结构节点建筑结构系统

建筑结构系统（Architectural structure），是建筑学对各种结构形式的称谓，一般而言还包含这些结构形式涵盖或衍生的行为。结构系统在建筑领域的功能，是不同于土木工程或机械工程等领域上的，因为建筑有其艺术意义，所以需由建筑美学为出发点，结构系统系辅助达成美学目的的元素，同时兼具力学功用；但亦有许多出色的建筑案例，是由于力学原理的合谐性，进而导引出建筑设计的概念；所以结合美学与力学，为建筑与结构之共同目标。 建筑结构系统是建筑设计得以实现的基础和前提，是建筑产品得以存在的先决条件。但是其表现形式往往淡出人们的视线之外。因为其功能单一，思维简单是人们的普遍看法，但要具体实施需要很深厚的专业技术基础。

建筑结构系统主要研究的范围有：

1. 结构元素：包括结构的支承、构件和节点三种元素，他们的材料、构成方式和互相作用关系。

2. 力的传递：研究外内力在构件中的传递、抵抗、变位、变形等行为，藉以表达建筑的律动感、调和或刻意呈现力学矛盾。

3. 特殊构造：包含在前二项范围内的一些特殊构造，有时也会特别提出探讨，如早期的拱结构、悬索结构等，或是近代广泛讨论的薄壳结构、薄膜结构等。

4. 避免灾难：由于近代建筑有巨大化的趋势，部分结构系统学者，开始针对自然横力如：地震力、风力等进行研究，主要着眼于增加建筑物之韧性，及消减建筑物与横力的共振这几方面。

结构节点材料力学

材料力学(mechanics of materials)是研究材料在各种外力作用下产生的应变 、应力、强度、刚度、稳定和导致各种材料破坏的极限。一般是机械工程和土木工程以及相关专业的大学生必须修读的课程，学习材料力学一般要求学生先修高等数学和理论力学。材料力学与理论力学、结构力学并称三大力学。材料力学的研究对象主要是棒状材料，如杆、梁、轴等。对于桁架结构的问题在结构力学中讨论，板壳结构的问题在弹性力学中讨论。

固体力学的一个分支，研究结构构件和机械零件承载能力的基础学科。其基本任务是：将工程结构和机械中的简单构件简化为一维杆件，计算杆中的应力、变形并研究杆的稳定性，以保证结构能承受预定的载荷；选择适当的材料、截面形状和尺寸，以便设计出既安全又经济的结构构件和机械零件。

在结构承受载荷或机械传递运动时，为保证各构件或机械零件能正常工作，构件和零件必须符合如下要求：①不发生断裂，即具有足够的强度；②构件所产生的弹性变形应不超出工程上允许的范围，即具有足够的刚度；③在原有形状下的平衡应是稳定平衡，也就是构件不会失去稳定性。对强度、刚度和稳定性这三方面的要求，有时统称为“强度要求”，而材料力学在这三方面对构件所进行的计算和试验，统称为强度计算和强度试验。

为了确保设计安全，通常要求多用材料和用高质量材料；而为了使设计符合经济原则，又要求少用材料和用廉价材料。材料力学的目的之一就在于为合理地解决这一矛盾，为实现既安全又经济的设计提供理论依据和计算方法。2100433B

结构节点的位置大致位于结构支承点或接合点，接续的方式常见的有以下几种：

结构节点滚接

滚动接触理论是研究相互接触的物体之间相对运动、相互作用以及由此引起的弹塑性变形、磨损失效等问题的重要学科分支，滚动接触理论正是在轮轨和滚动轴承接触问题的迫切需求下逐步完善并成固体力学的重要组成部分。

滚动接触问题的系统研究始于轮轨接触问题的研究，当前常用的滚动接触问题解决方法多来自轮轨接触研究领域。轮轨接触、滚动轴承、齿轮、摩擦式无级变速传动机构仍然是接触力学和滚动接触理论的重要应用领域。

由于滚动接触问题的系统研究始于轮轨接触问题的研究，当前常用的滚动接触问题解决方法多来自轮轨接触研究领域，因此，下面主要介绍轮轨滚动接触理论。轮轨滚动接触理论（theory of wheel-rail rolling contact）研究轮轨滚动接触行为的理论。轮轨滚动接触理论是研究列车运行时，轮轨相对运动状态和接触斑上作用力的关系。接触斑上的作用力包括其大小、方向和分布。

