复杂空间构造分析软件 PMSAP 黄吉锋 中国建筑科学研讨院PKPM CAD工程部 目 录0.概述1.前处置-构造建模2.力学分析 2.1) 构造方式顺应性 2.2) 构造资料顺应性 2.3) 有限单元库 2.4) 静力荷载分析 2.5) 固有振动分析 2.6) 地震反响谱分析 2.7) 时程分析 2.8) 非线性功能 2.9 计算模型处置 2.10 构造优化功能 2.11 整体屈曲分析 3.基于规范的计算、调整及荷载组合 3.1 基于规范的计算 3.2 基于规范的调整 3.3 基于规范的荷载组合4.构造设计 4.1 混凝土构件设计 4.2 钢构件设计 4.3 组合构件设计5.后处置-分析设计结果的表达 5.1 图形方式输出 5.2 文本方式输出6.施工图 6.1 梁柱施工图接口 6.2 剪力墙施工图接口7.后续分析设计 7.1 根底JCCAD接口 7.2 钢构造STS接口 7.3 弹塑性时程分析EPDA接口 7.4 弹塑性静力分析EPSA接口8.典型工程举例 0 0、概述、概述 复杂空间构造设计软件复杂空间构造设计软件PMSAPPMSAP是是PKPMCADPKPMCAD工程部继工程部继SATWESATWE之后推出的又一个三维建筑之后推出的又一个三维建筑构造设计工具。构造设计工具。PMSAPPMSAP与与SATWESATWE由不同的开发由不同的开发人员独立完成。人员独立完成。PMSAPPMSAP在程序总体构架上具备在程序总体构架上具备通用性，在墙单元、楼板单元的构造以及动通用性，在墙单元、楼板单元的构造以及动力算法方面采用了先进的研讨成果，具备较力算法方面采用了先进的研讨成果，具备较完善的设计功能。作为同一公司的产品，完善的设计功能。作为同一公司的产品，PMSAPPMSAP与与SATWESATWE的关系可类比于也是同一公司的关系可类比于也是同一公司产品的产品的SAP2000SAP2000和和ETABSETABS，虽然它们的偏重有所不同PMSAP更多地思索各种复杂情况，但对于多数建筑构造的分析、设计而言，它们的功能是根本相当的。当复杂工程需求两个或两个以上软件做对比计算时，SATWE和PMSAP是适宜的选择。PMSAP与SATWE都可以与建模软件PMCAD、STS-1接口，用于对比计算时可省去多次建模的繁琐任务，减少建模出错时机，给设计人员提供了便利。 一、前处置一、前处置-建模手段建模手段1 1、 PMCAD PMCAD建模建模2 2、 STS-1 STS-1建模建模3 3、 SPASCAD SPASCAD建模建模4 4、 PMCAD+SPASCAD PMCAD+SPASCAD 结合建模结合建模 5 5、 STS-1+SPASCAD STS-1+SPASCAD 结合建模结合建模6、PMSAP的补充建模6.1 特殊构件: 铰接杆件,框支柱,转换梁,连梁6.2 弹性楼板：弹性板6,弹性板3,弹性膜 6.2 多塔定义：平面定义,立面查看6.3 温度荷载：指定节点温度分布6.4 改节点高：思索错层6.5 改构件抗震等级 : 梁/柱/撑/墙6.6 改构件资料属性 : 梁/柱/撑/墙 钢/砼6.7 定义吊车荷载 二、力学分析二、力学分析2.1 2.1 构造方式顺应性构造方式顺应性2.2 2.2 构造资料顺应性构造资料顺应性2.3 2.3 有限单元库有限单元库2.4 2.4 静力荷载分析静力荷载分析2.5 2.5 固有振动分析固有振动分析2.6 2.6 地震反响谱分析地震反响谱分析2.7 2.7 时程分析时程分析2.8 2.8 非线性功能非线性功能2.9 2.9 计算模型处置计算模型处置2.10 2.10 构造优化构造优化2.1 2.1 构造方式顺应性构造方式顺应性 计算中心是有限元通用程序。