PKPM模型转MIDAS/GEN使用说明及技术
条件
建研科技股份有限公司
中国建筑科学研究院 设计软件事业部
（PKPM CAD工程部）
2014年7月
目录
第1章 程序使用说明 ............................................................................................................. 4 1.1试用程序安装与运行 ..................................................................................................... 4 1.2运行界面说明 ................................................................................................................. 4 1.3技术条件 ......................................................................................................................... 6 1.4生成步骤 ......................................................................................................................... 6 第2章 转换模型中的技术条件细节 ..................................................................................... 7 2.1材料 ................................................................................................................................. 7 2.2截面 ................................................................................................................................. 8 2.2.1截面第1类转换方法 .............................................................................................. 8 2.2.2截面第2类转换方法 ............................................................................................ 10 2.2.3墙板截面 ................................................................................................................ 11 2.3形成三维模型 ............................................................................................................... 11 2.4层处理 ........................................................................................................................... 13 2.5构件偏心处理 ............................................................................................................... 13 2.6构件对齐关系 ............................................................................................................... 14 2.7墙、墙洞及墙中间点处理 ........................................................................................... 14 2.8弧梁弧墙 ....................................................................................................................... 16 2.9墙板属性处理 ............................................................................................................... 16 2.11墙板剖分及协调关系 ................................................................................................. 17 2.12刚度系数 ..................................................................................................................... 17 2.13回填土约束 ................................................................................................................. 18 2.14 P‐Δ效应 ................................................................................................................... 19 2.15地震作用 ..................................................................................................................... 19 2.16恒活荷 ......................................................................................................................... 21 第3章 实例对比 ................................................................................................................... 21 3.1例题1 ............................................................................................................................ 21
