PKPM模型转MIDAS使用说明

       
PKPM 模型转 MIDAS/GEN 使用说明及技术 条件 
               
建研科技股份有限公司  中国建筑科学研究院    设计软件事业部  （PKPM CAD 工程部） 
2014 年 7 月   


 
目录
第 1 章  程序使用说明 .............................................................................................................  4  1.1 试用程序安装与运行 .....................................................................................................  4  1.2 运行界面说明 .................................................................................................................  4  1.3 技术条件 .........................................................................................................................  6  1.4 生成步骤 .........................................................................................................................  6  第 2 章  转换模型中的技术条件细节 .....................................................................................  7  2.1 材料 ................................................................................................................................. 7  2.2 截面 ................................................................................................................................. 8  2.2.1 截面第 1 类转换方法 ..............................................................................................  8  2.2.2 截面第 2 类转换方法 ............................................................................................  10  2.2.3 墙板截面 ................................................................................................................  11  2.3 形成三维模型 ...............................................................................................................  11  2.4 层处理 ...........................................................................................................................  13  2.5 构件偏心处理 ...............................................................................................................  13  2.6 构件对齐关系 ...............................................................................................................  14  2.7 墙、墙洞及墙中间点处理 ...........................................................................................  14  2.8 弧梁弧墙 .......................................................................................................................  16  2.9 墙板属性处理 ...............................................................................................................  16  2.11 墙板剖分及协调关系 .................................................................................................  17  2.12 刚度系数 .....................................................................................................................  17  2.13 回填土约束 .................................................................................................................  18  2.14    P‐Δ效应 ...................................................................................................................  19  2.15 地震作用 .....................................................................................................................  19  2.16 恒活荷 .........................................................................................................................  21  第 3 章  实例对比 ...................................................................................................................  21  3.1 例题 1 ............................................................................................................................  21 
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3.2 例题 2 ............................................................................................................................  22  3.3 例题 3 ............................................................................................................................  23  3.4 例题 4 ............................................................................................................................  24   
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第 1 章  程序使用说明 
1.1 试用程序安装与运行
可以在结构子菜单下找到接口软件项，运行主界面如图 1‐1 所示：   
  图 1‐1    程序主界面 
运行界面的下侧，可以设定“当前工作目录” ，生成的计算书、图形文件都 是存放在设定的当前工作目录内。

   
1.2 运行界面说明
运行界面如图 1‐2 所示。

 
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  图 1‐2 程序运行界面 
PKPM 转 MIDAS 程序的开发思路是：尽力采用和 PKPM 计算程序(SATWE)相 同的力学模型处理方式和技术条件，采用和 SATWE 相同的前处理模块，以保证 对比分析前提的一致性；同时简化操作层面，方便用户使用。

    转换程序针对 MIDAS/GEN8.0 版本编制产生.mgt 文件。

    导入时 MIDAS 中采用 KN、M 为单位。

    目前程序提供了 SATWE 模型到 MIDAS 模型的转换  ，如图 1‐3 所示。

转换方 式说明如表 1‐1 所示。

 
  图 1‐3 转换形式    表 1‐1 转换形式说明  SATWE  MIDAS 
偏心方式采用 PMCAD 原始构件偏心，导荷处理上和 SATWE 采用相同的处 墙梁柱划分 理流程， 计算条件更一致。

同时此方式尽力模拟用户的建模习惯， 对 SATWE 方式  中墙梁柱处理为 MIDAS 中的墙和杆系梁。

方便修改同时计算速度快。

 
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细分单元方 读取 SATWE 细分单元，力求分析模型的一致性。

(暂未开放)  式 
 
图 1‐4 两种转换方式 
 
模型用途分为计算地震作用模型和静力计算模型，如图 1‐4 所示。

由于 在计算地震作用时，需要对连梁刚度进行折减，而在静力计算时不折，MIDAS 不像 SATWE 中会自动打包处理两种情况，所以需要独立生成两种模型；另如果 需要做强制刚性楼板假定分析，请在 SATWE 中勾选并重新生成模型。

