結構設計常用軟件的優點和適用場景（PKPM、YJK、3D3S、MIDAS、SAP、ETABS、Perform3D、Ansys、Abaqus）結構設計人員離不開結構設計軟件，目前結構計算軟件種類繁多，各種功能趨于完善。不同軟件差異性比較明顯，結合本人對結構計算軟件的使用經驗，對市場常用軟件進行簡單介紹。本文討論的范圍是房建設計，包含的內容僅限于自己的認知和體會。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構概念。結構分析的靈魂是清晰的結構概念，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都是優秀的國產設計軟件，PKPM和YJK主要用于鋼筋混凝土結構，3D3S主要用于鋼結構。這三款軟件的特點是上手簡單、計算高效、結果判斷方便。而且和中國規范貼合密切，內置了中國規范的大量參數，是國內使用得最多的結構設計軟件。MIDAS是韓國推出的結構分析設計軟件，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，FEA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系列產品，因為漢化做得很好，而且在國內的服務做得很好，所以占領了國內的部分結構分析市場。ETABS、SAP2000和Perform3D屬于CSI的經典作品，是真正意義上的國際通用結構設計軟件，全世界通用，各國規范比較齊全。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構，Perform3D用于彈塑性分析。因為CSI的軟件上手難度較大，而且國內的漢化和服務都做得一般，所以反而被MIDAS搶去了市場。SAUSAGE，是國產的高效彈塑性分析軟件。彈塑性分析屬于超限結構分析必備的章節，之前的軟件產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，也可以導入大部分軟件模型，而且操作簡單、收斂性好、提取結果方便，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解讀。2、PKPM2.1PKPM軟件概述PKPM是中國建筑科學研究院建筑工程軟件研究所出品，有點官方背書的意思，現在改制成為了北京構力科技有限公司。這款軟件1988年就推出了，一開始分為PK和PM兩個模塊。PK是排架設計模塊，PM是平面輔助設計模塊，然后就組成了PKPM這個名字。PK這個模塊現在還是門剛結構設計的主力模塊，PM因為無縫對接SATWE模塊也一直沿用至今。在十多年前，PKPM幾乎壟斷著國內的多高層結構設計軟件市場，直到YJK后來居上一路逆襲。兩種軟件經過這十年的競爭，已經發展得非常類似了。2.2PKPM軟件的優點和不足PKPM的優點是模塊很多，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。現在說的用PKPM做結構，一般指的是用SATWE模塊做多層和高層設計。優點：（1）軟件默認設置了很多結構設計的參數，包括荷載模式、荷載工況、荷載組合、風荷載的計算、地震作用、邊界條件、質量源等等。同時用PM進行建模非常快捷，軟件上手很快；（2）SATWE模塊是基于層概念的結構分析設計模塊，優點是多層和高層設計很好用，普通的層概念的結構設計使用完全足夠了；（3）適用于規則結構，建模方便且速度較快；（4）后續接力SAUSAGE可以導入配筋，模型錯誤少。如果要進行彈塑性分析，可以優先考慮PKPM；（5）性能設計的功能更好用；（6）和中國規范緊密貼合，緊跟政策導向。不足：（1）正式因為軟件默認設置了很多參數，如果新手用PKPM上手學習結構設計，那么有很多結構概念可能是不清晰的。不利于新手建立正確的結構概念；（2）PKPM是平面建模，沒法應對沒有層概念的結構設計，不適用于復雜不規則結構設計，比如PKPM做空間鋼結構設計；（3）需要提取大量結果時不如CSI系列和MIDAS系列方便；（4）PKPM界面復雜，建模、荷載輸入、計算、結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構設計；（2）結構性能化設計；（3）需要接力SAUSAGE進行彈塑性分析；（4）門式鋼架；（5）國內規范、政策緊密結合的場景，比如減隔震、裝配式。3、盈建科（YJK）3.1YJK軟件概述YJK的創始人陳岱林先生過去就是PKPM的老大，當年因為體制的限制才出來創辦了盈建科公司。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。現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設計更合理，用起來更順手；2、YJK算的配筋更小，更容易滿足業主的要求。3.2YJK軟件的優點和不足優點：（1）上手比PKPM還簡單；多層和高層模塊和SATWE差不多。（2）因為空間結構的功能比較完善，可以導入3D3S模型，所以做總裝模型比較方便，經常用來設計空間結構的下部鋼筋混凝土主體結構。（3）界面簡潔、建模、計算及結果查看都在同一界面，不用像PKPM一樣頻繁切換操作界面。（4）建模可視化加強，可以平面、空間同時視圖，與SAP2000、ETABS類似。（5）和其他軟件設有接口，可以直接生成PKPM、ABAQUS、SAP2000等模型。（6）基礎設計模塊、預應力梁模塊、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構設計概念；（2）生成PKPM、ABAQUS、SAP2000等模型時數據不準確（不知道現在BUG修復沒有）；（3）接力后續的彈塑性分析不如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構設計；（2）復雜基礎設計；（3）預應力梁設計、舒適度分析、屈曲分析；（4）簡單規則的下部鋼筋混凝土-上部空間鋼結構設計；（5）組裝空間結構的總裝模型，用于設計下部主體結構；（6）和國內規范、政策緊密結合的場景，比如減隔震。4、3D3S4.13D3S軟件概述3D3S是同濟大學土木工程學院建筑工程系張其林教授主持開發的軟件，在國內廣泛用于鋼結構設計。3D3S經過多年的發展，基本上鋼結構設計需要的功能都有了，學習起來也比較簡單，所以是鋼結構設計的必備軟件了。