結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及分析軟件

1、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、分析軟件介紹-Made by LRF1、SATWE SATWE中國(guó)建筑科學(xué)研究院PKPM CAD工程部應(yīng)現(xiàn)代高層建筑發(fā)展的要求，專(zhuān)門(mén)為高層結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)而開(kāi)發(fā)的基于殼元理論的三維組合結(jié)構(gòu)有限元分析軟件。是國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)分析程序。特點(diǎn)是計(jì)算穩(wěn)定，分析功能與結(jié)構(gòu)規(guī)范要求結(jié)合得較好。1 SATWE采用空間桿單元模擬梁、柱及支撐等桿件。采用在殼元基礎(chǔ)上凝聚而成的墻元模擬剪力墻。墻元不僅具有墻所在的平面內(nèi)剛度，也具有平面外剛度，可以較好地模擬工程中剪力墻的實(shí)際受力狀態(tài)。1、SATWE2. 對(duì)于樓板，SATWE給出了四種簡(jiǎn)化假定，即樓板整體平面內(nèi)無(wú)限剛、分塊無(wú)限剛、分塊無(wú)限剛加彈性連接板帶

2、和彈性樓板。在應(yīng)用中，可根據(jù)工程實(shí)際情況和分析精度要求，選用其中一種或幾種簡(jiǎn)化假定。3. SATWE適用于高層和多層鋼筋混凝土框架、框架一剪力墻、剪力墻結(jié)構(gòu)，以及高層鋼砼混合結(jié)構(gòu)、復(fù)雜體型的高層建筑、多塔、錯(cuò)層、轉(zhuǎn)換層及樓板局部開(kāi)洞等特殊結(jié)構(gòu)型式。4. SATWE可完成建筑結(jié)構(gòu)在恒、活、風(fēng)、地震力作用下的內(nèi)力分析及荷載效應(yīng)組合計(jì)算，對(duì)鋼筋砼結(jié)構(gòu)還可完成截面配筋計(jì)算。5. 可進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)和地下室聯(lián)合工作分析，并進(jìn)行地下室設(shè)計(jì)。6. SATWE所需的幾何信息和荷載信息都從PMCAD建立的建筑模型中自動(dòng)提取生成并有多塔、錯(cuò)層信息自動(dòng)生成功能，大大簡(jiǎn)化了用戶(hù)操作。2、PMSAP PMSAPPKPM公司

3、面向特殊結(jié)構(gòu)的通用分析程序。PMSAP與PKPM是由不同的開(kāi)發(fā)人員獨(dú)立完成。雖然它們的側(cè)重點(diǎn)有所不同（PMSAP考慮更多復(fù)雜情況），但對(duì)于多數(shù)建筑結(jié)構(gòu)的分析、設(shè)計(jì)，基本功能是一樣的。3、GSSAP 廣廈結(jié)構(gòu)CAD是深圳市廣廈軟件有限公司研發(fā)的一個(gè)面向工業(yè)和民用建筑（混凝土、磚、鋼和它們的混合結(jié)構(gòu)）的多高層結(jié)構(gòu)CAD，支持框架、框剪、筒體、磚混、混合、底框磚混、板柱墻等結(jié)構(gòu)形式。3、GSSAP 廣廈建筑結(jié)構(gòu)通用有限元GSSAP是目前彈性狀態(tài)下的廣廈的主流計(jì)算。適用于多高層混凝土結(jié)構(gòu)、多高層鋼結(jié)構(gòu)、鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)、混凝土-磚混合結(jié)構(gòu)、空間鋼構(gòu)件、網(wǎng)架、網(wǎng)殼、無(wú)梁樓蓋、加固結(jié)構(gòu)、廠房、體育館、多

4、塔、錯(cuò)層、連體、轉(zhuǎn)換層、厚板轉(zhuǎn)換、斜撐、坡屋面、彈性樓板和局部剛性樓板等結(jié)構(gòu)，其剪力墻用殼元墻元模型。特點(diǎn)是將通用有限元分析功能 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范較好結(jié)合。DWG轉(zhuǎn)換：轉(zhuǎn)換：如果用戶(hù)已經(jīng)有建筑的DWG圖紙，用戶(hù)可使用DWG轉(zhuǎn)換功能將建筑模型轉(zhuǎn)換為廣廈錄入模型；圖形錄入：圖形錄入：輸入工程的幾何和荷載信息，導(dǎo)荷載，為計(jì)算準(zhǔn)備數(shù)據(jù)；同時(shí)生成基礎(chǔ)模型數(shù)據(jù)；樓板次梁和磚混計(jì)算：樓板次梁和磚混計(jì)算：通常板不進(jìn)空間分析，樓板按照一定的邊界條件在此計(jì)算；純磚混層是導(dǎo)荷計(jì)算，也在此計(jì)算；自從廣廈采用GSSAP計(jì)算以來(lái)，次梁也同時(shí)進(jìn)入空間分析，因此不再采用此處的次梁結(jié)果。此處的次梁計(jì)算是按照連續(xù)梁計(jì)算的，暗含了次梁

