1、.,1,復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)分析軟件 PMSAP 黃吉鋒 中國建筑科學(xué)研究院PKPM CAD工程部,.,2,目 錄 0.概述 1.前處理-結(jié)構(gòu)建模 2.力學(xué)分析 2.1) 結(jié)構(gòu)形式適應(yīng)性 2.2) 結(jié)構(gòu)材料適應(yīng)性 2.3) 有限單元庫 2.4) 靜力荷載分析 2.5) 固有振動分析 2.6) 地震反應(yīng)譜分析 2.7) 時程分析 2.8) 非線性功能,.,3,2.9 計算模型處理 2.10 結(jié)構(gòu)優(yōu)化功能 2.11 整體屈曲分析 3.基于規(guī)范的計算、調(diào)整及荷載組合 3.1 基于規(guī)范的計算 3.2 基于規(guī)范的調(diào)整 3.3 基于規(guī)范的荷載組合 4.結(jié)構(gòu)設(shè)計 4.1 混凝土構(gòu)件設(shè)計 4.2 鋼構(gòu)件設(shè)計 4.3

2、組合構(gòu)件設(shè)計,.,4,5.后處理-分析設(shè)計結(jié)果的表達(dá) 5.1 圖形方式輸出 5.2 文本方式輸出 6.施工圖 6.1 梁柱施工圖接口 6.2 剪力墻施工圖接口 7.后續(xù)分析設(shè)計 7.1 基礎(chǔ)JCCAD接口 7.2 鋼結(jié)構(gòu)STS接口 7.3 彈塑性時程分析EPDA接口 7.4 彈塑性靜力分析EPSA接口 8.典型工程舉例,.,5,0、概述 復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件PMSAP是PKPMCAD 工程部繼SATWE之后推出的又一個三維建筑 結(jié)構(gòu)設(shè)計工具。PMSAP與SATWE由不同的開發(fā) 人員獨立完成。PMSAP在程序總體構(gòu)架上具備 通用性，在墻單元、樓板單元的構(gòu)造以及動 力算法方面采用了先進(jìn)的研究成果，

3、具備較 完善的設(shè)計功能。作為同一公司的產(chǎn)品， PMSAP與SATWE的關(guān)系可類比于也是同一公司 產(chǎn)品的SAP2000和ETABS，,.,6,盡管它們的側(cè)重有所不同（PMSAP更多地考慮 各種復(fù)雜情況），但對于多數(shù)建筑結(jié)構(gòu)的分析、 設(shè)計而言，它們的功能是基本相當(dāng)?shù)?。?dāng)復(fù)雜 工程需要兩個或兩個以上軟件做對比計算時， SATWE和PMSAP是合適的選擇。PMSAP與SATWE都 可以與建模軟件PMCAD、STS-1接口，用于對比 計算時可省去多次建模的繁瑣工作，減少建模 出錯機(jī)會，給設(shè)計人員提供了便利。,.,7,一、前處理-建模手段 1、 PMCAD建模 2、 STS-1建模 3、 SPASCAD建

4、模 4、 PMCAD+SPASCAD 聯(lián)合建模 5、 STS-1+SPASCAD 聯(lián)合建模,.,8,6、PMSAP的補(bǔ)充建模 6.1 特殊構(gòu)件: 鉸接桿件,框支柱,轉(zhuǎn)換梁,連梁6.2 彈性樓板：彈性板6,彈性板3,彈性膜 6.2 多塔定義：平面定義,立面查看 6.3 溫度荷載：指定節(jié)點溫度分布 6.4 改節(jié)點高：考慮錯層 6.5 改構(gòu)件抗震等級 : 梁/柱/撐/墻 6.6 改構(gòu)件材料屬性 : 梁/柱/撐/墻 （鋼/砼） 6.7 定義吊車荷載,.,9,二、力學(xué)分析 2.1 結(jié)構(gòu)形式適應(yīng)性 2.2 結(jié)構(gòu)材料適應(yīng)性 2.3 有限單元庫 2.4 靜力荷載分析 2.5 固有振動分析 2.6 地震反應(yīng)譜分

