计算软件在实际工程中的应用对比

冯 东

(浙江绿城建筑设计有限公司，浙江 杭州 310013)

·计算机技术及应用·

计算软件在实际工程中的应用对比

冯 东

(浙江绿城建筑设计有限公司，浙江 杭州 310013)

分别对MIDAS和PKPM两款软件的建立模型处理进行了对比分析，结合实际工程和建设经验，对结构计算软件在工程应用中可能出现的问题和需注意的事项进行了总结，并就在结构计算中怎样选择恰当的电算程序提出了一些建议。

结构计算，数值模拟，MIDAS，PKPM

利用计算软件对实际工程进行数值模拟，不仅可以截取建筑结构各种复杂的物理信息，而且能直接通过试设计对工程过程可能出现的各种情况进行技术分析。由于建筑工程特别是高层建筑和大跨度结构要求大量的图纸绘制和海量的数据计算，给设计研究带来极其繁杂的工作。此外，有限元软件能发挥其在数据计算与分析方面的能力，减少计算过程中的人为误差因素，保障数据的精确，为建筑结构设计提供数据支持[1]。无论在设计还是施工当中出现的各种质量、安全、进度等目标控制还是技术、管理等问题,都能通过计算软件找到积极有效的答案。当前各种专业计算软件数量多如牛毛，仅有限元分析软件公司就多达数十家，国际通用有限元软件也有十多种，如何选择一个合适的软件来更好地解决实际工程中遇到的问题显得十分必要，本文就我国最为常用的两种结构设计软件MIDAS和PKPM比较分析,为工程实践中选择计算软件提供参考。

1 工程应用

由中国建科院研究开发的PKPM程序，出图简单快捷，操作容易上手，又紧跟最新建筑设计规范，全套系列集合了建筑设计、造价预算、项目管理等功能，在我国建筑设计领域中受到极大欢迎。在建筑结构设计领域中，PKPM除了方便为结构稳定性进行验算，也有益于建筑结构优化,有效处理框架柱墙的倾覆弯矩、位移比，以及刚重比等方面的问题[1]。

PKPM作为CAD系统软件，支持二维三维图形,数据传输兼容许多分析软件,避免在设计分析中在软件上花费太多，为用户节省了大量初期成本。跟踪AutoCAD图形软件的国外先进技术,通过使用PKPM广泛实际应用的用户组,同时专业的软件开发,促进图形平台的发展,成为国内为数不多的成熟的图形平台之一[2]。

MIDAS是由韩国MIDAS IT公司开发研制的一种结构计算FEA软件，主要应用在建筑桥梁和岩土隧道等行业，在机械工业，航天航空，电子电工，造船及卫生器械等专业领域得到越来越广泛的应用。与传统手算相比MIDAS是结构设计计算的一种有效方法，吴永盛、谢云等发现运用MIDAS/Civil进行电算，其结果更为贴近工程实际，运算中更注重结构的使用功能,能准确模拟结构施工过程，提高了工作效率,减少了重复计算的工作[2]。

鄢洲等运用MIDAS与PKPM对某工程结构分别采取不同的加强措施和设计方法，计算发现SATWE和MIDAS的结果基本规律一致。MIDAS建立的梁桥有限元三维图见图1。

2 实例分析

在高层结构试设计中通过对这两种软件在设计计算过程中的应用进行分析对比，发现二者都具有强大的图形处理和数据分析功能，也都能通过导入CAD图建模进而模拟实际工程进行结构分析，但他们所产生的差异也主要表现在建模过程和结果验算中，以某高层框架结构作为实际工程进行电算模拟为例，用MIDAS建立的GEN模型与PKPM建立的模型图分别如图2所示。

计算中发现在截面特性中两种软件一些系数默认值并不同，原因是二者所包含的规范数据库有些差异，PKPM能更好地结合我国国家标准，对比计算中需要在材料特性值对话框中，将规范选择后再进行修改，确保初试数据和验算标准统一。

对比验算结果发现MIDAS在计算中会自动考虑节点梁柱重叠单元，在计算质量时能自行扣除，而PKPM会计算叠加部分。且在进行风荷载计算时，因MIDAS计算风荷载时上下楼层各取一半首层会少算一半风荷载，而PKPM不存在这个问题。但PKPM在计算风荷载时取板凳形Π楼层范围时顶层风荷载会偏大，当上下层高不相同时，各楼层计算的风荷载并不精确。且在荷载输入中PKPM所输入的永久荷载作用于楼层顶，柱顶和柱底轴力是相同的；而MIDAS中输入的永久荷载是沿建筑竖向平均布置，计算结果误差要略低。另外，建模中还发现二者区别主要表现在：1)在视窗界面上，MIDAS具有很好的多窗口显示功能，且其三维模型效果图更显生动明了，而PKPM只能在单一窗口操作，三维模型线条没有MIDAS清晰；相较于前者，后者在UI设计上略逊一筹。2)MIDAS拥有更加简洁直观的UI界面，且相较PKPM具有更好的非线性分析，对于模拟像岩石混凝土等非弹性体发生塑性或弹塑性变形时具有较好的适应性。此外，二者在输入初始数据时都很简单，且都能自动给出施工图。3)PKPM输出图纸包括三视图和模型节点大样图等，而MIDAS主要是作为内力计算和结果验算的实际工程参考。但在处理许多实际问题上二者的计算数据和图纸资料可以相互导入，只是保存的格式有所不同。

3 结语

本文通过比较研究的手段，阐述了MIDAS和PKPM在对实际工程结构进行建模和验算过程中遇到的问题，分别从截面特性选择、节点单元划分、荷载输入以及边界条件的选择上等因素对计算结果的影响程度，通过分析得出一些较为合理的建议，为计算软件在工程上的应用提供借鉴意义。我们发现任何两种不同计算软件在建立模型和处理问题上都存在差异，在具体问题上选择适当的程序时应充分考虑这个软件是否具备更少其他因素对所要研究问题的影响。

[1] 罗分兵.分析PKPM软件在建筑结构设计中的运用[J].建筑设计,2013(26):79-80.

[2] 中国建筑科学研究院建筑工程软件研究所.通用图形平台PKPM3D用户手册[Z].2007.

[3] 吴永盛，谢 云.Midas/Civil软件在临时结构计算的运用[J].福建建筑，2012(4):76-77.

[4] 鄢 洲，陈 凯.运用MIDAS与PKPM对宁波某超限工程进行分析计算及结果比较[J].新材料新装饰，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

冯 东(1981- )，女，硕士，工程师

1009-6825(2015)12-0255-02

TP319

A