5、支座不發(fā)生豎向位移，而進(jìn)入空間分析的次梁所支撐的主梁是會(huì)發(fā)生豎向位移的（也更符合實(shí)際），這是兩種計(jì)算結(jié)果的區(qū)別。廣廈CAD其他功能：配筋系統(tǒng)：配筋系統(tǒng)：根據(jù)計(jì)算結(jié)果生成11G101平法施工圖，需要注意的是廣廈在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)頁(yè)仍然保留了原有的梁柱表施工圖；施工圖系統(tǒng)：施工圖系統(tǒng)：進(jìn)行構(gòu)件歸并，自動(dòng)處理字符重疊，修改結(jié)構(gòu)施工圖，生成DWG圖形文件；基礎(chǔ)基礎(chǔ)CAD：根據(jù)首層柱布置和結(jié)構(gòu)計(jì)算的柱底力，計(jì)算并生成基礎(chǔ)圖，最后生成DWG文件。廣廈概預(yù)算系統(tǒng)：廣廈概預(yù)算系統(tǒng)：以廣廈結(jié)構(gòu)CAD平法施工圖和基礎(chǔ)CAD為基礎(chǔ)，根據(jù)不同地方的定額及計(jì)算規(guī)則，進(jìn)行土建工程的工程量計(jì)算、統(tǒng)計(jì)、套價(jià)的概預(yù)算軟件，實(shí)現(xiàn)了混凝土

6、、鋼筋、模板、砌體和基礎(chǔ)等結(jié)構(gòu)工程量的快速、完全的自動(dòng)統(tǒng)計(jì)功能。本系統(tǒng)能方便地幫助結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員估算設(shè)計(jì)造價(jià)，從而為結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供依據(jù)。工具箱：工具箱：提供一些小型結(jié)構(gòu)計(jì)算工具；對(duì)比審圖：對(duì)比審圖：用于同一模型多套計(jì)算結(jié)果的對(duì)比，同時(shí)支持PKPM計(jì)算結(jié)果的對(duì)比。3、GSSAP3、GSSAP1.可計(jì)算任意結(jié)構(gòu)形式，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)中的多塔、錯(cuò)層、轉(zhuǎn)換層、樓面大開(kāi)洞、長(zhǎng)懸臂和大跨度等情形，提供了方便的處理手段；2.可以任意平面、立面和三維建模；3.有15種單元的單元庫(kù)，專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的“通用子結(jié)構(gòu)單元”可構(gòu)造“子結(jié)構(gòu)墻元”、“子結(jié)構(gòu)板元”、“子結(jié)構(gòu)柱元”和“子結(jié)構(gòu)梁元”，可采用高階且精度高的單元計(jì)算墻、柱、梁和板

7、；4.有70多種梁柱截面型式、7種變截面類(lèi)型、多種材料類(lèi)型（混凝土、鋼和鋼砼等）；5.除在總信息設(shè)置參數(shù)外，單個(gè)構(gòu)件屬性（設(shè)計(jì)屬性、幾何屬性和荷載屬性）全部開(kāi)放設(shè)置；6.可輸入恒、活、水土壓力、預(yù)應(yīng)力、雪、溫度、人防、風(fēng)、地震和施工荷載10種工況，構(gòu)件有10種荷載類(lèi)型，及6個(gè)荷載作用方向；7.任意一塊樓板可選用剛性板、膜元、板元或殼元計(jì)算；梁柱可選用桿元或殼元計(jì)算（考慮空間應(yīng)力分析，取代平面應(yīng)力）；板柱結(jié)構(gòu)可選用“子結(jié)構(gòu)板元”參與空間分析；GSSAP主要功能和特點(diǎn)：8.高效可靠的大型方程求解器和3種固有頻率求解方法：子空間迭代、 Ritz向量和Lanczos法，可計(jì)算自由度達(dá)50萬(wàn)的大型結(jié)構(gòu)模

8、型；9.可同時(shí)計(jì)算8個(gè)方向地震作用和8個(gè)方向風(fēng)荷載，每個(gè)地震方向可考慮偶然偏心和雙向扭轉(zhuǎn)，動(dòng)力時(shí)程分析考慮三向地震波的作用；10.考慮模擬施工，可任意指定單個(gè)構(gòu)件模擬施工組號(hào)，可進(jìn)行后澆設(shè)計(jì)；11.風(fēng)和地震的重力二階效應(yīng)計(jì)算方法包括放大系數(shù)法和剛度修正法；連梁的剛度只在地震作用下折減，其它工況下不折減；12.70多個(gè)地震波可用于地震時(shí)程分析，相應(yīng)的地震內(nèi)力自動(dòng)用于構(gòu)件計(jì)算；13.可設(shè)置的荷載組合系數(shù)和吊車(chē)荷載滿(mǎn)足民用和工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)規(guī)范要求。3、GSSAP4、ETABS ETABS是由CSI公司開(kāi)發(fā)研制的房屋建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)軟件，ETABS已有近三十年的發(fā)展歷史，是美國(guó)乃至全球公認(rèn)的高層結(jié)構(gòu)計(jì)

9、算程序，在世界范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用，是房屋建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)軟件的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)。 ETABS除一般高層結(jié)構(gòu)計(jì)算功能外，還可計(jì)算鋼結(jié)構(gòu)、鉤、頂、彈簧、結(jié)構(gòu)阻尼運(yùn)動(dòng)、斜板、變截面梁或腋梁等特殊構(gòu)件和結(jié)構(gòu)非線性計(jì)算（Pushover， Buckling，施工順序加載等），甚至可以計(jì)算結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)隔震問(wèn)題，功能非常強(qiáng)大。4、ETABS ETABS集成了大部分國(guó)家和地區(qū)的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，她已經(jīng)將美國(guó)、加拿大、歐洲規(guī)范和中國(guó)規(guī)范納入其中，可以完成絕大部分國(guó)家和地區(qū)的結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)工作。ETABS在全世界超過(guò)100個(gè)國(guó)家和地區(qū)銷(xiāo)售，超過(guò)10萬(wàn)的結(jié)構(gòu)工程師在用它來(lái)做設(shè)計(jì)工作。 其特點(diǎn)是計(jì)算穩(wěn)定，分析能力強(qiáng)，剪力墻原來(lái)用板-

