这篇文章是我在知乎上对标题问题的一个回答(这里有改动,原文),结构专业的软件是工程设计人员利用计算机进行辅助设计的发展成果。随着信息技术的进步以及行业的进步,结构专业软件也不断更新换代。结构专业的软件大致可分为绘图软件、结构分析软件和结构设计软件。下面分别阐述这三种软件的适用范围以及软件使用时的注意问题。
(1) 绘图软件
从 20 世纪 80 年代起,结构工程师们开始使用 AutoCAD 进行设计图纸的绘制,其二维绘图使用被广泛认可,功能也随着版本的升级不断更新和提高,如外部引用和纸样空间等。随后,天正、理正、探索者等公司都相继在此平台上开发出了更为适合结构专业使用的绘图软件和工具箱软件,进一步提高了结构工程师的构件计算和图纸绘制的工作效率。
到了 21 世纪,二维图纸绘图已经不能满足日益丰富的空间建筑表现,且设计、施工一体化需求也愈演愈烈,随着 BIM 技术的产生,REVIT 等三维空间绘图软件逐渐也成为了结构工程师的绘图工具。
常用绘图软件包括:AutoCAD、REVIT、探索者 TSSD 和探索者 TSPT 等。
(2) 结构分析软件
结构分析软件按照应用范围不同可分为大型通用分析软件和行业分析软件。
由于有限元分析理论与技术的发展及其在工程应用中突显的优势,目前结构分析软件大多是建立在有限元方法的基础上的。有限元分析方法与计算机技术的结合,成为结构专业不可或缺的研究与设计手段。
通用有限元软件基本涵盖了力学理论成熟的材料模型和单元种类,其功能强大和分析精度高的优点深得国内外结构设计者的喜爱。设计者可以利用其进行各种工程实际问题分析。结构工程常用的大型通用有限元软件有 ANSYS、ABAQUS、NASTRAN、ADINA 和 OPENSEES 等。
行业分析软件为行业内涉及的问题设有专门的分析模块,以便于结构工程师较快速的完成结构建模和分析工作。行业分析软件的适用范围相对大型通用有限元软件要小,但对于解专门问题拥有很高的效率。目前高层建筑通常采用的计算软件有 SATWE(PKPM 系列),ETABS,MIDAS BUILDING,3D3S 和 PERFORM-3D 等。大跨空间结构的常用计算软件有 3D3S,SAP2000,MIDAS GEN 等。表 3.1-4 对通用有限元软件和专业软件从三个模块进行了对比。

