計算軟件在實際工程中的應用對比

馮 東

(浙江綠城建筑設計有限公司，浙江 杭州 310013)

·計算機技術及應用·

計算軟件在實際工程中的應用對比

馮 東

(浙江綠城建筑設計有限公司，浙江 杭州 310013)

分別對MIDAS和PKPM兩款軟件的建立模型處理進行了對比分析，結合實際工程和建設經驗，對結構計算軟件在工程應用中可能出現的問題和需注意的事項進行了總結，并就在結構計算中怎樣選擇恰當的電算程序提出了一些建議。

結構計算，數值模擬，MIDAS，PKPM

利用計算軟件對實際工程進行數值模擬，不僅可以截取建筑結構各種復雜的物理信息，而且能直接通過試設計對工程過程可能出現的各種情況進行技術分析。由于建筑工程特別是高層建筑和大跨度結構要求大量的圖紙繪制和海量的數據計算，給設計研究帶來極其繁雜的工作。此外，有限元軟件能發揮其在數據計算與分析方面的能力，減少計算過程中的人為誤差因素，保障數據的精確，為建筑結構設計提供數據支持[1]。無論在設計還是施工當中出現的各種質量、安全、進度等目標控制還是技術、管理等問題,都能通過計算軟件找到積極有效的答案。當前各種專業計算軟件數量多如牛毛，僅有限元分析軟件公司就多達數十家，國際通用有限元軟件也有十多種，如何選擇一個合適的軟件來更好地解決實際工程中遇到的問題顯得十分必要，本文就我國最為常用的兩種結構設計軟件MIDAS和PKPM比較分析,為工程實踐中選擇計算軟件提供參考。

1 工程應用

由中國建科院研究開發的PKPM程序，出圖簡單快捷，操作容易上手，又緊跟最新建筑設計規范，全套系列集合了建筑設計、造價預算、項目管理等功能，在我國建筑設計領域中受到極大歡迎。在建筑結構設計領域中，PKPM除了方便為結構穩定性進行驗算，也有益于建筑結構優化,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系統軟件，支持二維三維圖形,數據傳輸兼容許多分析軟件,避免在設計分析中在軟件上花費太多，為用戶節省了大量初期成本。跟蹤AutoCAD圖形軟件的國外先進技術,通過使用PKPM廣泛實際應用的用戶組,同時專業的軟件開發,促進圖形平臺的發展,成為國內為數不多的成熟的圖形平臺之一[2]。

MIDAS是由韓國MIDAS IT公司開發研制的一種結構計算FEA軟件，主要應用在建筑橋梁和巖土隧道等行業，在機械工業，航天航空，電子電工，造船及衛生器械等專業領域得到越來越廣泛的應用。與傳統手算相比MIDAS是結構設計計算的一種有效方法，吳永盛、謝云等發現運用MIDAS/Civil進行電算，其結果更為貼近工程實際，運算中更注重結構的使用功能,能準確模擬結構施工過程，提高了工作效率,減少了重復計算的工作[2]。

鄢洲等運用MIDAS與PKPM對某工程結構分別采取不同的加強措施和設計方法，計算發現SATWE和MIDAS的結果基本規律一致。MIDAS建立的梁橋有限元三維圖見圖1。

2 實例分析

在高層結構試設計中通過對這兩種軟件在設計計算過程中的應用進行分析對比，發現二者都具有強大的圖形處理和數據分析功能，也都能通過導入CAD圖建模進而模擬實際工程進行結構分析，但他們所產生的差異也主要表現在建模過程和結果驗算中，以某高層框架結構作為實際工程進行電算模擬為例，用MIDAS建立的GEN模型與PKPM建立的模型圖分別如圖2所示。

計算中發現在截面特性中兩種軟件一些系數默認值并不同，原因是二者所包含的規范數據庫有些差異，PKPM能更好地結合我國國家標準，對比計算中需要在材料特性值對話框中，將規范選擇后再進行修改，確保初試數據和驗算標準統一。

對比驗算結果發現MIDAS在計算中會自動考慮節點梁柱重疊單元，在計算質量時能自行扣除，而PKPM會計算疊加部分。且在進行風荷載計算時，因MIDAS計算風荷載時上下樓層各取一半首層會少算一半風荷載，而PKPM不存在這個問題。但PKPM在計算風荷載時取板凳形Π樓層范圍時頂層風荷載會偏大，當上下層高不相同時，各樓層計算的風荷載并不精確。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，計算結果誤差要略低。另外，建模中還發現二者區別主要表現在：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設計上略遜一籌。2)MIDAS擁有更加簡潔直觀的UI界面，且相較PKPM具有更好的非線性分析，對于模擬像巖石混凝土等非彈性體發生塑性或彈塑性變形時具有較好的適應性。此外，二者在輸入初始數據時都很簡單，且都能自動給出施工圖。3)PKPM輸出圖紙包括三視圖和模型節點大樣圖等，而MIDAS主要是作為內力計算和結果驗算的實際工程參考。但在處理許多實際問題上二者的計算數據和圖紙資料可以相互導入，只是保存的格式有所不同。

3 結語

本文通過比較研究的手段，闡述了MIDAS和PKPM在對實際工程結構進行建模和驗算過程中遇到的問題，分別從截面特性選擇、節點單元劃分、荷載輸入以及邊界條件的選擇上等因素對計算結果的影響程度，通過分析得出一些較為合理的建議，為計算軟件在工程上的應用提供借鑒意義。我們發現任何兩種不同計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的程序時應充分考慮這個軟件是否具備更少其他因素對所要研究問題的影響。

[1] 羅分兵.分析PKPM軟件在建筑結構設計中的運用[J].建筑設計,2013(26):79-80.

[2] 中國建筑科學研究院建筑工程軟件研究所.通用圖形平臺PKPM3D用戶手冊[Z].2007.

[3] 吳永盛，謝 云.Midas/Civil軟件在臨時結構計算的運用[J].福建建筑，2012(4):76-77.

[4] 鄢 洲，陳 凱.運用MIDAS與PKPM對寧波某超限工程進行分析計算及結果比較[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