 
 
图 1‐5 模型用途设置 
 
1.3 技术条件
墙顶增加虚梁以近似模拟 SATWE 中的罚单元作用，由于 MIDAS/GEN 中没有 SATWE 中罚单元的概念， 程序采用增加大刚度虚梁的方式来近似模拟， 经测试对 部分结构勾选后周期更接近 SATWE，默认不勾选；      (更深入的说明请参考后面的技术条件细节) 
  图 1‐6 近似罚单元参数设置 
1.4 生成步骤
第一步，由 SATWE 数据生成供转换程序使用的中间文件，同时生成 spascad 可识别的.sps 文件，可以在 spas 中直接打开，方便进一步校核。

  第二步，生成 MIDAS/GEN 模型文件.mgt，参数设置如图 1‐6 所示。

 
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  图 1‐7    转换生成步骤 
第 2 章  转换模型中的技术条件细节 
2.1 材料
转换程序直接读取 SATWE 构件上定义的最终材料属性。

和 SATWE 相同的， 根据《砼规》及《钢规》在 MIDAS 中填写弹性模量等材料属性。

 
  图 2‐1 MIDAS 中材料定义 
需要注意的是，由于转换程序力求计算条件和 SATWE 一致，构件自重以荷 载的形式自动计算并加载在构件上，所以材料的密度重度清 0，即不自动计算。

根据 MIDAS 的技术条件，此时不能直接选择规范材料，分析阶段没有任何影响， 而如果要正常设计，需要在设计菜单下，将材料改回规范材料，由于 MIDAS 分 析和设计程序独立，此改动不影响分析。

 
  图 2‐2 MIDAS 中的自定义材料 
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2.2 截面
程序能转换所有 PMCAD 和 STS 中定义的梁柱撑截面类型，如图 2‐3 所示。

 
  (a)PMCAD 截面类型                                      (b)STS 截面类型        图 2‐3 PKPM 中截面类型 
  
2.2.1 截面第 1 类转换方法  第一类转换是通过普通截面和组合截面直接支持，如图 2‐3 所示。

 
  (a)普通截面转换                                                        (b)组合截面转换    图 2‐3 第一类转换 
图 2‐4,2‐5 列出了能在 MIDAS 中直接支持的截面类型。

 
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     图 2‐4 在 MIDAS 中普通截面直接支持类型 
 
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  图 2‐5 在 MIDAS 中组合截面直接支持类型   
2.2.2 截面第 2 类转换方法  对于其他类型截面，和 PKPM 中有但 MIDAS 中不能直接实现的截面类型， 转换程序自动计算截面特性，并用 MIDAS 任意截面类型来支持。

从而实现任意 工程特别是钢结构工程中截面的转换，如图 2‐6 所示。

 
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  图 2‐6  任意截面转换参数设置   
2.2.3 墙板截面  墙板截面，读取 SATWE 中的墙厚板厚。

墙属性设置如图 2‐7 所示，墙板属 性处理部分。

 
  图 2‐7 MIDAS 中墙截面定义 
2.3 形成三维模型
转换程序直接采用 SATWE 前处理模型生成模块，保证模型生成条件的高度 一致性。

在 MIDAS 转换接口中，同时集成了 SATWE 特殊构件定义前处理模块， 各个版本的 SATWE 模型可以直接转换，而不需要先在当前版本执行 SATWE 生成 数据了，在第一步同时生成 spascad 模型方便校验，也可直接接力 PMSAP 计算， 如图 2‐9、图 2‐10 所示。

 
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  2‐8  与 SATWE 一致的前处理模块(包含特殊构件定义处理模块) 
  2‐9  生成 SPASCAD 模型   
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2.4 层处理
MIDAS 没有明确的楼层概念， 仅作用于数据的统计及部分和楼层概念有关的 计算，程序直接读取 PMCAD 自然层设置。

