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各類軟件功能PK之網(wǎng)架、網(wǎng)殼結構
縱觀國內鋼結構軟件,能對網(wǎng)架、網(wǎng)殼結構進行前后處理、節(jié)點設計以及施工圖、加工圖繪制的有3D3S、MST、SFCAD、TWCAD、MSGS,下面就個人的理解從建模以及模型編輯、荷載添加以及編輯、分析驗算、后處理節(jié)點設計、后處理出圖、附加功能等五部分進行PK:
一,建模以及模型編輯
1,3D3S模型庫比較全面,可以參數(shù)化的建立各種網(wǎng)架、網(wǎng)殼模型,也可以通過CAD三維模型轉化成結構模型,也可把結構模型導出為CAD三維模型;3D3S建立在CAD平臺上,所以它的操作一如CAD那樣方便,附加的編輯命令有起坡、垂直移動到直線(曲線)上,徑向移動到曲線上,3D3S的一個特點是由桿帶點,節(jié)點不能脫離桿件獨立存在,而且在模型中點、桿區(qū)分不明顯,這給模型編輯帶來不便;可分層、分部分顯示模型;可插入合并模型,可查詢桿件之間最小夾角;3D3S可以對上部網(wǎng)架下部其他結構進行整體分析,而且下部結構的建模編輯以及后處理都比較方便。
屋主小評:3D3S的模型編輯功能比較弱, 復雜的模型不宜在程序里面編輯,由其他軟件編輯好后通過轉換導入。
2,MST是獨立開發(fā)的平臺,模型庫豐富,可以參數(shù)化的建立各種網(wǎng)架、網(wǎng)殼模型,可通過CAD三維模型DXF文件導入,可自動分層,也可將模型導出為CAD三維模型;MST特有扭曲面、橢圓面模型以及空間曲面參數(shù)方程建模,這是其他網(wǎng)架專業(yè)軟件沒有的;模型編輯上,MST是點、桿分離,節(jié)點可以脫離桿件獨立存在,有三維旋轉視圖功能,可分層、分部分顯示模型;MST的編輯功能非常全面強大,可以說是現(xiàn)有網(wǎng)架專業(yè)軟件中最全面的,特有通過上弦層自動增加腹桿以及下弦層的加角錐功能;可插入合并模型,可查詢桿件之間最小夾角;可以對上部網(wǎng)架下部其他結構進行整體分析,但是下部結構分析功能較弱;
屋主小評:MST加角錐的功能有待完善,增加的腹桿以及下弦層經(jīng)常跑位,不能在同一個平面,需要人為調整。
3,SFCAD有獨立的開發(fā)平臺,模型庫豐富,可參數(shù)化建立多種網(wǎng)架模型,可通過CAD三維模型DWG、DXF文件導入模型,不能自動分層,個別版本能導出CAD三維模型;特有垂直封邊建模,特有柱面網(wǎng)殼可定義跨度為上弦之間距離或者下弦之間距離,不支持直接生成球型網(wǎng)殼;模型編輯手段豐富,典型的點、桿分離,在模型中點、桿區(qū)分很明顯,非常方便編輯,可分層、分部分顯示模型;特有對稱模型取對稱后對稱面約束自動施加功能;可插入合并模型,可查詢桿件之間最小夾角;不能與下部結構進行整體分析;
屋主小評:不能直接生成球型網(wǎng)殼是一個缺憾,不能整體分析也是一個缺憾,沒有三維視圖觀察也是一個缺憾。
4,TWCAD有獨立的開發(fā)平臺,模型庫豐富,可參數(shù)化建立多種網(wǎng)架模型,可通過CAD三維模型DXF文件導入模型,能自動分層,能導出DXF三維模型文件;特有角錐球型網(wǎng)殼加密處桿件自動抽空功能,模型編輯功能很多,有三維旋轉視圖功能點、桿不分離,不能存在獨立節(jié)點;可插入合并模型,可查詢桿件之間最小夾角;可以對上部網(wǎng)架下部其他結構進行整體分析,但是下部結構分析功能與3D3S相比有一定差距;
