在每个结构模型的分析过程中，工程师必须定义各构件之间每个节点的类型。由于模型应反映结构的真实行为，工程师需要预判哪种节点类型最为合适。
模型对真实结构的良好近似非常重要，尤其是在钢结构领域，线性构件的使用最为普遍。钢结构因其高效性而被广泛应用。
为获得最佳结果，设计人员往往不仅需要优化构件截面，还需要优化节点设计。
一般而言，结构工程师需要从按节点刚度分类的3种基本节点类型中进行选择：
- 铰接——不产生弯矩的节点。
- 刚性——构件间原始角度变化可忽略不计的节点
- 以及介于两者之间的无数中间值
在整体结构分析模型中，前两种类型被使用最多。然而与此相悖的是，大多数真实钢结构节点属于第三类。
这一分类在欧洲规范和AISC标准中均有支持。尽管术语不同，但含义相同。
| 欧洲规范： | AISC： |
| （EN 1993-1-8 第 5.2.2 条） | （AISC 360-16 第 B3.4 条） |
| - 刚性 - 铰接 - 半刚性 | 弯矩节点： - 完全约束 - 部分约束 简单节点 |
对于两种规范，特定分类均有一系列要求。如需了解详情，可直接参阅欧洲规范或AISC 标准的理论背景。在进行评估之前，一些基础和高级理论可能会非常有用。
两种主要问题情形
- 在整体分析模型中被视为铰接的节点，在实际施工中表现为半刚性（向被连接构件传递弯矩）。
- 被视为刚性的节点实际上刚度不足。
主要由于制造和安装方面的原因，第一种情形更为常见。
有人可能会说，这种误差偏于安全侧，因此不会造成任何问题。确实，跨中弯矩在真实结构中会因端部节点弯矩而有所减小。
但有必要进一步思考：这对梁本身并不危险，但对与梁相连的构件却可能造成危险！
快速演示
下面展示为正确目的选择正确节点的重要性。（以及不当节点选择对整体分析的影响）
如果您处理楼盖次梁与主梁的标准节点，将有多种节点方案可供选择。我选取了三种非常常见的方案。
使用 IDEA StatiCa Connection，您可以在几秒钟内计算节点刚度。为便于比较，我添加了刚性和铰接节点的极端情况：
- 刚性节点
- 节点 1（Sj,ini = 6.7 MNm/rad）
- 节点 2（Sj,ini = 1.3 MNm/rad）
- 节点 3（Sj,ini = 0.5 MNm/rad）
- 铰接节点
刚度对弯矩的影响
刚度对等效（冯·米塞斯）应力的影响
如您所见，随着节点刚度的增大，次梁的利用程度降低，而主梁在某些情况下可能很容易超载。
常规做法
当结构工程师决定需要考虑节点的真实刚度时（这种情况应相当频繁），有几种计算方案可供选择。
- 手算
- 使用预制电子表格模板
- 使用专用软件计算
示例分析
- 假设您分析一个包含 100 根线性钢构件的简单结构，
- 即需要连接 200 个端部。
- 该结构可能包含 20 种不同的节点类型，
- 您有 10 个荷载工况和 100 个生成的荷载组合。
对每个控制荷载组合求解所有节点将是一场噩梦。因此您只计算重要的节点。即便如此，可能仍有 10 个关键节点，每个节点涉及 2 至 6 个构件，您的工作流程可能如下所示：
1）尽管耗时极长，节点模型及其刚度计算在技术上是可行的。至少在第一轮计算时如此。
2）完成刚度分析后，您可以在整体分析模型的节点中设置转动刚度。您可以将其导入
作为单一值：
- 若 MEd 小于 2/3 Mj,Rd，可直接使用节点的初始刚度
- 若 MEd 大于 2/3 Mj,Rd，则需进行迭代过程
或作为非线性函数：
3）更新刚度参数后，您可以运行整体分析，当然会计算出新的内力。新设置的影响在某些情况下可能很小，但也可能非常显著。我们过去已处理过一些此类案例，您可以查阅我们关于该主题的知识库文章。
4）现在您需要校核并修订截面和节点设计。如果一切满足要求，您很幸运，可以继续进行下一步设计。更有可能的是，原始设计需要进行一些修改，因此您必须返回第 1）步，重复迭代过程，直到所有设计组件满足全部要求。
高效做法
目前节点刚度计算的最佳工具是 IDEA StatiCa Connection 软件。为最大程度简化工作流程并节省大量宝贵时间，您可以使用 BIM 链接将节点设计从您的 CAD 软件导出至 IDEA StatiCa Connection。
然后将分析类型设置为刚度分析，几秒钟内即可获得刚度参数。为尽可能提高效率，我们的支持中心提供了一些刚度分析实用技巧。
每次刚度分析可立即提供以下重要输出结果：
所有重要数值汇总于一张表格
计算值的图形可视化
您想使用 IDEA StatiCa Connection 自行计算节点刚度吗？只需按照准备好的欧洲规范教程或AISC 标准教程操作即可。
新软件的验证过程已完成，相关研究已与大学团队联合发布。您可以查阅多个验证算例。
重要说明
- 值得注意的是，同一节点可能会根据构件长度的不同而被归入不同类别
- 初始刚度（Sj,ini）不受弯矩设计值（MEd）的影响，而弯矩设计值仅对割线刚度（Sj,s）有影响
- 节点刚度参数的变化始终会影响整体分析模型中计算得到的内力
- 在欧洲规范方法中，需要区分有支撑和无支撑结构体系，因为同一节点可能根据支撑情况被分类为刚性或半刚性
- 若 Sj,ini 和 Sj,s 显示为无穷大刚度，这意味着刚度曲线极为陡峭，在图中实际上呈 90°，因此切线结果为无穷大。这始终表示该节点为刚性节点，远离半刚性类别的边界，因此精确数值并不重要。
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