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3.2例题2 ............................................................................................................................ 22 3.3例题3 ............................................................................................................................ 23 3.4例题4 ............................................................................................................................ 24
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第1章 程序使用说明
1.1试用程序安装与运行
可以在结构子菜单下找到接口软件项，运行主界面如图1‐1所示：
图1‐1 程序主界面
运行界面的下侧，可以设定“当前工作目录”，生成的计算书、图形文件都是存放在设定的当前工作目录内。
1.2运行界面说明
运行界面如图1‐2所示。
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图1‐2程序运行界面
PKPM转MIDAS程序的开发思路是：尽力采用和PKPM计算程序(SATWE)相同的力学模型处理方式和技术条件，采用和SATWE相同的前处理模块，以保证对比分析前提的一致性；同时简化操作层面，方便用户使用。
转换程序针对MIDAS/GEN8.0版本编制产生.mgt文件。 导入时MIDAS中采用KN、M为单位。
目前程序提供了SATWE模型到MIDAS模型的转换 ，如图1‐3所示。转换方式说明如表1‐1所示。
图1‐3转换形式
表1‐1转换形式说明
SATWE
MIDAS
偏心方式采用PMCAD原始构件偏心，导荷处理上和SATWE采用相同的处
墙梁柱划分
理流程，计算条件更一致。同时此方式尽力模拟用户的建模习惯，对SATWE
方式
中墙梁柱处理为MIDAS中的墙和杆系梁。方便修改同时计算速度快。
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细分单元方
读取SATWE细分单元，力求分析模型的一致性。(暂未开放)
式
图1‐4两种转换方式
模型用途分为计算地震作用模型和静力计算模型，如图1‐4所示。由于
在计算地震作用时，需要对连梁刚度进行折减，而在静力计算时不折，MIDAS不像SATWE中会自动打包处理两种情况，所以需要独立生成两种模型；另如果需要做强制刚性楼板假定分析，请在SATWE中勾选并重新生成模型。
图1‐5模型用途设置
1.3技术条件
墙顶增加虚梁以近似模拟SATWE中的罚单元作用，由于MIDAS/GEN中没有SATWE中罚单元的概念，程序采用增加大刚度虚梁的方式来近似模拟，经测试对部分结构勾选后周期更接近SATWE，默认不勾选；
(更深入的说明请参考后面的技术条件细节)
图1‐6近似罚单元参数设置
1.4生成步骤
第一步，由SATWE数据生成供转换程序使用的中间文件，同时生成spascad可识别的.sps文件，可以在spas中直接打开，方便进一步校核。
第二步，生成MIDAS/GEN模型文件.mgt，参数设置如图1‐6所示。
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图1‐7 转换生成步骤
第2章 转换模型中的技术条件细节
2.1材料
转换程序直接读取SATWE构件上定义的最终材料属性。和SATWE相同的，根据《砼规》及《钢规》在MIDAS中填写弹性模量等材料属性。
图2‐1 MIDAS中材料定义
需要注意的是，由于转换程序力求计算条件和SATWE一致，构件自重以荷载的形式自动计算并加载在构件上，所以材料的密度重度清0，即不自动计算。根据MIDAS的技术条件，此时不能直接选择规范材料，分析阶段没有任何影响，而如果要正常设计，需要在设计菜单下，将材料改回规范材料，由于MIDAS分析和设计程序独立，此改动不影响分析。
图2‐2 MIDAS中的自定义材料
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2.2截面
程序能转换所有PMCAD和STS中定义的梁柱撑截面类型，如图2‐3所示。
(a)PMCAD截面类型 (b)STS截面类型
图2‐3 PKPM中截面类型
2.2.1截面第1类转换方法
第一类转换是通过普通截面和组合截面直接支持，如图2‐3所示。
(a)普通截面转换 (b)组合截面转换
图2‐3第一类转换
图2‐4,2‐5列出了能在MIDAS中直接支持的截面类型。
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图2‐4在MIDAS中普通截面直接支持类型
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图2‐5在MIDAS中组合截面直接支持类型
2.2.2截面第2类转换方法
对于其他类型截面，和PKPM中有但MIDAS中不能直接实现的截面类型，转换程序自动计算截面特性，并用MIDAS任意截面类型来支持。从而实现任意工程特别是钢结构工程中截面的转换，如图2‐6所示。
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图2‐6 任意截面转换参数设置
2.2.3墙板截面
墙板截面，读取SATWE中的墙厚板厚。墙属性设置如图2‐7所示，墙板属性处理部分。
图2‐7 MIDAS中墙截面定义
2.3形成三维模型
转换程序直接采用SATWE前处理模型生成模块，保证模型生成条件的高度一致性。在MIDAS转换接口中，同时集成了SATWE特殊构件定义前处理模块，各个版本的SATWE模型可以直接转换，而不需要先在当前版本执行SATWE生成数据了，在第一步同时生成spascad模型方便校验，也可直接接力PMSAP计算，如图2‐9、图2‐10所示。
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2‐8 与SATWE一致的前处理模块(包含特殊构件定义处理模块)
2‐9 生成SPASCAD模型
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2.4层处理
MIDAS没有明确的楼层概念，仅作用于数据的统计及部分和楼层概念有关的计算，程序直接读取PMCAD自然层设置。值得注意的是，转换程序并没有使用MIDAS层的刚性楼板假定概念，而是使用一种更便捷的方式来处理。
2‐10 转换中的层概念