接触理论的创始人是Hertz Heinrich，1882年他在德国一家杂志上发表了具有开创性的论文“论弹性固体的接触”。他对接触问题的研究起因于对玻璃间光学干涉的试验，两个轴线成45°的圆柱形玻璃透镜受压后发生弹性变形，从弹性变形对干涉条纹图像存在的影响提出了接触压力呈椭圆形分布的假设。这一结论一直在铁路轮轨、齿轮、轴承等工业的发展中起着重要的作用。实际上Hertz理论作了如下简化：接触物体被看作弹性无限半空间，接触载荷仅仅作用在平面上一个小的椭圆区域上，接触体内在接触区附近应力分布是高度集中的，并和物体接触区附近的几何尺寸有关。这就要求接触区几何尺寸远小于物体的几何特征尺寸和接触区附近的曲率半径。Hertz在研究中，又假设接触表面是光滑的，无摩擦效应，接触物体表面仅传递法向力。Hertz接触理论为后来的接触理论及滚动接触理论的发展奠定了理论基础。

这属于静态接触问题，但是铁路车轮在轨道上运动属于滚动接触问题，其研究比静态接触研究复杂。

结构节点铰接

铰接，指用铰链连接。常用在机器、车辆、门窗、器物的两个部分的装置或零件的连接 ，如铰接式无轨电车、铰接式货车、铰接式客车。人们常见的门扇和门框是连接在一起的，所以它们是不可以分离的，但它们还是可以具有有条件的相对运动。这主要是连接它们的铰链使它们具有门扇和门框的运动特点的。后来人们就把具有门扇和门框的运动特点的连接叫做铰接。铰接在力学分析中以及实际工程中得到广泛的应用。

塑性设计的框架要求塑性铰部位有一定转动能力，以便后续的内力重分布能够出现。

1.刚性连接这种构造假定梁柱连接有足够的刚性，梁柱间无相对转动，连接能承受弯矩。铰支连接这种构造假定结构承受重力荷载时，主梁和柱之间只传递垂直剪力，不传递弯矩。这种连接可以不受约束的转动。

2.在钢结构框架的传统分析与设计中，为简化分析设计过程，梁柱连接被认作理想的铰接连接或完全的刚性连接，并且认为：连接对转动约束达到理想刚接的90%以上，可视为刚接；在外力作用下，柱梁轴线夹角的改变量达到理想铰接的80%以上的连接视为铰接。采用理想铰接的假定，将意味着梁与柱之间没有弯矩的传递，就转动而论，用铰连在一起的梁和柱将相互独立地转动.

能抵抗弯矩作用的柱脚称为刚接柱脚，相反不能抵抗弯矩作用的柱脚称为铰接柱脚，刚接与铰接的区别在于是否能传递弯矩，从实际上看，如果锚栓在翼缘的外侧，就是刚接，而且一般不少于四个，如果在翼缘内侧，就是铰接，一般为两个或四个。

这两种柱脚很明显的区别就是对侧移控制，如果结构对侧移控制较严，则采用刚接柱脚，例如有吊车荷载的情况，吊车荷载是动力荷载，对侧移比较敏感，而且侧移过大会造成吊车卡轨现象，此时应把柱脚设计成刚接柱脚。

结构节点刚接

刚接是指构件与构件之间既能传递垂直和水平作用，又能传递转动力矩的连接方式。刚接时构件与构件之间的作用力可分解为垂直力、水平力和弯矩。

外围约束构件处于被动受力状态，仅与内核构件发生侧向接触之后才发挥作用。刚接边界条件下内核构件端弯矩的存在，使得内核构件与外围约束构件的接触状态发生改变，这是外围约束构件受力状态发生改变的根本原因。内核构件与外围约束构件的端部接触点可视作外围约束构件发生侧向弯曲的支承点，刚接边界条件下端部负弯矩使得内核构件与外围约束构件的端部接触点离端部更远，故外围约束构件支承点间距离相对较短，侧向变形更小，因此具有更好的受力性能。

精细有限元分析结果表明，3 个模型在加载过程中均保持稳定承载力，而具有相同几何尺寸的两端铰接模型则发生外伸屈服段破坏或因端部附加偏心距过大而出现整体破坏，说明刚接边界条件能有效防止外伸屈服段出现过大的侧向变形，对防屈曲支撑整体受力性能更为有利。

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