YJK与PKPM对比

关于YJK与PKPM计算的对比和区别

（内部培训资料，仅供学习参考）

YJK与SATWE都采用三维的杆单元计算梁柱、采用壳单元计算剪力墙和楼板（楼板或使用膜单元），从这点来说两者相同。但是YJK正是根据SATWE不能满足目前工程需要的大量要求出发，采用了比SATWE更加先进的力学有限元计算分析技术，力学有限元是一个与工程设计不同的技术领域，YJK使用了当今在该领域产生的大量先进技术，从而适用目前越来越复杂的工程计算

YJK的力学有限元核心计算，采用了北京大学力学系陈璞教授团队的成果，陈璞教授曾任北京大学力学系主任，是袁明武教授SAP84团队的核心骨干，他作为博士后留学各国十几年，在美国CSI公司也工作过，陈璞教授在工程计算方面具有深厚造诣，在静动力计算和求解器方面应属于国内顶尖的专家。

YJK的力学有限元核心计算方面的改进如下，

1、采用了当今该领域大量先进技术

如死活单元技术实现一种模型多项计算；合理应用偏心刚域、主从节点、协调与非协调单元等技术（简称MPC），即令指定的自由度与一个或多个自由度建立某种关系，用在构件偏心处理、短梁短墙归并、刚性楼板、刚性连接、墙墙不协调关系等很多方面，可避免计算异常、提高计算的稳定性和减少计算单元数量；在墙元的优化计算及准确性、适应性及稳定性计算方面做了大量改进；局部振动判别查找模型缺陷；有效质量系数自动达标算法；新的偶然偏心算法（瑞利-里兹投影反射谱法）；新的重力二阶效应算法等。

2、补充了很多SATWE缺失的功能

比例阻尼算法：计算地震作用时可对砼结构和钢结构组成的混合结构按照不同阻尼比计算，它按照应变能加权平均的方式计算等效阻尼比，属于抗震规范10.2.8条要求的“振型阻尼比法”；

Ritz向量法计算地震作用：用于地震作用质量参与系数不容易算够的情况，如较大规模的多塔结构、大跨的体育场馆结构、平面规模较大的结构、竖向地震作用计算等，该方法在Etabs、Midas等软件也有提供；

自定义节点约束和支座信息：指定两节点间的约束关系和弹性刚度，指定支座的弹簧刚度或者强制位移，用于结构不同部分之间的复杂连接；

指定构件施工次序：按照Etabs、Midas等软件的类似功能方式，适应任意施工次序，从而加强层伸臂桁架、砼核心筒与外钢框架、上连体等复杂施工次序结构准确计算；

墙元能支持面外荷载，解决了地下室外墙的水土压力计算等墙受面外荷载的计算问题。

3、与SATWE的主要差别

偶然偏心计算时，偏心距计算方法不同：YJK先按《广东规程》方法计算等效宽度，再计算偏心距。即对于方形及矩形平面，ei=5%相应边长；对其他形式平面，可取ei=0.1732ri，ri为第i层楼层平面平行地震作用方向的回转半径。SATWE取楼层平面外包矩形相应宽度来计算偏心距。

重力二阶效应：几何刚度矩阵：SATWE没有给出墙（即壳元）的几何刚度矩阵，采用杆元的几何刚度矩阵；YJK的一维构件采用了空间梁元的几何刚度矩阵，能考虑弯曲的影

响还能考虑构件偏心的影响，同时剪力墙采用了壳元的几何刚度矩阵。竖向工况应力状态：YJK采用了竖向导荷的结果，而SATWE直接取用了竖向构件的顶点质量。

温度荷载计算：SATWE对于剪力墙及某些情况的处理存在较大偏差的异常现象；YJK 的计算结果可以与Etabs等软件计算一致。

高位转换的计算模型：SATWE采用刚度串模型，先将上部或下部结构各层的侧向刚度求倒数，得出位移后再求和，然后再求倒数得到上部或下部结构的刚度，从而得到上部或下部结构的等效侧向刚度比。在计算侧向刚度时不能考虑梁和边框柱的贡献；YJK按照《高规》附录E.0.3采用单位力法计算。

刚心的计算：YJK对单层的局部模型按强制刚性楼板假定计算刚心，能考虑包括梁、边框柱在内的各类构件；而SATWE只考虑竖向构件，而且对于边框柱等模型计算误差较大。

中梁刚度放大系数：有次梁时计算跨度不同－YJK按主梁的梁跨度计算，而SATWE按次梁跨度；两边板厚不同时YJK按不同板厚的实际情况计算，SATWE按较薄板厚度计算。

网格划分：网格划分的质量对计算精度影响较大，YJK大量采用矩形网格，避免畸变造成的精度降低。YJK计算容量大大提升，支持细分网格进行精确分析，如对短肢剪力墙、连梁等能自动加密一倍。

对普通梁建模的剪力墙连梁按照壳元计算：YJK对于跨高比小于某值（隐含为4）的这种梁按照壳元计算，而SATWE按照杆单元计算，结果与实际相差很大，不能得出正确的内力结果。

对托墙转换梁按照壳元计算：YJK对于托墙转换梁按照壳元计算，而SATWE按照杆单元计算，结果与实际相差很大，不能得出正确的内力结果。

梁梁高差错层计算：YJK按照保持梁之间错层状态、之间用偏心刚域连接的计算模型；SATWE采用斜梁搭接，引起不应有的梁轴力出现。

梁与弹性板连接：YJK可按照楼板中性轴与梁中轴之间的竖向差距设置梁板之间的偏心连接，符合实际工程状况；SATWE按照楼板中性轴与梁中轴直接连接的模型计算，不能考虑二者之间的偏心连接。