适用于恣意计算中心是有限元通用程序。适用于恣意空间构造。杆件可以在空间恣意放置。构造可空间构造。杆件可以在空间恣意放置。构造可分层，楼层是广义概念，指构件的集合。比如分层，楼层是广义概念，指构件的集合。比如把一栋楼房的首层和三层定义为一个把一栋楼房的首层和三层定义为一个PMSAPPMSAP楼层楼层也是可以的。可思索多塔、错层、转换层等建筑也是可以的。可思索多塔、错层、转换层等建筑上的复杂情形。上的复杂情形。 143265711981019181716151413122120楼层灵敏编号，防止因打断呵斥的过矮楼层，楼层位移、楼层刚度等结果统计更符合规范错错层层结结构构楼楼层层编编号号14326579108161514131211多塔+错层情况的编号多塔+错层+连体情况的编号143265791081514131211222120191718162.2 2.2 构造资料顺应性构造资料顺应性1.1.混凝土构造混凝土构造2.2.钢构造钢构造3.3.钢钢- -混凝土混合构造混凝土混合构造2.3 2.3 有限单元库有限单元库 1. 1.梁、柱单元梁、柱单元 A A 等截面、变截面均可等截面、变截面均可 B B 可接受二十七种荷载可接受二十七种荷载( (包括温度荷包括温度荷载、载、 预应力荷载预应力荷载) )C C 允许数十种规那么截面和异型截面允许数十种规那么截面和异型截面D D 可思索恣意刚域、偏心可思索恣意刚域、偏心E E 具有杆端力放松功能具有杆端力放松功能F F 可指定杆端方位角，从而可在空间可指定杆端方位角，从而可在空间 恣意放置恣意放置2.桁杆单元 A 等截面桁杆 B 变截面桁杆 C 用于计算网架、塔架、桁架等 二力杆构造 3. 细分模型墙元 A 是由四边形壳元构造的子构造式超单元 B 采用广义协调技术处置墙-墙协调。 内部网格自动剖分。处理了网格畸变问题 C 允许最小30CM的细分网格， 可以对墙梁、墙柱做精细分析。 4. 简化模型墙元 简化壳元模型，用于方案阶段快速试算 5.四边形壳，三角形壳 A 可接受面内、面外六种方式的荷载。 面外均布，双线性，集中力，面内线 性分布力等 B 位移等值线，应力等值线 C 有限元模型： 广义协调薄板元 杂交方式厚薄通用板元 带旋转自在度膜元 D 用于计算空间壳体，薄壳中厚壳通用 E 将用于筒仓、烟囱、水池等构造计算 6. 多边形壳元多边形壳元 A 是由三角壳元构造的子构造式超单元是由三角壳元构造的子构造式超单元 B 主要用于计算楼板、空间壳体主要用于计算楼板、空间壳体 C 薄壳、中厚壳通用薄壳、中厚壳通用 D 适用于凹、凸单连通多边形适用于凹、凸单连通多边形 E 最多允许最多允许200条边条边 F 内部网格自动剖分，允许最小内部网格自动剖分，允许最小30CM的的 网格尺寸，可以精细分析楼板的位移、内力网格尺寸，可以精细分析楼板的位移、内力 G 给出楼板配筋图及文件给出楼板配筋图及文件 对厚板转换层、板柱体系以及普通 楼板的全楼整体式分析与设计: 在PMSAP中，可以将厚板转换层构造中的厚板、板柱体系构造中的楼板、或者普通构造中的楼板进展全楼整体式分析与配筋设计。楼板的计算结果同梁、柱、墙一样是从整体分析中一次得出,严厉考虑了楼层之间、构件之间的耦协作用及地震作用的CQC组合，精度高，更能保证设计的平安性、合理性。该功能在同类软件中未见到。7. 地基单元A 温克尔模型一维线弹簧B 温克尔模型二维面弹簧C 分层总和模型地基单元D 目前主要用于基坑支护构造分析E拟用于地基、根底和上部构造整体分析8.罚单元 A 该类单元可使构造自在度之间满足 指定的线性约束关系。它主要用于 强迫实现单元之间的延续性。 PMSAP 提供三类罚单元：普通性罚单元，梁 式罚单元，三角形壳式罚单元。 