结构设计常用软件的优点和适用场景

结构设计常用软件的优点和适用场景（PKPM、YJK、3D3S、MIDAS、SAP、ETABS、Perform3D、Ansys、Abaqus）结构设计人员离不开结构设计软件，目前结构计算软件种类繁多，各种功能趋于完善。不同软件差异性比较明显，结合本人对结构计算软件的使用经验，对市场常用软件进行简单介绍。本文讨论的范围是房建设计，包含的内容仅限于自己的认知和体会。说在前面的是，软件只是工具而已，是检验自己想法的利器，更重要的还是自己的结构概念。结构分析的灵魂是清晰的结构概念，而不是熟练的软件操作。因为软件是会不断迭代更新的，所以本文也会不断的更新。当下讨论的软件版本是：PKPM2021、YJK（v1.9.3）、3D3S（v2021）、SAP2000（v22）、ETABS（v20）、SAUSAGE（v2021）、Perform3D（v8）。1、各种软件概述PKPM、YJK和3D3S都是优秀的国产设计软件，PKPM和YJK主要用于钢筋混凝土结构，3D3S主要用于钢结构。这三款软件的特点是上手简单、计算高效、结果判断方便。而且和中国规范贴合密切，内置了中国规范的大量参数，是国内使用得最多的结构设计软件。MIDAS是韩国推出的结构分析设计软件，其中Building和PKPM、YJK的使用场景几乎一致，Gen和SAP2000的使用场景几乎一致，FEA主要用来做实体有限元分析，GTS用于岩土分析、Civil是桥梁隧道市政软件。MIDAS系列产品，因为汉化做得很好，而且在国内的服务做得很好，所以占领了国内的部分结构分析市场。ETABS、SAP2000和Perform3D属于CSI的经典作品，是真正意义上的国际通用结构设计软件，全世界通用，各国规范比较齐全。巨型项目几乎都可以用这三款软件进行分析。其中ETABS一般用于超高层，SAP2000一般用于空间钢结构，Perform3D用于弹塑性分析。因为CSI的软件上手难度较大，而且国内的汉化和服务都做得一般，所以反而被MIDAS抢去了市场。SAUSAGE，是国产的高效弹塑性分析软件。弹塑性分析属于超限结构分析必备的章节，之前的软件产品或者效率低下不容易收敛（比如Midas）、或者软件接口不好用（比如Abaqus）、或者就是上手难度太大（比如Perform3D）。因为SAUSAGE可以无缝对接PKPM，也可以导入大部分软件模型，而且操作简单、收敛性好、提取结果方便，所以目前是弹塑性分析的首选了。接下来是每个软件的详细解读。2、PKPM2.1PKPM软件概述PKPM是中国建筑科学研究院建筑工程软件研究所出品，有点官方背书的意思，现在改制成为了北京构力科技有限公司。这款软件1988年就推出了，一开始分为PK和PM两个模块。PK是排架设计模块，PM是平面辅助设计模块，然后就组成了PKPM这个名字。PK这个模块现在还是门刚结构设计的主力模块，PM因为无缝对接SATWE模块也一直沿用至今。在十多年前，PKPM几乎垄断着国内的多高层结构设计软件市场，直到YJK后来居上一路逆袭。两种软件经过这十年的竞争，已经发展得非常类似了。2.2PKPM软件的优点和不足PKPM的优点是模块很多，可以适用于很多场景。但是过多的软件板块使用起来容易混淆。现在说的用PKPM做结构，一般指的是用SATWE模块做多层和高层设计。优点：（1）软件默认设置了很多结构设计的参数，包括荷载模式、荷载工况、荷载组合、风荷载的计算、地震作用、边界条件、质量源等等。同时用PM进行建模非常快捷，软件上手很快；（2）SATWE模块是基于层概念的结构分析设计模块，优点是多层和高层设计很好用，普通的层概念的结构设计使用完全足够了；（3）适用于规则结构，建模方便且速度较快；（4）后续接力SAUSAGE可以导入配筋，模型错误少。如果要进行弹塑性分析，可以优先考虑PKPM；（5）性能设计的功能更好用；（6）和中国规范紧密贴合，紧跟政策导向。不足：（1）正式因为软件默认设置了很多参数，如果新手用PKPM上手学习结构设计，那么有很多结构概念可能是不清晰的。不利于新手建立正确的结构概念；（2）PKPM是平面建模，没法应对没有层概念的结构设计，不适用于复杂不规则结构设计，比如PKPM做空间钢结构设计；（3）需要提取大量结果时不如CSI系列和MIDAS系列方便；（4）PKPM界面复杂，建模、荷载输入、计算、结果查看不在同一界面，使用时需要频繁退出、进入不同界面，使用起来非常不方便。