運(yùn)用PKPM、YJK進(jìn)行鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)運(yùn)算對(duì)比研究

劉重華，任翠玲

（東南大學(xué)成賢學(xué)院）

1 引言

框架結(jié)構(gòu)是土木工程專業(yè)本科生接觸最多的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是土木工程專業(yè)學(xué)生的必修課。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)只有經(jīng)過(guò)驗(yàn)算，符合規(guī)范才能用在工程實(shí)例中。隨著計(jì)算機(jī)的普及和計(jì)算軟件的開(kāi)發(fā)，工程師不用再像以前一樣手算，計(jì)算機(jī)軟件可以完成驗(yàn)算過(guò)程，縮短設(shè)計(jì)周期。傳統(tǒng)的手算是進(jìn)行估算的，計(jì)算機(jī)是數(shù)值計(jì)算，精確度要比手算高，這樣也能提高工程的質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)。在科技飛速發(fā)展的時(shí)代，我國(guó)常見(jiàn)的建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件有PKPM、YJK等，國(guó)外也有許多相似的軟件。

2 工程概況

本工程是山西省大同市新榮區(qū)某高校5層混凝土框架結(jié)構(gòu)的教學(xué)樓，整棟樓總建筑面積約為3543㎡，抗震設(shè)防烈度為7度，抗震設(shè)防類別為丙級(jí)，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.15g，基本風(fēng)壓是0.55kN/㎡，基本雪壓0.25kN/㎡，場(chǎng)地類別為第二組，地面粗糙程度為C，結(jié)構(gòu)特征周期是0.4s。用相同的結(jié)構(gòu)構(gòu)件布置和相同的參數(shù)設(shè)置，對(duì)PKPM和YJK兩個(gè)軟件從繪圖到計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。

3 軟件區(qū)別

3.1 結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件

PKPM是中國(guó)建筑科學(xué)研究院在1988年推出的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)CAD系統(tǒng)。它涉及建筑設(shè)計(jì)、綠色節(jié)能環(huán)保、工程造價(jià)、企業(yè)和項(xiàng)目信息化管理系統(tǒng)等多個(gè)領(lǐng)域，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的應(yīng)用遠(yuǎn)超其他同類型軟件[1]。

YJK是以中國(guó)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件行業(yè)首席專家陳岱林研究員為核心的建筑結(jié)構(gòu)資深專家團(tuán)隊(duì)于2011年推出的新一代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件[2]。

3.2 軟件差別

3.2.1 界面操作

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)需要長(zhǎng)時(shí)間對(duì)著電腦進(jìn)行的工作，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件就是工具，工具使用簡(jiǎn)便快捷是可以節(jié)省工作時(shí)間的。作為軟件，最重要的就是界面。YJK的工具欄比PKPM的工具欄窄，字體??；YJK的工具可以在一個(gè)界面全部顯示，PKPM則需滾輪滑動(dòng)才能看到全部工具。長(zhǎng)時(shí)間的電腦工作，字體大的界面更舒服。

PKPM在繪制時(shí)有光標(biāo)、窗口、軸線、圍欄、直線五種方式選擇，每種方式的選擇用TAB鍵或鼠標(biāo)轉(zhuǎn)換；YJK只有光標(biāo)、窗口、軸線、圍欄，也用鼠標(biāo)轉(zhuǎn)換。軸網(wǎng)命名（見(jiàn)圖1、圖2），PKPM是先選擇后命名，而YJK是先命名后選擇。

圖1 PKPM軸線布置圖

圖2 YJK軸線布置圖

YJK中樓梯設(shè)置是放在構(gòu)件中，PKPM是放在樓板里面。刪除節(jié)點(diǎn)時(shí)PKPM要到軸網(wǎng)界面，而YJK在構(gòu)件布置結(jié)束，直接在構(gòu)件布置的界面就可以刪除。在軸網(wǎng)繪制界面，PKPM有快捷鍵的說(shuō)明，對(duì)于新手來(lái)說(shuō)提高繪制速度是很有用的，而YJK并沒(méi)有。

不同繪圖軟件都有顯示正在執(zhí)行的指令，PKPM顯示要比YJK說(shuō)明清晰，對(duì)于初次接觸者容易明白。操作者在遇到不明白或不會(huì)選擇的時(shí)候，兩個(gè)軟件中都按F1進(jìn)行查看說(shuō)明，但是不同軟件所能使用的地方不同，YJK的說(shuō)明覆蓋的范圍更廣，參數(shù)設(shè)置時(shí)不會(huì)填的數(shù)據(jù)也可以查詢。PKPM的說(shuō)明只有下方窗口，YJK解釋得更細(xì)致。不過(guò)PKPM的解釋也能了解如何選擇，但YJK的解釋更全面。