B 用于构造协调性修复9.集中刚度、集中质量、集中荷载单元10. 三维块体单元11. 螺旋线空间杆 用于螺旋楼梯分析12. 平面圆弧梁13. 柱面曲壳2.4 2.4 静力荷静力荷载分析分析1.1.恒荷恒荷载(DL)(DL)：一次性加：一次性加载，施工模，施工模拟 2.2.活荷活荷载(LL,LL2,LL3)(LL,LL2,LL3)：满布活荷，不布活荷，不利布置利布置3.3.风荷荷载(WX,WY,WX1,WY1WX5,WY5) :(WX,WY,WX1,WY1WX5,WY5) : 自自动构成构成4.4.竖向地震向地震(EZ) (EZ) ：自：自动构成构成5.5.温度荷温度荷载(TEM)(TEM)：梁、柱、撑、：梁、柱、撑、墙、 楼板均可思索楼板均可思索 6.6.人防荷人防荷载(ADH,ADV) (ADH,ADV) ：可：可给出出墙面外面外设计7.7.水土水土压力力(WSP) (WSP) ：可：可给出出墙面外面外设计8.8.吊吊车荷荷载：思索多台吊：思索多台吊车预组合，构合，构件件设计2.5 2.5 固有振动分析固有振动分析 1. 1.侧刚分析方法侧刚分析方法 GUYAN GUYAN缩减，适用于糖葫芦串构造缩减，适用于糖葫芦串构造 2. 2.总刚分析方法总刚分析方法 MULTI-RITZ MULTI-RITZ向量法，适用于恣意复杂构造向量法，适用于恣意复杂构造 2.6 2.6 地震反响地震反响谱分析分析 1. 1.常常规地震反响地震反响谱分析分析 允允许多方向作用最多多方向作用最多1212个个 (EX,EY,EX1,EY1,EX2,EY2,EX5,EY5) (EX,EY,EX1,EY1,EX2,EY2,EX5,EY5) 2. 2.双向地震改双向地震改动效效应 新增两个地震工况新增两个地震工况(EXY,EYX) (EXY,EYX) 3. 3.偶偶尔偏心地震偏心地震计算算 新增四个地震工况新增四个地震工况(EXP,EXM,EYP,EYM)(EXP,EXM,EYP,EYM) 4. 4.振型效振型效应组合方式合方式 ： CQC CQC2.7 2.7 时程分析时程分析 1. 1.比例阻尼算法比例阻尼算法 用于常规构造分析用于常规构造分析 2. 2.非比例阻尼算法非比例阻尼算法 用于减震构造分析用于减震构造分析 3. 3.地震波来源：自带地震波库与地震波来源：自带地震波库与 用户波相结合用户波相结合2.8 2.8 非线性功能非线性功能 1.P-DELT 1.P-DELT效应分析效应分析 2. 2.单向受拉杆件分析：索、钩单向受拉杆件分析：索、钩 3. 3.单向受压杆件分析：缝单向受压杆件分析：缝 4. 4.双模量杆件分析双模量杆件分析 5. 5.单向受压线弹簧单向受压线弹簧 ：支护构造分析：支护构造分析2.9 2.9 计算模型处置计算模型处置1.1.剪力墙网格自动细分剪力墙网格自动细分LXmax,LYmax)LXmax,LYmax)2.2.楼板网格自动细分楼板网格自动细分 (LXmax) (LXmax)3.3.与楼板相邻的梁的自动细分与楼板相邻的梁的自动细分(LXmax)(LXmax)4.4.与剪力墙相邻的柱的自动细分与剪力墙相邻的柱的自动细分(LYmax)(LYmax)5.5.楼层间协调性自动修复，消除悬空墙、悬空柱楼层间协调性自动修复，消除悬空墙、悬空柱6.6.自动实现梁、楼板和剪力墙的相互协调细分自动实现梁、楼板和剪力墙的相互协调细分细分墙、细分楼板、细分杆件以及细分墙、细分楼板、细分杆件以及思索自动相互协调带来的详细的思索自动相互协调带来的详细的 计算优势计算优势1.转换梁：梁、墙协调细分转换梁：梁、墙协调细分2.边框柱：柱、墙协调细分边框柱：柱、墙协调细分3.