SAP2000 PKPM 结构软件比较

SAP2000及PKPM风荷载研究对比发表时间：2019-07-31T10:04:49.247Z 来源：《城镇建设》2019年第9期作者：侯学谦[导读] 详细讨论当建筑物在风荷载控制下需要考虑风振效应时，两软件对风荷载计算参数的设置以及影响因素。

中国华电科工集团有限公司环保分公司北京 100160摘要：利用Sap2000及PKPM对同一结构施加风荷载，研究软件对风荷载计算值的差异，并将计算结果与规范[1]计算值进行对比，用于指导实际工程在风荷载控制下的结构分析与设计。

关键词：SAP2000，PKPM，风荷载，对比绪论SAP2000及PKPM为建筑结构常用的分析设计软件，对风荷载的计算有各自特点。

本文详细讨论当建筑物在风荷载控制下需要考虑风振效应时，两软件对风荷载计算参数的设置以及影响因素。

1 结构模型为了方便比较，模型设定为无支撑纯钢框架结构，平面18m18m（等分3跨3跨），共10层，层高3m，总高30m，钢柱截面HW400400，主轴平行于X轴，钢梁HN500200，材料为Q345B，不考虑楼板作用，只考虑结构自重荷载，不考虑活荷载作用。

2 SAP2000结构分析SAP2000对风荷载计算有两种方法，分别为通过刚性隔板自动生成，以及通过结构表面虚面手动施加。

本文采用第一种方法计算结构风荷载。

材料、截面定义及模型建立完成后，点击定义-荷载模式，分别定义WX及WY荷载模式，类型选择wind，自动侧向荷载选择chinese2012，添加完成后，点击WX，选择修改侧向荷载，出现图1界面。

方向角默认0值，结构宽度18m，体形系数1.3，基本风压0.45，基本周期选择模态分析，阻尼比填0.01，点击确定后再以同样方法完成WY的设置，WY方向角填90，其他参数与WX设置相同。

作用对象由于选择了（准）刚性隔板，点击定义-节点约束，在出现的界面框中选择约束类型为Diaphragm，点击添加约束，勾选准刚性隔板，勾选根据标高Z自动指定多个隔板约束，点击确定。

各种结构软件对比心得- 结构理论（1）在国内PKPM可以将是葵花宝典级别的。

对于多高层结构特别好用，其最大的优点，也是大家所依赖的就是可以很快的配筋并出图。

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。

早期人们一直都是用PKPM行遍天下，只是后来随着ETABS等国外软件进来后才有人开始对其有些微词。

因为很多人觉得PKPM算起来有问题，比如不同版本算的结果区别啦、不规则结构建模不方便啦等等。

但是只要是做设计的，没有人能离开PKPM的。

（2）3D3S不知道如何给它定位。

这是同济大学张其林老师开发的，可以计算的结构体系有：轻钢、厂房、多高层结构、空间钢结构、索膜结构等，可以进行中国规范校核。

真是神通广大啊，不过，每个模块都是单独卖的。

个人看来，在国内软件中3D3S算是比较成功的了，至少在商业化方面走到比较靠前。

（3）MST是浙江大学罗尧治开发的，专门用于网架和网壳结构的分析与计算，算是一个专业小软件。

不过在空间结构领域可以使用以下，特别是可以用它来建模，比自己画方便多了。

（4）MTS是同济大学李国强老师开发的，可以认为是针对多高层建筑结构开发的。

在国内也有一定的用户，不过早期听说使用不是很方便，不知道现在改进的如何了。

据介绍，这个软件可以很好的考虑阻尼器的计算，由于没有使用过，所以不是很了解。

（5）同济启明星是同济大学编制的一个软件，用于深基坑、桩基础、边坡稳定、天然地基等，方向是向地下发展的。

很不错，用起来挺方便的，而且目前类似的软件不多。

以上是国内软件的简单介绍，下面对老外的软件进行一下梳理：（6）ETABS、SAP2000、SAFE、PERFORM-3D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。

