SAP2000及PKPM风荷载研究对比

SAP2000建模与分析（一）中南大学铁道学院cscsu20102012-7-3 qq：1799200026SAP2000包含pkpm，pkpm是SAP2000的一个“子集”，SAP2000比pkpm更智能，能自定义，pkpm更像一个“傻瓜相机”。

Pkpm建模分析过程：轴线输入---楼层定义（墙、柱、梁、板）---荷载输入（板荷载、线荷载、节点荷载）----设计信息、楼层组装-----satwe参数设置-----特殊构件补充定义----内力计算-----结果查看-----施工图SAP2000：一：轴线输入：方法如下：a：文件---新模型；b：单击右键---编辑轴网数据；c：定义---坐标系统/轴网。

注：1.在sap2000中，第一次建立的坐标系称为整体坐标系（方法a），随后建立的坐标系称为附加坐标系，可以通过局部坐标系圆点确定与整体坐标系的关系（方法b、c）：2.有时候，可利用参考线，在平面任意位置进行定位，来辅助绘制特殊位置的杆件，参考线在立面中表示一条直线，在平面中表示一个点，要输入与已知点的相对坐标。

具体操作：单击右键---选择“参考线”。

3.pkpm是先建立一个标准层，再用新建标准层的方式完成真个结构的建模，而SAP2000是一次性建好三维图（整体坐标+局部坐标）。

4. CSYS1为一般轴网，Global为整体坐标系。

Global的方向：假定Z为竖直方向，+Z向上；自重荷载总是向下，即-Z方向。

X-Y平面是水平面，水平主方向为+X。

水平面内的角度从X轴正半轴度量。

从+Z向下看X-Y平面，逆时针角度为正。

CSYS1方向：由1（red）、2（white）、3（cyan青蓝色）三个轴组成的正交坐标系统。

局部坐标系的作用：1、建立单元刚度方程；2、定义单元的材料特性和截面几何特性；3、输入单元荷载；4、程序输出结构弯矩、剪力和轴力等内力；5：释放杆端内力；6：施加支座约束。

在结果输出中：M22指绕2-2轴的弯矩, M33指绕3-3轴的弯矩. 扭矩为绕1-1轴的弯矩。

一个比较不错的文章，很多刚开始接触软件的同学不知道学什么软件，这个文章或许可以给你一些导向。

（1）在国内PKPM可以将是葵花宝典级别的。

对于多高层常规结构很好用，其最大的优点，就是傻瓜化，很多参数都是暗箱操作，还有就是可以生成施工图，虽然图面挺烂。

PKPM现在也可以实现一些空间结构的建模与分析，但是使用起来还是有些不方便PKPM不同版本算的结果有区别、不规则结构建模不方便，尤其是08版推出以后更是bug不断，每个月都要修正补丁，给人的感觉就是拆东墙补西墙，稍有编程经验的人都能想到，他们没经过认真的测试。

（2）ETABS、 SAP2000等CSI系列是加州大学Berkeley分校的Wilson教授开发的。

其中ETABS 是针对多高层建筑结构开发的。

ETABS对国内的软件行业起到了里程碑式的作用。

ETABS的出现让人们看到在计算中我们原来可以做到更多。

也是ETABS让人们对结构分析提出了更高的要求，比如弹塑性分析等。

目前ETABS可以做到多高层结构的快速建模、静动力分析、静力弹塑性分析、中国规范校核等。

几乎涵盖了结构工程师的所有要求。

Etabs在工程实践方面有些优势，全球排名前20位的超高层建筑基本都是Etabs进行设计或者校核的，而且有美国工程院院士Wilson教授做技术顾问，计算精度上还是经得起考验的。

（3）SAP2000 则专注与空间结构，比如网壳类、桁架类、不规则结构等，一句话，开发者希望不能用ETABS实现的就可以SAP2000来实现。

和ETABS一样，SAP2000对中国建筑结构领域软件的冲击也很大，因为在SAP2000进入中国的时候业内没有类似可以进行空间结构建模与分析的软件。

在当时 SAP2000算是填补了一个空白。

现在SAP2000更新了很多版本（目前是12.0），增加了很多功能，比如中国规范校核等。

（4）Midas 是中国留学生在韩国主持开发的，为日韩2002年世界杯场馆建设立下汗马功劳，分Civil（桥梁）、Gen（高层）、GTS（岩土）等几个版本，修建韩日世界杯场馆时，Midas还是一个名不见经传的软件公司，为了借助世界杯扩大其影响力，Midas为日韩世界杯所有场馆进行了免费的复核技术，并提供了很多技术支持，就和鸟巢一样，很多钢结构公司都是免费做设计的，为得是扩大自己的品牌影响力，呵呵，迪拜塔的主要设计工作基本是Etabs和 Sap2000完成的，Midas 参与了最后的施工阶段加载设计过程。

