陳家偉廈門大學(xué)土木工程系Email:876055354@Phone層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件作業(yè)2高層建筑結(jié)構(gòu)要滿足安全性、適用性、舒適性、耐久性和可持續(xù)性的性能要求，按在結(jié)構(gòu)上的各種作用持續(xù)時(shí)間不同可以把所處狀態(tài)劃分為持久狀況、短暫狀況、偶然狀況三種，而從結(jié)構(gòu)的全生命周期來(lái)看可以分為規(guī)劃設(shè)計(jì)、建造、使用維修、拆除四個(gè)階段。討論：1. 結(jié)構(gòu)的不同狀態(tài)分別要考慮結(jié)構(gòu)的哪些性能？如何落實(shí)？2. 結(jié)構(gòu)全生命周期的不同階段會(huì)影響到結(jié)構(gòu)的哪些性能？如何控制？?jī)?nèi)容提要軟件介紹中國(guó)建筑科學(xué)研究院PKPMCAD工程部開(kāi)發(fā)的PKPM系列(TAT、SATWE、PMSAP)ABAQUS軟件的初步使用介紹高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件中國(guó)建筑科學(xué)研究院PKPMCAD工程部開(kāi)發(fā)的PKPM系列(TAT、SATWE、PMSAP)中國(guó)建筑科學(xué)研究院高層技術(shù)開(kāi)發(fā)部開(kāi)發(fā)的TBSA和TBWE美國(guó)美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校開(kāi)發(fā)的ETABS中文版軟件美國(guó)AIS公司推出的SuperSAP

SAP2000廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院開(kāi)發(fā)的廣廈建筑結(jié)構(gòu)CAD北京盈建科軟件（YJK）上海佳構(gòu)START通用建筑結(jié)構(gòu)軟件北京邁達(dá)斯MIDAS建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件美國(guó)ANSYS公司推出的ANSYS系列達(dá)索SIMULIA公司的ABAQUS軟件中國(guó)建筑科學(xué)研究院高層建筑技術(shù)開(kāi)發(fā)部研制的TBSA和TBWE程序，是用來(lái)分析和設(shè)計(jì)多、高層建筑結(jié)構(gòu)的專用程序。TBSA程序采用空間桿-薄壁柱模型，即梁、柱、斜桿采用空間桿單元；剪力墻采用空間薄壁桿單元。TBWE程序采用空間桿-墻元模型，即剪力墻采用墻元模型.中國(guó)建筑科學(xué)研究院TBSA和TBWE程序ETABS程序是由E.L.Wilson等編制、美國(guó)CSI公司開(kāi)發(fā)的高層建筑結(jié)構(gòu)空間分析與設(shè)計(jì)專用程序。中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院與美國(guó)CSI公司合作，推出了完全符合我國(guó)規(guī)范的ETABS中文版軟件。北京金土木軟件技術(shù)有限公司ETABS建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)軟件美國(guó)CSI公司開(kāi)發(fā)的SAP2000有限元程序美國(guó)CSI公司（ComputersandStructures,Inc.）開(kāi)發(fā)的SAP2000是通用有限元分析與設(shè)計(jì)軟件，適用于橋梁、工業(yè)建筑、輸電塔、設(shè)備基礎(chǔ)、電力設(shè)施、索膜結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)所、演出場(chǎng)所等特種結(jié)構(gòu).該程序有較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)分析功能，可以模擬眾多的工程結(jié)構(gòu)，包括房屋建筑、橋梁、水壩、油罐、地下結(jié)構(gòu)等。