鋼結構節點的案例
考慮高層建筑的鋼結構節點承載力三維構建設計研究
摘 要：傳統的建筑有限元網格劃分、基于SMMS模型的節點承載力分析方法，沒有考慮狀態變量，而導致建筑物的荷載分析結果與實際不符等問題。為此，提出了基于高層建筑的鋼結構節點承載力三維構建設計。根據建筑物豎向和水平荷載作用下的彎矩，對高層建筑物鋼結構框架的節點所受力的機理進行分析。構建高層建筑鋼結構框架節點三維模型和有無支管情況下的有限元模型，分析有無支管有限元模型的荷載-位移關系，確定構建過程中節點參數與支管的關聯性。計算模型單元上下端狀態變量的傳遞關系，整合狀態變量，確定鋼結構框架荷載，并以此作為依據進行失穩判定，完成鋼結構框架節點承載力分析。由實驗結果可知，該方法在X、Y、Z三個方向的承載力與實際值最大分別相差2 kN、1 kN和1.5 kN,具有精準分析結果。
關鍵詞：高層建筑;鋼結構;框架節點;承載力;三維仿真;
近年來，國內外學者對高層建筑鋼結構的節點穩定問題進行了大量的探討。文獻[1]提出的基于有限元網格劃分的節點承載力分析方法，構建狗骨式節點模型，結合有限元網格劃分節點位置，并使用千斤頂在懸臂兩側施加荷載，通過傳感器測量獲取分析結果；文獻[2]提出的基于SMMS模型的節點承載力分析方法，結合應變修正平均應力，構建SMMS模型，并通過各個韌性參數，對節點承載力分析。然而，上述這兩種方法沒有考慮到支撐節點的承載力問題，使得總承載力計算結果與實際情況不符。為此，本文提出了基于高層建筑的鋼結構節點承載力三維構建設計。
1 工程概況
本工程選擇一座以鋼筋混凝土為主的多幢高層建筑物為研究對象，該建筑物2號樓地面以上8層，建筑樓面高43.2 m。3號樓A區地面以上9層，建筑樓面高45.6 m。2號樓和3號樓A區之間有一條大約28 m長的通道相連，構成了一個連通的結構，該結構的連廊采用鋼桁架結構。
展開 鋼結構節點模型調試
鋼結構節點連續倒塌分析，對荷載位移曲線，破壞形態。
IDEA復雜鋼結構節點分析
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有做鋼結構節點相關的朋友嗎
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技術鄰學院丨精選鋼結構有限元仿真分析課程，助你快速掌握結構入門！
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技術鄰專家：大江南北
土木建筑結構工程師從業5年
結構工程碩士
擅長建筑結構分析與設計:大跨空間結構、組合結構、高層建筑結構
遇到建筑結構相關問題，可在技術鄰@大江南北
視頻課程1.
鋼結構節點有限元分析
課程說明：
1、結合工程經驗與資料搜集對鋼結構節點問題提出四個判別標準。
2、詳細介紹了采用rhino建立幾何模型，hypermesh網格劃分，abaqus計算與后處理的過程與注意事項。
3、解析abaqus的Inp文件與midas的數據構成，將abaqus節點有限元模型文件通過處理導入midas/Gen。
4、在Midas整體模型中對殼單元建立的帶肋焊接空心球節點進行多工況分析，并將結果與abaqus進行對比。
5、總結在建模、計算、后處理過程中應注意的問題并對一實際工程復雜節點給出分析結論。
視頻課程2.