值得注意的是，转换程序并没有使用 MIDAS 层的刚性楼板假定概念，而是使用一种更便捷的方式来处理。

 
  2‐10    转换中的层概念 
2.5 构件偏心处理
表 2‐1    构件偏心处理方式  转换形式  说明 
为了保证能使尽量多的 SATWE 墙转换成 MIDAS 墙， 并没有采用 SATWE 的偏心处理方式，即先挪节点再做矩阵变换，而是直接 墙梁柱划分 采用了 PMCAD 定义的构件局部系偏心，然后利用 MIDAS 中的 方式  整体系梁端刚域概念来设置偏心。

没有采用截面偏心以避免截 面类型过多的问题。

  图 2‐11 给出了采用墙梁柱划分方式时的偏心处理方法和 MIDAS 实现过程及 参数设置。

 
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  图 2‐11    墙梁柱划分方式偏心处理方法和 MIDAS 实现 
2.6 构件对齐关系
SATWE 中， 梁和板与柱墙连接定位点对齐关系， 默认都在中心线位置(PMCAD 中显示为梁板顶部对齐,实际计算模型为中心对齐)， MIDAS 相同， 如图 2‐12 所示。

 
  2‐12 MIDAS 构件对齐关系 
2.7 墙、墙洞及墙中间点处理
MIDAS 对墙的几何形式有严格的限制，要求墙在两层之间，并且是严格的矩 形。

因此 SATWE 的墙有中间节点的情况，是不直接支持的，并且由于建模的精 度问题，有相当比例的不能直接转换为 MIDAS 墙，为此程序做了一系列内部处 理，提高墙的转换率。

 
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2‐13  对墙的特殊处理及转换效果   
MIDAS 不直接支持开洞墙方式模型，转换程序对此情况作了处理：墙梁柱划 分方式时，开洞墙按墙梁墙柱划分，并将墙梁转换为梁单元，梁单元考虑了上下 层墙梁的总高。

由于开洞产生的墙梁两端中间节点，自动合并入刚性楼板进行约 束(如果有 
  2‐14 墙洞及墙中间点处理方式 
经大量工程测试，此方式可以保证结构的各阵型周期精度。

 
  2‐15 MIDAS 墙梁柱划分方式和 SATWE 对比测试   
 
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2.8 弧梁弧墙
目前转换程序将弧梁弧墙直接拉通，对于多数弧度较小、半径较大的弧，这 种处理影响不大。

对于个别半径小而且弧度大的弧梁墙，可以在 PMCAD 中在弧 线网格上增加中间点的方式来离散。

 
2.9 墙板属性处理
转换程序对 PMCAD/SATWE 中不同属性的墙板做了处理，如表 2‐2 和图 2‐17 所示。

 
表 2‐2  墙板的转换形式  墙板形式  墙  平板刚性板  平板弹性膜/板  斜板  转换说明  转为墙，开洞墙划分为梁/墙柱。

  读取 SATWE 主区域信息，形成刚性连接，同时删除板，以降低自 由度提高计算速度。

  转为膜/板。

  转为板。

 
  图 2‐16      弹性膜属性处理示意图 
  图 2‐17      刚性板属性处理示意图 
 
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2.11 墙板剖分及协调关系
SATWE 在墙板剖分时考虑了出口节点的影响，这与 MIDAS 的技术条件有所 不同，另外还有 MIDAS 中划分墙梁墙柱后还会产生协调关系问题。

  根据 MIDAS 的技术条件，墙不涉及细分问题，板(包括 SATWE 中的弹性板、 弹性膜)始终为基本的壳单元， 刚性板在 MIDAS 中删除， 以刚性连接的形式处理。