10、梁模型，現(xiàn)改為用殼元模型，與我國(guó)規(guī)范結(jié)合上在逐步完善。5、MIDAS-BUILDING MIDAS是一種有關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有限元分析軟件，分為建筑領(lǐng)域、橋梁領(lǐng)域、巖土領(lǐng)域、仿真領(lǐng)域四個(gè)大類(lèi)。 其中建筑領(lǐng)域包含軟件：MIDAS BUILDING、MIDAS GEN、GEN DESIGNER。 MIDAS BUILDING主要應(yīng)用高層建筑物專(zhuān)業(yè)結(jié)構(gòu)分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)。 國(guó)內(nèi)外還有多種設(shè)計(jì)軟件，不再一一介紹。一般來(lái)說(shuō)，以上五款建筑結(jié)構(gòu)分析程序均可滿(mǎn)足工程師對(duì)大部分建筑結(jié)構(gòu)分析的需求。下面簡(jiǎn)要?dú)w納五款程序功能異同。五款常用設(shè)計(jì)軟件功能對(duì)比1、五款程序均有總信息、地震作用分析、風(fēng)作用分析、荷載工況和組合 以及對(duì)

11、構(gòu)件信息的整體和單獨(dú)指定等功能。 注意：在進(jìn)行多個(gè)軟件計(jì)算對(duì)比時(shí)，除了核對(duì)總信息的參數(shù)設(shè)置是否一致以外，還應(yīng)檢查構(gòu)件參數(shù)，比如經(jīng)常遇到：ETABS的梁剛度放大系數(shù)、連梁折減系數(shù)設(shè)置；GSSAP的中梁剛度放大系數(shù)與梁高有關(guān)，與SATWE等不同。2、在總信息方面，五款程序基本能滿(mǎn)足用戶(hù)的使用需求。 注意：模擬施工設(shè)置上的差別。GSSAP、ETABS能設(shè)置剛域長(zhǎng)度；MIDAS-BULDING可設(shè)置剛域系數(shù)。SATWE、PMSAP應(yīng)采用“模擬施工3”計(jì)算，沒(méi)有構(gòu)件的模擬功能。GSSAP和ETABS則可進(jìn)行構(gòu)件的模擬施工。3、在地震作用分析和風(fēng)作用分析方面，SATWE只能計(jì)算0度和90度的作用，其他程序

12、能同時(shí)計(jì)算多個(gè)方向的作用。五款常用設(shè)計(jì)軟件功能對(duì)比 注意：STAWE若要計(jì)算多個(gè)方向，則要另存模型后旋轉(zhuǎn)相應(yīng)角度來(lái)進(jìn)行計(jì)算才能得到該方向的整體指標(biāo)等相關(guān)信息，應(yīng)區(qū)別于“地震斜交方向增加角度”參數(shù)。4、ETABS沒(méi)有性能設(shè)計(jì)和舒適度計(jì)算功能，其他程序有此兩項(xiàng)功能。5、除ETABS外，其他程序均可自動(dòng)設(shè)置梁的剛度放大系數(shù)等功能，ETABS則需要用戶(hù)指定。6、五個(gè)程序基本包括了常用的荷載工況和荷載組合公式。7、在材料信息方面，5個(gè)程序均齊全。8、對(duì)構(gòu)件的特殊屬性指定，GSSAP最為齊全，其他程序也基本滿(mǎn)足用戶(hù)的需求。9、在五款程序中，SATWE和PMSAP的截面種類(lèi)最為齊全，GSSAP和MIDAS-

13、BULDING次之，ETABS可通過(guò)截面編輯器來(lái)定義用戶(hù)所要求的任意截面。五款常用設(shè)計(jì)軟件功能對(duì)比10、GSSAP、SATWE和PMSAP可參數(shù)輸入樓梯構(gòu)件，而ETABS和MIDAS-BULDING需要用戶(hù)手動(dòng)建立樓梯構(gòu)件。 注意：樓板應(yīng)指定為彈性板，若指定為剛性板則會(huì)大大提高了樓板的側(cè)向剛度，不符合實(shí)際。11、對(duì)于樓板的假定，常用的建筑結(jié)構(gòu)分析軟件一般分為剛性板、膜單元、板單元和殼單元四種。 注意：剛性板載自身平面內(nèi)剛度無(wú)限大，平面外剛度忽略不計(jì)，這一假定大大減少了結(jié)構(gòu)位移的自由度。膜單元只有平面內(nèi)剛度，沒(méi)有面外剛度，對(duì)梁內(nèi)力影響較小。板單 元面內(nèi)無(wú)限剛，面外彈性剛度，承受彎曲力，一般用來(lái)模