结构分析设计软件SAP2000和PKPM在钢混结构中的应用分析摘要：本文通过应用结构分析设计软件SAP2000对水泥厂窑头进行计算和分析，阐述了SAP2000在钢混结构设计中的直观性和优越性，同时，结合国内结构分析设计软件PKPM进行了结果对比分析，得出了结构分析设计软件SAP2000在钢混结构设计中的可靠性，为实际工程中的结构有限元分析设计软件的选择提供了一些论证，以便大家在今后的工程中根据结构的具体形式采取更加合理的设计软件。

关键词：结构分析；SAP2000；钢混结构；PKPM绪论结构的有限元法分析是随着计算机模拟技术的发展逐步兴起的，目前国内外的结构分析设计软件很多，在国内应用最多的由中国建筑科学研究院PKPKCAD工程部编制的PKPM系列软件，它在国内设计行业占有绝对优势，在工业与民用建筑中得到了广泛的应用。

它紧跟行业需求和规范更新，不断推陈出新开发出对行业产生巨大影响的软件产品，使国产自主知识产权的软件十几年来一直占据我国结构设计行业应用和技术的主导地位。

而SAP2000是由美国Computer and Structures Inc.（CSI）公司开发和编制的集成化的通用结构分析和设计软件，它可以对建筑结构、工业建筑、桥梁、管道、大坝等不同体系类型的结构分析和设计，也可以根据需要完成世界大多数国家和地区的结构规范设计。

作为国际化的结构分析设计软件，它与国内软件的概念和体系存在着一定的区别[1]。

SAP2000可以给设计者提供一个直观简洁的视图界面，而且还可以在同一界面中进行结构的建模、分析和设计，同时应用计算机高效准确的分析技术和直观完善的数据展示，已经逐步在国内得到了的推广，特别是从事国外工程项目的设计工作，作为国际通用软件的SAP2000可以更加有效的提高我国设计者的水平和效率，增强我国设计行业在国际平台上的竞争力。

同时它还具有强大的荷载定义和结构分析功能，荷载定义包括面荷载、车道荷载、应变荷载、表面压力荷载、孔隙压力荷载、预应力荷载等，结构分析功能包括了模态分析、反应谱分析、屈曲分析、push—over分析及阶段施工分析、非线性动力分析等。

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。

PKPM,SAP2000中的楼板一、PKPM1.刚性楼板在采用楼板平面内无限侧刚假定时，每块刚性楼板有三个公共自由度（u,v,θ），那么刚性楼板内每个节点的独立自由度只剩下3个（θ,θ,ω）了，这样极大的减少了结构整体自由度数，结构分析工作得到了很大程度的简化，从而提高了工作效率，这一有点正是刚性楼板假定能够被广泛接受的重要原因。

在采用刚性楼板假定时，忽略了楼板平面外的刚度，使结构总刚度偏小。

事实上，楼板的面外刚度在某种意义上来讲可以理解为楼面梁的有效翼缘，为此，规范给出了用近似梁刚度放大系数形式来间接地考虑楼板的面外刚度。

对于两侧都与刚性楼板相连的梁，取边梁的刚度放大系数; 对于其他情况的梁（包括不与楼板相连的独立梁和仅与弹性楼板6和弹性楼板3相连的梁），梁刚度不放大。

对于复杂楼板形状的结构工程，如楼板有效宽度较窄的环形楼面或其他有大开洞楼面、有狭长外伸段楼面、局部变窄产生薄弱连接的楼面、连体结构的狭长连接楼面等场合，楼板面内刚度有较大削弱且不均匀，楼板的面内变形会使楼层内抗侧刚度较小的构件的位移和内力加大。