應(yīng)用SAP2000程序可以對(duì)上述結(jié)構(gòu)進(jìn)行線性及非線性靜力分析、動(dòng)力反應(yīng)譜分析、線性及非線性動(dòng)力時(shí)程分析，特別是地震作用及其效應(yīng)分析，分析結(jié)果可被組合后用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院開(kāi)發(fā)的廣廈建筑結(jié)構(gòu)CAD廣廈建筑結(jié)構(gòu)通用有限元GSSAP：彈性狀態(tài)下計(jì)算；廣廈建筑結(jié)構(gòu)彈塑性計(jì)算GSNAP：包括靜力推覆計(jì)算和動(dòng)力時(shí)程彈塑性計(jì)算北京盈建科軟件（YJK）北京盈建科軟件有限責(zé)任公司盈建科軟件（YJK）是全新一代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件平臺(tái)。它有全新的基于BIM技術(shù)的三維圖形平臺(tái)；它有全新的通用有限元計(jì)算核心；它有全面開(kāi)放的接口數(shù)據(jù)并提供商品化接口軟件。盈建科軟件已經(jīng)引領(lǐng)了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)BIM技術(shù)發(fā)展方向。

上海佳構(gòu)START通用建筑結(jié)構(gòu)軟件STRAT軟件是自主開(kāi)發(fā)的、具有完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)產(chǎn)大型通用有限元軟件。軟件具有先進(jìn)全三維圖形系統(tǒng)，可以直接建立任意復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)計(jì)算模型。復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)。普通軟件都是分開(kāi)建模、分別計(jì)算，然后匯總。STRAT軟件能做到統(tǒng)一三維建模、空間加載、準(zhǔn)確計(jì)算，充分考慮結(jié)構(gòu)之間的相互作用。在鋼筋混凝土和鋼結(jié)構(gòu)的混合結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)突出。具有先進(jìn)的稀疏存儲(chǔ)LDLT求解器，和高速PCG迭代求解器，計(jì)算容量大、速度快，能處理數(shù)十萬(wàn)節(jié)點(diǎn)超大規(guī)模結(jié)構(gòu)，具有百萬(wàn)自由度的解題能力。MIDAS有限元分析程序MIDASIT(MIDASInformationTechnologyCo.,Ltd)是開(kāi)發(fā)和提供工程技術(shù)軟件，并提供建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)咨詢服務(wù)及電子商務(wù)的綜合服務(wù)公司MIDAS/GEN程序可以直接讀取AUTOCAD、PKPM/Stawe、Microstation、SAP2000、STAAD、MSC.NASTRAN等程序所產(chǎn)生的幾何模型,并在其子菜單上提供了與其它有限元程序以及CAD軟件之間的接口、圖形界面的控制,實(shí)現(xiàn)了與其它有限元程序的數(shù)據(jù)交換的強(qiáng)大功能.Midas/Building建筑大師（建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一站式解決方案）——支持帶有墻單元的靜力及動(dòng)力彈塑性分析Midas/Gen建筑結(jié)構(gòu)通用有限元分析與設(shè)計(jì)軟件——已應(yīng)用于迪拜塔考慮混凝土收縮徐變的施工階段分析、水立方的動(dòng)力彈塑性分析等MIDAS有限元分析程序MIDAS有限元分析程序MIDAS中墻單元是由板單元構(gòu)成的超單元，與模擬樓板的板單元不同的是墻的板單元在模擬面內(nèi)剛度時(shí)使用假想應(yīng)力法(assumedstress)。MIDAS中使用了基于厚板的理論，但同時(shí)使用了適當(dāng)?shù)募羟袘?yīng)變場(chǎng)使之也能適合于薄板的分析。國(guó)內(nèi)已建成最大跨度的鐵路站房----廈門北站●屋蓋是雙向跨度為132m×220m的大跨抗震超限結(jié)構(gòu)。