2.3PKPM软件更适用的场景更适用的场景：（1）基于层概念的多高层结构设计；（2）结构性能化设计；（3）需要接力SAUSAGE进行弹塑性分析；（4）门式钢架；（5）国内规范、政策紧密结合的场景，比如减隔震、装配式。3、盈建科（YJK）3.1YJK软件概述YJK的创始人陈岱林先生过去就是PKPM的老大，当年因为体制的限制才出来创办了盈建科公司。同时，因为他是真的完全了解PKPM和建研院软件所，所以YJK软件推出时就克服了PKPM的很多缺点，倒逼PKPM进行改革和进步。从某种意义上说，YJK和PKPM这两个软件可以说是同宗同源的。现在很多工程师都偏向于使用YJK，主要原因有两点：1、软件的UI设计更合理，用起来更顺手；2、YJK算的配筋更小，更容易满足业主的要求。3.2YJK软件的优点和不足优点：（1）上手比PKPM还简单；多层和高层模块和SATWE差不多。（2）因为空间结构的功能比较完善，可以导入3D3S模型，所以做总装模型比较方便，经常用来设计空间结构的下部钢筋混凝土主体结构。（3）界面简洁、建模、计算及结果查看都在同一界面，不用像PKPM一样频繁切换操作界面。（4）建模可视化加强，可以平面、空间同时视图，与SAP2000、ETABS类似。（5）和其他软件设有接口，可以直接生成PKPM、ABAQUS、SAP2000等模型。（6）基础设计模块、预应力梁模块、楼板舒适度分析、屈曲分析，这几个功能也很好用。（7）对于不规则建筑，功能强于PKPM。不足：（1）和PKPM一样，也是基于层概念的傻瓜式设计软件，PKPM有的缺点YJK也无法避免。不利于新手建立正确的结构设计概念；（2）生成PKPM、ABAQUS、SAP2000等模型时数据不准确（不知道现在BUG修复没有）；（3）接力后续的弹塑性分析不如PKPM。3.3YJK软件更适用的场景更适用的场景：（1）基于层概念的多高层结构设计；（2）复杂基础设计；（3）预应力梁设计、舒适度分析、屈曲分析；（4）简单规则的下部钢筋混凝土-上部空间钢结构设计；（5）组装空间结构的总装模型，用于设计下部主体结构；（6）和国内规范、政策紧密结合的场景，比如减隔震。4、3D3S4.13D3S软件概述3D3S是同济大学土木工程学院建筑工程系张其林教授主持开发的软件，在国内广泛用于钢结构设计。3D3S经过多年的发展，基本上钢结构设计需要的功能都有了，学习起来也比较简单，所以是钢结构设计的必备软件了。4.23D3S软件的优点和不足优点：（1）软件基于CAD平台，可以直接在CAD线模的基础上建模，是比较方便的；（2）和其他国产软件一样，软件默认设置了很多参数，上手做设计很快；（3）软件内置了国内常用的钢构件截面，非常方便；（4）钢结构加工厂也会使用3D3S软件，交流起来很方便；（5）网架设计模块绝绝子，自动优化、一键出图；（6）有专门的索膜结构设计模块，可以应对复杂的柔性结构的找形与设计分析。不足：（1）CAD本来就很容易崩溃，所以3D3S就更容易崩溃了；（2）因为操作过于简化，不利于新手建立正确的结构概念。4.33D3S软件更适用的场景更适用的场景：绝大部分钢结构设计都可以用，需要特殊进行的专项分析不推荐使用，少部分专项分析的功能尚不完善5、ETABS、SAP20005.1软件概述这两款软件是CSI公司出品的经典软件了，属于世界级的结构设计分析软件。在软件的原程序是世界级结构分析大佬、美国国家工程院院士、伯克利土木工程系威尔逊教授开发的，也就是这本书的作者。在世界范围内，采用ETABS设计的超高层、和采用SAP2000设计的空间结构数不胜数。如果立志要成为结构分析设计高手，这两个软件是必须熟练掌握的。这两年国内进行的有针对性的插件开发也小有成效，可以去官网下载使用。值得一提的是，很多结构设计软件要体现自己算得准，就用SAP或者ETABS作为标准进行对比分析。这可以说明这两款软件的认可程度了吧。5.2ETABS和SAP的优点和不足优点：（1）作为通用有限元软件，在建模和分析上更加灵活，能够自定义很多东西，实现自己想要的结构分析；（2）结果可以导出很多内容，便于自己进行判断；（3）软件支持插件，可以进行二次开发；（4）几乎所有的结构分析软件都有ETABS或SAP的接口；（5）分析结果全球都认可，大项目必备；（6）虽然软件上手很慢，但是能帮助新手建立正确的结构设计概念；（7）适用于不规则结构建模，尤其是空间结构建模强度PKPM和YJK。