有地下室时地震质量参与系数计算：有地下室时SATWE计算出的地震质量参与系数一般偏大很多，当SATWE质量参与系数计算结果达到99%时，继续增加计算振型个数的计算仍可得到明显增加的地震剪力，说明前面的99%属于虚报。

L、T形等异形截面杆件计算：YJK可得到与理论解一致的结果，SATWE相差很多。

剪力墙边框柱：YJK对柱上荷载让墙与柱共同承担，可得到与理论解一致的结果，SATWE对边框柱计算常给出异常结果。

剪力墙配筋计算：TJK可自动按照考虑翼缘的组合截面进行剪力墙边缘构件的配筋计算，而SATWE对剪力墙配筋采用只能分成若干单肢墙段分别设计，既不安全也不经济。

多方向风：YJK可提供多方向风荷载计算从而适应复杂高层设计，SATWE仅能按照0度和90度两种工况计算风荷载。

复杂空间结构：YJK在普通楼层建模下同时提供三维空间建模方式，从而实现规范要求的复杂结构、空间结构与普通楼层的联合计算；SATWE仅能提供普通楼层的建模方式。

计算容量：YJK可支持64位操作系统，计算能力可达到300万自由度，从而可实现超高层、大体量多塔、复杂空间结构的完整设计计算；SATWE计算能力仅为20-30万。

自动包络设计：YJK提供系列自动包络设计，如多塔结构的配筋取各单塔结果与合塔

结果的较大值，少墙框架的框架部分配筋取按框剪结构和框架结构计算的较大值，考虑楼梯计算取考虑楼梯模型与不考虑楼梯模型的较大值，多遇地震计算和中震（或大震）弹性或中震（或大震）不屈服设计结果取大值等，从而这些规范明确要求而手工很难完成的工作；SATWE没有这样的功能。

时程分析：YJK的时程分析给出各层与反应谱结果的放大系数，并可在反应谱计算时导入时程分析给出的各层X、Y向放大系数；SATWE需手工查找与反应谱结果的放大系数，且只提供全楼统一地震放大系数的计算。

4、关于不同力学计算模型

目前设计高层建筑采用的各种流行软件，它们的力学模型在主体上都是相同的，即都采用三维的杆单元和壳单元，如YJK、SATWE、Etabs、Midas、广厦等。以前使用的TBSA、TA T对剪力墙采用薄壁柱计算模型，应属于和SATWE等不同的力学模型，但它们现在已基本不用。

三维的杆单元和壳单元具有理论解，这类软件结果应和理论解一致，也就是说它们之间的计算结果应该一致，或者说随着各软件的补充完善结果应趋于一致，否则一定是某些方面出了问题。各地用户发现SATWE温度荷载计算不正常可能是这方面出了问题。

广东省高规DBJ15-92-2013第5.1.4条：“可用杆单元模拟梁、柱，膜单元模拟楼板，壳单元模拟剪力墙。连梁可用杆单元或壳单元模拟。当连梁的跨高比小于2时，宜用壳单元模拟。”这个描述基本概括了目前高层建筑计算的力学模型状况。该规程第5.1.14条说明：“体型复杂、结构布置复杂以及B级高度高层建筑结构，应采用至少两个不同单位编制的结构分析软件进行整体计算，不同结构分析软件之间弹性计算结果的差异不应过大。”这个要求用“不同单位编制的软件”替代原来“不同力学模型软件”的提法，更加符合实际情况，同时也指出它们之间“弹性计算结果的差异不应过大”。

另一方面，引起各软件设计结果出现差异的原因，多是在力学模型应用的具体细节上处理不同造成的，如上面3节所述的很多内容。如对剪力墙连梁、托墙转换梁按照壳元和按照杆元计算，重力二阶效应计算，高位转换和刚心的计算模型不同，偶然偏心取值范围不同等。网格划分不属于力学模型问题，但它采用的单元尺寸及划分效果对计算结果常常影响很大。

YJK广受欢迎的特点之一就是它提供了和当前各种流行的结构计算软件的接口，包括PKPM、Etabs、Midas（都是双向接口），还提供和Abaqus的接口。这种接口极大地方便了用户在各个计算软件之间进行对比，发挥各软件优势，取得互相补充的效果。因此使用YJK 软件不仅得出它本身的计算结果，还可同时得到其它各种软件的计算结果。

附：YJK基础模块和JCCAD的区别：

1、冲剪计算：内筒冲切计算冲切力，基地反力取有限元结果而非平均基地反力；柱墙

冲切锥下不验算桩冲切，柱冲切考虑冲垮比等。

2、沉降的二次计算（沉降计算考虑不同类型基础之间影响）所有基础类型可以同时建

模一次性计算，考虑不同基础间相互影响

3、支持桩筏、承台、防水板的协同设计。

4、避免应力集中：网格自动划分均匀，避免因狭长三角网格单元导致应力突变；柱底

集中力下传时，考虑柱底截面和基础厚度，按45度应力扩散角，有效改善柱（墙）

下板带应力集中的问题。

5、计算规模大，效率高，无平面节点数限制，体量不受限。