●工程結(jié)合建筑造型，沿屋脊設(shè)置兩端支撐于A形巨型塔柱上的大跨度立體鋼桁架，在塔柱之間及塔柱與相鄰柱間設(shè)置了箱型截面曲線預(yù)應(yīng)力框架梁。●鋼骨混凝土巨型塔柱、大跨鋼桁架及箱形預(yù)應(yīng)力混凝土梁一起構(gòu)成了大屋蓋結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力體系及主承重體系，形成了巨型混合框架結(jié)構(gòu)體系。國(guó)內(nèi)已建成最大跨度的鐵路站房----廈門北站●該工程采用SAP2000V11程序進(jìn)行計(jì)算，并采用MIDAS/GENV7.1.2程序進(jìn)行復(fù)核計(jì)算。整體計(jì)算模型如右圖美國(guó)ANSYS公司開(kāi)發(fā)ANSYS軟件ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、聲場(chǎng)分析于一體的大型通用有限元分析軟件。它能與多數(shù)CAD軟件接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如Pro/Engineer,NASTRAN,Alogor,I－DEAS,AutoCAD等，是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的高級(jí)CAE工具之一。ANSYS有限元可應(yīng)用于以下工業(yè)領(lǐng)域：航空航天、汽車工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)、橋梁、建筑、電子產(chǎn)品、重型機(jī)械、微機(jī)電系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)器械等。ANSYS在結(jié)構(gòu)分析中提供了多種剪力墻模型，在土木工程中最常見(jiàn)到為SHELL63，SHELL93等。達(dá)索SIMULIA公司的ABAQUS軟件ABAQUS早年屬于美國(guó)HKS公司的產(chǎn)品，于2000年代中期賣給了達(dá)索公司，該軟件又被稱為達(dá)索SIMULIA。ABAQUS包括內(nèi)容豐富的單元庫(kù)，單元種類多達(dá)562種。它們可以分為8個(gè)大類，稱為單元族，包括：實(shí)體單元、殼單元、薄膜單元、

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桿單元、剛體元、連接元。ANSYS與ABAQUS對(duì)比應(yīng)用領(lǐng)域：ANSYS軟件注重應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，覆蓋流體、電磁場(chǎng)和多物理場(chǎng)耦合等十分廣泛的研究領(lǐng)域。ABAQUS則集中于結(jié)構(gòu)力學(xué)和相關(guān)領(lǐng)域研究，致力于解決該領(lǐng)域的深層次實(shí)際問(wèn)題。求解器功能：1.對(duì)于常規(guī)的線性問(wèn)題，兩種軟件都可以較好的解決，在模型規(guī)模限制、計(jì)算流程、計(jì)算時(shí)間等方面都較為接近。2.ABAQUS軟件在求解非線性問(wèn)題時(shí)具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)。其非線性涵蓋材料非線性、幾何非線性和狀態(tài)非線性等多個(gè)方面。ANSYS與ABAQUS對(duì)比綜合性能對(duì)比：ABAQUS軟件具有：1.更多的單元種類，單元種類達(dá)433種，提供了更多的選擇余地，并更能深入反映細(xì)微的結(jié)構(gòu)現(xiàn)象和現(xiàn)象間的差別。除常規(guī)結(jié)構(gòu)外，可以方便地模擬管道、接頭以及纖維加強(qiáng)結(jié)構(gòu)等實(shí)際結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為2.更多的材料模型，包括材料的本構(gòu)關(guān)系和失效準(zhǔn)則等，僅橡膠材料模型就達(dá)16種。除常規(guī)的金屬材料外，還可以有效地模擬復(fù)合材料、土壤、塑性材料和高溫蠕變材料等特殊材料3.更多的接觸和連接類型，可以是硬接觸或軟接觸，也可以是Hertz接觸（小滑動(dòng)接觸）或有限滑動(dòng)接觸，還可以雙面接觸或自接觸。