基于SAP2000的通信三管塔风荷载加载方法研究郭晓涵;芦娜【摘要】In this paper, stress and strain of a three-tube communication tower under wind load are calculated through the method of layered space truss. The finite element model of three-tube tower is built by SAP2000 simulation soft-ware and analyzed with the method of diaphragm and virtual surface. On this basis, twostructural analysis results are contrasted. The researches show that the strain using the method of diaphragm is more close to the theoretical value while the stessusing the method of virtual surface is more close to the theoretical value on the condition that the virtual surface is divided legitimately.%本文利用分层空间桁架法对风荷载作用下的通信三管塔进行理论计算，得出三管塔的塔柱内力与塔架位移。

通过SAP2000仿真软件建立三管塔有限元模型，利用虚面法与刚性隔板两种方法加载，分别进行三管塔结构分析。

在此基础上，对不同的加载方式进行了比对。

研究表明，刚性隔板法塔架位移的结果与理论值更为接近；虚面法加载时，在虚面划分合理的情况下，塔柱内力的结果更为接近理论值。

1.只有一层情况下风荷载的布置问题？答：可以自动生成风荷载，如需自己定义可以在特殊风荷载定义中定义。

(风荷载的Wk计算需要用到体型系数、风压高度变化系数及基本风压，程序可以自动搜索体型，给出默认的体型系数，用户也可以修改；基本风压用户直接填写；风压高度变化系数由结构的楼层高和地面粗糙度来确定，只要填写粗糙度，程序可以按照荷载规范附录自动计算风压高度变化系数；计算出wk，程序自动搜素构件的外轮廓，确定迎风面的面积，然后用A*WK得到本层的风荷载值，如果是刚性楼板作用在刚性楼板的质心上，如果是弹性楼板，平均分派在各个弹性节点上。

因此，不管是多少层程序都能准确计算风荷载。

当然如果是空旷结构，需要人为按照有效迎风面计算风荷载，此时可以在风荷载修改中修改程序自动计算的风荷载。

)2.鉴定加固中使用年限变动的情况下，相关系数是如何的变化？还有就是涉及到鉴定加固是现在的，但是实际工程是以前的，用现在的鉴定加固软件做以前规范版本的旧工程是否准确合理，需要落实。

答：80年代及以前的现有建筑后续使用年限不少于30年—A类—软件执行89规范90年代的现有建筑后续使用年限不少于40年—B类—软件执行89规范2001年以后的现有建筑后续使用年限不少于50年—C类—软件执行01规范3.鉴定加固中斜撑交接处的节点如何处理？答：软件对此没有做任何处理。

加斜撑只是对整体刚度有影响。

（PKPM中对于输入的混凝土斜杆默认为两端固接进行计算，对于输入的钢斜杆默认为两端铰接计算，如果要修改可以在特殊构件补充定义中修改对应的固接铰接信息，当然在实际的处理中，构造要求应该与计算的假定相适应。

）4.钢混结构是否可以做？尤其是钢混结构是否可以出相关的施工图结果（详图之类的）答：可以做，但最好用pmsap软件做，因为pmsap可以对混合结构、隔震减振结构的进行CCQC分析功能，计算后pkpm施工图可以接力pmsap的数据画图。

如果用satwe 就是近似阻尼按4%来计算，误差较大。

SAP2000V14.1自动风荷载工况测试付康2014年7月最近在学习SAP2000，发现SAP2000可以自动计算结构在风荷载下的响应，由于内嵌的规范是CHINESE2002，想校核一下其与现行规范计算结果的差异。

在网上GOOGLE相关资料，发现了曲哲的一篇文章《SAP2000中的自动风荷载工况测试》，其详细描述了SAP2000自动计算风荷载的两种方法，并对需要定义的参数含义做了解释。

在经过自己设计的算例测试后，发现文章中有几处疏漏之处，特别是关于SAP2000风振系数的讨论。

个人认为SAP2000在自动风荷载工况中是可以考虑风振系数的，以下是我的算例和结论。

对象：10层钢筋混凝土框架，长*宽=20*10m，高10m。

梁截面尺寸400*800mm，柱截面尺寸1000*1000mm，模型图如下。

模态：结论：1 采用虚面方式计算风荷载时，需要设置的参数如下图。

中国2002风荷载模式栏：建筑宽度B默认为结构沿X方向的宽度（猜测，含义尚不明确），用户可修改默认值，若用户修改的值小于或等于默认值，程序计算的值均相同，若用户修改的值大于默认值，程序计算的值明显偏小，根据后面的测试结果，个人认为在有合理的解释前，不应修改程序的默认值。

