结构计算分析软件的比较及选择

近些年，随着电脑的飞速发展，有限元软件的开发也是日新月异。特别是随着

人们对结构分析的精确性和高端性的追求，越来越多的国内外有限元软件被结

构工程师所采用。

大致整理了一下，目前国内建筑结构领域使用的计算软件有：PKPM、3D3S、

MTS、MST、同济启明星、ETABS、SAP2000、SAFE、PERFORM-3D 、MIDAS、

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

LS-DYNA等。

其中PKPM、3D3S、MTS、MST、同济启明星属于国内开发的软件，目前使用的

也比较普遍，效果也不错；ETABS、SAP2000、SAFE、PERFORM-3D 、MIDAS、

STAAD PRO、ROBOT 、ANSYS、ABAQUS、NASTRAN、MARC、LS-DYNA是国外引

进的软件，目前在国内使用的也是十分普遍，而且因为一些国人有崇洋媚外的

习惯，所以相对来讲国外软件使用的更多，认可度也更高，当然，老外软件的

质量起到了关键的作用。

那么这么多软件在实际使用中怎么选择呢？其实，每个软件都有其独到之处，

针对计算工程的不同特点，可以选择不同的分析软件，有时候可以起到事半功

倍的效果。下面就谈一下自己的一点拙见：

（1）在国内PKPM可以将是葵花宝典级别的。对于多高层结构特别好用，其最

大的优点，也是大家所依赖的就是可以很快的配筋并出图。现在也可以实现一

些空间结构的建模与分析，但是使用起来还是有些不方便。早期人们一直都是

用PKPM行遍天下，只是后来随着ETABS等国外软件进来后才有人开始对其有些

微词。因为很多人觉得PKPM算起来有问题，比如不同版本算的结果区别啦、

不规则结构建模不方便啦等等。但是只要是做设计的，PKPM的。

（2）3D3S不知道如何给它定位。这是同济大学张其林老师开发的，可以计算的

结构体系有：轻钢、厂房、多高层结构、空间钢结构、索膜结构等，可以进行

中国规范校核。真是神通广大啊，不过，每个模块都是单独卖的。个人看来，

在国内软件中3D3S算是比较成功的了，至少在商业化方面走到比较靠前。

（3）MST是浙江大学罗尧治开发的，专门用于网架和网壳结构的分析与计算，

算是一个专业小软件。不过在空间结构领域可以使用以下，特别是可以用它来

建模，比自己画方便多了。

（4）MTS是同济大学李国强老师开发的，可以认为是针对多高层建筑结构开发

的。在国内也有一定的用户，不过早期听说使用不是很方便，不知道现在改进

的如何了。据介绍，这个软件可以很好的考虑阻尼器的计算，由于没有使用

过，所以不是很了解。

（5）同济启明星是同济大学编制的一个软件，用于深基坑、桩基础、边坡稳

定、天然地基等，方向是向地下发展的。很不错，用起来挺方便的，而且目前

类似的软件不多。

以上是国内软件的简单介绍，下面对老外的软件进行一下梳理：

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

校的Wilson教授开发的。其中ETABS是针对多高层建筑结构开发的。ETABS对

国内的软件行业起到了里程碑式的作用。ETABS的出现让人们看到在计算中我

们原来可以做到更多。也是ETABS让人们对结构分析提出了更高的要求，比如

弹塑性分析等。目前ETABS可以做到多高层结构的快速建模、静动力分析、静

力弹塑性分析、中国规范校核等。几乎涵盖了结构工程师的所有要求。SAP2000

则专注与空间结构，比如网壳类、桁架类、不规则结构等，一句话，开发者希

望不能用ETABS实现的就可以SAP2000来实现。和ETABS一样，SAP2000对中国

建筑结构领域软件的冲击也很大，因为在SAP2000进入中国的时候业内没有类

似可以进行空间结构建模与分析的软件。在当时SAP2000算是填补了一个空

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

规范校核等。SAFE是专门进行楼板计算的，没用过，好像必要性不是很强。

PERFORM-3D是刚推出的一套软件，专注于动力弹塑性分析，采用了大家比较

期待的纤维模型，不过听说实际操作不是很方便，本人没用过，不能下结论。

（7）MIDAS是韩国的一套结构设计软件，是业内的后起之秀。可以进行多高层

及空间结构的建模与分析，也可以进行中国规范校核。其实，MIDAS进来的很

晚，记得05、06年MIDAS用户还不是很多，但是近几年他们在销售上花了很多

