Weldment Design 由 Corbin Collier 于 2019 年创立，受 St. George Steel 委托，为服务于 USA Rare Earth Magnet Manufacturing Project 的钢结构管架系统执行委托节点分析。该工业管架系统总长近 800 线性英尺，高度达 28 英尺，由 Hatch（EOR）负责设计，Cronus Steel Detailing 负责深化。
Weldment Design 的目标是采用可靠且透明的验证方法，确认所有结构加固节点均满足 AISC 规范要求且在结构上是充分的。
结构与设计
- 总长度：约 800 线性英尺
- 高度：约 28 英尺
- 框架类型：典型工业管架，由抗弯框架、支撑框架及多跨模块组成
- 构件：宽翼缘梁和柱，支承管道托架及工艺管线
- 节点类型：以剪力节点为主，包括延伸剪力板、加劲板及补强板配置
- 荷载：重力荷载、侧向荷载、管道荷载及托架层集中荷载
- 设计依据：AISC 360 及相关工业设计标准
图 1. 节点位置（C1 至 C15、C17）
在项目中使用 IDEA StatiCa
Weldment Design 采用 IDEA StatiCa 的 CBFEM（基于组件的有限元模型）方法，在各项目阶段进行全面的节点设计与验证。Corbin 及其团队使用软件的独立版本对节点进行建模。共设计了 20 种不同节点，均借助 IDEA StatiCa 的操作工具完成，该工具支持标准节点与自定义节点的建模。
主要钢结构节点类型如下：
几何形状与模型建立
- 深化设计方提供的 IFC 模型实现了构件几何形状与节点界面的精确重建。
- 精细建模捕捉了管架中常见的紧凑间距，即托架、支撑与次要钢构件汇聚处的情况。
- 采用分组节点族，可快速分析多跨间重复出现的节点详图。
分析方法
- CBFEM（基于组件的有限元模型）使 Weldment Design 能够模拟复杂节点中的实际荷载传递路径——这是传统公式难以实现的。
- 钢结构节点极限状态由 IDEA StatiCa 进行验证，在运行有限元分析时对其进行显式建模：
- 剪力、承压及焊缝强度
- 块剪破坏、净截面断裂
- 柱腹板局部压屈/腹板屈服
- 板件屈曲与加劲板性能
- 荷载通过螺栓、板件及焊缝的分配
图 2. 双向竖向支撑节点。IDEA StatiCa 中的整体规范校核视图及等效应力云图
设计优化与协调
- IDEA StatiCa 用于比较延伸剪力板与标准剪力板，明确了需要增加板长或补强板以满足承载力要求的位置。
- 团队通过在三维模型中直接调整板件尺寸、焊缝及螺栓布置，尽可能保留制造商偏好的节点详图。
- IDEA StatiCa Viewer 文件与 EOR 及制造商共享，无需专有软件即可实现清晰的可视化沟通。
图 3. IDEA StatiCa 在线查看器展示项目中的一个节点
结论
约 800 英尺管架上的所有节点均确认满足 AISC 要求。
关键极限状态通过直观、透明的 CBFEM（基于组件的有限元模型）输出结果得以提前识别并处理。
整个多阶段委托设计范围在约三周内完成——这得益于以下几点：
- IFC 共享文件
- 节点分组
- 基于可视化模型的协调
由于分析结果清晰呈现了制造商节点详图可接受之处及需要修改之处，返工量得以控制，车间变更也降至最低。
CBFEM（基于组件的有限元模型）可视化结果、力流图及带注释的三维模型有效消除了通常导致工业项目进度滞后的歧义。
结果：EOR 在首次提交时即无意见地接受了该设计包。
本项目展示了 IDEA StatiCa 等先进建模工具如何支持以下方面的高效验证：
- 多跨重复结构
- 重型工业荷载
- 几何形状受限的节点
- 快速交付的委托设计范围
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