5、析 2.7 時程分析 2.8 非線性功能 2.9 計算模型處理 2.10 結(jié)構(gòu)優(yōu)化,.,10,2.1 結(jié)構(gòu)形式適應(yīng)性 計算核心是有限元通用程序。適用于任意 空間結(jié)構(gòu)。桿件可以在空間任意放置。結(jié)構(gòu)可 分層，樓層是廣義概念，指構(gòu)件的集合。比如 把一棟樓房的首層和三層定義為一個PMSAP樓層 也是可以的。可考慮多塔、錯層、轉(zhuǎn)換層等建筑 上的復(fù)雜情形。,.,11,1,4,3,2,6,5,7,11,9,8,10,19,18,17,16,15,14,13,12,21,20,樓層靈活編號，避免因打斷造成的過矮樓層，樓層位移、樓層剛度等結(jié)果統(tǒng)計更符合規(guī)范,錯 層 結(jié) 構(gòu) 樓 層 編 號,.,12,1,4,3,

6、2,6,5,7,9,10,8,16,15,14,13,12,11,（多塔+錯層）情況的編號,.,13,（多塔+錯層+連體）情況的編號,1,4,3,2,6,5,7,9,10,8,15,14,13,12,11,22,21,20,19,17,18,16,.,14,2.2 結(jié)構(gòu)材料適應(yīng)性 1.混凝土結(jié)構(gòu) 2.鋼結(jié)構(gòu) 3.鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu),.,15,2.3 有限單元庫 1.梁、柱單元 A 等截面、變截面均可 B 可接受二十七種荷載(包括溫度荷載、 預(yù)應(yīng)力荷載) C 容許數(shù)十種規(guī)則截面和異型截面 D 可考慮任意剛域、偏心 E 具有桿端力放松功能 F 可指定桿端方位角，從而可在空間 任意放置,.,16,2

7、.桁桿單元 A 等截面桁桿 B 變截面桁桿 C 用于計算網(wǎng)架、塔架、桁架等 二力桿結(jié)構(gòu),.,17,3. 細(xì)分模型墻元 A 是由四邊形殼元構(gòu)造的子結(jié)構(gòu)式超單元 B 采用廣義協(xié)調(diào)技術(shù)處理墻-墻協(xié)調(diào)。 內(nèi)部網(wǎng)格自動剖分。解決了網(wǎng)格畸變問題 C 允許最小30CM的細(xì)分網(wǎng)格， 可以對墻梁、墻柱做精細(xì)分析。,.,18,4. 簡化模型墻元 簡化殼元模型，用于方案階段快速試算,.,19,5.四邊形殼，三角形殼 A 可接受面內(nèi)、面外六種形式的荷載。 （面外均布，雙線性，集中力，面內(nèi)線 性分布力等） B 位移等值線，應(yīng)力等值線 C 有限元模型： 廣義協(xié)調(diào)薄板元 雜交模式厚薄通用板元 帶旋轉(zhuǎn)自由度膜元 D 用于計算

8、空間殼體，薄殼中厚殼通用 E 將用于筒倉、煙囪、水池等結(jié)構(gòu)計算,.,20,6. 多邊形殼元 A 是由三角殼元構(gòu)造的子結(jié)構(gòu)式超單元 B 主要用于計算樓板、空間殼體 C 薄殼、中厚殼通用 D 適用于凹、凸單連通多邊形 E 最多允許200條邊 F 內(nèi)部網(wǎng)格自動剖分，允許最小30CM的 網(wǎng)格尺寸，可以精細(xì)分析樓板的位移、內(nèi)力 G 給出樓板配筋圖及文件,.,21,對厚板轉(zhuǎn)換層、板柱體系以及普通 樓板的全樓整體式分析與設(shè)計: 在PMSAP中，可以將厚板轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中 的厚板、板柱體系結(jié)構(gòu)中的樓板、或者 一般結(jié)構(gòu)中的樓板進(jìn)行全樓整體式分析 與配筋設(shè)計。樓板的計算結(jié)果同梁、柱、 墻一樣是從整體分析中一次得出,嚴(yán)

