运用PKPM、YJK进行钢筋混凝土框架结构运算对比研究

刘重华，任翠玲

（东南大学成贤学院）

1 引言

框架结构是土木工程专业本科生接触最多的结构，结构设计也是土木工程专业学生的必修课。结构设计只有经过验算，符合规范才能用在工程实例中。随着计算机的普及和计算软件的开发，工程师不用再像以前一样手算，计算机软件可以完成验算过程，缩短设计周期。传统的手算是进行估算的，计算机是数值计算，精确度要比手算高，这样也能提高工程的质量和经济。在科技飞速发展的时代，我国常见的建筑结构计算软件有PKPM、YJK等，国外也有许多相似的软件。

2 工程概况

本工程是山西省大同市新荣区某高校5层混凝土框架结构的教学楼，整栋楼总建筑面积约为3543㎡，抗震设防烈度为7度，抗震设防类别为丙级，设计基本地震加速度值为0.15g，基本风压是0.55kN/㎡，基本雪压0.25kN/㎡，场地类别为第二组，地面粗糙程度为C，结构特征周期是0.4s。用相同的结构构件布置和相同的参数设置，对PKPM和YJK两个软件从绘图到计算结果进行对比。

3 软件区别

3.1 结构计算软件

PKPM是中国建筑科学研究院在1988年推出的结构设计CAD系统。它涉及建筑设计、绿色节能环保、工程造价、企业和项目信息化管理系统等多个领域，在国内市场的应用远超其他同类型软件[1]。

YJK是以中国建筑结构设计软件行业首席专家陈岱林研究员为核心的建筑结构资深专家团队于2011年推出的新一代建筑结构设计软件[2]。

3.2 软件差别

3.2.1 界面操作

结构设计是一个需要长时间对着电脑进行的工作，结构设计软件就是工具，工具使用简便快捷是可以节省工作时间的。作为软件，最重要的就是界面。YJK的工具栏比PKPM的工具栏窄，字体小；YJK的工具可以在一个界面全部显示，PKPM则需滚轮滑动才能看到全部工具。长时间的电脑工作，字体大的界面更舒服。

PKPM在绘制时有光标、窗口、轴线、围栏、直线五种方式选择，每种方式的选择用TAB键或鼠标转换；YJK只有光标、窗口、轴线、围栏，也用鼠标转换。轴网命名（见图1、图2），PKPM是先选择后命名，而YJK是先命名后选择。

图1 PKPM轴线布置图

图2 YJK轴线布置图

YJK中楼梯设置是放在构件中，PKPM是放在楼板里面。删除节点时PKPM要到轴网界面，而YJK在构件布置结束，直接在构件布置的界面就可以删除。在轴网绘制界面，PKPM有快捷键的说明，对于新手来说提高绘制速度是很有用的，而YJK并没有。

不同绘图软件都有显示正在执行的指令，PKPM显示要比YJK说明清晰，对于初次接触者容易明白。操作者在遇到不明白或不会选择的时候，两个软件中都按F1进行查看说明，但是不同软件所能使用的地方不同，YJK的说明覆盖的范围更广，参数设置时不会填的数据也可以查询。PKPM的说明只有下方窗口，YJK解释得更细致。不过PKPM的解释也能了解如何选择，但YJK的解释更全面。

计算完成后查看各种数据，检查是否满足各项规范要求时，YJK只需换层就能查看一整栋楼的数据，而PKPM在每次换层后都要重新确定一次。在换层时，YJK从1层往上换到顶层后不会再返回1层，而PKPM会循环，不注意会改错楼层。这样做有利有弊，对于熟练的操作者会增加工作时间，对于本科生的学习来说YJK的设置好学习，容易上手。

3.2.2 参数设置

楼梯设置中YJK和PKPM的位置不一样，PKPM里面楼梯边框定位为轴线，YJK的定位是梁边，这也使得两个楼梯设置参数的值不太一样。两个软件的前处理及计算中参数不太一样，二者之间有各自特定的设置，YJK软件设置参数更多一些。两个软件有些参数设置值对于同一参数有些不同，例如，嵌固端所在层号，无地下室时YJK数值为0，而PKPM却为1。虽然数值不同但是两个的意思是一致的。

3.2.3 模型转换

YJK软件接口有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。在绘制完成一个模型后，要用多个软件验证计算可以通过这些接口进行相互转化，这样可以节省一部分时间。

3.2.4 计算方法

两个软件的计算结果存在差别的原因有两个。①两个软件在参数设计时并不是完全一致，有些设置两个软件不是都有，YJK的设置更多一些。在绘制时只能尽可能地设置成一致的。②计算方法和公式选用不同。

例如，特征值的求解方法，PKPM运用子空间迭代法、多重Ritz向量法，其中子空间迭代法，又叫作同时迭代法，是反幂法的推广。YJK是用Lancozs法、Ritz向量法和WYD-Ritz法。两个软件所使用的方法各有优劣。陈百曦在文献[3]中分析了各种计算方法的区别以及针对所求得的结构周期、基底剪力、有效质量系数及软件计算效率四个方面，分析出现计算差别的原因。主要区别为两个软件计算所选用的有限元模块不一样，选择计算方法不同，计算效率也不一样。在计算方法的选择上YJK更快速，不过黄吉峰在文献[4]中也指出WYD-Ritz法存在两个问题：①理论上只能求解一对k重特征对，可能导致动力分析出错；②Ritz基数量较多时，可能会导致振型出现错误。

同一个工程结构的计算中，YJK计算出的内力比PKPM的数值要小。不论是求特征值，还是李童在文献中[5]对剪力墙冲切承台计算方面比较；以及此次研究对两个软件的内力图比较都得出，YJK在工程中更经济适用，可以减少成本的投入。

3.2.5 使用感受

时代在进步，我们的生活节奏越来越快，无论是学习，还是工作，对效率都是很看重的，两个软件在绘制同一个工程，YJK的效率要高于PKPM。在绘制中YJK的界面设置更顺手，不会进行很多重复性的操作，但是使用时间久了会觉得字体有点小，这就不如PKPM的界面。

4 结语

两个软件之间没有特别大的差别，只有一些设置上面不同，计算上YJK比PKPM计算的结果更经济。对于不同的人来说，选择任何一个软件都是可以的，对于新手来说YJK更容易上手。