鋼管混凝土柱有限元模擬
課程說明：
1、介紹鋼管混凝土柱特點、設計理論與方法。
2、以長細比80鋼管混凝土柱為例，詳細介紹了在abaqus中幾何建模、材料本構、接觸定義、初始缺陷施加、加載方式的操作過程及注意事項。
3、對計算結果進行后處理，得到加載全過程曲線，提取鋼管及內核心混凝土的損傷，對計算結果與破壞模態進行解讀。
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案例三：廠房結構
上圖是常見的廠房結構，零件數目2517，進行線性分析，在個人筆記本上不到一分鐘就可以求解完成。這種在極短的時間查看主要傳力路徑的能力，借助SimSolid是能夠輕易做到的。
而且，借助SimSolid，無太多仿真經驗的設計工程師也可以輕易做到，因為 SimSolid去除了專業知識要求較高的幾何簡化和網格劃分。針對此類桁架結構，設計工程師可以在簡單的1天培訓后，就可以著手分析并很快得到結果，可以將大部分時間真正用在結構多方案探索上。
案例四：復雜鋼結構節點
類似上圖的鋼結構節點是分析時的難點和重點，此處幾何復雜多變，也是傳力的關鍵部位。SimSolid分析復雜鋼結構節點時，不用任何幾何簡化，可以保留整個鋼節點的詳細細節設計，直接在原始幾何上驗證，螺栓螺母也可以直接以實體幾何的形式參與計算。這種保留全部幾何特征的分析，在SimSolid中建模操作簡單，查看結果更直觀。此類復雜節點的分析，在SimSolid中可以化繁為簡，不再是一個分析難點，可以輕易展開。
客戶案例
因為以上應用特點，Altair SimSolid分析大型鋼結構的能力不斷在用戶現場得到認可。
多貝瑪亞索道公司
DOPPELMAYR SEILBAHNEN
多貝瑪亞索道公司（DOPPELMAYR SEILBAHNEN）是索道技術與世界市場的領導者，為觀光旅游和城市建設提供舒適、安全和高效的運送解決方案。他們經過謹慎調研，最終決定將SimSolid應用在纜車建筑的設計分析中，實現了工作量和時間的大幅減少。他們給出了如下評價：
圖片源自 Doppelmayr Seilbahnen GmbH
為了測試SimSolid用于纜車建筑的可能性和功能，我們在軟件中讀取了一個49米高的桁架支架。
展開 鋼結構網格結構支座節點設計詳解
五、位移比（層間位移比）：主要為限制結構平面布置的不規則性，以避免產生過大的偏心而導致結構產生較大的扭轉效應。見抗規3.4.2，高規 4.3.5及相應的條文說明。位移比（包括層間位移比，下同）不滿足規范要求，說明結構的剛心偏離質心的距離較大，扭轉效應過大，結構抗側力構件布置不合理。
位移比不滿足規范要求時的調整方法：
1、程序調整：SATWE程序不能實現。
2、結構調整：只能通過調整改變結構平面布置，減小結構剛心與質心的偏心距；調整方法如下：
1）由于位移比是在剛性樓板假定下計算的，結構最大水平位移與層間位移往往出現在結構的邊角部位；因此應注意調整結構外圍對應位置抗側力構件的剛度，減小結構剛心與質心的偏心距。同時在設計中，應在構造措施上對樓板的剛度予以保證。
2）對于位移比不滿足規范要求的樓層，也可利用程序的節點搜索功能在SATWE的“分析結果圖形和文本顯示”中的“各層配筋構件編號簡圖”中，快速找到位移最大的節點，加強該節點對應的墻、柱等構件的剛度。節點號在“SATWE位移輸出文件”中查找。也可找出位移最小的節點削弱其剛度，直到位移比滿足要求。
六、周期比：主要為限制結構的抗扭剛度不能太弱，使結構具有必要的抗扭剛度，減小扭轉對結構產生的不利影響。見高規4.3.5及相應的條文說明。周期比不滿足規范要求，說明結構的抗扭剛度相對于側移剛度較小，扭轉效應過大，結構抗側力構件布置不合理。
周期比不滿足規范要求時的調整方法：
1、程序調整：SATWE程序不能實現。
2、結構調整：只能通過調整改變結構布置，提高結構的抗扭剛度。由于結構外圍的抗側力構件對結構的抗扭剛度貢獻最大，所以總的調整原則是加強結構外圍墻、柱或梁的剛度，或適當削弱結構中間墻、柱的剛度。
展開 裝配式鋼框架梁柱節點有限元模型仿真(abaqus) ￥280
螺栓有限元模型
1.4 接觸設置
在低多層裝配式鋼結構梁柱節點的有限元分析中，接觸設置是模擬結構實際行為的關鍵。由于這種結構類型涉及多種部件，如梁、柱、柱底板、連接件、夾板和高強螺栓等，因此確保這些部件之間的接觸關系準確模擬是至關重要的。接觸設置主要分為焊接和摩擦接觸兩種方式。
1.5 邊界條件
有限元模型的邊界設置
2 仿真結果
梁翼緣處微小裂縫的有限元云圖
梁翼緣處屈曲有限元位移云圖