14、擬基礎(chǔ)板及厚板。殼單元力學(xué)行為是膜單元和板單元的疊加，即有平面內(nèi)和平面外剛度，對(duì)于狹長(zhǎng)樓板、大開(kāi)洞樓板、不規(guī)則樓板及轉(zhuǎn)換層中的厚板，可采用殼單元計(jì)算，反映樓板的實(shí)際應(yīng)力情況。12、GSSAP、SATWE和PMSAP均可指定完全嵌固和帶側(cè)約束的地下室層數(shù)，ETABS是通過(guò)加點(diǎn)彈簧實(shí)現(xiàn)。MIDAS-BULDING可指定完全嵌固的地下室，側(cè)約束需通過(guò)彈簧實(shí)現(xiàn)。五款常用設(shè)計(jì)軟件功能對(duì)比13、GSSAP、ETABS和MIDAS-BULING可釋放桿端六個(gè)自由度，SATWE和PMSAP只能釋放yz兩個(gè)轉(zhuǎn)角自由度。 注意：各軟件對(duì)地下室側(cè)約束的模擬方法相差很大。14、SATWE、PMSAP、GSSAP和MI

15、DAS-BULDING對(duì)于結(jié)構(gòu)底部邊界條件默認(rèn)為固接，ETABS需用戶(hù)定義。15、五款程序都提供了自動(dòng)計(jì)算風(fēng)荷載的功能，ETABS無(wú)風(fēng)荷載舒適度；GSSAP和SATWE可考慮橫風(fēng)向風(fēng)振作用。16、五款程序均按規(guī)范振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算地震作用。彈性時(shí)程計(jì)算方法分為振型疊加法和直接積分法，振型疊加法速度較快。GSSAP、SATWE和PMSAP只采用振型疊加法計(jì)算，ETABS和MIDAS-BULDING提供兩種方法選擇。 注意：GSSAP連續(xù)次梁兩端部抗彎剛度缺省為剛接的1/10。五款常用設(shè)計(jì)軟件功能對(duì)比17、5款程序的計(jì)算模型均能滿(mǎn)足用戶(hù)的需求。在計(jì)算效率方面，ETABS計(jì)算時(shí)間較短，GSSAP計(jì)

16、算時(shí)間較長(zhǎng)。 注意：在結(jié)構(gòu)方案階段期間，可根據(jù)實(shí)際情況對(duì)模型進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化，以提高計(jì)算速度，比如樓板設(shè)為剛性板，振型取少些，單元剖分尺寸取大一些等等。18、5款程序均能輸出位移比、層剛度比、樓層承載力比、剛重比、層間位移角等，需特別注意各程序中某些輸出結(jié)果的意義可能不一樣。建筑結(jié)構(gòu)非線性分析軟件常用非線性分析軟件功能介紹1、ABAQUS ABAQUS是一套功能強(qiáng)大的有限元軟件，其解決問(wèn)題的范圍從相對(duì) 簡(jiǎn)單的線性分析到復(fù)雜的非線性問(wèn)題。ABAQUS包括一個(gè)豐富的、可模擬任意幾何形狀的單元庫(kù)。并擁有各種類(lèi)型的材料模型庫(kù)，可以模擬典型工程材料的性能，其中包括金屬、復(fù)合材料、鋼筋混凝土、土壤和巖石等。作

17、為通用的模擬工具，ABAQUS除了能解決大位移、強(qiáng)非線性結(jié)構(gòu)分析問(wèn)題，還可以模擬其他工程領(lǐng)域的許多問(wèn)題，例如溫度應(yīng)力、水流沖擊效應(yīng)、耗能減震分析以及巖土力學(xué)分析。1、ABAQUS 一個(gè)完整的ABAQUS/Standard或ABAQUS/Explicit的分析過(guò)程，通常由三個(gè)步驟組成：前處理、模擬計(jì)算和后處理。 一般的線性靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)問(wèn)題是使用ABAQUS/Standard進(jìn)行求解的。若涉及接觸或材料非線性，ABAQUS/Standard則必須通過(guò)迭代確定非線性的解答，從而導(dǎo)致大量迭代或難以收斂。 而ABAQUS/Explicit通過(guò)由前一步的數(shù)據(jù)顯式地向前推動(dòng)力學(xué)狀態(tài)，確定解答無(wú)需進(jìn)行迭代。對(duì)

18、于一個(gè)給定的可能需要大量時(shí)間增量步的分析，如果同樣的分析應(yīng)用ABAQUS/Standard需要大量的迭代，那么應(yīng)用ABAQUS/Explicit分析可能更有效。 一般來(lái)說(shuō)， ABAQUS/Explicit用來(lái)分析：復(fù)雜接觸問(wèn)題、高度非線性的靜態(tài)問(wèn)題、材料退化和失效、復(fù)雜的后屈曲問(wèn)題、多步驟分析。2、SAP2000 SAP2000的優(yōu)勢(shì)在于分析計(jì)算穩(wěn)定，計(jì)算效率高，能處理大型結(jié)構(gòu)計(jì)算問(wèn)題。 SAP2000空間建模方便，荷載計(jì)算功能完善，可從CAD等軟件導(dǎo)入，文本輸入輸出功能完善。結(jié)構(gòu)彈性靜力及時(shí)程分析功能相當(dāng)不錯(cuò)，效果高，后處理方便。不足之處在于彈塑性分析方面功能較弱，有塑性鉸屬性，非線性計(jì)算收

