结构及幕墙设计计算软件选用指南

建筑及外围护结构幕墙设计计算软件选用指南

1 结构设计计算软件

结构设计软件是指工程、幕墙设计人员进行复杂结构设计时所必须应用的设计计算工具，也是确保设计质量、安全、经济和提高设计效率的一种现代化必备工具。

2 结构设计计算软件的选用原则

2．1 结构分析是采用二维还是采用三维计算。二维为平面计算，三维为空间计算。在三维计算时是空间铰接杆还是空间刚接杆。空间铰接为二力杆系适用于网架，空间刚接为弯、压、剪杆适用于刚架。总之软件的选用应从力学概念和工程经验加以分析判断。

2．2 设计软件的适用范围，是多层还是高层，是框架还是厂房排架，是混凝土结构还是钢结构，是单纯的计算还是带有CAD绘图等。每个设计软件都有它的特点、功能、还有它的解题能力的范围。

2．3 注意设计软件的应用平台，是Windows还是MS-DOS系统，在Windows下，要注意是Windows98还是Windows2000，选用的软件是否符合自己的使用机型和功能要求。

2．4 注意设计软件是网络版还是单机版。网络版适用于单位的计算机联网系统，而单机版只适用于单台计算机的个人使用。

2．5 设计软件的前处理功能，是CAD建模还是自研制的图形平台建模。要十分注意软件前处理的包装、界面、易操作性和易编辑效果。设计软件的后处理功能，有无多种工况的最不利组合，混凝土截面的配筋，钢结构应力验算，柱子的轴压比，有无计算结果的云图形、表格自动生成输出和归档的必需文件。

2．6 应考察设计软件的开发单位（或公司）的综合能力，素质修养，软件的鉴定和实际工程应用年限，成熟程度，还应了解对设计软件的维护和升版能力。

2．7 有针对性的选择软件产品，属于多层平面框架，交叉梁的决不选择高层空间程序计算而把问题复杂化；反之属于复杂的高层结构决不能用简化的平面程序去解法。

2．8 考察结构计算软件，应以符合国家现行规范的原则为前提，即那些规范公式程序已考虑，那些规范公式程序未考虑。选择软件时还要着重考虑该软件产品前后处理图形的输出功能是否满足设计与审查的需求，能否给设计人员有一种完整、清晰、归档的图形效果。

3 各种结构类型选用设计计算软件的选用指南

3．1 二维平面框架

限多层以下及平面规则时可选PK（建研院），Strat(同济大学)，PESCAD（机械院），MC/Q2005门窗幕墙设计管理有限元(中建机械司设计所)等，这些设计软件是采用切榀二维平面框架计算的，有静动力分析和最不利内力组合。

3．2 二维平面排架

限单层工业厂房有多台吊车，可选用PK（建研院），PESCAD（机械院）, MC/Q2005门窗幕墙设计管理有限元(中建机械司设计所)等程序，这些程序有多台吊车的最不利组合，多跨地震力计算，以及斜腹杆，平腹杆柱的内力组合与配筋计算。

3．3 网架

国内应用较多较好的网架(三维)计算程序和带有CAD绘图的软件有：MSTCAD（浙江大学），MSGS（建研院），MC/Q2005门窗幕墙设计管理有限元(中建机械司设计所) ，海军工程局等编制的网架程序。

3．4 地基

国内应用较多较好的软件有，理工地基设计软件，建研院地基所的MFD软件，建研院结构所的TBSA-F软件等。选用时应注意文克尔、弹性半空间和分层地基的计算模型，应注意有无地基沉降量计算的功能，选择既要适用又要合理的地在软件。

3．5 高层

国内可选用的软件较多，有薄壁杆型的TBSA（建研院）、TAT（建研院）、适用于平面较规则且剪力墙较细长的结构。有基于有限元模型的ETABS、SAP2000（CSI与标准院），空间杆-改进型墙板元的TUS（清华大学），板壳元模型的SAP84（北京大学）、SATWE（建研院）、TBSAP（建研院）、Strat（同济大学）、MC/Q2005门窗幕墙设计管理有限元(中建机械司设计所)等，板壳元模型的软件应用于非规则的复杂的高层建筑。从高层结构的受力分析的合理性考虑，有限元板和壳元模型优于薄壁杆型的模型。

3.6 平面交叉梁、连续梁、楼板

可选用SAFE（CSI与标准院）、PKPM（建研院）软件、选用理工设计工具箱（理工设计软件所），Strat软件、MC/Q2005门窗幕墙设计管理有限元(中建机械司设计所)等。

3.7 钢结构：

多层与高层钢结构可选用ETABS、SAP2000（CSI与标准院）、MTS（同济大学）、TAT （建研院）、等。复杂钢结构可选用SAP84（北京大学）、Strat（同济大学）MAS（农机院）、PDSOFT（中科辅龙公司）等。工业厂房钢结构可选用PS2000（冶研院）、STS（建研院）、3D3S（同济大学）、MC/Q2005门窗幕墙设计管理有限元(中建机械司设计所)等。钢结构设计软件的选用应多从CAD绘图方面的功能优越性考虑。

3.8 复杂结构应采用不少于两个不同力学模型的程序进行分析，并对其计算结果作正确性校核：

1）柱、墙计算轴力Ni基本符合柱、墙受荷面积Ai的近似重力：Ni=q[$#8226]Ai 框架结构：q=12~14kN/m2 框剪结构：q=13~15kN/m2 剪力墙结构：q=14~16kN/m2

2）自振周期范围：

框架结构：T1=（0.10-0.15）n 框剪结构：T1=（0.06-0.12）n

剪力墙结构：T1=（0.04-0.06）n

各自振周期的相互关系：T2=（1/3~1/5）T1 T3=（1/5~1/7）T1

n 是结构计算的总层数

3）振型曲线的合理：T1振型无零点；T2振型在（0.7~0.8）H处有一零点；T3振型在（0.4~0.5）H及（0.8~0.9）H处各有两个零点。H为结构计算的总高度。

4）合理的地震力：结构布置都较正常的结构，其底部剪力大致在下述范围内：

V0=(0.015~0.03)G(7°Ⅱ类场地土) V0=(0.03~0.06)G(8°Ⅱ类场地土)

V0=(0.09~0.13)G(9°Ⅱ类场地土)

V0为结构底部剪力G 为结构总重量

5）内外力平衡：静力作用下：∑Ni=G 风力作用下：∑Vi=∑p

Ni=为底层柱、墙在静力作用下轴向力Vi=为底层柱、墙在风载作用下的剪力

∑p为作用于结构上的全部风载. 地震力不能校核平衡，因为各振型内力经SRSS和CQC组合后，不再等于总地震水平作用力。

6）对称性

对称结构在对称外力作用下，其对称点的内力与位移必须是对称的。

7）渐变性

竖向刚度，质量变化较均匀的结构，在较均匀变化的外力作用下，其内力、位移等计算结果自上而下地均匀变化，不应有大正大负，大出大进的突变现象。

8）截面设计的合理性

设计较正常的结构，一般而言不应有太多的超限截面，基本规律为：柱、墙的轴向设计值绝大部分为压力；柱、墙大部分为构造配筋；除个别墙段外，大部分剪力墙符合截面抗剪要求；梁截面绝大部分满足抗剪及抗扭要求。