屋主小評:TWCAD的角錐球型網(wǎng)殼加密處桿件自動抽空功能是一個亮點。
5,MSGS有獨立的開發(fā)平臺,模型庫豐富,可參數(shù)化建立多種網(wǎng)架模型,可通過CAD三維模型DXF文件導入模型,能導出DXF三維模型文件;模型編輯功能豐富,有三維旋轉視圖功能;可插入合并模型,可查詢桿件之間最小夾角;可以對上部網(wǎng)架下部其他結構進行整體分析,但是下部結構分析功能不強。
屋主小評:MSGS的模型編輯沒有什么突出之處。
第一輪PK,MST勝出。
二,荷載添加以及編輯
1,3D3S的荷載添加以及編輯功能是相當完善的,不限制工況數(shù),可采用雙向導到節(jié)點的導荷載方式把面荷載轉化為網(wǎng)架節(jié)點荷載,不限制面圍區(qū)域的多邊形數(shù);風荷載能自動考慮風壓高度變化系數(shù),風振系數(shù)(需要先計算自振周期),能考慮球面網(wǎng)殼的風荷載體型系數(shù),不限制球面風荷載方向;可單獨施加節(jié)點荷載,可觀察并編輯導荷載的面;可進行荷載拷貝、刪除;能考慮地震效應,能考慮溫度應力,不能考慮網(wǎng)架下懸掛吊車荷載;內置一般荷載組合以及恒載控制的組合,方便靈活的荷載組合編輯功能。
屋主小評:3D3S荷載編輯中,荷載刪除的時候,不能指定只刪除其中的某些工況,而是全部刪除;懸掛吊車方面,可用附加活荷載模擬;在3D3S中建立模型的時候,注意柱腳標高要定義在CAD空間里面的(0,0,0)平面上,不然風荷載高度變化系數(shù)不對。
2,MST2006的荷載添加以及編輯功能比較豐富,可施加節(jié)點荷載,面荷載,面荷載可轉化為節(jié)點荷載,面荷載圍區(qū)多邊形數(shù)有限制,不能超過12;不能自動考慮風壓高度變化系數(shù),能考慮風振系數(shù),能考慮球面網(wǎng)殼的風荷載體型系數(shù),不限制球面風荷載方向;特有柱面網(wǎng)殼風荷載體型系數(shù)添加功能;能考慮地震效應,能考慮溫度應力,能考慮網(wǎng)架下懸掛吊車荷載,最多考慮20臺吊車,每臺吊車軌道數(shù)最多5個;內置一般組合以及恒載控制組合,荷載組合編輯方便。
屋主小評:MST的荷載正方向為垂直向下,這個需要注意;另外四邊形中增加一個對角線,程序的面荷載轉節(jié)點荷載是錯誤的。
3,SFCAD只能由開始輸入的面荷載信息轉化為節(jié)點荷載,模型建立后的荷載編輯功能相對比較落后,模型編輯后的荷載變化不能考慮,需要人為處理,在已有模型中只能考慮節(jié)點荷載,不能考慮面荷載(2004版可以考慮面荷載);不能考慮地震效應,能考慮溫度應力,不能網(wǎng)架考慮懸掛吊車荷載;荷載工況數(shù)有限制;部分版本有自定義荷載組合功能。
屋主小評:SFCAD的荷載編輯功能是最不方便的,如果沒有2004版,那么很多網(wǎng)架工程的荷載誤差是比較大的。
4,TWCAD能施加節(jié)點荷載,面荷載,面荷載可轉化為節(jié)點荷載,面荷載圍區(qū)多邊形數(shù)有限制,不能超過4;可施加局部面荷載,可自動考慮風荷載高度變化系數(shù),能考慮球面網(wǎng)殼的風荷載體型系數(shù),但球面風荷載方向最多為8個;能考慮地震效應,能考慮溫度應力,能考慮網(wǎng)架懸掛吊車荷載,最多考慮20臺吊車,每臺吊車最多能考慮2個軌道;內置常用荷載組合,組合編輯方便。