2.弹性楼板6弹性楼板6假定是采用壳单元真实地计算楼板的面内刚度和面外刚度。

从理论上讲，弹性楼板6假定是最符合楼板的实际情况，可以应用与任何工程。

但实际上。

在采用弹性楼板6假定时，部分竖向楼面荷载将通过楼板的面外刚度直接传递给竖向构件，导致梁的弯矩减小，相应的配筋也会减小。

这与采用刚性楼板假定不同，因为采用刚性楼板假定时，所有的竖向楼面荷载都通过梁传递给竖向构件。

这点差异造成采用弹性板6假定和采用刚性楼板假定的梁配筋安全储备不用，而过去所有关于梁的工程经验都是在刚性楼板假定前提下配筋安全储备相对应的。

弹性楼板6假定是针对板柱结构和板柱-抗震墙结构提出的采用弹性楼板6假定进行板柱结构或板柱-抗震墙结构分析时，首先要求在PMCAD交互式建模时，在假定的等待梁位置上，布置截面尺寸为100mm*100mm的矩形截面混凝土虚梁。

结构计算分析软件及选择（Z）近些年，随着电脑的飞速发展，有限元软件的开发也是日新月异。

特别是随着人们对结构分析的精确性和高端性的追求，越来越多的国内外有限元软件被结构工程师所采用。

大致整理了一下，目前国内建筑结构领域使用的计算软件有：PKPM、3D3S、MTS、MST、同济启明星、ETABS、SAP2000、SAFE、PERFORM-3D 、MIDAS、STAAD PRO、ROBOT 、EASY、FORTEN、ANSYS、ABAQUS、NASTRAN、MARC、LS-DYNA等。

其中PKPM、3D3S、MTS、MST、同济启明星属于国内开发的软件，目前使用的也比较普遍，效果也不错；ETABS、SAP2000、SAFE、PERFORM-3D 、MIDAS、STAAD PRO、ROBOT 、ANSYS、ABAQUS、NASTRAN、MARC、LS-DYNA是国外引进的软件，目前在国内使用的也是十分普遍，而且因为一些国人有崇洋媚外的习惯，所以相对来讲国外软件使用的更多，认可度也更高，当然，老外软件的质量起到了关键的作用。

那么这么多软件在实际使用中怎么选择呢？其实，每个软件都有其独到之处，针对计算工程的不同特点，可以选择不同的分析软件，有时候可以起到事半功倍的效果。

下面就谈一下自己的一点拙见：（1）在国内PKPM可以将是葵花宝典级别的。

对于多高层结构特别好用，其最大的优点，也是大家所依赖的就是可以很快的配筋并出图。

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。

早期人们一直都是用PKPM行遍天下，只是后来随着ETABS等国外软件进来后才有人开始对其有些微词。

因为很多人觉得PKPM算起来有问题，比如不同版本算的结果区别啦、不规则结构建模不方便啦等等。

但是只要是做设计的，没有人能离开PKPM的。

（2）3D3S不知道如何给它定位。

这是同济大学张其林老师开发的，可以计算的结构体系有：轻钢、厂房、多高层结构、空间钢结构、索膜结构等，可以进行中国规范校核。

框架结构坡屋面建模与计算模拟分析摘要：随着我国经济水平的提高，坡屋面以其独特美观的屋面形式越来越受到人们的青睐。

本文利用PKPM软件对比平屋面和斜屋面两种建模方案，并用SAP2000建立模型进行对比验证。

研究发现，与简化平屋面模型对比，利用PKPM结构设计软件建立真实的坡屋面模型能够较好地模拟出坡屋面的受力特点，旨在为坡屋面结构计算提供一定的合理化建议。

关键词：框架结构；坡屋面；结构设计；PKPM0 引言坡屋面以其独特的建筑外型、良好的保温防水排水效果和增大室内空间利用率等特点广泛的应用于仿古建筑、现代别墅和高层建筑斜屋面中。

相较于传统坡屋面，现代坡屋面将屋架、檩条系统改为钢筋混凝土屋面板，砼面板外侧附加保温板、防水卷材、彩色瓦片等，相较于平屋面恒荷载较大，活荷载需考虑斜向的风、雪等荷载。