4.23D3S軟件的優點和不足優點：（1）軟件基于CAD平臺，可以直接在CAD線模的基礎上建模，是比較方便的；（2）和其他國產軟件一樣，軟件默認設置了很多參數，上手做設計很快；（3）軟件內置了國內常用的鋼構件截面，非常方便；（4）鋼結構加工廠也會使用3D3S軟件，交流起來很方便；（5）網架設計模塊絕絕子，自動優化、一鍵出圖；（6）有專門的索膜結構設計模塊，可以應對復雜的柔性結構的找形與設計分析。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構概念。4.33D3S軟件更適用的場景更適用的場景：絕大部分鋼結構設計都可以用，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公司出品的經典軟件了，屬于世界級的結構設計分析軟件。在軟件的原程序是世界級結構分析大佬、美國國家工程院院士、伯克利土木工程系威爾遜教授開發的，也就是這本書的作者。在世界范圍內，采用ETABS設計的超高層、和采用SAP2000設計的空間結構數不勝數。如果立志要成為結構分析設計高手，這兩個軟件是必須熟練掌握的。這兩年國內進行的有針對性的插件開發也小有成效，可以去官網下載使用。值得一提的是，很多結構設計軟件要體現自己算得準，就用SAP或者ETABS作為標準進行對比分析。這可以說明這兩款軟件的認可程度了吧。5.2ETABS和SAP的優點和不足優點：（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，實現自己想要的結構分析；（2）結果可以導出很多內容，便于自己進行判斷；（3）軟件支持插件，可以進行二次開發；（4）幾乎所有的結構分析軟件都有ETABS或SAP的接口；（5）分析結果全球都認可，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構設計概念；（7）適用于不規則結構建模，尤其是空間結構建模強度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、軟件學習起來困難，沒有老師帶容易搞得一頭霧水；3、對于中國規范的支持和實現沒有清楚的表達；4、不直接輸出部分指標，結果判斷需要自己解讀數據；5、沒有后續的基礎設計等模塊；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默認剛接）；面單元與線單元相交必須指定節點才能繼續計算，不指定則發生錯誤，PKPM面單元與線單元相交則自動生成節點連接。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習結構設計，雖然很痛苦，但是能建立正確的結構設計概念。2、適用于大型結構、異形結構的分析和設計。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的結構分析設計系列軟件，在國際上并沒有很常用，但是因為漢化和中國服務做得特別好，教程也很好找，所以部分取代了CSI系列在國內的市場。MIDASGEN一般用于空間鋼結構的分析設計，也可用于多層和高層結構分析，是Midas系列的拳頭產品。MIDASBUILDING一般用于多層和高層結構分析。MIDASFEA用于實體有限元分析，可導入GEN的線模。MIDASGTS用于巖土的分析。MIDASCIVIL用于橋梁隧道市政設計，和房建設計無關了。6.2MIDAS系列的優點和不足優點：（1）系列軟件幾乎涵蓋了結構設計需要的所有場景，而且軟件之間可以無縫對接。比如MIDASGEN的線模可以導入FEA中進行實體有限元分析。（2）漢化和中國服務都做得很好，能找到人解決問題。（3）網上教程很多，可以很方便的找到需要的資料。（4）Gen和SAP幾乎可以無縫轉換，會用SAP就能很快上手用Gen。（5）結果花里胡哨的，用來寫報告和做PPT比較好看。不足：（1）上手還是比較慢，各個菜單的設置優點混亂，做多高層結構設計沒有PKPM和YJK順手，做空間鋼結構設計不如SAP順手。（2）對于中國規范的支持和實現也沒有講清楚。同樣的指標，和PKPM、YJK對比可能相差較大，但是又不知道為什么。（3）沒有后續的基礎設計等模塊。（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用于超限結構分析的對比軟件；（2）Gen可以用于空間鋼結構的設計；（3）Gen可用于需要自定義分析的情況；（4）FEA可以接力Gen進行實體節點有限元分析；（5）GTS可以用于結構-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秀的，過去做一個彈塑性分析幾天都算不出來結果，但是SAUSAGE推出后把這個時間縮短了一大半。SAUSAGE7.2SAUSAGE的優點和不足優點：（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）結果可視化做得很好，符合工程師的匯報需求；（4）PKPM導入SAUSAGE幾乎不會出問題，還可以導入配筋；（5）每個版本更新都有不錯的新功能；（6）性能評價標準更貼合中國規范；不足：（1）軟件很貴；（2）不能導入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是專門用于結構非線性分析與抗震性能評估的軟件，以結構材料和單元的力學性能設定為前提，以抗震性能化設計方法為指導，基于ASCE41、FEMA-356所建議的變形或強度限制狀態對復雜結構進行彈塑性分析和抗震性能評估，在超限高層結構設計、分析和校核領域已得到廣泛應用與認可。8.2Perform3D的優點和不足優點：（1）容錯性較好，迭代較為容易收斂；（2）與國內通用設計軟件如YJK、PKPM、SAP2000、ETABS等均有接口，導模便捷；（3）基于ASCE41、FEMA-356對構件性能狀態進行評估，專家認可度高。不足：（1）入門難度較大，交互操作體驗較差；（2）構件配筋、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的超高層結構彈塑性分析9、Ansys、Abaqus9.1軟件概述這兩款大型通用有限元軟件屬于應用領域比較廣泛的軟件了，在結構分析領域的應用只是其中一個小小的部分。在設計院中一般用于節點有限元分析比較多。技術實力比較厲害的部門可以自己編程開發對應的接口或者插件，快速的完成建模分析。9.2Ansys和Abaqus的優點和不足優點：（1）算得準，分析結果國際認可；（2）支持插件。不足