PKPM与Midas Building结构计算结果的比较.doc

PKPM与Midas Building结构计算结果的比较 　　[摘要] 本文分别用PKPM与Midas Building对5个平面和立面均规则的建筑进行了结构计算。比较了计算出来的质量，周期，风力，地震力，最大层间位移角及其结果差异的大小，最后分析了计算结果差异产生的原因。 　　[关键词] PKPM；Midas Building；结构设计；计算误差 　　1. 引言 　　PKPM是国内建筑设计行业使用最普遍的软件，Midas Building也算是国内主流的建筑结构设计软件中比较有名的一个，由于其界面友好，使用方便，受到了越来越多的中国建筑设计人员的认可。有建筑结构设计者发现，用这两种结构计算软件会得出不一样的结果。但是到底这种结果的不一致性多大以内是可以接受的范围还没有定论。不少人就以工程精度10%以内即可认为两者是相等的概念为准。事实上，产生这种误差的原因有三个方面，数值计算精度差异，参数的差异和人工输入误差。数值计算精度的差异非常的小，通常不会超过百万分之一。软件内部参数设置的差异和人工输入误差通常是造成明显计算结果差异的原因。使用某软件做设计之前充分了解的该软件内部参数设置所产生的特性是很有必要的。 　　本文主要比较两个软件计算出来的质量，周期，风力，地震力及最大层间位移角（不讨论如配筋这样的详细指标）。 　　2. 模型说明 　　为了比较PKPM和Midas Building这两个结构计算软件，这里设计了5个平面简单，两轴对称（除了次梁分布以外）的建筑（图 1），其中4层，8层，16层这三个建筑为纯框架结构，30层，45层的这两个建筑为框架-核心筒结构。由于这5个建筑模型仅仅是用于对比PKPM和Midas Building的计算结果差异，所以为了简便，这5栋楼的宽度均设为28.8米。平面x，y轴方向均为4跨每跨7.2米的对称平面。而且首层层高跟其他层层高相同，均为4米。框架-核心筒结构的核心筒宽度为14.4米。为了简便，筒体上没有开洞，没有连梁。楼板厚度均设为120mm。加在楼板上的恒荷载（除了楼板自重）和活荷载的标准值分别设为3kN/m2和2kN/m2。这5个结构不考虑地下室，嵌固端在首层的柱脚位置。这5个建筑模型的具体参数在表 1总结。 　　这5个建筑都被假设建在广东深圳，设计地震分组为第一组，地震烈度7度（0.1g），场地类别设为二类。周期折减系数和计算的振型数如表 1所示。修正后基本风压为0.75kN/m2。地面粗糙度类别设为B类。计算风荷载时使用的周期是由特征值分析计算得出。荷载的加载方式为一次性加载，不考虑施工过程的影响。由于这5个建筑的刚重比均大于2.7，所以重力二阶效应没有考虑。 　　这5个建筑分别用PKPM和Midas Building建模。对比软件时需要保持模型的一致性，所以这两个软件建模时使用了以下的共同的参数设置：1. 完全相同的材料和构件尺寸；2. 不去除梁柱节点处重叠部分反复计算的质量；3. 每层均采用刚性板假定； 4. 相同的剪力墙和楼板平面单元的网格分割尺寸；5. 特征值分析时均采用子空间迭代法，取相同的振型数量；6. 相同的各种荷载设定参数。 　　3. 结构分析 　　图 2（a）（c） 分别表示的是两个软件计算出的各个建筑的总质量和第一振型的自振周期（每栋楼的第一振型均为y方向（图 1）的平动方向），而图 2 （b）（d）表示的是它们的差异。差异由式（RPKPM-RMidas）/ RMidas计算得出，其中RPKPM与RMidas分别代表PKPM和Midas Building计算的结果。图 2中的横轴表示的是楼的总层数。由图 2（a）（b）可以看出，PKPM和Midas Building的总质量的差异非常小，而且无论是哪栋建筑这个差异都是一致的（-1.94%）。这个恒定的差异是两个软件对重力加速度取值不同而造成的。PKPM和Midas对重力加速度的取值分别为10m/s2和9.806m/s2。而PKPM和Midas计算出来的质量比恰好就是0.9806。 　　由图 2 （c）可见，两个软件计算出的30层和45层的框筒结构的周期差异比较小，结果几乎是重叠的，其差异小于1%（图 2 （d）），而4，8和16层这三个框架结构的差异相对较大，最大达到8.2%（图 2 （d））。 　　图 3左列和右列分别表示的是两个软件计算出的作用在结构上（图 1的y方向）的风力和地震力。根据左列的5张图可以发现，风力总体比较接近，尤其是在楼层上部。在16，30和45层建筑的中下部，由于PKPM跟Midas用的计算顺风向风振系数βz的结构第1阶振型系数Φ1（z）（文献[1] ）不一样，PKPM的风力略微高于Midas的，层风力最多高18.8%。而4层和8层的结构由于不用考虑顺风向风振