墙梁墙梁(尤其是小跨高比梁尤其是小跨高比梁)：墙元细网格：墙元细网格4.厚板转换：板、虚梁、墙协调细分厚板转换：板、虚梁、墙协调细分5.板柱体系：板、虚梁、墙协调细分板柱体系：板、虚梁、墙协调细分7.整体刚性、分块刚性、完全弹性等 多种楼板变形假定方式 A 对规那么构造可以对楼面采用整体刚性 或分块刚性假定； B 对复杂构造、楼板开大洞的构造可以 指定部分或全体楼板为弹性； C 当不采用刚性楼板假定时，PMSAP将对 构造作完全的有限元分析。 D 刚性楼板假定自动搜索构成 E 可以根据多塔定义强迫施加 全楼刚性楼板假定2.10 2.10 构造优化功能构造优化功能 1. 1.二力杆的满应力设计二力杆的满应力设计 A A 针对钢桁架、塔架、网架等二力杆构造。针对钢桁架、塔架、网架等二力杆构造。 B B 可从型钢库自动选择最优截面。可从型钢库自动选择最优截面。 C C 思索关联优化。思索关联优化。 D D 思索强度、稳定验算思索强度、稳定验算 E E 思索长细比验算思索长细比验算 2.11 2.11 构造整体屈曲分析构造整体屈曲分析 1. 1.灵敏指定屈曲荷载工况灵敏指定屈曲荷载工况 2. 2.给出屈曲模态、失稳临界荷载给出屈曲模态、失稳临界荷载三、基于规范的计算、三、基于规范的计算、 调整及荷载组合调整及荷载组合1 1、基于规范的计算、基于规范的计算 2 2、基于规范的调整、基于规范的调整3 3、基于规范的荷载组合、基于规范的荷载组合3.1 基于规范的计算1. 各楼层质心、刚心和偏心率2. 各楼层刚度、刚度比3. 高位转换构造楼层刚度比4. 各楼层地震剪重比5. 各地震方向有效质量系数6. 地震双向地震位移、位移比7. 风位移、位移比8. 整体稳定验算9. 9. 抗倾覆验算抗倾覆验算10. 10. 各层框架剪力百分比各层框架剪力百分比11. 11. 各层框架倾覆力矩百分比各层框架倾覆力矩百分比12. 12. 风荷载作用下构造顶层顺风向、风荷载作用下构造顶层顺风向、 横风向加速度。横风向加速度。3.2 基于规范的调整 1 梁端负弯矩调幅系数2 梁刚度放大系数3 梁扭矩折减系数4 连梁刚度折减系数5 梁设计弯矩放大系数6 框支梁地震内力调整7 柱地震力0.2Q0调整8 框支柱地震力0.02Q0调整9 框支柱地震轴力调整10 薄弱层地震力1.15放大11 11 楼层最小地震剪力控制楼层最小地震剪力控制12 12 梁柱墙的强柱弱梁、强剪弱弯调整梁柱墙的强柱弱梁、强剪弱弯调整 组合内力调整组合内力调整13 13 高位转换高位转换(=3)(=3)框支柱、墙底部加强区框支柱、墙底部加强区 抗震等级提高抗震等级提高1 1级级14 14 短肢墙构造中的短肢墙抗震等级提高短肢墙构造中的短肢墙抗震等级提高1 1级级3.3 基于规范的内力组合思索恒、活、风、地震、温度、时程、人防、水土压力，吊车等荷载 四、构造设计四、构造设计4.1 混凝土构件设计混凝土构件设计4.2 钢构件设计钢构件设计4.3 组合构件设计组合构件设计4.1 混凝土构件设计1 混凝土梁配筋2 混凝土柱配筋3 混凝土斜撑配筋4 混凝土墙配筋5 剪力墙边缘构件配筋6 混凝土楼板配筋* 基于2002混凝土规范4.2 钢构件设计1 钢梁强度、稳定验算2 钢柱强度、稳定验算3 钢支撑强度、稳定验算钢构造规范、高钢规4.3 组合构件设计1 圆钢管柱(斜撑)验算2 方钢管柱(斜撑)验算 钢管混凝土规程3 型钢柱(斜撑)配筋4 型钢梁配筋 冶金部规范五、后处置五、后处置-结果表达结果表达 5.1 5.1 图形输出图形输出5.2 5.2 文本输出文本输出5.1 图形输出1.构造变形各静力工况位挪动画 +彩色云斑图各地震工况位挪动画 +彩色云斑图各阶固有振型动画 +彩色云斑图时程呼应位挪动画地震、风层间位移简图时程分析层间位移简图梁弹性挠度图2.