計(jì)算軟件在實(shí)際工程中的應(yīng)用對(duì)比

馮 東

(浙江綠城建筑設(shè)計(jì)有限公司，浙江 杭州 310013)

·計(jì)算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用·

計(jì)算軟件在實(shí)際工程中的應(yīng)用對(duì)比

馮 東

(浙江綠城建筑設(shè)計(jì)有限公司，浙江 杭州 310013)

分別對(duì)MIDAS和PKPM兩款軟件的建立模型處理進(jìn)行了對(duì)比分析，結(jié)合實(shí)際工程和建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件在工程應(yīng)用中可能出現(xiàn)的問題和需注意的事項(xiàng)進(jìn)行了總結(jié)，并就在結(jié)構(gòu)計(jì)算中怎樣選擇恰當(dāng)?shù)碾娝愠绦蛱岢隽艘恍┙ㄗh。

結(jié)構(gòu)計(jì)算，數(shù)值模擬，MIDAS，PKPM

利用計(jì)算軟件對(duì)實(shí)際工程進(jìn)行數(shù)值模擬，不僅可以截取建筑結(jié)構(gòu)各種復(fù)雜的物理信息，而且能直接通過試設(shè)計(jì)對(duì)工程過程可能出現(xiàn)的各種情況進(jìn)行技術(shù)分析。由于建筑工程特別是高層建筑和大跨度結(jié)構(gòu)要求大量的圖紙繪制和海量的數(shù)據(jù)計(jì)算，給設(shè)計(jì)研究帶來極其繁雜的工作。此外，有限元軟件能發(fā)揮其在數(shù)據(jù)計(jì)算與分析方面的能力，減少計(jì)算過程中的人為誤差因素，保障數(shù)據(jù)的精確，為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支持[1]。無論在設(shè)計(jì)還是施工當(dāng)中出現(xiàn)的各種質(zhì)量、安全、進(jìn)度等目標(biāo)控制還是技術(shù)、管理等問題,都能通過計(jì)算軟件找到積極有效的答案。當(dāng)前各種專業(yè)計(jì)算軟件數(shù)量多如牛毛，僅有限元分析軟件公司就多達(dá)數(shù)十家，國(guó)際通用有限元軟件也有十多種，如何選擇一個(gè)合適的軟件來更好地解決實(shí)際工程中遇到的問題顯得十分必要，本文就我國(guó)最為常用的兩種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件MIDAS和PKPM比較分析,為工程實(shí)踐中選擇計(jì)算軟件提供參考。

1 工程應(yīng)用

由中國(guó)建科院研究開發(fā)的PKPM程序，出圖簡(jiǎn)單快捷，操作容易上手，又緊跟最新建筑設(shè)計(jì)規(guī)范，全套系列集合了建筑設(shè)計(jì)、造價(jià)預(yù)算、項(xiàng)目管理等功能，在我國(guó)建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域中受到極大歡迎。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，PKPM除了方便為結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算，也有益于建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化,有效處理框架柱墻的傾覆彎矩、位移比，以及剛重比等方面的問題[1]。

PKPM作為CAD系統(tǒng)軟件，支持二維三維圖形,數(shù)據(jù)傳輸兼容許多分析軟件,避免在設(shè)計(jì)分析中在軟件上花費(fèi)太多，為用戶節(jié)省了大量初期成本。跟蹤AutoCAD圖形軟件的國(guó)外先進(jìn)技術(shù),通過使用PKPM廣泛實(shí)際應(yīng)用的用戶組,同時(shí)專業(yè)的軟件開發(fā),促進(jìn)圖形平臺(tái)的發(fā)展,成為國(guó)內(nèi)為數(shù)不多的成熟的圖形平臺(tái)之一[2]。

MIDAS是由韓國(guó)MIDAS IT公司開發(fā)研制的一種結(jié)構(gòu)計(jì)算FEA軟件，主要應(yīng)用在建筑橋梁和巖土隧道等行業(yè)，在機(jī)械工業(yè)，航天航空，電子電工，造船及衛(wèi)生器械等專業(yè)領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。與傳統(tǒng)手算相比MIDAS是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算的一種有效方法，吳永盛、謝云等發(fā)現(xiàn)運(yùn)用MIDAS/Civil進(jìn)行電算，其結(jié)果更為貼近工程實(shí)際，運(yùn)算中更注重結(jié)構(gòu)的使用功能,能準(zhǔn)確模擬結(jié)構(gòu)施工過程，提高了工作效率,減少了重復(fù)計(jì)算的工作[2]。

鄢洲等運(yùn)用MIDAS與PKPM對(duì)某工程結(jié)構(gòu)分別采取不同的加強(qiáng)措施和設(shè)計(jì)方法，計(jì)算發(fā)現(xiàn)SATWE和MIDAS的結(jié)果基本規(guī)律一致。MIDAS建立的梁橋有限元三維圖見圖1。