风荷载系数栏按《荷载规范》取值，与结构所处地区有关。

PHI-Z的来源有模态分析和Z/H比两种，与《荷载规范》规定的相符，但两种情况下程序计算的结果是相同的。

第一周期的来源有模态分析和用户定义两种，当用户定义的值为1时，与选择模态分析计算的结果是相同的，当用户定义的值为其他值时，计算的结果与选择模态分析计算的结果不同。

猜测用户定义值的含义应该是初步确定的周期值与模态分析得到的周期值的比例，即用户定义的值为1时，用户定义的周期就是模态计算的周期。

个人认为在SAP2000中进行分析时，模态分析是默认运行的，风荷载的参数就没有必要采取《荷载规范》中指定的经验值，而直接采用模态分析得到的值，所以在选择PHI-Z和第一周期的来源时，应选择模态分析。

（1）在国内PKPM可以将是葵花宝典级别的。

对于多高层常规结构很好用，其最大的优点，就是傻瓜化，很多参数都是暗箱操作，还有就是可以生成施工图，虽然图面挺烂。

PKPM现在也可以实现一些空间结构的建模与分析，但是使用起来还是有些不方便PKPM不同版本算的结果有区别、不规则结构建模不方便，尤其是08版推出以后更是bug不断，每个月都要修正补丁，给人的感觉就是拆东墙补西墙，稍有编程经验的人都能想到，他们没经过认真的测试。

（2）ETABS、 SAP2000等CSI系列是加州大学Berkeley分校的Wilson教授开发的。

其中ETABS是针对多高层建筑结构开发的。

ETABS对国内的软件行业起到了里程碑式的作用。

ETABS的出现让人们看到在计算中我们原来可以做到更多。

也是ETABS让人们对结构分析提出了更高的要求，比如弹塑性分析等。

目前ETABS 可以做到多高层结构的快速建模、静动力分析、静力弹塑性分析、中国规范校核等。

几乎涵盖了结构工程师的所有要求。

Etabs在工程实践方面有些优势，全球排名前20位的超高层建筑基本都是Etabs 进行设计或者校核的，而且有美国工程院院士Wilson教授做技术顾问，计算精度上还是经得起考验的。

（3）SAP2000 则专注与空间结构，比如网壳类、桁架类、不规则结构等，一句话，开发者希望不能用ETABS实现的就可以SAP2000来实现。

和ETABS一样，SAP2000对中国建筑结构领域软件的冲击也很大，因为在SAP2000进入中国的时候业内没有类似可以进行空间结构建模与分析的软件。

在当时 SAP2000算是填补了一个空白。

现在SAP2000更新了很多版本（目前是12.0），增加了很多功能，比如中国规范校核等。

（4）Midas 是中国留学生在韩国主持开发的，为日韩2002年世界杯场馆建设立下汗马功劳，分Civil（桥梁）、Gen（高层）、GTS（岩土）等几个版本，修建韩日世界杯场馆时，Midas还是一个名不见经传的软件公司，为了借助世界杯扩大其影响力，Midas为日韩世界杯所有场馆进行了免费的复核技术，并提供了很多技术支持，就和鸟巢一样，很多钢结构公司都是免费做设计的，为得是扩大自己的品牌影响力，呵呵，迪拜塔的主要设计工作基本是Etabs和 Sap2000完成的，Midas参与了最后的施工阶段加载设计过程。

发帖人sap2000与优势在哪?xyz888于2005-04-04 21:40请教了,sap2000较PKPM的优势在哪,要不要都学一学?谢谢--------------------------------------------------------中国在设计，基本上PKPM属于必须会的软件，这个就和CAD一样常用！sap2000可以选择性的学习，因为同类多。

sap2000和pkpm的差别比较大，优势在于：sap2000通用性好，具备世界领先的计算核心ocean2000 编辑于2005-04-04 22:34浮于2005-04-15 16:34我做钢结构设计,PKPM用的很少!主要是模型的建立不是那么方便,毕竟在CAD里面建立的模型是更好的选择.SAP主要是要自己输入,对新手来说,因为对规范不是那么熟悉,可能会漏项,会出现很大的错误.对于复杂结构PKPM因为自身建模型的缺陷,差距很大!我素有志，清居林泉，载花种竹，随遇而安；既不想功名震地，也不祈富贵向天。