9、格考 慮了樓層之間、構(gòu)件之間的耦合作用及 地震作用的CQC組合，精度高，更能保障 設(shè)計的安全性、合理性。該功能在同類 軟件中未見到。,.,22,7. 地基單元 A 溫克爾模型一維線彈簧 B 溫克爾模型二維面彈簧 C 分層總和模型地基單元 D 目前主要用于基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)分析 E擬用于地基、基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)整體分析,.,23,8.罰單元 A 該類單元可使結(jié)構(gòu)自由度之間滿足 指定的線性約束關(guān)系。它主要用于 強(qiáng)制實現(xiàn)單元之間的連續(xù)性。 PMSAP 提供三類罰單元：一般性罰單元，梁 式罰單元，三角形殼式罰單元。 B 用于結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)性修復(fù),.,24,9.集中剛度、集中質(zhì)量、集中荷載單元 10. 三維塊體單元 1

10、1. 螺旋線空間桿 用于螺旋樓梯分析 12. 平面圓弧梁 13. 柱面曲殼,.,25,2.4 靜力荷載分析 1.恒荷載(DL)：一次性加載，施工模擬 2.活荷載(LL,LL2,LL3)：滿布活荷，不利布置 3.風(fēng)荷載(WX,WY,WX1,WY1WX5,WY5) : 自動形成 4.豎向地震(EZ) ：自動形成 5.溫度荷載(TEM)：梁、柱、撐、墻、 樓板均可考慮 6.人防荷載(ADH,ADV) ：可給出墻面外設(shè)計 7.水土壓力(WSP) ：可給出墻面外設(shè)計 8.吊車荷載：考慮多臺吊車預(yù)組合，構(gòu)件設(shè)計,.,26,2.5 固有振動分析 1.側(cè)剛分析方法 GUYAN縮減，適用于糖葫蘆串結(jié)構(gòu) 2.總剛

11、分析方法 MULTI-RITZ向量法，適用于任意復(fù)雜結(jié)構(gòu),.,27,2.6 地震反應(yīng)譜分析 1.常規(guī)地震反應(yīng)譜分析 允許多方向作用（最多12個） (EX,EY,EX1,EY1,EX2,EY2,EX5,EY5) 2.雙向地震扭轉(zhuǎn)效應(yīng) 新增兩個地震工況(EXY,EYX) 3.偶然偏心地震計算 新增四個地震工況(EXP,EXM,EYP,EYM) 4.振型效應(yīng)組合方式 ： CQC,.,28,2.7 時程分析 1.比例阻尼算法 用于常規(guī)結(jié)構(gòu)分析 2.非比例阻尼算法 用于減震結(jié)構(gòu)分析 3.地震波來源：自帶地震波庫與 用戶波相結(jié)合,.,29,2.8 非線性功能 1.P-DELT效應(yīng)分析 2.單向受拉桿件分析

12、：索、鉤 3.單向受壓桿件分析：縫 4.雙模量桿件分析 5.單向受壓線彈簧 ：支護(hù)結(jié)構(gòu)分析,.,30,2.9 計算模型處理 1.剪力墻網(wǎng)格自動細(xì)分（LXmax,LYmax) 2.樓板網(wǎng)格自動細(xì)分 (LXmax) 3.與樓板相鄰的梁的自動細(xì)分(LXmax) 4.與剪力墻相鄰的柱的自動細(xì)分(LYmax) 5.樓層間協(xié)調(diào)性自動修復(fù)，消除懸空墻、懸空柱 6.自動實現(xiàn)梁、樓板和剪力墻的相互協(xié)調(diào)細(xì)分,.,31,細(xì)分墻、細(xì)分樓板、細(xì)分桿件以及 考慮自動相互協(xié)調(diào)帶來的具體的 計算優(yōu)勢 1.轉(zhuǎn)換梁：梁、墻協(xié)調(diào)細(xì)分 2.邊框柱：柱、墻協(xié)調(diào)細(xì)分 3.墻梁(尤其是小跨高比梁)：墻元細(xì)網(wǎng)格 4.厚板轉(zhuǎn)換：板、虛梁、墻協(xié)