不足：1、汉化做得不好，很多报警和说明都是英文的，理解起来费劲；2、软件学习起来困难，没有老师带容易搞得一头雾水；3、对于中国规范的支持和实现没有清楚的表达；4、不直接输出部分指标，结果判断需要自己解读数据；5、没有后续的基础设计等模块；6、每一步建模都需要指定，比如梁建模前必须指定刚接或者铰接（PKPM默认刚接）；面单元与线单元相交必须指定节点才能继续计算，不指定则发生错误，PKPM面单元与线单元相交则自动生成节点连接。6、不太适合用于弹塑性分析。5.3ETABS和SAP更适用的场景更适用的场景：1、推荐新手作为入门软件学习结构设计，虽然很痛苦，但是能建立正确的结构设计概念。2、适用于大型结构、异形结构的分析和设计。3、适用于海外工程。4、需要自定义分析的情况。6、MIDAS系列6.1MIDAS系列概述MIDAS系列软件是韩国开发的结构分析设计系列软件，在国际上并没有很常用，但是因为汉化和中国服务做得特别好，教程也很好找，所以部分取代了CSI系列在国内的市场。MIDASGEN一般用于空间钢结构的分析设计，也可用于多层和高层结构分析，是Midas系列的拳头产品。MIDASBUILDING一般用于多层和高层结构分析。MIDASFEA用于实体有限元分析，可导入GEN的线模。MIDASGTS用于岩土的分析。MIDASCIVIL用于桥梁隧道市政设计，和房建设计无关了。6.2MIDAS系列的优点和不足优点：（1）系列软件几乎涵盖了结构设计需要的所有场景，而且软件之间可以无缝对接。比如MIDASGEN的线模可以导入FEA中进行实体有限元分析。（2）汉化和中国服务都做得很好，能找到人解决问题。（3）网上教程很多，可以很方便的找到需要的资料。（4）Gen和SAP几乎可以无缝转换，会用SAP就能很快上手用Gen。（5）结果花里胡哨的，用来写报告和做PPT比较好看。不足：（1）上手还是比较慢，各个菜单的设置优点混乱，做多高层结构设计没有PKPM和YJK顺手，做空间钢结构设计不如SAP顺手。（2）对于中国规范的支持和实现也没有讲清楚。同样的指标，和PKPM、YJK对比可能相差较大，但是又不知道为什么。（3）没有后续的基础设计等模块。（4）弹塑性分析慢如乌龟，还不容易收敛。6.3MIDAS系列软件更适用的场景更适用的场景：（1）Building、Gen用于超限结构分析的对比软件；（2）Gen可以用于空间钢结构的设计；（3）Gen可用于需要自定义分析的情况；（4）FEA可以接力Gen进行实体节点有限元分析；（5）GTS可以用于结构-岩土相互影响方面的分析，比如轨道保护。7、SAUSAGE7.1软件概述我也不知道为什么建研数力要把软件取名叫SAUSAGE，可能是大佬们喜欢吃广味香肠吧……SAUSAGE在弹塑性分析软件中是很优秀的，过去做一个弹塑性分析几天都算不出来结果，但是SAUSAGE推出后把这个时间缩短了一大半。SAUSAGE7.2SAUSAGE的优点和不足优点：（1）上手超快，几乎做到了一键分析；（2）算的很快而且容易收敛；（3）结果可视化做得很好，符合工程师的汇报需求；（4）PKPM导入SAUSAGE几乎不会出问题，还可以导入配筋；（5）每个版本更新都有不错的新功能；（6）性能评价标准更贴合中国规范；不足：（1）软件很贵；（2）不能导入YJK配筋。7.3SAUSAGE软件更适用的场景接力PKPM、YJK做弹塑性时程分析。8、Perform3D8.1Perform3D软件概述PERFORM-3D是专门用于结构非线性分析与抗震性能评估的软件，以结构材料和单元的力学性能设定为前提，以抗震性能化设计方法为指导，基于ASCE41、FEMA-356所建议的变形或强度限制状态对复杂结构进行弹塑性分析和抗震性能评估，在超限高层结构设计、分析和校核领域已得到广泛应用与认可。8.2Perform3D的优点和不足优点：（1）容错性较好，迭代较为容易收敛；（2）与国内通用设计软件如YJK、PKPM、SAP2000、ETABS等均有接口，导模便捷；（3）基于ASCE41、FEMA-356对构件性能状态进行评估，专家认可度高。不足：（1）入门难度较大，交互操作体验较差；（2）构件配筋、塑性铰属性等修改麻烦；（3）后处理工作量较大。8.3Perform3D软件更适用的场景基于ASCE41、FEMA-356的超高层结构弹塑性分析9、Ansys、Abaqus9.1软件概述这两款大型通用有限元软件属于应用领域比较广泛的软件了，在结构分析领域的应用只是其中一个小小的部分。在设计院中一般用于节点有限元分析比较多。技术实力比较厉害的部门可以自己编程开发对应的接口或者插件，快速的完成建模分析。9.2Ansys和Abaqus的优点和不足优点：（1）算得准，分析结果国际认可；（2）支持插件。不足