運用PKPM、YJK進行鋼筋混凝土框架結構運算對比研究

劉重華，任翠玲

（東南大學成賢學院）

1 引言

框架結構是土木工程專業本科生接觸最多的結構，結構設計也是土木工程專業學生的必修課。結構設計只有經過驗算，符合規范才能用在工程實例中。隨著計算機的普及和計算軟件的開發，工程師不用再像以前一樣手算，計算機軟件可以完成驗算過程，縮短設計周期。傳統的手算是進行估算的，計算機是數值計算，精確度要比手算高，這樣也能提高工程的質量和經濟。在科技飛速發展的時代，我國常見的建筑結構計算軟件有PKPM、YJK等，國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某高校5層混凝土框架結構的教學樓，整棟樓總建筑面積約為3543㎡，抗震設防烈度為7度，抗震設防類別為丙級，設計基本地震加速度值為0.15g，基本風壓是0.55kN/㎡，基本雪壓0.25kN/㎡，場地類別為第二組，地面粗糙程度為C，結構特征周期是0.4s。用相同的結構構件布置和相同的參數設置，對PKPM和YJK兩個軟件從繪圖到計算結果進行對比。

3 軟件區別

3.1 結構計算軟件

PKPM是中國建筑科學研究院在1988年推出的結構設計CAD系統。它涉及建筑設計、綠色節能環保、工程造價、企業和項目信息化管理系統等多個領域，在國內市場的應用遠超其他同類型軟件[1]。

YJK是以中國建筑結構設計軟件行業首席專家陳岱林研究員為核心的建筑結構資深專家團隊于2011年推出的新一代建筑結構設計軟件[2]。

3.2 軟件差別

3.2.1 界面操作

結構設計是一個需要長時間對著電腦進行的工作，結構設計軟件就是工具，工具使用簡便快捷是可以節省工作時間的。作為軟件，最重要的就是界面。YJK的工具欄比PKPM的工具欄窄，字體小；YJK的工具可以在一個界面全部顯示，PKPM則需滾輪滑動才能看到全部工具。長時間的電腦工作，字體大的界面更舒服。

PKPM在繪制時有光標、窗口、軸線、圍欄、直線五種方式選擇，每種方式的選擇用TAB鍵或鼠標轉換；YJK只有光標、窗口、軸線、圍欄，也用鼠標轉換。軸網命名（見圖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中樓梯設置是放在構件中，PKPM是放在樓板里面。刪除節點時PKPM要到軸網界面，而YJK在構件布置結束，直接在構件布置的界面就可以刪除。在軸網繪制界面，PKPM有快捷鍵的說明，對于新手來說提高繪制速度是很有用的，而YJK并沒有。

不同繪圖軟件都有顯示正在執行的指令，PKPM顯示要比YJK說明清晰，對于初次接觸者容易明白。操作者在遇到不明白或不會選擇的時候，兩個軟件中都按F1進行查看說明，但是不同軟件所能使用的地方不同，YJK的說明覆蓋的范圍更廣，參數設置時不會填的數據也可以查詢。PKPM的說明只有下方窗口，YJK解釋得更細致。不過PKPM的解釋也能了解如何選擇，但YJK的解釋更全面。

計算完成后查看各種數據，檢查是否滿足各項規范要求時，YJK只需換層就能查看一整棟樓的數據，而PKPM在每次換層后都要重新確定一次。在換層時，YJK從1層往上換到頂層后不會再返回1層，而PKPM會循環，不注意會改錯樓層。這樣做有利有弊，對于熟練的操作者會增加工作時間，對于本科生的學習來說YJK的設置好學習，容易上手。

3.2.2 參數設置

樓梯設置中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，這也使得兩個樓梯設置參數的值不太一樣。兩個軟件的前處理及計算中參數不太一樣，二者之間有各自特定的設置，YJK軟件設置參數更多一些。兩個軟件有些參數設置值對于同一參數有些不同，例如，嵌固端所在層號，無地下室時YJK數值為0，而PKPM卻為1。雖然數值不同但是兩個的意思是一致的。

3.2.3 模型轉換

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。在繪制完成一個模型后，要用多個軟件驗證計算可以通過這些接口進行相互轉化，這樣可以節省一部分時間。

3.2.4 計算方法

兩個軟件的計算結果存在差別的原因有兩個。①兩個軟件在參數設計時并不是完全一致，有些設置兩個軟件不是都有，YJK的設置更多一些。在繪制時只能盡可能地設置成一致的。②計算方法和公式選用不同。

例如，特征值的求解方法，PKPM運用子空間迭代法、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。兩個軟件所使用的方法各有優劣。陳百曦在文獻[3]中分析了各種計算方法的區別以及針對所求得的結構周期、基底剪力、有效質量系數及軟件計算效率四個方面，分析出現計算差別的原因。主要區別為兩個軟件計算所選用的有限元模塊不一樣，選擇計算方法不同，計算效率也不一樣。在計算方法的選擇上YJK更快速，不過黃吉峰在文獻[4]中也指出WYD-Ritz法存在兩個問題：①理論上只能求解一對k重特征對，可能導致動力分析出錯；②Ritz基數量較多時，可能會導致振型出現錯誤。

同一個工程結構的計算中，YJK計算出的內力比PKPM的數值要小。不論是求特征值，還是李童在文獻中[5]對剪力墻沖切承臺計算方面比較；以及此次研究對兩個軟件的內力圖比較都得出，YJK在工程中更經濟適用，可以減少成本的投入。

3.2.5 使用感受

時代在進步，我們的生活節奏越來越快，無論是學習，還是工作，對效率都是很看重的，兩個軟件在繪制同一個工程，YJK的效率要高于PKPM。在繪制中YJK的界面設置更順手，不會進行很多重復性的操作，但是使用時間久了會覺得字體有點小，這就不如PKPM的界面。

4 結語

兩個軟件之間沒有特別大的差別，只有一些設置上面不同，計算上YJK比PKPM計算的結果更經濟。對于不同的人來說，選擇任何一個軟件都是可以的，對于新手來說YJK更容易上手。