13、調(diào)細(xì)分 5.板柱體系：板、虛梁、墻協(xié)調(diào)細(xì)分,.,32,7.整體剛性、分塊剛性、完全彈性等 多種樓板變形假定方式 A 對規(guī)則結(jié)構(gòu)可以對樓面采用整體剛性 或分塊剛性假定； B 對復(fù)雜結(jié)構(gòu)、樓板開大洞的結(jié)構(gòu)可以 指定部分或全體樓板為彈性； C 當(dāng)不采用剛性樓板假定時，PMSAP將對 結(jié)構(gòu)作完全的有限元分析。 D 剛性樓板假定自動搜索形成 E 可以根據(jù)多塔定義強(qiáng)制施加 全樓剛性樓板假定,.,33,2.10 結(jié)構(gòu)優(yōu)化功能 1.二力桿的滿應(yīng)力設(shè)計 A 針對鋼桁架、塔架、網(wǎng)架等二力桿結(jié)構(gòu)。 B 可從型鋼庫自動選擇最優(yōu)截面。 C 考慮關(guān)聯(lián)優(yōu)化。 D 考慮強(qiáng)度、穩(wěn)定驗算 E 考慮長細(xì)比驗算,.,34,2.11

14、結(jié)構(gòu)整體屈曲分析 1.靈活指定屈曲荷載工況 2.給出屈曲模態(tài)、失穩(wěn)臨界荷載,.,35,三、基于規(guī)范的計算、 調(diào)整及荷載組合 1、基于規(guī)范的計算 2、基于規(guī)范的調(diào)整 3、基于規(guī)范的荷載組合,.,36,3.1 基于規(guī)范的計算 1. 各樓層質(zhì)心、剛心和偏心率 2. 各樓層剛度、剛度比 3. 高位轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)樓層剛度比 4. 各樓層地震剪重比 5. 各地震方向有效質(zhì)量系數(shù) 6. 地震（雙向地震）位移、位移比 7. 風(fēng)位移、位移比 8. 整體穩(wěn)定驗算,.,37,9. 抗傾覆驗算 10. 各層框架剪力百分比 11. 各層框架傾覆力矩百分比 12. 風(fēng)荷載作用下結(jié)構(gòu)頂層順風(fēng)向、 橫風(fēng)向加速度。,.,38,3.2

15、 基于規(guī)范的調(diào)整 1 梁端負(fù)彎矩調(diào)幅系數(shù) 2 梁剛度放大系數(shù) 3 梁扭矩折減系數(shù) 4 連梁剛度折減系數(shù) 5 梁設(shè)計彎矩放大系數(shù) 6 框支梁地震內(nèi)力調(diào)整 7 柱地震力0.2Q0調(diào)整 8 框支柱地震力0.02Q0調(diào)整 9 框支柱地震軸力調(diào)整 10 薄弱層地震力1.15放大,.,39,11 樓層最小地震剪力控制 12 梁柱墻的強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎調(diào)整 （組合內(nèi)力調(diào)整） 13 高位轉(zhuǎn)換(=3)框支柱、墻底部加強(qiáng)區(qū) 抗震等級提高1級 14 短肢墻結(jié)構(gòu)中的短肢墻抗震等級提高1級,.,40,3.3 基于規(guī)范的內(nèi)力組合 考慮恒、活、風(fēng)、地震、 溫度、時程、人防、水土壓力， 吊車等荷載,.,41,四、結(jié)構(gòu)設(shè)計 4

