主体结构设计由原咨询公司 Mott MacDonald 完成。负责施工的承包商为 DHD Engineering，该公司委托我们的客户 Ellis & Moore Consulting Engineers 进行节点设计。
本文将阐述该节点设计中的难点，以及如何通过 IDEA StatiCa Connection 成功解决这些问题。同时，我们将评估欧洲规范中所采用的原始组件法，并证明其在本案例中的应用几乎不可行。
手动设计的节点分类
首先，我们将说明复杂节点需要手动设计时的操作流程。以右图所示的 N 型节点为例，该节点为多平面节点。为了使用组件法进行正确计算，需要在欧洲规范图 7.1 中识别相应的构型（点击下图查看）。
从节点几何形状可以看出，沿浅蓝色矩形标注的纵向方向不存在问题，可以明确归类为 N 型节点。问题出现在斜面方向！因此，最终形成了两个共存的"N"型节点与一个"Y"型节点。
沿该方向，通过最终 IDEA StatiCa Connection 模型的三维真实视图截图可以直观地看出问题所在（见下图）。对于这种特定构型，规范中没有明确的指导，且相关段落对搭接等要求的限值也不一定能满足。在这种情况下，若要使用组件法，则需要专家意见和合理的工程判断。此外，由于截图来自已完成的节点，可以看到使用了多种加劲节点板以增强节点并达到所需承载力。仅这些节点板的存在，就使得该节点无法通过组件法进行设计。
采用 CBFEM（基于组件的有限元模型）方法的成功设计
组件法的上述局限性不适用于 CBFEM（基于组件的有限元模型）和 IDEA StatiCa Connection，原因在于节点完全按照实际情况建模，并以有限单元法作为统一单元在各方向进行分析。因此，施加所有荷载后，模型即可求解，模型中所有相互作用的内力均可计算得出，并可立即获得所有欧洲规范校核结果的快速概览，表明设计满足安全要求。
与组件法相比，另一个重要优势在于该工作流程适用于所有节点类型。例如，若矩形截面因某种原因改为圆形截面或 I 型截面，无需进行特殊处理。而组件法则不同，它对每种截面类型均有特殊规定。
关于英国节点设计的说明
可以说，在钢结构节点设计方面，结构工程师遵循一套在英国似乎已成惯例的特定流程。为了设计节点，负责结构基本设计的工程师会提供类似右图所示的标注图。为便于阅读，节点按组归类，然后为每组创建作用力包络值。这一流程为节点提供了超强设计，确保设计安全，同时也使双方之间的信息传递更加顺畅。然而，这种方法的问题在于，所需的超强程度（至少在本案例中）非常大，以至于若不使用所提供的加劲节点板，焊接构件将无法承受所给定的力。
这意味着节点设计师有时会陷入僵局，因为更改构件尺寸并非可接受的做法，若必须更改则需有充分依据。在本案例中，使用 IDEA StatiCa Connection 是客户在不采用复杂有限元分析及其潜在问题的前提下实现所需设计的唯一途径。
使用 IDEA StatiCa Connection 实现更经济的设计
上述惯常做法在本项目初期同样被采用。因此，原咨询工程师提供的包络设计力导致桁架主节点的设计极不经济。如下图所示，初步/可行性设计对跨中 8 构件节点产生了非常重型的节点方案。
经与主咨询工程师沟通协调后，对荷载进行了修正，以产生更符合实际的组合和可行的设计方案。这些荷载被用于 IDEA StatiCa Connection，从而实现了更经济的设计，所用附加板件更少。这种新方法及双方沟通的成果如下图所示：
尽管这是我们首次在重大项目中使用 IDEA StatiCa Connection，但该软件的整体设计理念和操作方式帮助我们迅速处理了此类复杂节点——这些节点在以往通常需要手动设计。在 IDEA StatiCa Connection 中，所有这些节点均变得可求解，更重要的是，无需进行任何特殊处理。无论几何形状如何，工作流程始终一致。
另一个重要方面是，合理的节点构造细节降低了制造成本，桁架的拼装也相对简便。
因此，本项目被各方视为成功……下一阶段的工作由同一团队承担……对深化设计人员而言，仍面临类似的挑战。
Alexander Bezas
欧洲工程师，工学学士（荣誉）/ 理学硕士，土木工程师
Ellis and Moore Consulting Engineer 高级结构工程师