接觸面還可以考慮摩擦和阻尼的情況。上述選擇提供了方便地模擬密封，擠壓，鉸連接等工程實(shí)際結(jié)構(gòu)的手段。4.ABAQUS的疲勞和斷裂分析功能，概括了多種斷裂失效準(zhǔn)則，對(duì)分析斷裂力學(xué)和裂紋擴(kuò)展問(wèn)題非常有效。一、PKPM軟件簡(jiǎn)介PKPM系列CAD系統(tǒng)軟件是中國(guó)建筑科學(xué)研究院PKPMCAD工程部開(kāi)發(fā)研制的一套集建筑設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、設(shè)備設(shè)計(jì)、工程量統(tǒng)計(jì)和概預(yù)算報(bào)表等于一體的大型綜合CAD系統(tǒng)。PKPM在國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)行業(yè)占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，擁有用戶上萬(wàn)家，市場(chǎng)占有率達(dá)90%以上，現(xiàn)已成為國(guó)內(nèi)應(yīng)用最為普遍的CAD系統(tǒng)。模塊名稱主要功能簡(jiǎn)介模塊類別PMCAD結(jié)構(gòu)平面計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（含結(jié)構(gòu)平面施工圖、樓板施工圖設(shè)計(jì)）前處理、后處理SATWE高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析分析和設(shè)計(jì)墻梁柱施工圖梁柱施工圖設(shè)計(jì)與繪制后處理JCCAD基礎(chǔ)工程計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)前處理、分析和設(shè)計(jì)、后處理LTCAD樓梯結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)前處理、分析和設(shè)計(jì)、后處理TAT建筑結(jié)構(gòu)三維分析分析和設(shè)計(jì)PMSAP特殊多高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析前處理、分析和設(shè)計(jì)PK鋼筋混凝土框架、框排架、連續(xù)梁結(jié)構(gòu)計(jì)算與施工圖繪制前處理、分析和設(shè)計(jì)、后處理SLABCAD復(fù)雜樓板分析與設(shè)計(jì)軟件分析和設(shè)計(jì)、后處理EPDA&PUSH彈塑性靜、動(dòng)力分析軟件分析和設(shè)計(jì)STAT-S結(jié)構(gòu)工程量統(tǒng)計(jì)軟件后處理中國(guó)建筑科學(xué)研究院PKPMCAD工程部開(kāi)發(fā)的PKPM系列(TAT、SATWE、PMSAP)PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本流程建立全樓的結(jié)構(gòu)模型上部結(jié)構(gòu)的整體分析與設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的分析和設(shè)計(jì)繪制施工圖樓板梁柱墻基礎(chǔ)PMCAD主菜單1SATWE或TATJCCADPMCAD主菜單3墻柱梁施工圖主菜單1、3、7JCCAD主菜單7前處理分析與設(shè)計(jì)后處理建立模型PKPM軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式一：可以在PMCAD模型中直接建立，方式二：可通過(guò)AutoCAD文件（*.dwg）導(dǎo)入PKPM軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)PKPM軟件結(jié)構(gòu)計(jì)算分析（SATWE）（1）分析與設(shè)計(jì)參數(shù)的定義總信息風(fēng)荷載信息地震信息……（2）特殊構(gòu)件的定義PKPM軟件結(jié)構(gòu)計(jì)算分析（SATWE）（3）分析結(jié)果的圖形與文本PKPM軟件結(jié)構(gòu)計(jì)算分析（SATWE）（4）電算結(jié)果的評(píng)價(jià)①基本平動(dòng)周期