  因此转换程序中采用墙梁柱划分方式时， SATWE 有出口节点的墙自动划分为 多块，并且程序将这些点自动考虑到刚性连接中(如果有)。

保留 SATWE 中的弹性 板、弹性膜，并转换到 MIDAS，另外不能转为 MIDAS 墙的 SATWE 墙也转换为板， 这些板需要用户手工细分。

 
  图 2‐18 墙的出口节点处理及板划分 
 
 
对于细分单元方式，程序直接读取了 SATWE 的细分模型，并将墙和板都处 理为 MIDAS 中的壳单元，保证构件的协调关系。

 
   图 2‐19      细分单元方式的协调 
 
2.12 刚度系数
MIDAS 读取了 SATWE 的梁刚度系数及墙梁折减系数，并通过 MIDAS 的截面
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特性值设置，如表 2‐3 所示。

 
  表 2‐3    刚度系数设置对比  SATWE  框架梁中梁刚度放大系数  梁方式的连梁刚度折减系数  墙梁刚度折减系数  说明  读取 SATWE 参数(可考虑 02 规范和 10 规范设置方法)。

  地震作用模型：读取 SATWE 参数。

  静力计算模型：  设置为 1。

  地震作用模型：读取 SATWE 参数。

  静力计算模型：  设置为 1。

 
  图 2‐20      刚度系数 
2.13 回填土约束
读取 SATWE 中的 m 值，根据挡土面积算出各层回填土总弹簧刚度，再平均 分到每个节点上。

采用这种方式而不是在刚性隔板形心上加弹簧，可以更好的适 应 1.3 版本后的 SATWE 地下室不采用强刚的计算模型。

   
  图 2‐21  回填土约束参数 
 
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2.14 P‐Δ效应
读取 SATWE 中的 P‐Δ效应设置，如图 2‐22 所示。

   
  图 2‐22 P‐Δ效应设置 
2.15 地震作用
根据 SATWE 设置的 Amax,地震烈度，Tg，周期折减系数，阻尼比，振型数等， 直接在 MIDAS 中设置频谱数据。

并设置 EX,EY 工况。

 
  图 2‐23 MIDAS 中地震参数设置 
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  图 2‐24  设置 EX,EY 两个反应谱工况 
 
转换程序设置 MIDAS 的质量源来自荷载，即恒活荷。

因为 SATWE 的重力加 速度值取的是 10，所以 MIDAS 中也设为 10 ,以保证计算地震作用的质量一致。

  默认只包含侧向质量，与 SATWE 水平地震作用条件一致。

 
  图 2‐26 荷载转换质量参数定义 
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2.16恒活荷
转换程序目前可以读取PMCAD的恒活荷，转换方法如表2‐4和图2‐27所示。

直接读取PMCAD导算荷载，和用户指定点荷载和线荷载。

为了与SATWE一致，构件自重直接按恒载的方式布置，并设置构件密度和重度为0。

表2‐4 恒活荷载转换形式
构件自重 转换荷载形式
柱、撑 柱撑顶集中力。

梁 梁上均布线荷载。

墙 增加墙顶压力荷载。

板 读取PMCAD导荷荷载(勾选了自动计算楼板自重)。

地震作用的质量由恒活荷倒算。

图2‐27 恒活荷载转换形式
第3章 实例对比
3.1例题1
框架结构，14层，1层地下室，设防烈度6，结构模型简图如3‐1所示，对比结果如表3‐1所示。

图3‐1 例题1结构模型简图
表3‐1 例题1结果对比
3.2例题2
框剪结构，26层，设防烈度7，结构模型简图如3‐2所示，对比结果如表3‐2所示。

图3‐2 例题2结构模型简图
3.3例题3
框筒结构，44层，4层地下室，设防烈度7，结构模型简图如3‐3所示，对比结果如表3‐3所示。

图3‐3 例题3结构模型简图
3.4例题4
剪力墙结构，30层，2层地下室，设防烈度8，结构模型简图如3‐4所示，对比结果如表3‐4所示。

图3‐4 例题结构模型简图
表3‐4 例题4结果对比。