19、斂性較差。提供二次開(kāi)發(fā)接口。結(jié)構(gòu)工程分析中常用的工具。它基本上集成了現(xiàn)有結(jié)構(gòu)分析中經(jīng)常遇到方法，如時(shí)程分析、地震動(dòng)輸入、動(dòng)力分析以及Push-over分析等等。另外還包括:靜力分析、用特征向量或Ritz向量進(jìn)行振動(dòng)模式的模態(tài)分析、對(duì)地震反應(yīng)的反應(yīng)譜分析等等。這些不同類(lèi)型的分析可在程序的同一次運(yùn)行中進(jìn)行，并把結(jié)果綜合起來(lái)輸出。3、ETABS 除了具有彈性分析及設(shè)計(jì)的強(qiáng)大功能，ETABS同時(shí)也具有完善的彈塑性分析能力。 ETABS單 元庫(kù)幾乎囊括了所有建筑結(jié)構(gòu)分析用到的單元，包括框架單元、殼體單元、彈簧單元、連接單元和塑性鉸單元等。連接單元包括粘滯阻尼器單元、縫隙單元、鉤單元、塑形單元、摩擦隔震單

20、元、橡膠支座隔振器單元。 連接單元的非線性主要用于動(dòng)力時(shí)程計(jì)算分析，不適用于靜力彈塑性推覆分析。材料的分線性主要為梁?jiǎn)卧乃苄糟q屬性。但只有鋼筋混凝土和鋼材截面可以設(shè)置塑性鉸屬性。梁?jiǎn)卧乃苄糟q屬性只能用于靜力彈塑性推覆分析，對(duì)動(dòng)力分析不起作用。4、PERFROM-3D PERFROM-3D三維結(jié)構(gòu)非線性分析與性能評(píng)估軟件，它的前身是美國(guó)加州大學(xué)Berkeley分校的鮑威爾教授開(kāi)發(fā)的Drain-2DX和Drain-36DX，是一個(gè)致力于研究抗震設(shè)計(jì)的非線性軟件工具。 PERFORM-3D為用戶(hù)提供了一個(gè)強(qiáng)大的地震工程分析工具來(lái)進(jìn)行靜力Pushover分析和非線性動(dòng)力時(shí)程分析。可以同時(shí)在一個(gè)模型

21、中實(shí)現(xiàn)靜力或動(dòng)力非線性分析，荷載可以任意順序施加，如完成動(dòng)力時(shí)程分析后進(jìn)行靜力Pushover分析。模型數(shù)據(jù)可以從ETABS或者SAP2000導(dǎo)入。支持多種類(lèi)型單元，包括帶有節(jié)點(diǎn)區(qū)的梁、柱、支撐、開(kāi)洞剪力墻、樓板、粘滯阻尼器和隔振器。4、PERFROM-3D PERFORM-3D的單元類(lèi)型包括：?jiǎn)卫瓑簵U單元、梁柱單元、墻單元、剪切連接單元和節(jié)點(diǎn)區(qū)單元、斷裂連接單元、樓板單元、粘滯阻尼器單元、摩擦擺隔振器單元、橡膠支座隔振器單元。 材料方面通過(guò)簡(jiǎn)化的多線型模擬，并且可采用纖維截面模擬梁柱單元，可以通過(guò)材料的本構(gòu)關(guān)系自動(dòng)確定截面的塑性特性。剪力墻的塑形特性通過(guò)模擬其彎曲破壞和剪切破壞特性來(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)

22、于彎曲特性采用纖維截面來(lái)模擬，剪切特性采用剪切材料模擬。 PERFORM-3D的時(shí)程積分采用平均加速度法求解方法。輸出：使用比率、Pushover、能量平衡、模態(tài)形狀、變形形狀、位移和力的時(shí)程記錄。5、OPENSEES OpenSees的全稱(chēng)是Open System for Earthquake Engineering Simulation （地震工程模擬的開(kāi)放體系）。它是由美國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金（NSF）資助、西部大學(xué)聯(lián)盟“太平洋地震工程研究中心”（Pacific Earthquake Engineering Research Center，簡(jiǎn)稱(chēng)PEER）主導(dǎo)、加州大學(xué)伯克利分校為主研發(fā)而成的

23、、用于結(jié)構(gòu)和巖土方面地震反應(yīng)模擬的一個(gè)較為全面且不斷發(fā)展的開(kāi)放的程序軟件體系。5、OPENSEES OpenSees具有先進(jìn)的建模功能，并包含大量的材料型號(hào)、單元和求解算法，可以用來(lái)分析系統(tǒng)的非線性響應(yīng)。該軟件采用并行算法，以便于在大型計(jì)算機(jī)上進(jìn)行大型模擬或參數(shù)研究。提供非線性靜態(tài)和動(dòng)態(tài)方法，方程求解器，以及處理約束的各種方法。 OpenSees是開(kāi)源的。官方網(wǎng)站提供了有關(guān)軟件構(gòu)架的信息，源碼訪問(wèn)途徑及開(kāi)發(fā)過(guò)程。開(kāi)源將使得地震工程研究人員和用戶(hù)可以以此為交流的紐帶，建立起OpenSees軟件開(kāi)發(fā)的共同體。 國(guó)內(nèi)有學(xué)者開(kāi)發(fā)了可視化界面，方便了使用人員的建模。6、MIDAS MIDAS/Gen是建