目前,结构专业软件的种类较多。结构工程师在进行结构分析与设计时,应根据结构及其问题的特点选择合适的分析软件及分析方法。结构工程师应有能力判断分析模型的正确性和分析结果的可靠性。
在使用大型分析软件进行结构建模分析时应注意选取合适的单元及划分方法、对线性及非线性方程求解方法的高效性和准确性的判断以及对分析结果输出的有效整理。在使用大型有限元分析软件时,采用命令流的方式对软件进行操作一般会比界面操作有更高的效率。
在使用行业分析软件进行建模分析时应充分了解软件的特点,尤其是计算模型简化和分析假定的问题,在了解结构软件的这些特点之后才能对其分析结果的可靠性进行有效的判断。很多行业分析软件为了工程设计方便对结构计算分析的有限元模型进行简化处理,例如增大单元划分网格,减少有限单元种类。结构工程师应了解所使用软件中的单元种类以及单元属性(例如单元自由度个数、刚度和质量信息等),以便于选择合适的单元。例如,楼板单元反映的是楼板在结构计算模型中的主要力学特征,其类型包括以下几种:楼板在其面内刚度无穷大、面外有限刚度(板模型),楼板在其面内有限刚度、面外刚度为零(平面应力模型),楼板在其面内、外均为有限刚度(平面売元模型)。另外,结构计算分析模型中为减少计算量会设置一些分析假定,例如刚性楼板假定,不考虑 P-δ 效应的小变形假定以及材料的和几何的线性假定等。结构工程师应根据工程实际合理选择计算分析假定。例如对于比较规则的高层建筑结构,楼板刚度无穷大假定是符合实际情况的。
基于软件的建模和计算机理的不同,不同软件对同一模型的计算结果会有些许差异,例如 ABAQUS 作为有限元软件可采用塑性单元模拟构件弹塑性行为,而 ETABS 和 MIDAS 均采用塑性模型模拟构件弹塑性行为。实际设计中,对比软件的差异,才能对分析结果的准确度做出合理判断。
(3) 结构设计软件
目前,很多结构软件兼顾结构分析与设计两个功能模块,给结构工程师带来很大的方便。结构设计功能包括结构各项性能指标的判定,构件截面设计等,并在设计中融入规范等设计标准。
结构设计软件或者结构设计模块应关注其设计标准或规范的差异。国外常用的软件往往适用于美国、欧洲规范或国际上通用的规范,对于符合我国国情的中国规范不一定包括在内。国内外规范对于材料强度的划分、场地类型的划分、地震波的选择等都存在差异,在使用国外软件时应注意相应调整。
对于结构设计软件给出的设计成果,结构工程师应根据经验和理论知识判断其正确性、合理性以及可靠性。结构工程师在判断其可靠的情况下,可以参考结构软件的设计结果进行设计,并进行合理的归并和优化。目前构造设计还是结构设计的重要手段,以弥补计算分析的缺陷。结构工程师应在计算分析设计的基础上,进行有效的构造设计。
综上所述,选择设计软件时应充分认识结构的特殊性和软件的局限性,设计人员应以结构概念为主、设计软件为辅,通过软件的分析结果来验证对结构设计的预测,总结工程经验。
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以上摘自《职业结构工程师业务指南》一书的“结构专业软件”小节 。
前面黄卓驹的高票回答非常好,尤其观点部分,我很赞同,会用软件不牛逼。就像司机会开车、军人会开枪,都只是工具而已,几十年无事故、射击百发百中才牛逼。这里只是介绍了一下有多少种车和枪而已。
我个人的使用情况。首当其冲当然是 AutoCAD,最广泛应用的绘图软件,搭配天正结构完成出图——PKPM 的绘图模块我是从来不用的。计算分析主要是 PKPM、STS。由于较少接触超限工程,通用有限元分析软件几乎没用过,只用过少数几次 SAP2000 和 3D3S。做过一段时间钢结构详图,使用英国出的 StruCAD,类似 X-steel,整体建模后全自动出全部详图,很不错。
上面提到的都是大型软件,说说我用过的小软件。
- Morgain结构快速设计软件。是我认为最好的国产软件——包括大型软件在内。国产软件的缺点主要是UI设计比较差,错误拦截相当弱,如果不按它规定好的计算步骤、输入格式,缺少数据等等,动不动就死给你看!对初学者非常不友好。这些方面Morgain都相当优秀。与PKPM的数据接口、详细完整的计算书、长期坚持不懈的升级更新都是其优点。福建颜工出品,由于长期不断增加模块,现在规模并不小,应该算中型软件了。

- Detail 钢结构细部设计。钢结构方面的小软件较少,这是比较优秀的一个。尤其是其中的截面特性查询模块,是钢结构设计、详图设计必不可少的工具。剪刀徐开发。可惜的是已经很久不更新了。软件中的型钢数据都是陈旧规范的过期数据,而且因为Windows操作系统的不断升级,现在安装运行已经很困难。

- 飞图板王。CAD画板的插件,画出的板钢筋图很漂亮。现在好像改叫飞图结构了,扩充了功能,可以画梁、柱等其它钢筋图了。

- 梁板钢筋面积查询表。PKPM 给出的配筋方案往往不尽如人意。经常需要根据其计算钢筋面积重新选配。这时它就很好用,其小巧灵活,可置于桌面最前,随时查询。好像也很久不更新,适用的是老规范了。

还有其他很多小软件,用的不多,就不提了。
在知乎的回答中接下来就是介绍我开发的移动端结构设计应用了,请参考前一篇文章。
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