茅屋不漏，布衣长穿，樽不乏酒，瓮五知己常往来，溪边煮茶琴瑟谈。

上奉父母，下抚儿男，无疾无难，无恨无怨；平生所愿都已足,勿需得陇望蜀烦。

y于2005-05-15 10:06没得比，如果SAP2000能与中国规范再结合得紧密一点，后处理出图方面再有一个接力软件，我看pkpm就可以淘汰了。

的例子，如果你改变一下PKPM模型上某个点的坐标，那么与这个点相连的杆件及其上的信息全部消失，都21世纪了，还用且如此流行确实是悲哀。

另外，PKPM搞自我封锁，软件说明书上不提技术细节，非得上它得那个培训班才能学点东西（更何老师只知道软件，对力学及结构原理方面得东西懂得并不多）。

非线性，BUCKLING分析，PUSHOVER分析，时程分析方面的功能更是PKPM所没有的。

ocean2000 编辑于2005-05-15 10:43大于2005-06-04 22:51yxs_li 说得是否有些过分了？是全国几乎不分大中小型设计都在用它，还是有其优点的（否则无论如何也不可能这么火，PKPM也没有逼着你来用）。

SAP2000中的自动风荷载工况测试曲哲2008-5-1越来越发现SAP2000作为一款工程设计类有限元分析软件还是有许多优越性，但任何一个有限元软件，最要命的就是帮助文档不健全。

这也是我当初疏远MARC而转投ABAQUS 的主要原因之一。

帮助文档不健全的一个后果是用户难以方便的学习使用软件；另一个更要命的后果是，用户不能方便的知道自己输入的东西对于软件来说到底意味着什么，结果只能有一个，就是“Garbage in, garbage out.”为了避免发生这种情况，用户不得不对软件中含义不明确的输入参数进行额外的测试，甚至去猜它到底是什么意思。

现在要做的，就是通过一些简单的测试算例，去猜测SAP2000中基于我国规范的自动风荷载工况的设置中的一些参数是什么意思。

SAP2000中有两种方式可以定义自动风荷载工况，一种是在受风面（迎风面或者背风面）处建立虚拟面（一般可以用厚度为0的壳单元来建），然后再通过Area Load中的Wind pressure coefficients对该面施加风荷载，这时在风荷载工况的定义应选择Exposure from Area Objects（如图1中的B）；另一种是通过刚性楼板施加风荷载，这时应首先把需要施加风荷载的楼层通过Joint Constrain建立为刚性楼板（Rigid Diaphragm），再在风荷载工况中选择Exposure from Extents of Rigid Diaphragms（如图1中的A），这时不需要再定义任何其它荷载，风荷载会自动施加到各个刚性楼板上。

AB图1 SAP2000中基于我国规范的自动风荷载定义对话框在自动风荷载工况的对话框中，Wind Exposure Parameter，Exposure Height，WindCoefficients以及PhiZ Source等四部分中各个参数的物理意义都比较明确，而T1 Source和Other Parameter两部分就比较诡异了。

SAP2000中的自动风荷载工况测试曲哲2008-5-1越来越发现SAP2000作为一款工程设计类有限元分析软件还是有许多优越性，但任何一个有限元软件，最要命的就是帮助文档不健全。

这也是我当初疏远MARC而转投ABAQUS 的主要原因之一。

帮助文档不健全的一个后果是用户难以方便的学习使用软件；另一个更要命的后果是，用户不能方便的知道自己输入的东西对于软件来说到底意味着什么，结果只能有一个，就是“Garbage in, garbage out.”为了避免发生这种情况，用户不得不对软件中含义不明确的输入参数进行额外的测试，甚至去猜它到底是什么意思。

现在要做的，就是通过一些简单的测试算例，去猜测SAP2000中基于我国规范的自动风荷载工况的设置中的一些参数是什么意思。

SAP2000中有两种方式可以定义自动风荷载工况，一种是在受风面（迎风面或者背风面）处建立虚拟面（一般可以用厚度为0的壳单元来建），然后再通过Area Load中的Wind pressure coefficients对该面施加风荷载，这时在风荷载工况的定义应选择Exposure from Area Objects（如图1中的B）；另一种是通过刚性楼板施加风荷载，这时应首先把需要施加风荷载的楼层通过Joint Constrain建立为刚性楼板（Rigid Diaphragm），再在风荷载工况中选择Exposure from Extents of Rigid Diaphragms（如图1中的A），这时不需要再定义任何其它荷载，风荷载会自动施加到各个刚性楼板上。

AB图1 SAP2000中基于我国规范的自动风荷载定义对话框在自动风荷载工况的对话框中，Wind Exposure Parameter，Exposure Height，WindCoefficients以及PhiZ Source等四部分中各个参数的物理意义都比较明确，而T1 Source和Other Parameter两部分就比较诡异了。