24、筑領(lǐng)域通用結(jié)構(gòu)分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，具有預(yù)應(yīng)力分析、動(dòng)力彈塑性分析、水化熱分析、屈曲分析、反應(yīng)譜分析、Pushover分析等完備的分析功能。 MIDAS/Building的非線性分析軟件的單元庫(kù)包括框架單元、殼體單元和塑性鉸單元?？蛇M(jìn)行P-Delta分析、靜力彈塑形推覆分析和動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析。 靜力彈塑性分析采用荷載控制法和位移控制法計(jì)算，而計(jì)算過(guò)程每個(gè)增量步的迭代方法用完全Newton-Raphson法。動(dòng)力彈塑性分析方法采用Newmark-直接積分方法，迭代增量采用完全Newton-Raphson計(jì)算的方法。7、EPDA EPDA的單元庫(kù)包括框架單元、殼體單元、塑性鉸單元、隔震單元和阻尼器

25、單元。 可考慮材料的受拉開(kāi)裂、裂縫閉合、壓碎退出工作等混凝土材料所特有的復(fù)雜特性。梁、柱、支撐等一維構(gòu)件采用纖維束模型模擬，纖維束模型的適用性好，不受截面形式和材料限制，剪力墻通過(guò)彈塑性墻單元模擬。8、GSNAP GSNAP為廣廈結(jié)構(gòu)CAD系列中的彈塑性分析軟件。單元庫(kù)包括框架單元、殼體單元和連接單元。連接單元有粘滯阻尼器單元、縫隙單元、鉤單元、塑性單元、摩擦擺隔振器單元、橡膠支座隔震器單元。梁、柱、支撐等一維構(gòu)件采用纖維束模型模擬；剪力墻是通過(guò)彈塑性墻單元模擬。 動(dòng)力微分方程解法包括Newmark-和Wilson-法。迭代方法可選擇完全牛頓-拉普森迭代和修正牛頓-拉普森迭代。小結(jié)1、MIDA

26、S/Gen、SAP2000、ABAQUS屬于通用有限元軟件，可以處理復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)問(wèn)題。非線性計(jì)算能力和計(jì)算效率比較，ABAQUSSAP2000MIDAS/Gen。ETABS、PERFORM-3D、EPDA、MIDAS/Building和GSNAP屬于專(zhuān)用有限元軟件，可以考慮重力二階效應(yīng)的計(jì)算，非線性計(jì)算能力， PERFORM-3DMIDAS/Building GSNAP EPDA ETABS。2、通用有限元軟件MIDAS/Gen、SAP2000建模方便，ABAQUS一般需要進(jìn)行模型導(dǎo)入，建模能力排序?yàn)镸IDAS/Gen SAP2000 ABAQUS；專(zhuān)用有限元軟件可直接讀入彈性模型，建模能力

27、排序?yàn)镸IDAS/Building EPDA GSNAP ETABS PERFORM-3D。3、 MIDAS/Gen、SAP2000、ABAQUS、 ETABS、PERFORM-3D、EPDA、MIDAS/Building和GSNAP均可考慮靜力彈塑性計(jì)算分析。動(dòng)力分析時(shí)，MIDAS/Gen和ETABS不可以考慮構(gòu)件的材料非線性。僅ABAQUS的動(dòng)力時(shí)程計(jì)算考慮實(shí)體節(jié)點(diǎn)的材料非線性。3、 ETABS、EPDA、MIDAS/Building和GSNAP可自動(dòng)輸出樓層結(jié)果，包括層間位移角、樓層剪力等， MIDAS/Building、SAP2000、ABAQUS、 PERFORM-3D需人工處理。靜

28、力彈塑性分析軟件 Pushover分析方法主要應(yīng)用于受高階振型和動(dòng)力特性影響較小的結(jié)構(gòu)。Pushover分析就是結(jié)構(gòu)分析模型受到一個(gè)沿結(jié)構(gòu)高度為某種規(guī)定分布形式逐漸增加的側(cè)向力或側(cè)向位移，直至控制點(diǎn)達(dá)到目標(biāo)位移或建筑物傾覆位置。分析軟件 Pushover分析可采用PERFORM-3D、ETABS、MIDAS/BUILDING、ABAQUSEPDA和GSNAP。兩個(gè)基本假定1、結(jié)構(gòu)的響應(yīng)與某一等效的單自由度體系相關(guān)，也就是說(shuō)結(jié)構(gòu)的響應(yīng)僅由第一振型控制。2、在整個(gè)地震反應(yīng)過(guò)程中，結(jié)構(gòu)形狀向量保持不變。 這兩個(gè)假定都是沒(méi)有理論依據(jù)的，但研究表明：對(duì)于反應(yīng)主要由第一振型控制的結(jié)構(gòu)，Pushover方法

29、還是可以比較準(zhǔn)確、簡(jiǎn)便地評(píng)估結(jié)構(gòu)的抗震性能。塑性鉸的特點(diǎn)靜力彈塑性分析軟件1、塑性鉸的存在條件是因截面上的彎矩達(dá)到塑形極限彎矩，并由此產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)該截面上的彎矩小于塑形極限彎矩時(shí)，則不允許轉(zhuǎn)動(dòng)。2、塑性鉸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向必須與塑形彎矩的方向一致，不允許與塑性鉸彎矩相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，否則出現(xiàn)卸載使塑性鉸消失。3、對(duì)于超靜定結(jié)構(gòu)，某一截面出現(xiàn)塑性鉸并不能使結(jié)構(gòu)倒塌，還能繼續(xù)承受增加的荷載。當(dāng)繼續(xù)加荷時(shí)，先出現(xiàn)塑性鉸的截面所承受的彎矩維持不變，產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，沒(méi)有塑性鉸的截面所承受的彎矩繼續(xù)增加，直到結(jié)構(gòu)形成幾何可變機(jī)構(gòu)。這就是塑性變形引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)力重分布，塑性鉸轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程就是內(nèi)力重分布的過(guò)程。塑性鉸的概念 從鋼