N為結(jié)構(gòu)計(jì)算層數(shù)②振型曲線

正常計(jì)算結(jié)果的振型曲線多為連續(xù)光滑框架結(jié)構(gòu)框架—剪力墻（核心筒）剪力墻結(jié)構(gòu)筒中筒結(jié)構(gòu)（0.1~0.15）N（0.08~0.12）N（0.04~0.08）N（0.06~0.10）NPKPM軟件結(jié)構(gòu)計(jì)算分析（SATWE）施工圖模塊的繪圖一般步驟（1）設(shè)置計(jì)算繪圖參數(shù)（2）劃分鋼筋標(biāo)準(zhǔn)層（3）構(gòu)件分組歸并（4）自動(dòng)選配鋼筋（5）施工圖繪制二、ABAQUS軟件簡(jiǎn)介ABAQUS是一套功能強(qiáng)大的工程模擬的有限元軟件，其解決問(wèn)題的范圍從相對(duì)簡(jiǎn)單的線性分析到許多復(fù)雜的非線性問(wèn)題。達(dá)索并購(gòu)ABAQUS后，將SIMULIA作為其分析產(chǎn)品的新品牌。它是一個(gè)協(xié)同、開(kāi)放、集成的多物理場(chǎng)仿真平臺(tái)。ABAQUS被廣泛地認(rèn)為是功能最強(qiáng)的有限元軟件，可以分析復(fù)雜的固體力學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)系統(tǒng)，特別是能夠駕馭非常龐大復(fù)雜的問(wèn)題和模擬高度非線性問(wèn)題。ABAQUS不但可以做單一零件的力學(xué)和多物理場(chǎng)的分析，同時(shí)還可以做系統(tǒng)級(jí)的分析和研究。ABAQUS的系統(tǒng)級(jí)分析的特點(diǎn)相對(duì)于其他的分析軟件來(lái)說(shuō)是獨(dú)一無(wú)二的。由于ABAQUS優(yōu)秀的分析能力和模擬復(fù)雜系統(tǒng)的可靠性使得ABAQUS被各國(guó)的工業(yè)和研究中所廣泛的采用。ABAQUS產(chǎn)品在大量的高科技產(chǎn)品研究中都發(fā)揮著巨大的作用。ABAQUS模塊功能簡(jiǎn)介1.ABAQUS/Standard是通用有限元分析模塊，可以分析多種不同類型問(wèn)題，包括非結(jié)構(gòu)問(wèn)題。2.ABAQUS/Explicit是顯式動(dòng)力學(xué)有限元分析模塊3.ABAQUS/CAE用于建模、管理、監(jiān)控ABAQUS的分析過(guò)程和結(jié)果的可視化處理ABAQUS一般分析流程11.幾何建模Part2.劃分網(wǎng)格Mesh3.特性設(shè)置Property4.建立裝配體Assembly5.定義分析步Step6.相互作用Interaction7.荷載邊界Load8.提交運(yùn)算Job9.后處理VisualizationABAQUS應(yīng)用舉例--簡(jiǎn)單平面應(yīng)力問(wèn)題一、簡(jiǎn)單平面應(yīng)力問(wèn)題一個(gè)承受拉力的平板，在其中心位置有一個(gè)小圓孔，結(jié)構(gòu)尺寸如圖所示。要求析圓孔應(yīng)力集中處的Mises應(yīng)力。材料特性：彈性模量E=210000MPa，泊松比u=0.3拉伸載荷：p=100MPa平板厚度：1mm提示：ABAQUS中的量都沒(méi)由單位，用戶應(yīng)自己保證量綱的一致性。簡(jiǎn)單平面應(yīng)力問(wèn)題網(wǎng)格細(xì)分前孔邊應(yīng)力最大值σmax=279.4Mpa,網(wǎng)格細(xì)分后孔邊應(yīng)力最大值σmax=307.9MpaABAQUS應(yīng)用舉例--鋼筋混凝土斜柱研究二、鋼筋混凝土斜柱研究隨著鋼筋混凝土斜柱傾斜角度的增加（傾斜角從4°增加到10°），水平極限承載力的隨著傾斜角度的增大有較大幅度下降。垂直高度（剪切比）的增加會(huì)導(dǎo)致受拉混凝土出現(xiàn)裂縫的水平位移值增大，裂縫初始出現(xiàn)的位置沒(méi)有太大變化，在底部接近柱腳0.2m范圍內(nèi)。ABAQUS應(yīng)用舉例—鋼筋混凝土斜柱研究1.軸壓比0.4時(shí)，在豎向荷載的加載時(shí)，受拉側(cè)混凝土就已經(jīng)開(kāi)始出現(xiàn)裂縫。2.破壞方式：都是壓