心思，记得07年一套才卖3万多块，可以讲是中国的市场他们是势在必得。现

在MIDAS的用户已经非常多了，而且软件的更新也很快。是一套很不错的软

件。

（8）STAAD PRO和ROBOT可能大家不是很熟悉，不过确实是国内也在用的两套

设计软件， 比如上海的南站铁路是使用ROBOT计算的；STAAD的应用可能更多

一些，而且有中文版。这两款软件都是可以进行任何结构体系计算的，像

SAP2000和MIDAS一样，可以进行多高层和空间结构的计算与分析，STAAD带有

中国规范，听说ROBOT也在做，不知道现在有没有做好。

（9）EASY、FORTEN是两款索膜结构计算软件。其中，EASY采用的是力密度法，

FORTEN采用的是非线性有限元法。EASY在中国用到比较多，比如上海世博轴索

膜结构是用这个软件计算的，不错觉得界面开发的确实不敢恭维；个人认为

FORTEN的界面做得不错，近似通用有限元的界面模式，出图很漂亮。不过这两

款软件在国内D版比较少，目前我还没有找到过。

（10）ANSYS、ABAQUS、NASTRAN、MARC、LS-DYNA属于通用有限元软件，与

设计软件不同的是，通用软件在结构计算上功能更强大，而且往往提供二次开

发平台，对于高级用户而言具有更大的发挥空间。其中

Ø ANSYS应该是在业内拥有最多用户的一款了，它不但拥有比较丰富的单

元库，而且提供了APDL编程平台，使用户可以很好的进行复杂工程计算，这也

是参数化建模与分析的平台。目前业内使用ANSYS计算的内容包括：多高层结

构、空间结构、索膜结构、玻璃结构等等；特殊问题有节点分析、动力弹塑性

分析等等。一个字，ANSYS太强大了，不过，ANSYS对于剪力墙的弹塑性分析方

面还有一些不足。

Ø NASTRAN是航空上的一款软件,需要借PATRAN作为前处理，但是近几年

在业内也有人使用，这款软件厉害了，单元丰富、功能强大，想想看，美国飞

机专用软件，算我们建筑结构还不是小菜一碟？

Ø MARC和NASTRAN一样，都属于MSC系列的，它是一款功能齐全的高级

非线性有限元软件，具有极强的结构分析能力。在高校科研工作中用的较多。

近几年随着弹塑性分析的需求，很多工程是用这个软件计算的。

Ø ABAQUS和LS-DYNA是两款比较特殊的软件，它们的计算方法为显式计

算。我们常用的有限元软件一般都是隐式计算方法，就是解方程[K][U]=[P]。而

显式计算则是使用时间积分的方法。显示积分在动力计算中几乎不存在不收敛

的问题，所以在动力弹塑性分析中使用的较多，目前这是国内进行动力弹塑性

分析中使用最多的两款软件。不过，关于显式计算在我们建筑结构的动力分析

中是否适用一直存在着争议。本人ABAQUS用比较多，所以对其还算比较熟

悉。像ABAQUS其最大的强项在于实体分析和壳单元分析，而杆单元的分析则

不是其优势所在。所以，在我们建筑结构计算中需要用户开发一些简单的接口

程序，把其他软件建立的模型导入到ABAQUS中，否则在ABAQUS中建立建筑的

三维模型会累死人的，不过它的后处理还比较方便。ABAQUS的非线性功能很强

大，如此强大的非线性功能，用在建筑结构领域简直太浪费了！LS-DYNA是

ANSYS系列的，据说可以把计算模型直接从ANSYS中转换过去。其动力弹塑性

功能和ABAQUS差不多，这些功能都可以轻松满足我们建筑结构领域的需求。

前面对一些常用软件做了简单的介绍，了解其基本情况后作选择就比较简单

了：

（1） 对于多高层结构的设计优先选择PKPM、ETABS和MTS；另外也可以

选择SAP2000、MIDAS、STAAD PRO和ROBOT、3D3S；如果是计算分析，随便选

一个通用有限元软件即可，强烈推荐ANSYS。

（2） 对于空间结构的设计优先选择SAP2000、MIDAS、STAAD PRO和

ROBOT；纯计算分析强烈推荐ANSYS、MIDAS、SAP2000和NASTRAN；

（3） 对于索膜结构可以选择ANSYS、EASY、FORTEN、3D3S。鉴于EASY、

FORTEN一定要用正版，所以还是用ANSYS和3D3S比较现实。

（4） 对于动力弹塑性分析建议采用ABAQUS和LS-DYNA；另外也可以选用

ETABS（多高层）、SAP2000、MIDAS（最近推出Building专门做动力弹塑性）。

（5） 节点细部分析，建议采用ANSYS、ABSQUS；也可以选用NASTRAN和

MARC。

另外，对于一些特殊结构，考虑到可能会使用到简单的二次开发，所以还是建

议大家选用ANSYS、ABAQUS等带有编程语言的通用软件。