30、筋屈服到混凝土被壓碎，截面不斷繞中和軸轉(zhuǎn)動(dòng)，類(lèi)似一個(gè)鉸，由于此鉸是在截面發(fā)生明顯的塑形變形后形成的，故稱(chēng)其為塑性鉸。纖維束模型靜力彈塑性分析軟件 纖維束模型根據(jù)高斯點(diǎn)每步應(yīng)變的變化積分，剛度更準(zhǔn)；塑性區(qū)沿桿件軸向和橫向式逐步發(fā)展的，因此不會(huì)出現(xiàn)塑性鉸模型構(gòu)件剛度突變；積分點(diǎn)應(yīng)力是通過(guò)材料本構(gòu)關(guān)系計(jì)算，材料特性符合中國(guó)規(guī)范；由于剛度積分計(jì)算量大，速度較慢。各軟件塑性鉸的定義 PERFORM-3D的梁柱塑性鉸需要根據(jù)FEMA-365確定塑性鉸的骨架曲線，工作量較大，而ETABS、SAP2000和MIDAS BUILDING只需定義塑性鉸的自由度方向和在構(gòu)件中的位置，曲線自動(dòng)計(jì)算，工作量較小。 PE

31、RFORM-3D、MIDAS BUILDING可以在所有構(gòu)件中使用纖維截面,ABAQUS可用戶(hù)開(kāi)發(fā)，GSNAP、EPDA可梁柱單元定義。PERFORM-3D的纖維截面使用最為成熟。動(dòng)力彈塑性分析軟件 動(dòng)力彈塑性分析從選擇合適的地震動(dòng)輸入（如地震加速度時(shí)程）出發(fā)，采用結(jié)構(gòu)有限元?jiǎng)恿τ?jì)算模型建立地震動(dòng)方程，然后采用數(shù)值方法對(duì)方程進(jìn)行求解，計(jì)算地震過(guò)程中每一時(shí)刻結(jié)構(gòu)的位移、速度和加速度響應(yīng)，從而可以分析出結(jié)構(gòu)在地震作用下彈性和非彈性階段的內(nèi)力以及構(gòu)件逐步損壞的過(guò)程。 動(dòng)力彈塑性分析屬于非線性分析，需要采用直接積分法。直接積分法的思路是：對(duì)于在地震動(dòng)這一不規(guī)則動(dòng)力作用下的結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)分析，可將時(shí)間t劃

32、分許多微小的時(shí)間段tn，由動(dòng)力方程的數(shù)值獲得其數(shù)值解。已知結(jié)構(gòu)在tn時(shí)刻vn，vn，vn,可采用數(shù)值方法由動(dòng)力方程確定時(shí)間段t后tn+1=tn+t時(shí)刻的反應(yīng)值vn+1，vn+1，vn+1，如此逐步進(jìn)行下去，即可獲得結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)的全過(guò)程。 直接積分法可分為：分段解析法、中心差分法、平均加速度法、線性加速度法、Newmark-法、Wilson-法、Hilber-Hughes-Taylor法等。 動(dòng)力彈塑性分析需要將動(dòng)力微分方程的求解和非線性方程的求解結(jié)合起來(lái)。常用的非線性迭代方法有Newton-Raphson法、modified Newton-Raphson方法等。動(dòng)力彈塑性分析軟件各軟件積分方法

33、對(duì)比軟件軟件Perform3DSAP2000ABAQUSEPDAMIDASBuildingGSNAP積分方法平均加速度法Newmark-Wilson-中心差分法Newmark-Wilson-Newmark-Newmark-Wilson-一維彈塑性單元（梁、柱）1、纖維束模型2、塑性鉸模型動(dòng)力彈塑性分析軟件二維彈塑性單元（剪力墻、樓板）1、纖維束模型 每片非線性墻單元被分割成具有一定數(shù)量的豎向和水平向纖維。PERFORM-3D可定義該模型。2、殼元損失模型 混凝土材料進(jìn)入塑性狀態(tài)伴隨著剛度的降低，其剛度損傷分別由受拉損傷參數(shù)dt和受壓損傷參數(shù)dc來(lái)表達(dá)。ABAQUS定義該模型。3、分層殼模型 分

34、層殼單元基于符合材料力學(xué)原理，將一個(gè)殼單元分成多層，每層可根據(jù)需要設(shè)置不同的厚度和材料，考慮了面內(nèi)彎曲-面內(nèi)剪切-面外彎曲的耦合。SAP2000可定義該模型。動(dòng)力彈塑性分析軟件動(dòng)力彈塑性分析軟件的選擇1、模型準(zhǔn)備 一般來(lái)說(shuō)，常用的結(jié)構(gòu)分析軟件SAP2000、GSNAP、EPDA和MIDASBuilding的模型建立起來(lái)比較方便，并且可以采用其彈性計(jì)算的配筋進(jìn)行彈塑性計(jì)算。ABAQUS和PERFORM-3D模型建立和鋼筋修改都較其他軟件麻煩，一般都采用模型數(shù)據(jù)交換的方式建立模型。ABAQUS可以從GSSAP中導(dǎo)入模型，PERFORM-3D可以從SAP2000導(dǎo)入模型，但塑性需定義。2、迭代收斂難