屋主小評:TWCAD的一個問題是已經(jīng)轉化的節(jié)點荷載屬性是不跟隨節(jié)點屬性走的,當節(jié)點移動后,節(jié)點荷載并不跟隨節(jié)點到新的位置。
5,MSGS能施加節(jié)點荷載,面荷載,面荷載可轉化為節(jié)點荷載,面荷載圍區(qū)多邊形數(shù)有限制,不能超過9;可施加局部面荷載,不能考慮風荷載高度變化系數(shù),不能考慮球面網(wǎng)殼風荷載體型系數(shù),不能考慮網(wǎng)架懸掛吊車荷載,能考慮地震效應,能考慮溫度應力;無內置荷載組合,需要用戶自定義。
屋主小評:MSGS在這方面沒有什么亮點。
第二輪PK,3D3S勝出。
三,分析驗算
1,3D3S網(wǎng)架、網(wǎng)殼模塊的分析驗算可選擇《網(wǎng)架結構設計與施工規(guī)程》、《網(wǎng)殼結構技術規(guī)程》來驗算;桿件分析可采用滿應力優(yōu)化設計,單元驗算中有截面校核、截面放大、截面優(yōu)選、截面優(yōu)化四個選項,可設定應力比范圍來對桿件進行滿應力設計;可分別對不同的桿件進行不同的長細比參數(shù)控制;可對不用的材料定義不同的截面特性;分析結果輸出方便,可輸出任意工況、組合下的內力、位移圖。
屋主小評:3D3S的分析驗算是比較靈活的,第一次進行桿件分析,可選擇截面優(yōu)選,優(yōu)選完畢后,再次進行內力分析,內力分析完成后,進行截面校核,此時由于內力的變化,可能導致部分優(yōu)選后的桿件不滿足,此時選擇截面放大,把不滿足的桿件截面進行放大,而已經(jīng)滿足的桿件截面不變,截面放大之后,再次進行內力分析、截面校核,以此類推,直致最后一次截面校核,全部桿件都滿足要求。
2,MST2006的分析驗算可選擇《網(wǎng)架結構設計與施工規(guī)程》,桿件截面分析可采用滿應力優(yōu)化設計、驗算調整以及驗算不調整,可對不用的材料定義不同的截面特性;分析結果輸出詳盡完善,可輸出任意工況、組合下的內力、位移圖。
屋主小評:MST2006的分析步驟是,設定相關參數(shù)后,進行滿應力設計,得到第一次的桿件截面,后續(xù)進行地震效應分析、風振系數(shù)分析后,結構內力會發(fā)生一定的變化,此時可先選擇驗算不調整,查看第一次得到的桿件截面在內力改變后是否還能滿足要求,如不能滿足要求,則選擇驗算并調整,程序會把不滿足的桿件截面調整到滿足。
3,SFCAD的分析驗算可選擇《網(wǎng)架結構設計與施工規(guī)程》,桿件截面分析可選擇滿應力設計、只加大超應力桿件、固定截面分析三種;部分版本能輸出工況、組合下的內力、位移圖。
屋主小評:SFCAD的分析步驟是,設定相關參數(shù)后,進行滿應力設計,得到第一次的桿件截面,如果后面模型以及荷載有所調整,可在原來滿應力設計的結果上進行固定截面分析,如果此時有超應力桿件,再運行只加大超應力桿件。
4,TWCAD的分析驗算可選擇中國大陸規(guī)范、歐洲規(guī)范、美國規(guī)范、英國規(guī)范、鋁合金規(guī)范,一般常用是中國大陸規(guī)范;桿件截面分析有滿應力設計、只加大桿件截面設計、指定截面驗算、在以前設計基礎上設計、在原有模型上設計等;可輸出各種工況、組合下的內力、位移圖。
屋主小評:TWCAD的分析驗算比較全面靈活,功能比較多,基本分析過程與上面三個軟件差不多。