另外屋面骨架通过斜梁、斜板所建立的支撑体系，考虑斜屋面屋脊梁与斜板搭接处、各梁板柱交汇节点处受力复杂，这就会导致屋面结构设计相对困难。

因此，采用什么样的建模方案，如何正确的模拟出坡屋面的受力形式是非常必要的。

1 坡屋面概括坡屋面根据坡面组织排水的不同可以分为单坡屋面、双坡屋面、四坡屋面和多坡屋面。

单坡屋面多用于房屋为外走廊，进深比较小的建筑，双坡屋面及以上多用于建筑立面要求比较丰富的现代别墅或其他建筑屋面等[1]。

图1为本次坡屋面模型的南北剖面图，由屋面彩色瓦片、100mm厚XPS保温板和混凝土结构板组成，斜屋面下设水平吊板。

采用的坡面组织排水方式为四坡屋面排水，由12根斜梁、屋脊梁搭接框架柱所组成的支撑体系搭接而成。

受力形式为板荷载传至梁住，最后到达底部独立基础。

图1 坡屋面南北剖面图2 坡屋面结构建模方案2.1 简化平屋面设计院在进行坡屋面设计时，经常采用的方案就是将坡屋面简化为平屋面。

具体方案就是在坡屋面平均高度处建立标准层，梁板均按照水平布置，楼层高度为坡屋面相连层与坡屋面平均高度之和。

这种建模方案及计算比较简单、省力，但不能够真实的模拟出斜梁、板的受力状态，尤其是忽略了斜板对结构刚度的贡献以及斜梁对结构产生的水平方向的推力，使结构整体偏柔。

Hans Journal of Civil Engineering 土木工程, 2023, 12(3), 339-349 Published Online March 2023 in Hans. https:///journal/hjce https:///10.12677/hjce.2023.123038对复杂结构采用不同软件计算的对比分析夏锋林杭州市建筑设计研究院有限公司，浙江 杭州收稿日期：2023年2月28日；录用日期：2023年3月20日；发布日期：2023年3月30日摘要规范要求复杂结构应采用不少于两个不同的力学模型进行计算分析，本文结合某实际工程，采用YJK 、Etabs 、midas Building 三种软件，分别对其进行了多遇地震作用下的振型分解反应谱法分析，并对计算结果进行比较。

通过对比可得出，针对本工程该三种软件计算得到的各项指标基本接近，但某些指标也存在一定的差异，如振型等，本文同时也分析了引起某些差异的原因，并给出了解决办法。

关键词复杂结构，结构分析软件，振型分解反应谱分析，计算结果比较The Comparison and Analysis of Different Software Calculation of Complex StructuresFenglin XiaHangzhou Architectural Design and Research Institute Co., Ltd., Hangzhou ZhejiangReceived: Feb. 28th , 2023; accepted: Mar. 20th , 2023; published: Mar. 30th, 2023AbstractAccording to the code, no less than two different mechanical models should be used to calculate and analyze complex structures. In this paper, combined with a practical project, the mode decomposition response spectrum under the frequent earthquake is analyzed by using YJK, Etabs and midas Build-ing, and the calculated results are compared. Through the comparison, it can be concluded that the indexes calculated by the three kinds of software in this project are basically similar, but some re-sults are also different in some indexes, such as mode shape, etc., this paper also analyzes the causes of some differences, and gives solutions.夏锋林KeywordsComplex Structures, Structural Analysis Software, Mode Decomposition Response SpectrumAnalysis, Comparison of Calculated Results Array Copyright © 2023 by author(s) and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0)./licenses/by/4.0/1. 引言我国是一个多地震的国家，地震分布广泛，而合理的建筑形体和布置在抗震设计中是头等重要的，建筑设计提倡平、立面简单对称[1]，但随着我国经济和技术的不断发展、城市建设规模的不断扩大，建筑使用功能越来越多元化，建筑师对建筑立面、体型及平面布置的设计也越来越丰富，使得体型复杂、不规则的结构逐渐增多。