再贴一篇“如何选择高层建筑结构分析软件”

我写这篇文章的时候，PKPM还是DOS版的，所以不一定反应现在的结构软件的特性，过时了！嘻嘻！

如何选择高层建筑结构分析软件

有限元分析的数学方法, 使建筑结构的电算成为可能。在我国建筑行业，越来越多的工程采用了结构分析软件进行设计，提高了设计效率和水平，特别是在高层建筑中，已经成为必须的设计手段。
目前，国内比较成熟、应用比较广泛的结构分析软件，主要是：TBSA（中国建研院高层室）和PKPM（中国建研院PKPM　CAD工程部）。其中TBSA常与PIEMCAD搭配使用，而PKPM从砖混、框架、剪立墙到基础，自成一套完整的体系，两者各有千秋。除此之外，最近几年国内又出现了：TUS/ADBW（清华大学）、BSSAD（浙江省建筑设计研究院）、ETS4（中国建研院计算中心）； 国外还有：SUPPER　SAP（美国AIS公司）、SAP 90（美国加州大学）、STAND　Ⅲ（REI公司）等结构分析软件。
　　
一、高层结构分析软件数学模型（仅对楼板、剪力墙而言)及其计算差别：
　　现有高层建筑结构分析软件中，对剪力墙和楼板的模型化假定是关键，它直接决定了高层结构分析模型的科学性，同时也决定了分析软件的精度和可信度。近年来，国内外在高层建筑分析与设计中，对于剪力墙，应用较多的分析模型
主要有三种：
１、薄壁杆件模型
　　这种模型以薄壁杆单元模拟工程中的剪力墙，其代表性的软件有：TAT(中国建研院PKPM CAD工程部)，TBSA(中国建研院高层室)等。薄壁杆件分开口和闭口两类。TAT及TBSA均采用开口薄壁杆件模型。其基本假定为：(1) 在小变形条件下，杆件截面外形轮廓线在其自身平面内保持刚性，即不变形；在出平面方向(杆轴方向)可以翘曲。(2) 杆件平面上的剪应变为零，即认为相交于某点的母线与外轮廓线变形后仍保持相互垂直关系。这种模型的优点是自由度少，分析效率高，在普通微机上即可完成多、高层结构的分析和设计。但薄壁杆件模型也存在明显的缺陷：(1) 薄壁杆件两条基本假定的限制，由于第一条假定的限制，以薄壁杆件理论为基础研制的软件不能考虑楼板的弹性变形的影响，而只能采用楼板平面内无限刚假定；第二条假定忽略了剪切变形影响。对于复杂连接的剪力墙，高估了其刚度。(2) 用连梁单元模拟上下层剪力墙洞口间的部分，并用刚臂把连梁单元与薄壁杆件的形心或剪心连接起来，这样的结构模型与结构原形相差甚远，造成连梁单元内力严重失真。(3)当剪力墙连接复杂，洞口不对齐，有较大集中荷载等情况存在时，不满足薄壁杆件理论的基本假定及几何要求，用TAT、TBSA 分析时会有一定的误差。工程应用表明：对于高度较大，结构布置，特别是剪力墙布置比较规则的结构，薄壁杆模型是比较理想的，精度足以满足工程设计要求，但对高度较低或结构布置比较复杂的结构，薄壁杆件模型不理想。
２、板-梁墙元模型
这种模型以膜元或壳元，边柱和层间处刚性梁模拟层高范围内的一片剪力墙，其代表性软件有：ETABS(美国加州大学)，TUS/ADBW(清华大学)，BSSAD(浙江省建筑设计院 ) ，ETS4(中国建研院计算中心)等，这种模型把无洞口或有较小洞口的一片剪力墙化为一个单元，把有较大洞口的一片剪力墙化为一个由板单元和连系梁组成的板-梁体系。板-梁墙元的引进使剪力墙的几何描述和前处理得到简化，避免了剪力墙单元的划分，使得自由度数有所减少，分析效率也得到提高。这种模型的缺陷表现在：(1)板-梁墙元模型是按“柱线”把剪力墙划分成一个个板单元的，为变形协调，“柱线”从上至下应对齐，贯通，但当剪力墙洞口不对齐(不等宽)，各层与剪力墙搭接的梁平面有变化时，将导致“柱线”又密又多，增加了许多板单元，使板单元又细又长，刚度奇异，使结果失真。(2)用梁单元模拟洞口部分的剪力墙， 削弱了剪力墙原型的变形协调关系，使分析结果偏差。
３、壳元墙元模型
即用空间壳元或在壳元基础上经静力凝聚而成的超单元--墙元模拟剪力墙，其代表性软件有：SUPER SAP(美国 AIS公司)，SAP90(美国加州大学) STANDIII(REI公司)及SATWE(中国建研院PKPM CAD工程部)等，由于剪力墙既承受水平荷载作用，又承受竖向荷载作用，而它本身既有平面内刚度，又有平面外刚度，故从有限元目前的发展水平来看，用壳元模拟剪力墙是比较切合实际的，上述软件中除SATWE 外均为优秀的结构通用有限元分析软件，但由于它们前处理功能弱(数据交互图形输入功能差，剪力墙单元自动划分难度大)，后处理功能也不够(难以考虑建筑结构专业特点)，难以让广大结构设计人员接受。为克服上面壳元模型中剪力墙单元划分的困难，PKPM CAD工程部在研制高层建筑结构空间有限元分析软件SATWE过程中，引进了SAP84的墙元概念，创建了通过墙元(壳元墙元)（注一）在四节点等参平面薄壳单元的基础上凝聚而成的，这不仅简化了剪力墙的几何描述，解决了剪力墙单元自动划分问题，而且通过子结构技术，减少了结构总自由度数，提高了分析效率，从而确保了SATWE