一般来说,弯矩节点是一种除承受轴力和剪力外,还能在两个结构构件之间或从结构传递至基础的弯矩力的节点。
几乎每种结构中都能找到某种类型的弯矩节点,但其典型应用场景包括:
- 钢结构厂房的横向框架
- 多层结构的框架
- 替代支撑体系的刚性框架
弯矩节点有以下几种分类方式:
按截面类型分类:
- 开口截面
- 空心截面
- 组合截面
按节点连接方式分类:
- 纯焊接
- 纯螺栓连接
- 混合连接
按抗震结构适用性分类:
- 抗震型
- 非抗震型
按构造类型分类:
- 全深度端板
- 外伸端板
- 加劲外伸端板
- 加腋梁
- 等
通常,当我们谈到弯矩节点时,主要指刚性节点。但我们也不应忽视半刚性(或部分约束)节点,这类节点同样能传递较大的弯矩。弯矩节点的刚度至关重要,您可以在我们专注于该主题的博客文章中找到有用信息。
从结构设计角度来看,世界上存在两类主要地区:地震活跃区和非地震活跃区。
结构所在位置对设计师在方案选择和限制条件方面至关重要。当结构需要按抗震结构进行设计时,整体结构模型必须根据预期的地震荷载响应进行精确调整。结构的侧向刚度需通过合适的结构体系来保证。为此,结构工程师通常采用斜撑、剪力墙或抗弯框架(MRF)。
AISC 抗震节点
美国设计规范为这些框架提供了一系列适用节点,即 ANSI/AISC 358-16 中规定的预认证节点。
以下图片中可以找到一些示例:

- 削弱梁截面(RBS)
- 螺栓连接非加劲外伸端板(BUEEP)
- 螺栓连接加劲外伸端板(BSEEP)
- 螺栓连接翼缘板(BFP)
- 焊接非加强翼缘-焊接腹板(WUF-W)
- Kaiser 螺栓托架(KBB)
- Simpson Strong-Tie(Strong Frame)弯矩节点
- 双 T 形弯矩节点
HSS(空心钢截面)弯矩节点
如前所述,弯矩节点并非仅适用于开口截面。很多情况下,您也需要使用空心截面。那么我们有哪些选择?答案是肯定的:
- 连续梁跨越 HSS 柱节点
- 穿板式弯矩节点
- 切口/套环板弯矩节点
- 焊接 T 形翼缘弯矩节点
- 端板弯矩节点
- 横隔板弯矩节点
- 直接焊接节点
有人可能会说:HSS 不允许用于预认证抗震节点。这是事实,除非您在 SidePlate 弯矩节点类型中使用它们。

(a) 单侧宽翼缘梁柱施工;
(b) 双侧宽翼缘梁柱施工;
(c) 宽翼缘梁与 HSS 或组合箱形柱连接;
(d) 无盖板 HSS 梁与宽翼缘柱连接;
(e) 带盖板 HSS 梁与宽翼缘柱连接;
(f) 带盖板 HSS 梁与 HSS 或组合箱形柱连接
IDEA StatiCa Connection 已为这些较为少见且复杂的节点类型准备了模板,使用这些模板可以节省大量时间。

欧洲规范抗震节点 - Equaljoints
将抗震节点纳入欧洲钢结构设计规范的持续努力已历经相当长的时间。
一个名为 Equaljoints 的项目目前正由 ECCS(欧洲钢结构协会)开发,旨在为欧洲规范标准化制定抗震节点设计指南。

a) 加腋节点
b) 外伸加劲端板节点
c) 外伸非加劲端板节点
d) 狗骨式节点
该项目将为下一版 EN 1998-1《结构抗震设计》提供钢节点预认证标准。IDEA StatiCa 参与了该项目,试验结果已与 Connection 软件中 CBFEM(基于组件的有限元模型)分析结果进行了对比。您可以点击此处了解试验和验证在实践中是如何进行的。
加劲板
当需要将较大的弯矩从一个构件传递到另一个构件时,通常需要添加一些板式加劲板以保持力流的连续性。但应在何处以及如何正确设计它们?
有时,结构本身会限制可选方案,我们必须根据其他结构构件调整设计。另一方面,当您有条件按照最佳知识进行加劲板设计时,应了解可用的选项。
以下是一些加劲板布置示例:

成本优化
弯矩节点并非造价最低的节点类型。事实上,当考虑到生产、运输和安装成本时,它们可能是整个结构中最昂贵的部分。
设计特定节点的方案选择多种多样,经验有助于我们做出正确选择。生产成本计算器是一项非常实用的功能,可帮助您选择最合适、最经济的设计方案,并即时显示设计变更对造价的影响。

计算与评估
针对特定弯矩节点类型的计算与评估,有多种方法和工具可供选择。您可以找到许多针对特定节点构造进行规范校核的应用程序。但如果您希望对几乎任意类型的节点进行评估,可选方案将大幅缩减。如果您的节点不仅仅是独立构件的一部分,而是嵌入到与其他构件相连的空间结构中,则只剩下两种选择:
1) 第一种方法是在某些高级有限元分析软件中将整个节点组合建模为壳体非线性模型,但无法按特定标准进行规范校核。
2) 第二种方法是使用 IDEA StatiCa Connection 软件。在这种情况下,建模和分析不受任何限制。只需几分钟,即可根据所选设计规范完成螺栓、焊缝和应力-应变的规范校核。
只需选择模板、进行编辑、根据结果优化,并在几分钟内完成所有必要的校核:

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