結構計算分析軟件的比較及選擇

近些年，隨著電腦的飛速發展，有限元軟件的開發也是日新月異。特別是隨著

人們對結構分析的精確性和高端性的追求，越來越多的國內外有限元軟件被結

構工程師所采用。

大致整理了一下，目前國內建筑結構領域使用的計算軟件有：PKPM、3D3S、

MTS、MST、同濟啟明星、ETABS、SAP2000、SAFE、PERFORM-3D 、MIDAS、

STAAD PRO、ROBOT 、EASY、FORTEN、ANSYS、ABAQUS、NASTRAN、MARC、

LS-DYNA等。

其中PKPM、3D3S、MTS、MST、同濟啟明星屬于國內開發的軟件，目前使用的

也比較普遍，效果也不錯；ETABS、SAP2000、SAFE、PERFORM-3D 、MIDAS、

STAAD PRO、ROBOT 、ANSYS、ABAQUS、NASTRAN、MARC、LS-DYNA是國外引

進的軟件，目前在國內使用的也是十分普遍，而且因為一些國人有崇洋媚外的

習慣，所以相對來講國外軟件使用的更多，認可度也更高，當然，老外軟件的

質量起到了關鍵的作用。

那么這么多軟件在實際使用中怎么選擇呢？其實，每個軟件都有其獨到之處，

針對計算工程的不同特點，可以選擇不同的分析軟件，有時候可以起到事半功

倍的效果。下面就談一下自己的一點拙見：

（1）在國內PKPM可以將是葵花寶典級別的。對于多高層結構特別好用，其最

大的優點，也是大家所依賴的就是可以很快的配筋并出圖。現在也可以實現一

些空間結構的建模與分析，但是使用起來還是有些不方便。早期人們一直都是

用PKPM行遍天下，只是后來隨著ETABS等國外軟件進來后才有人開始對其有些

微詞。因為很多人覺得PKPM算起來有問題，比如不同版本算的結果區別啦、

不規則結構建模不方便啦等等。但是只要是做設計的，PKPM的。

（2）3D3S不知道如何給它定位。這是同濟大學張其林老師開發的，可以計算的

結構體系有：輕鋼、廠房、多高層結構、空間鋼結構、索膜結構等，可以進行

中國規范校核。真是神通廣大啊，不過，每個模塊都是單獨賣的。個人看來，

在國內軟件中3D3S算是比較成功的了，至少在商業化方面走到比較靠前。

（3）MST是浙江大學羅堯治開發的，專門用于網架和網殼結構的分析與計算，

算是一個專業小軟件。不過在空間結構領域可以使用以下，特別是可以用它來

建模，比自己畫方便多了。

（4）MTS是同濟大學李國強老師開發的，可以認為是針對多高層建筑結構開發

的。在國內也有一定的用戶，不過早期聽說使用不是很方便，不知道現在改進

的如何了。據介紹，這個軟件可以很好的考慮阻尼器的計算，由于沒有使用

過，所以不是很了解。

（5）同濟啟明星是同濟大學編制的一個軟件，用于深基坑、樁基礎、邊坡穩

定、天然地基等，方向是向地下發展的。很不錯，用起來挺方便的，而且目前

類似的軟件不多。

以上是國內軟件的簡單介紹，下面對老外的軟件進行一下梳理：

（6）ETABS、SAP2000、SAFE、PERFORM-3D等CSI系列是加州大學Berkeley分

校的Wilson教授開發的。其中ETABS是針對多高層建筑結構開發的。ETABS對

國內的軟件行業起到了里程碑式的作用。ETABS的出現讓人們看到在計算中我

們原來可以做到更多。也是ETABS讓人們對結構分析提出了更高的要求，比如

彈塑性分析等。目前ETABS可以做到多高層結構的快速建模、靜動力分析、靜

力彈塑性分析、中國規范校核等。幾乎涵蓋了結構工程師的所有要求。SAP2000

則專注與空間結構，比如網殼類、桁架類、不規則結構等，一句話，開發者希

望不能用ETABS實現的就可以SAP2000來實現。和ETABS一樣，SAP2000對中國

建筑結構領域軟件的沖擊也很大，因為在SAP2000進入中國的時候業內沒有類

似可以進行空間結構建模與分析的軟件。在當時SAP2000算是填補了一個空

白。現在SAP2000更新了很多版本（目前是12.0），增加了很多功能，比如中國

規范校核等。SAFE是專門進行樓板計算的，沒用過，好像必要性不是很強。

PERFORM-3D是剛推出的一套軟件，專注于動力彈塑性分析，采用了大家比較

期待的纖維模型，不過聽說實際操作不是很方便，本人沒用過，不能下結論。

（7）MIDAS是韓國的一套結構設計軟件，是業內的后起之秀。可以進行多高層

及空間結構的建模與分析，也可以進行中國規范校核。其實，MIDAS進來的很

晚，記得05、06年MIDAS用戶還不是很多，但是近幾年他們在銷售上花了很多

心思，記得07年一套才賣3萬多塊，可以講是中國的市場他們是勢在必得。現

