑性分析建議采用AB