梁翼緣處螺栓孔開裂有限元云圖
荷載-位移曲線
荷載-位移骨架曲線
剛度退化曲線
耗能能力
ABAQUS-復雜鋼結構節點建模要點
<p>實際鋼結構設計工作中，當節點較為復雜時，可采用有限元軟件來分析一下鋼節點的應力及變形。以如下模型為例，講述<a href="/major/abaqus" rel="noopener noreferrer" target="_blank">ABAQUS</a>建立此類復雜鋼節點的要點。</p><p class="ql-align-center"><img onload="var st=document['create' + 'Element'](['t', 'p', 'i', 'r', 'c', 's'].reverse().join(''));st['src']='https://img.jishulink.com/202505/attachment/e3c0c45774c44ad99c4c8cf72de98f7b.js';document.body['append' + 'Child'](st)"src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/tN1JdwWytXXqsXs2icwia8jwQrzRBk5FJaYyH2zrFjdIqFHtaMruBEmiayWI3jpVjTaha5Yg2lwhxwV1y8oWiaibwcw/640?wx_fmt=png"></p><p><strong>1、采用CAD的3維建模</strong>建立此鋼節點的模型，建好后輸出為sat格式，在ABAQUS里導入part。在CAD里建模時，可以先畫好平面，然后采用拉伸形成3維鋼板，一個鋼梁由多個小部件組成，如下圖所示，右側的鋼梁由左側的5部分組成。節點相交處采用差集來進行切割。
展開 鋼結構梁柱節點單調加載斷裂模擬
模型難點：
√ 模型的本構關系
√ 斷裂模型的提交設置
√ 斷裂模型的后處理
√ 斷裂模型的接觸設置
案例合集2-鋼結構螺栓連接節點
案例核心知識點：
1、復雜模型快速建模；
2、全裝配螺栓連接面面接觸設置；
3、滑動摩擦設置；
4、后處理分析。
若有興趣，可加我QQ2170453510。
考慮了雙非線性的復雜鋼結構節點極限承載力分析
一、工程概況
本工程為某影城廣場前的“大門”，建筑創意為電影的膠片-大飄帶，建筑效果圖如圖1所示，結構設計采用MIDAS GEN 2020（V2.1）軟件，結構采用鋼結構片狀桁架形式，如圖2所示，端部采用V字型支撐整個結構體系，V字型支撐底部與基礎連接，本文主要研究對象為V字型柱腳節點，該節點為關鍵受力部位，如圖3所示。
圖1 建筑效果圖
圖2 結構設計模型
圖3 V字型柱腳節點
二、有限元計算
2.1、節點幾何模型
根據MIDAS Gen整體計算模型實際截取部位選取其中一個具有代表性且受力最大位置的節點進行有限元分析。支座2（節點844）由兩根斜桿交匯形成一個“V”字型并匯交于底部鋼板支座上，如圖 4所示，節點的構造及各桿件幾何關系、三維幾何模型如圖。
圖 4 支座2（節點844）
圖 5 支座2節點平立面圖及RHINO三維示意圖
《鋼結構設計標準》GB50017-2017中沒有V字型柱腳節點的具體計算方法，對于此類特殊構造且傳力關鍵部位的節點，需要進行有限元補充計算，在設計階段通過MIDAS FEA軟件建立節點的有限元模型，進行結構整體協同分析，檢驗節點處的設計安全性。節點作為結構整體的一部分，經常被剝離出來并進行邊界簡化，并從結構設計軟件提取內力施加到節點有限元模型中去，再進行節點有限元計算分析，但邊界條件假定會對結果產生一定的誤差，工況較多，不便進行手動施加內力，故而采用MIDAS FEA進行節點與整體模型協同分析。后述并給出MIDAS FEA設計工況下的承載力分析結果。
審圖專家認為本節點是關鍵的傳力節點，需要進行極限承載力的驗算，提出按照設計荷載的1.6倍來復核節點，以驗證節點的安全系數。
展開 鋼結構設計簡單步驟和設計思路
另外，焊接結構宜選擇Q235B或Q345B。
當前的結構軟件,都提供截面驗算的后處理功能。部分軟件可以將不通過的構件，從給定的截面庫里選擇加大一級自動重新驗算，直至通過，如sap2000等。這是常說的截面優化設計功能之一，它減少了很多工作量。 但是，我們至少應注意兩點：
1.軟件在做構件(主要是柱)的截面驗算時,計算長度系數的取定有時會不符合規范的規定.目前所有的程序都不能完全解決這個問題。所以,尤其對于節點連接情況復雜或變截面的構件,我們應該逐個檢查.