35、易 大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)進(jìn)行彈塑性時(shí)程計(jì)算一般需要比較長(zhǎng)的時(shí)間，幾個(gè)小時(shí)，甚至幾天時(shí)間。若迭代中途出現(xiàn)錯(cuò)誤，計(jì)算得重新開(kāi)始，影響效率。因此迭代難以程度對(duì)彈塑性計(jì)算時(shí)間起到至關(guān)重要的作用。 造成迭代較慢或者不收斂的原因通常有以下幾種：結(jié)構(gòu)中存在薄弱構(gòu)件損傷嚴(yán)重，其變形或應(yīng)力集中對(duì)每一步迭代起了控制作用，使得迭代速度較慢，若其應(yīng)變活應(yīng)力超出了迭代控制范圍，迭代則不能進(jìn)行下去；個(gè)別短小的單元或者是剖分畸形的單元同樣對(duì)每一步迭代起了控制作用，影響了迭代的速度。動(dòng)力彈塑性分析軟件 EPDA、GSNAP和PERFORM-3D的容錯(cuò)性較好，迭代較容易收斂，PERFORM-3D 、ABAQUS和MIDAS Build

36、ing會(huì)提示不收斂原因,而EPDA、GSNAP和SAP2000則沒(méi)有此功能。3、各軟件輸入輸出結(jié)果 MIDAS Building、EPDA和GSNAP自帶地震波庫(kù)，可直接選擇所需地震波，工作量較小，PERFORM-3D、SAP2000、ABAQUS無(wú)自帶地震波庫(kù)，需人工處理。ABAQUS、PERFORM-3D和SAP2000需要通過(guò)用戶(hù)后處理得到層間位移角、樓層剪力等結(jié)果，MIDAS Building、EPDA和GSNAP則自動(dòng)完成對(duì)結(jié)果的后處理輸出。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中若干計(jì)算問(wèn)題的處理方法一、地震波選取 進(jìn)行高層結(jié)構(gòu)地震作用分析時(shí)，多遇地震計(jì)算參數(shù)按照建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范GB50011-2010和工程安

37、評(píng)報(bào)告的不利值選擇，設(shè)防地震和罕遇地震作用計(jì)算可按照規(guī)范選擇，如果經(jīng)濟(jì)條件許可，也可選擇兩者中較大結(jié)果用于設(shè)計(jì)。 正確選擇輸入的地震加速度時(shí)程曲線，要滿(mǎn)足地震動(dòng)三要素的要求，即頻譜特性、有效峰值和持續(xù)時(shí)間均要符合規(guī)定。頻譜特性可用地震影響系數(shù)表征，每條地震波加速度時(shí)程曲線的有效持時(shí)和計(jì)算所得的底部剪力應(yīng)符合建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。選波方式：1、地震波庫(kù)。一般常用的結(jié)構(gòu)分析軟件均帶有一些地震波數(shù)據(jù)，如GSNAP、SATWE等，若天然波數(shù)據(jù)不足或分析軟件沒(méi)有提供地震波數(shù)據(jù)，可登陸網(wǎng)站下載國(guó)內(nèi)外較權(quán)威的天然波數(shù)據(jù)。人工波可用軟件生成。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中若干計(jì)算問(wèn)題的處理方法2、按照條件篩選地震波。持時(shí)要求結(jié)

38、構(gòu)第一周期的510倍。3、校核頻譜特性?？衫肧eismicSignal軟件將選取的地震波轉(zhuǎn)換為反應(yīng)譜曲線，與規(guī)范的反應(yīng)譜曲線對(duì)比，一般比較前六個(gè)周期的加速度。按規(guī)范選取一定數(shù)量的人工波和天然波。（人工波與反應(yīng)譜曲線吻合程度較高，原因是人工波將足夠多的具有不同周期的正弦波隨機(jī)地疊加組合過(guò)程中不斷地疊加修正，使它的反應(yīng)譜不斷逼近設(shè)計(jì)反應(yīng)譜。而天然波通過(guò)隨機(jī)樣本得到，具有更多不確定因素，但天然波更能激發(fā)結(jié)構(gòu)的高階振型。）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中若干計(jì)算問(wèn)題的處理方法4、通過(guò)彈性時(shí)程分析進(jìn)行篩選。即輸入地震波進(jìn)行試算，對(duì)基底剪力和規(guī)范要求的值進(jìn)行對(duì)比，把不滿(mǎn)足要求的過(guò)濾掉。（每條地震波計(jì)算所得結(jié)構(gòu)底部剪力不應(yīng)小于反應(yīng)譜的65%，不大于135%；所有地震波底部剪力平均值不應(yīng)小于反應(yīng)譜80%，不大于120%）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中若干計(jì)算問(wèn)題的處理方法結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中若干計(jì)算問(wèn)題的處理方法二、樓梯參與結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算 汶川大地震被損壞建筑的一個(gè)特點(diǎn)是樓梯構(gòu)件的破壞，影響了逃生通道安全年，造成人員傷亡。以往結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中計(jì)算分