5,MSGS的分析驗算可選擇《網(wǎng)架結構設計與施工規(guī)程》,桿件截面分析是分步進行的,靜力優(yōu)化計算、輔助調整桿件節(jié)點、自振特性、地震效應分析等;可輸出各種工況、組合下的內力、位移圖。
屋主小評:MSGS的分析驗算是分步進行的,在設定優(yōu)化次數(shù)后,進行靜力優(yōu)化計算,如在設定的優(yōu)化次數(shù)內,還有不滿足的桿件,則可選擇輔助調整桿件,可人工調整也可自動調整,調整完后,再進行地震效應分析,如此時還有不滿足桿件,則再進行輔助調整桿件,以此類推。
第三輪PK,TWCAD勝出。
四,后處理節(jié)點設計
1,3D3S網(wǎng)架、網(wǎng)殼模塊的節(jié)點設計中,配件庫是開放式的,用戶可以根據(jù)需要增減配件,可選擇同一桿件截面只配一種直徑的螺栓的方法,可選擇按照桿件軸力設計配件的方法,可選擇同一螺栓球上的切削量相等;可自動擬合任意曲面基準孔;可分別進行螺栓球、焊接球以及螺栓球焊接球混合節(jié)點設計;高強螺栓只有一種強度規(guī)格,套筒只有一種強度規(guī)格。
屋主小評:3D3S節(jié)點設計中,高強螺栓只有一種強度規(guī)格,不適用網(wǎng)架、網(wǎng)殼多種高強螺栓等級如8.8、9.8、10.9級的應用,這個問題可通過折減高強螺栓有效面積來換算得到;套筒只有一種強度規(guī)格目前還不好找到合適的方法解決。
2,MST節(jié)點設計中,配件庫是開放式的,用戶可以根據(jù)需要增減配件,配置自己的配件庫,節(jié)點設計方法有三種選擇,可選擇按照桿件等強設計的方法,可選擇按照桿件最大拉力設計的方法,可選擇按照桿件軸力設計的方法,程序默認按照桿件最大拉力設計的方法;MST有多種基準孔定義的方法,也有任意曲面自動擬合的方法;可分別進行螺栓球、焊接球以及螺栓球焊接球混合節(jié)點設計;可在配件庫中修改套筒、高強螺栓的強度來適應不同的高強螺栓等級以及套筒規(guī)格;2006版本增加了添加螺栓球側封螺栓孔的功能。
屋主小評:MST在后處理節(jié)點設計上一直為人詬病,實際上并不完全是程序本身的原因,程序自帶的配件庫是不足以滿足工程設計需要的,需要用戶添加相應的配件,而且也要在桿件材料以及設計信息中選擇以及添加相應的信息,桿件材料中的截面信息必須與所選用配件庫中的配件休息相對應;最新版本的MST2006改進了節(jié)點設計中配件不相配導致設計中斷的問題。
3,SFCAD的節(jié)點設計中,配件庫是不開放的,程序的配件庫有徐州標準、國標兩種配件庫選擇,節(jié)點設計方法內置是按照桿件軸力設計的方法; SFCAD標準版無任意曲面基準孔自動擬合的功能; SFCAD能單獨進行螺栓球、焊接球節(jié)點設計,不能進行混合節(jié)點設計。
屋主小評:SFCAD無任意曲面基準孔自動擬合的功能可以說是比較大的缺憾,另外,程序默認M33以上套筒強度按照Q345,同行可以比較一下看看。
4,TWCAD的節(jié)點設計中,配件庫是開放式的,用戶可以根據(jù)需要增減配件,配置自己的配件庫,程序自帶徐州配件庫以及杭州大地配件庫;節(jié)點設計默認按照桿件軸力設計的方法,程序有一個控制系數(shù)來控制按照配置螺栓對應的套筒承壓不足的情況;可自動擬合任意曲面基準孔,可對側封螺栓球增加側封孔;可分別進行螺栓球、焊接球以及螺栓球焊接球混合節(jié)點設計;程序有兩種高強螺栓等級可供選擇,程序默認同一螺栓球上切削量一致。