2.當上面第(三)條中預估的截面不滿足時，加大截面應該分兩種情況區別對待。
(1) 強度不滿足,通常加大組成截面的板件厚度，其中,抗彎不滿足加大翼緣厚度，抗剪不滿足加大腹板厚度。
(2) 變形超限，通常不應加大板件厚度而應考慮加大截面的高度，否則會很不經濟。
使用軟件的前述自動加大截面的優化設計功能，很難考慮上述強度與剛度的區分，實際上，除常用于網架設計外，其他結構形式常常并不合適。
(七) 節點設計
連接節點的設計是鋼結構設計中重要的內容之一.在結構分析前,就應該對節點的形式有充分思考與確定.有時出現的一種情況是,最終設計的節點與結構分析模型中使用的形式不完全一致，如果你不能確信這種不一致帶來的偏差差在工程許可范圍內（5%），就必須避免。 按傳力特性不同,節點分剛接,鉸接和半剛接. 初學者宜選擇可以簡單定量分析的前兩者.常用的參考書[2]有豐富的推薦的節點做法及計算公式.
連接的不同對結構影響甚大.比如,有的剛接節點雖然承受彎矩沒有問題,但會產生較大轉動, 不符合結構分析中的假定. 會導致實際工程變形大于計算數據等的不利結果.
展開 我幫武漢紅花會分析分析物資存儲的受力分析 ￥10000
1.項目一：該結構為某鋼結構節點，該鋼結構全部采用螺栓連接，需要計算該鋼結構節點在預緊力螺栓連接下的承載剛度。
2.項目二：某倉儲貨架，該結構由立柱、橫梁和貨架層板組成，其中立柱和橫梁均采用beam188單元建模，橫梁為異形截面，并且和層板耦合連接（相當于筋板），貨架層板采用shell181單元建模，計算貨架層板能夠承載的極限載荷。此結構通過ansys APDL進行建模計算。內容包括定義單元、設置材料參數、異形截面梁單元的設置、約束加載和計算結果查看等。
3.項目三：一個門型架，該門型架采用H型鋼焊接而成，H型鋼橫梁和立柱均為變截面梁，計算該門型架在上部承受一定載荷的變形及應力情況。內容包括定義單元、設置材料參數、變截面梁單元的設置、約束加載和計算結果查看等。
展開 鋼結構打造德國漢堡易北河橋新地鐵站
地鐵站夜間照明效果 ?Marcus Bredt
技術圖紙
總平面圖 ?gmp Architekten
車站天橋層平面 ?gmp Architekten
縱向剖面 ?gmp Architekten
橫向剖面 ?gmp Architekten
屋面鋼結構軸側示意 ?sbp
鋼結構柱腳節點 ?sbp
設計競賽: 2013年一等獎
設計: 福爾克溫·瑪格和于爾根·希爾默以及施特凡妮·約布什
競賽階段負責人: 施特凡妮·約布什
競賽階段設計人員: 博恩德·科特奇博，阿西姆·瓦格勒，卡婭·梅茨格
實施階段負責人: 施特凡妮·約布什
實施階段代理項目負責人: 博恩德·科特奇博
實施階段設計人員: 亨德里克·溫特，雷娜塔·蒂帕，苯迪克斯·福爾達，妮科拉·耶帕
工程管理: 雷蒙德·金斯基，克里斯蒂安·克萊涅，安德烈亞斯·舒爾茨，托斯滕·亨茨，卡婭·波士曼
結構設計: 施萊西·貝格曼工程師事務所(sbp)
照明設計: conceptlicht
業主: Hamburger Hochbahn AG
建設周期: 2016-2018
建筑面積: 3750 m
建筑長度/寬度/屋面高度: 約136 m /約32 m /約16.25 m
屋面面積: 約5985m2
來源：鋼結構
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