2 實(shí)例分析

在高層結(jié)構(gòu)試設(shè)計(jì)中通過對(duì)這兩種軟件在設(shè)計(jì)計(jì)算過程中的應(yīng)用進(jìn)行分析對(duì)比，發(fā)現(xiàn)二者都具有強(qiáng)大的圖形處理和數(shù)據(jù)分析功能，也都能通過導(dǎo)入CAD圖建模進(jìn)而模擬實(shí)際工程進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，但他們所產(chǎn)生的差異也主要表現(xiàn)在建模過程和結(jié)果驗(yàn)算中，以某高層框架結(jié)構(gòu)作為實(shí)際工程進(jìn)行電算模擬為例，用MIDAS建立的GEN模型與PKPM建立的模型圖分別如圖2所示。

計(jì)算中發(fā)現(xiàn)在截面特性中兩種軟件一些系數(shù)默認(rèn)值并不同，原因是二者所包含的規(guī)范數(shù)據(jù)庫(kù)有些差異，PKPM能更好地結(jié)合我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)比計(jì)算中需要在材料特性值對(duì)話框中，將規(guī)范選擇后再進(jìn)行修改，確保初試數(shù)據(jù)和驗(yàn)算標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一。

對(duì)比驗(yàn)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)MIDAS在計(jì)算中會(huì)自動(dòng)考慮節(jié)點(diǎn)梁柱重疊單元，在計(jì)算質(zhì)量時(shí)能自行扣除，而PKPM會(huì)計(jì)算疊加部分。且在進(jìn)行風(fēng)荷載計(jì)算時(shí)，因MIDAS計(jì)算風(fēng)荷載時(shí)上下樓層各取一半首層會(huì)少算一半風(fēng)荷載，而PKPM不存在這個(gè)問題。但PKPM在計(jì)算風(fēng)荷載時(shí)取板凳形Π樓層范圍時(shí)頂層風(fēng)荷載會(huì)偏大，當(dāng)上下層高不相同時(shí)，各樓層計(jì)算的風(fēng)荷載并不精確。且在荷載輸入中PKPM所輸入的永久荷載作用于樓層頂，柱頂和柱底軸力是相同的；而MIDAS中輸入的永久荷載是沿建筑豎向平均布置，計(jì)算結(jié)果誤差要略低。另外，建模中還發(fā)現(xiàn)二者區(qū)別主要表現(xiàn)在：1)在視窗界面上，MIDAS具有很好的多窗口顯示功能，且其三維模型效果圖更顯生動(dòng)明了，而PKPM只能在單一窗口操作，三維模型線條沒有MIDAS清晰；相較于前者，后者在UI設(shè)計(jì)上略遜一籌。2)MIDAS擁有更加簡(jiǎn)潔直觀的UI界面，且相較PKPM具有更好的非線性分析，對(duì)于模擬像巖石混凝土等非彈性體發(fā)生塑性或彈塑性變形時(shí)具有較好的適應(yīng)性。此外，二者在輸入初始數(shù)據(jù)時(shí)都很簡(jiǎn)單，且都能自動(dòng)給出施工圖。3)PKPM輸出圖紙包括三視圖和模型節(jié)點(diǎn)大樣圖等，而MIDAS主要是作為內(nèi)力計(jì)算和結(jié)果驗(yàn)算的實(shí)際工程參考。但在處理許多實(shí)際問題上二者的計(jì)算數(shù)據(jù)和圖紙資料可以相互導(dǎo)入，只是保存的格式有所不同。

3 結(jié)語

本文通過比較研究的手段，闡述了MIDAS和PKPM在對(duì)實(shí)際工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模和驗(yàn)算過程中遇到的問題，分別從截面特性選擇、節(jié)點(diǎn)單元?jiǎng)澐帧⒑奢d輸入以及邊界條件的選擇上等因素對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響程度，通過分析得出一些較為合理的建議，為計(jì)算軟件在工程上的應(yīng)用提供借鑒意義。我們發(fā)現(xiàn)任何兩種不同計(jì)算軟件在建立模型和處理問題上都存在差異，在具體問題上選擇適當(dāng)?shù)某绦驎r(shí)應(yīng)充分考慮這個(gè)軟件是否具備更少其他因素對(duì)所要研究問題的影響。

[1] 羅分兵.分析PKPM軟件在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的運(yùn)用[J].建筑設(shè)計(jì),2013(26):79-80.

[2] 中國(guó)建筑科學(xué)研究院建筑工程軟件研究所.通用圖形平臺(tái)PKPM3D用戶手冊(cè)[Z].2007.

[3] 吳永盛，謝 云.Midas/Civil軟件在臨時(shí)結(jié)構(gòu)計(jì)算的運(yùn)用[J].福建建筑，2012(4):76-77.

[4] 鄢 洲，陳 凱.運(yùn)用MIDAS與PKPM對(duì)寧波某超限工程進(jìn)行分析計(jì)算及結(jié)果比較[J].新材料新裝飾，2014(6)：559-561.

On application comparison of calculation software in factual projects

Feng Dong

(ZhejiangLvchengArchitecturalDesignCo.,Ltd,Hangzhou310013,China)

The paper undertakes the comparative analysis of establishing model treatment with MIDAS and PKPM software, sums up some problems and precautions of the structural calculation software in engineering application, and points out some suggestions of how to select appropriate electric calculation program in the structural calculation.

structural calculation, numeric simulation, MIDAS, PKPM

2015-02-12

馮 東(1981- )，女，碩士，工程師

1009-6825(2015)12-0255-02

TP319

A