16、.1 混凝土構(gòu)件設(shè)計 4.2 鋼構(gòu)件設(shè)計 4.3 組合構(gòu)件設(shè)計,.,42,4.1 混凝土構(gòu)件設(shè)計 1 混凝土梁配筋 2 混凝土柱配筋 3 混凝土斜撐配筋 4 混凝土墻配筋 5 剪力墻邊緣構(gòu)件配筋 6 混凝土樓板配筋* 基于2002混凝土規(guī)范,.,43,4.2 鋼構(gòu)件設(shè)計 1 鋼梁強(qiáng)度、穩(wěn)定驗算 2 鋼柱強(qiáng)度、穩(wěn)定驗算 3 鋼支撐強(qiáng)度、穩(wěn)定驗算 鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范、高鋼規(guī),.,44,4.3 組合構(gòu)件設(shè)計 1 圓鋼管柱(斜撐)驗算 2 方鋼管柱(斜撐)驗算 鋼管混凝土規(guī)程 3 型鋼柱(斜撐)配筋 4 型鋼梁配筋 冶金部標(biāo)準(zhǔn),.,45,五、后處理-結(jié)果表達(dá) 5.1 圖形輸出 5.2 文本輸出,.,46,5.

17、1 圖形輸出 1.結(jié)構(gòu)變形 各靜力工況位移動畫 （+彩色云斑圖） 各地震工況位移動畫 （+彩色云斑圖） 各階固有振型動畫 （+彩色云斑圖） 時程響應(yīng)位移動畫 地震、風(fēng)層間位移簡圖 時程分析層間位移簡圖 梁彈性撓度圖,.,47,2.構(gòu)件內(nèi)力 梁內(nèi)力圖 （+彩色云斑圖） 柱內(nèi)力圖 （+彩色云斑圖） 斜撐內(nèi)力圖 （+彩色云斑圖） 剪力墻內(nèi)力圖 （+彩色云斑圖）,.,48,3. 設(shè)計結(jié)果 梁、柱、斜撐、剪力墻配筋簡圖 剪力墻邊緣構(gòu)件尺寸及配筋簡圖 柱、墻軸壓比簡圖 柱計算長度系數(shù)圖 柱長細(xì)比圖,.,49,4. 結(jié)構(gòu)幾何、材料及荷載的圖形檢查,.,50,5.時程分析結(jié)果 樓層位移圖 層間位移圖 側(cè)向荷載

18、圖 樓層剪力圖 樓層彎矩圖 結(jié)構(gòu)變形動畫 節(jié)點位移時程曲線 地震波圖,.,51,6.轉(zhuǎn)換厚板、彈性樓板結(jié)果 等應(yīng)力線 (彎矩,平面應(yīng)力) 等位移線 (撓度，轉(zhuǎn)角) 有限元網(wǎng)格圖 樓板配筋圖（樓板配筋考慮了正截面抗彎 及偏心受拉情況 ） 應(yīng)力/位移彩色填充圖,.,52,5.2 文本輸出 A.簡單摘要，詳細(xì)摘要 結(jié)構(gòu)總控制參數(shù) 結(jié)構(gòu)材料組成 結(jié)構(gòu)質(zhì)量(重量)分布 各樓層質(zhì)心、剛心和偏心率 各樓層剛度、剛度比 各樓層風(fēng)荷載分布 各樓層地震剪重比 結(jié)構(gòu)周期、振型,.,53,各地震方向有效質(zhì)量系數(shù) 地震位移、位移比 風(fēng)位移、位移比 整體穩(wěn)定驗算 抗傾覆驗算 各層框架剪力百分比 各層框架傾覆力矩百分比 時程分析結(jié)果,.,54,B. 各層梁、柱、支撐、剪力墻配筋文件 PMSAP_PJ.1 PMSAP_PJ.2 PMSAP_PJ.* C. 超筋信息文件 工程名.ORR D. 邊緣構(gòu)件配筋文件 工程名.BMB,.,55,E. 樓板配筋文件 POLY_REI.1 POLY_REI.2 POLY_REI.* F. 桁桿滿應(yīng)力設(shè)計結(jié)果文件 工程名.MUL: 輸出各類截面的 最終選定截面,.,56,G. 梁、柱、墻單項內(nèi)力文件 BEAMF.* COLUF.* SUBWF.* H. 樓板單項內(nèi)力文件 POLYF.*,.,57,六、施工圖接口 6.1 梁柱施工圖接口 6.2