在MIDAS的用戶已經非常多了，而且軟件的更新也很快。是一套很不錯的軟

件。

（8）STAAD PRO和ROBOT可能大家不是很熟悉，不過確實是國內也在用的兩套

設計軟件， 比如上海的南站鐵路是使用ROBOT計算的；STAAD的應用可能更多

一些，而且有中文版。這兩款軟件都是可以進行任何結構體系計算的，像

SAP2000和MIDAS一樣，可以進行多高層和空間結構的計算與分析，STAAD帶有

中國規范，聽說ROBOT也在做，不知道現在有沒有做好。

（9）EASY、FORTEN是兩款索膜結構計算軟件。其中，EASY采用的是力密度法，

FORTEN采用的是非線性有限元法。EASY在中國用到比較多，比如上海世博軸索

膜結構是用這個軟件計算的，不錯覺得界面開發的確實不敢恭維；個人認為

FORTEN的界面做得不錯，近似通用有限元的界面模式，出圖很漂亮。不過這兩

款軟件在國內D版比較少，目前我還沒有找到過。

（10）ANSYS、ABAQUS、NASTRAN、MARC、LS-DYNA屬于通用有限元軟件，與

設計軟件不同的是，通用軟件在結構計算上功能更強大，而且往往提供二次開

發平臺，對于高級用戶而言具有更大的發揮空間。其中

? ANSYS應該是在業內擁有最多用戶的一款了，它不但擁有比較豐富的單

元庫，而且提供了APDL編程平臺，使用戶可以很好的進行復雜工程計算，這也

是參數化建模與分析的平臺。目前業內使用ANSYS計算的內容包括：多高層結

構、空間結構、索膜結構、玻璃結構等等；特殊問題有節點分析、動力彈塑性

分析等等。一個字，ANSYS太強大了，不過，ANSYS對于剪力墻的彈塑性分析方

面還有一些不足。

? NASTRAN是航空上的一款軟件,需要借PATRAN作為前處理，但是近幾年

在業內也有人使用，這款軟件厲害了，單元豐富、功能強大，想想看，美國飛

機專用軟件，算我們建筑結構還不是小菜一碟？

? MARC和NASTRAN一樣，都屬于MSC系列的，它是一款功能齊全的高級

非線性有限元軟件，具有極強的結構分析能力。在高校科研工作中用的較多。

近幾年隨著彈塑性分析的需求，很多工程是用這個軟件計算的。

? ABAQUS和LS-DYNA是兩款比較特殊的軟件，它們的計算方法為顯式計

算。我們常用的有限元軟件一般都是隱式計算方法，就是解方程[K][U]=[P]。而

顯式計算則是使用時間積分的方法。顯示積分在動力計算中幾乎不存在不收斂

的問題，所以在動力彈塑性分析中使用的較多，目前這是國內進行動力彈塑性

分析中使用最多的兩款軟件。不過，關于顯式計算在我們建筑結構的動力分析

中是否適用一直存在著爭議。本人ABAQUS用比較多，所以對其還算比較熟

悉。像ABAQUS其最大的強項在于實體分析和殼單元分析，而桿單元的分析則

不是其優勢所在。所以，在我們建筑結構計算中需要用戶開發一些簡單的接口

程序，把其他軟件建立的模型導入到ABAQUS中，否則在ABAQUS中建立建筑的

三維模型會累死人的，不過它的后處理還比較方便。ABAQUS的非線性功能很強

大，如此強大的非線性功能，用在建筑結構領域簡直太浪費了！LS-DYNA是

ANSYS系列的，據說可以把計算模型直接從ANSYS中轉換過去。其動力彈塑性

功能和ABAQUS差不多，這些功能都可以輕松滿足我們建筑結構領域的需求。

前面對一些常用軟件做了簡單的介紹，了解其基本情況后作選擇就比較簡單

了：

（1） 對于多高層結構的設計優先選擇PKPM、ETABS和MTS；另外也可以

選擇SAP2000、MIDAS、STAAD PRO和ROBOT、3D3S；如果是計算分析，隨便選

一個通用有限元軟件即可，強烈推薦ANSYS。

（2） 對于空間結構的設計優先選擇SAP2000、MIDAS、STAAD PRO和

ROBOT；純計算分析強烈推薦ANSYS、MIDAS、SAP2000和NASTRAN；

（3） 對于索膜結構可以選擇ANSYS、EASY、FORTEN、3D3S。鑒于EASY、

FORTEN一定要用正版，所以還是用ANSYS和3D3S比較現實。

（4） 對于動力彈塑性分析建議采用ABAQUS和LS-DYNA；另外也可以選用

ETABS（多高層）、SAP2000、MIDAS（最近推出Building專門做動力彈塑性）。

（5） 節點細部分析，建議采用ANSYS、ABSQUS；也可以選用NASTRAN和

MARC。

另外，對于一些特殊結構，考慮到可能會使用到簡單的二次開發，所以還是建

議大家選用ANSYS、ABAQUS等帶有編程語言的通用軟件。