屋主小評:TWCAD的節(jié)點設計相對比較完善。
5,MSGS的節(jié)點設計中,配件庫默認按照國標配件庫,最新版本的配件庫是最全的配件庫,MSGS允許用戶自定義配件庫;程序節(jié)點設計默認按照桿件軸力設計的方法,可自動擬合任意曲面基準孔,可對側封螺栓球增加側封孔;
屋主小評:MSGS的節(jié)點設計緊扣國標配件庫,靈活性不夠。
第四輪PK,MST2006勝出。
五,后處理出圖
1,3D3S網(wǎng)架、網(wǎng)殼模塊后處理出圖,可輸出整體模型的平面、立面,可分層輸出,可局部輸出,可輸出桿件內力;附帶一般的平板壓力支座設計以及出圖;球節(jié)點編號按照球直徑大小從阿拉伯數(shù)字1開始輸出,桿件編號按照桿件直徑、長度用兩種符號輸出,不能區(qū)分桿件所在的層號;球加工圖輸出簡潔,無角度表。
2,MST后處理出圖,可輸出整體模型的平面、立面,可分層輸出,可局部輸出,可輸出桿件內力;MST桿件編號有多種方式,可具體區(qū)分任意層的桿件,MST的球編號不是按照球直徑大小編號,比較雜亂;球加工圖可輸出角度表;出圖的線條以及字體要改進。
3,SFCAD后處理出圖,可輸出整體模型的平面、立面,可分層輸出,可局部輸出,可輸出桿件內力;SFCAD的球編號球編號按照球直徑大小、孔數(shù)不同用兩種符號輸出,桿件編號按照桿件截面大小、長度不同用兩種符號輸出,不能區(qū)分桿件所在層號;球加工圖輸出簡潔,無角度表(2004版可輸出角度表);出圖的字體以及線條比較好。
4,TWCAD后處理出圖,可輸出整體模型的平面、立面,可分層輸出,可局部輸出,可輸出桿件內力;球編號按照球直徑大小、孔數(shù)不同用兩種符號輸出,桿件編號按照桿件截面大小、長度不同用兩種符號輸出;球加工圖輸出簡潔,無角度表;出圖的線條以及字體要改進。
5,MSGS的后處理出圖操作比較麻煩、呆板,需要先設定參數(shù),分別輸出整體模型的平面、立面,可分層輸出,可輸出桿件內力;球編號按照球直徑大小、孔數(shù)不同用兩種符號輸出,桿件編號按照桿件截面大小、長度不同用兩種符號輸出;球加工圖輸出簡潔,無角度表;出圖的線條以及字體要改進。
第五輪PK,SFCAD勝出。
六,附加功能
1,3D3S網(wǎng)架、網(wǎng)殼的附加功能就是網(wǎng)殼的非線性穩(wěn)定分析,最新版本可對網(wǎng)殼進行非線性穩(wěn)定分析,能按照《網(wǎng)殼技術規(guī)程》的要求考慮初始缺陷,是目前所有軟件中首次推出的。
2,MST2006的附加功能有模型的模態(tài)分析以及反應譜分析,屋面支托布置以及材料統(tǒng)計,桿件的排料優(yōu)化計算。
3,SFCAD標準版基本上沒有甚么附加功能,個別版本有旋轉加風荷載(球面網(wǎng)殼風荷載)功能,內力合并比較功能。
4,TWCAD附加功能很多,有穩(wěn)定分析,模態(tài)分析,動力分析(時程分析),屋面支托布置以及材料統(tǒng)計,桿件的排料優(yōu)化計算。
5,MSGS的附加功能就是網(wǎng)殼的非線性穩(wěn)定分析。
第六輪PK,TWCAD勝出。
屋主總結:從以上六個方面的PK得出,在網(wǎng)架、網(wǎng)殼設計方面,MST最好,3D3S、TWCAD、SFCAD各有優(yōu)勢次之,MSGS最后。
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