計(jì)算完成后查看各種數(shù)據(jù)，檢查是否滿足各項(xiàng)規(guī)范要求時(shí)，YJK只需換層就能查看一整棟樓的數(shù)據(jù)，而PKPM在每次換層后都要重新確定一次。在換層時(shí)，YJK從1層往上換到頂層后不會(huì)再返回1層，而PKPM會(huì)循環(huán)，不注意會(huì)改錯(cuò)樓層。這樣做有利有弊，對(duì)于熟練的操作者會(huì)增加工作時(shí)間，對(duì)于本科生的學(xué)習(xí)來(lái)說(shuō)YJK的設(shè)置好學(xué)習(xí)，容易上手。

3.2.2 參數(shù)設(shè)置

樓梯設(shè)置中YJK和PKPM的位置不一樣，PKPM里面樓梯邊框定位為軸線，YJK的定位是梁邊，這也使得兩個(gè)樓梯設(shè)置參數(shù)的值不太一樣。兩個(gè)軟件的前處理及計(jì)算中參數(shù)不太一樣，二者之間有各自特定的設(shè)置，YJK軟件設(shè)置參數(shù)更多一些。兩個(gè)軟件有些參數(shù)設(shè)置值對(duì)于同一參數(shù)有些不同，例如，嵌固端所在層號(hào)，無(wú)地下室時(shí)YJK數(shù)值為0，而PKPM卻為1。雖然數(shù)值不同但是兩個(gè)的意思是一致的。

3.2.3 模型轉(zhuǎn)換

YJK軟件接口有Revit、PKPM、Midas、Etabs、SAP2000、Abaqus、PDMS、PXML、uni。PKPM有PDB、ETABS、SAP2000、Midas Gen、Staad Pro、PDMS、YJK、Revit、Intergraph PPM、Sqlite的 接口。在繪制完成一個(gè)模型后，要用多個(gè)軟件驗(yàn)證計(jì)算可以通過(guò)這些接口進(jìn)行相互轉(zhuǎn)化，這樣可以節(jié)省一部分時(shí)間。

3.2.4 計(jì)算方法

兩個(gè)軟件的計(jì)算結(jié)果存在差別的原因有兩個(gè)。①兩個(gè)軟件在參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)并不是完全一致，有些設(shè)置兩個(gè)軟件不是都有，YJK的設(shè)置更多一些。在繪制時(shí)只能盡可能地設(shè)置成一致的。②計(jì)算方法和公式選用不同。

例如，特征值的求解方法，PKPM運(yùn)用子空間迭代法、多重Ritz向量法，其中子空間迭代法，又叫作同時(shí)迭代法，是反冪法的推廣。YJK是用Lancozs法、Ritz向量法和WYD-Ritz法。兩個(gè)軟件所使用的方法各有優(yōu)劣。陳百曦在文獻(xiàn)[3]中分析了各種計(jì)算方法的區(qū)別以及針對(duì)所求得的結(jié)構(gòu)周期、基底剪力、有效質(zhì)量系數(shù)及軟件計(jì)算效率四個(gè)方面，分析出現(xiàn)計(jì)算差別的原因。主要區(qū)別為兩個(gè)軟件計(jì)算所選用的有限元模塊不一樣，選擇計(jì)算方法不同，計(jì)算效率也不一樣。在計(jì)算方法的選擇上YJK更快速，不過(guò)黃吉峰在文獻(xiàn)[4]中也指出WYD-Ritz法存在兩個(gè)問(wèn)題：①理論上只能求解一對(duì)k重特征對(duì)，可能導(dǎo)致動(dòng)力分析出錯(cuò)；②Ritz基數(shù)量較多時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致振型出現(xiàn)錯(cuò)誤。

同一個(gè)工程結(jié)構(gòu)的計(jì)算中，YJK計(jì)算出的內(nèi)力比PKPM的數(shù)值要小。不論是求特征值，還是李童在文獻(xiàn)中[5]對(duì)剪力墻沖切承臺(tái)計(jì)算方面比較；以及此次研究對(duì)兩個(gè)軟件的內(nèi)力圖比較都得出，YJK在工程中更經(jīng)濟(jì)適用，可以減少成本的投入。

3.2.5 使用感受

時(shí)代在進(jìn)步，我們的生活節(jié)奏越來(lái)越快，無(wú)論是學(xué)習(xí)，還是工作，對(duì)效率都是很看重的，兩個(gè)軟件在繪制同一個(gè)工程，YJK的效率要高于PKPM。在繪制中YJK的界面設(shè)置更順手，不會(huì)進(jìn)行很多重復(fù)性的操作，但是使用時(shí)間久了會(huì)覺(jué)得字體有點(diǎn)小，這就不如PKPM的界面。

4 結(jié)語(yǔ)

兩個(gè)軟件之間沒(méi)有特別大的差別，只有一些設(shè)置上面不同，計(jì)算上YJK比PKPM計(jì)算的結(jié)果更經(jīng)濟(jì)。對(duì)于不同的人來(lái)說(shuō)，選擇任何一個(gè)軟件都是可以的，對(duì)于新手來(lái)說(shuō)YJK更容易上手。