构件内力梁内力图 +彩色云斑图柱内力图 +彩色云斑图斜撑内力图 +彩色云斑图剪力墙内力图 +彩色云斑图3. 设计结果梁、柱、斜撑、剪力墙配筋简图剪力墙边缘构件尺寸及配筋简图柱、墙轴压比简图柱计算长度系数图柱长细比图4. 构造几何、资料及荷载的图形检查 5.时程分析结果楼层位移图层间位移图侧向荷载图楼层剪力图楼层弯矩图构造变形动画节点位移时程曲线地震波图6.转换厚板、弹性楼板结果等应力线 (弯矩,平面应力)等位移线 (挠度，转角)有限元网格图楼板配筋图楼板配筋思索了正截面抗弯 及偏心受拉情况 应力/位移彩色填充图5.2 文本输出A.简单摘要，详细摘要构造总控制参数构造资料组成构造质量(分量)分布各楼层质心、刚心和偏心率各楼层刚度、刚度比各楼层风荷载分布各楼层地震剪重比构造周期、振型各地震方向有效质量系数各地震方向有效质量系数地震位移、位移比地震位移、位移比风位移、位移比风位移、位移比整体稳定验算整体稳定验算抗倾覆验算抗倾覆验算各层框架剪力百分比各层框架剪力百分比各层框架倾覆力矩百分比各层框架倾覆力矩百分比时程分析结果时程分析结果 B. B. 各各层梁、柱、支撑、剪力梁、柱、支撑、剪力墙配筋文件配筋文件 PMSAP_PJ.1 PMSAP_PJ.1 PMSAP_PJ.2 PMSAP_PJ.2 PMSAP_PJ.* PMSAP_PJ.*C. C. 超筋信息文件超筋信息文件 工程名工程名.ORR.ORRD. D. 边缘构件配筋文件构件配筋文件 工程名工程名.BMB.BMBE. E. 楼板配筋文件楼板配筋文件 POLY_REI.1 POLY_REI.1 POLY_REI.2 POLY_REI.2 POLY_REI.* POLY_REI.*F. F. 桁杆桁杆满应力力设计结果文件果文件 工程名工程名.MUL: .MUL: 输出各出各类截面的截面的 最最终选定截面定截面G. G. 梁、柱、梁、柱、墙单项内力文件内力文件BEAMF.*BEAMF.*COLUF.*COLUF.*SUBWF.*SUBWF.*H. H. 楼板楼板单项内力文件内力文件POLYF.*POLYF.*六、施工图接口六、施工图接口6.1 梁柱施工图接口梁柱施工图接口6.2 剪力墙施工图接口剪力墙施工图接口七、后续分析设计接口七、后续分析设计接口7.1 根底根底JCCAD接口接口7.2 钢构造钢构造STS接口接口7.3 弹塑性时程分析弹塑性时程分析EPDA接口接口7.4 弹塑性静力分析弹塑性静力分析EPSA接口接口 (PUSH-OVER ANALYSIS八、计算过的典型工程举例八、计算过的典型工程举例8.1 奥运主体育场看台奥运主体育场看台 大量斜柱、斜板、越层，大量斜柱、斜板、越层， 混凝土构造混凝土构造8.2 以色列大使馆以色列大使馆 复杂剪力墙体系，复杂剪力墙体系， 全楼弹性板分析全楼弹性板分析8.3 上海环球金融中心120个计算层，高度超越500米，钢、混凝土混合结构。异型截面巨型柱、跨层斜撑、伸臂桁架、带状桁架，复杂剪力墙筒8.4 北京中银大厦 复杂剪力墙体系，中间带有空间壳体式剪力墙筒，建筑 面积170000平方米 8.5 奥运工程五棵松体育馆 大跨度、单拉预应力钢索 看台风位移看台恒载位移看台改动振型鸟巢恒荷载位移彩色云斑图鸟巢升温50度位移彩色云斑图鸟巢竖向振型彩色云斑图用空间梁柱计算的巴林文娱城招标方案用空间四边形壳元计算的储油罐振型 用细分墙元计算的大剧院 大剧院某部分的墙元细分有限元网格 一切楼板参与构造整体分析的例如 某衔接层的楼板有限元网格 某衔接层的楼板应力等值线 某衔接层的楼板配筋简图梁弯矩图的空间显示方式一榀框架的柱弯矩图