2.5构件偏心处理
表2‐1 构件偏心处理方式
转换形式
说明
为了保证能使尽量多的SATWE墙转换成MIDAS墙，并没有采用SATWE的偏心处理方式，即先挪节点再做矩阵变换，而是直接
墙梁柱划分
采用了PMCAD定义的构件局部系偏心，然后利用MIDAS中的
方式
整体系梁端刚域概念来设置偏心。没有采用截面偏心以避免截
面类型过多的问题。
图2‐11给出了采用墙梁柱划分方式时的偏心处理方法和MIDAS实现过程及参数设置。
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图2‐11 墙梁柱划分方式偏心处理方法和MIDAS实现
2.6构件对齐关系
SATWE中，梁和板与柱墙连接定位点对齐关系，默认都在中心线位置(PMCAD中显示为梁板顶部对齐,实际计算模型为中心对齐)，MIDAS相同，如图2‐12所示。
2‐12 MIDAS构件对齐关系
2.7墙、墙洞及墙中间点处理
MIDAS对墙的几何形式有严格的限制，要求墙在两层之间，并且是严格的矩形。因此SATWE的墙有中间节点的情况，是不直接支持的，并且由于建模的精度问题，有相当比例的不能直接转换为MIDAS墙，为此程序做了一系列内部处理，提高墙的转换率。
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2‐13 对墙的特殊处理及转换效果
MIDAS不直接支持开洞墙方式模型，转换程序对此情况作了处理：墙梁柱划分方式时，开洞墙按墙梁墙柱划分，并将墙梁转换为梁单元，梁单元考虑了上下层墙梁的总高。由于开洞产生的墙梁两端中间节点，自动合并入刚性楼板进行约束(如果有
2‐14墙洞及墙中间点处理方式
经大量工程测试，此方式可以保证结构的各阵型周期精度。
2‐15 MIDAS墙梁柱划分方式和SATWE对比测试
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2.8弧梁弧墙
目前转换程序将弧梁弧墙直接拉通，对于多数弧度较小、半径较大的弧，这种处理影响不大。对于个别半径小而且弧度大的弧梁墙，可以在PMCAD中在弧线网格上增加中间点的方式来离散。
2.9墙板属性处理
转换程序对PMCAD/SATWE中不同属性的墙板做了处理，如表2‐2和图2‐17所示。
表2‐2 墙板的转换形式
墙板形式 墙 平板刚性板 平板弹性膜/板
斜板
转换说明
转为墙，开洞墙划分为梁/墙柱。
读取SATWE主区域信息，形成刚性连接，同时删除板，以降低自
由度提高计算速度。
转为膜/板。 转为板。
图2‐16 弹性膜属性处理示意图
图2‐17 刚性板属性处理示意图
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2.11墙板剖分及协调关系
SATWE在墙板剖分时考虑了出口节点的影响，这与MIDAS的技术条件有所不同，另外还有MIDAS中划分墙梁墙柱后还会产生协调关系问题。
根据MIDAS的技术条件，墙不涉及细分问题，板(包括SATWE中的弹性板、弹性膜)始终为基本的壳单元，刚性板在MIDAS中删除，以刚性连接的形式处理。
因此转换程序中采用墙梁柱划分方式时，SATWE有出口节点的墙自动划分为多块，并且程序将这些点自动考虑到刚性连接中(如果有)。保留SATWE中的弹性板、弹性膜，并转换到MIDAS，另外不能转为MIDAS墙的SATWE墙也转换为板，这些板需要用户手工细分。
图2‐18墙的出口节点处理及板划分
对于细分单元方式，程序直接读取了SATWE的细分模型，并将墙和板都处理为MIDAS中的壳单元，保证构件的协调关系。
图2‐19 细分单元方式的协调
2.12刚度系数
MIDAS读取了SATWE的梁刚度系数及墙梁折减系数，并通过MIDAS的截面
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特性值设置，如表2‐3所示。
表2‐3 刚度系数设置对比
SATWE
框架梁中梁刚度放大系数 梁方式的连梁刚度折减系数
墙梁刚度折减系数
说明
读取SATWE参数(可考虑02规范和10规范设置方法)。
地震作用模型：读取SATWE参数。
静力计算模型： 设置为1。 地震作用模型：读取SATWE参数。
静力计算模型： 设置为1。
图2‐20 刚度系数
2.13回填土约束
读取SATWE中的m值，根据挡土面积算出各层回填土总弹簧刚度，再平均分到每个节点上。采用这种方式而不是在刚性隔板形心上加弹簧，可以更好的适应1.3版本后的SATWE地下室不采用强刚的计算模型。
图2‐21 回填土约束参数
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2.14P‐Δ效应
读取SATWE中的P‐Δ效应设置，如图2‐22所示。
图2‐22 P‐Δ效应设置
2.15地震作用
根据SATWE设置的Amax,地震烈度，Tg，周期折减系数，阻尼比，振型数等，直接在MIDAS中设置频谱数据。并设置EX,EY工况。
图2‐23 MIDAS中地震参数设置
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图2‐24 设置EX,EY两个反应谱工况
转换程序设置MIDAS的质量源来自荷载，即恒活荷。因为SATWE的重力加速度值取的是10，所以MIDAS中也设为10 ,以保证计算地震作用的质量一致。
默认只包含侧向质量，与SATWE水平地震作用条件一致。
图2‐26荷载转换质量参数定义
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2.16恒活荷
转换程序目前可以读取PMCAD的恒活荷，转换方法如表2‐4和图2‐27所示。 直接读取PMCAD导算荷载，和用户指定点荷载和线荷载。
为了与SATWE一致，构件自重直接按恒载的方式布置，并设置构件密度和重度为0。
表2‐4 恒活荷载转换形式
构件自重 柱、撑 梁 墙 板
转换荷载形式 柱撑顶集中力。 梁上均布线荷载。 增加墙顶压力荷载。
读取PMCAD导荷荷载(勾选了自动计算楼板自重)。
地震作用的质量由恒活荷倒算。
图2‐27 恒活荷载转换形式
第3章 实例对比
3.1例题1
框架结构，14层，1层地下室，设防烈度6，结构模型简图如3‐1所示，对比结果如表3‐1所示。
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图3‐1 例题1结构模型简图
表3‐1 例题1结果对比
3.2例题2
框剪结构，26层，设防烈度7，结构模型简图如3‐2所示，对比结果如表3‐2所示。
图3‐2 例题2结构模型简图
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表3‐2 例题2结果对比
3.3例题3
框筒结构，44层，4层地下室，设防烈度7，结构模型简图如3‐3所示，对比结果如表3‐3所示。
图3‐3 例题3结构模型简图
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表3‐3 例题3结果对比
3.4例题4
剪力墙结构，30层，2层地下室，设防烈度8，结构模型简图如3‐4所示，对比结果如表3‐4所示。
图3‐4 例题结构模型简图
表3‐4 例题4结果对比
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