結構節點建筑結構系統

建筑結構系統（Architectural structure），是建筑學對各種結構形式的稱謂，一般而言還包含這些結構形式涵蓋或衍生的行為。結構系統在建筑領域的功能，是不同于土木工程或機械工程等領域上的，因為建筑有其藝術意義，所以需由建筑美學為出發點，結構系統系輔助達成美學目的的元素，同時兼具力學功用；但亦有許多出色的建筑案例，是由于力學原理的合諧性，進而導引出建筑設計的概念；所以結合美學與力學，為建筑與結構之共同目標。 建筑結構系統是建筑設計得以實現的基礎和前提，是建筑產品得以存在的先決條件。但是其表現形式往往淡出人們的視線之外。因為其功能單一，思維簡單是人們的普遍看法，但要具體實施需要很深厚的專業技術基礎。

建筑結構系統主要研究的范圍有：

1. 結構元素：包括結構的支承、構件和節點三種元素，他們的材料、構成方式和互相作用關系。

2. 力的傳遞：研究外內力在構件中的傳遞、抵抗、變位、變形等行為，藉以表達建筑的律動感、調和或刻意呈現力學矛盾。

3. 特殊構造：包含在前二項范圍內的一些特殊構造，有時也會特別提出探討，如早期的拱結構、懸索結構等，或是近代廣泛討論的薄殼結構、薄膜結構等。

4. 避免災難：由于近代建筑有巨大化的趨勢，部分結構系統學者，開始針對自然橫力如：地震力、風力等進行研究，主要著眼于增加建筑物之韌性，及消減建筑物與橫力的共振這幾方面。

結構節點材料力學

材料力學(mechanics of materials)是研究材料在各種外力作用下產生的應變 、應力、強度、剛度、穩定和導致各種材料破壞的極限。一般是機械工程和土木工程以及相關專業的大學生必須修讀的課程，學習材料力學一般要求學生先修高等數學和理論力學。材料力學與理論力學、結構力學并稱三大力學。材料力學的研究對象主要是棒狀材料，如桿、梁、軸等。對于桁架結構的問題在結構力學中討論，板殼結構的問題在彈性力學中討論。

固體力學的一個分支，研究結構構件和機械零件承載能力的基礎學科。其基本任務是：將工程結構和機械中的簡單構件簡化為一維桿件，計算桿中的應力、變形并研究桿的穩定性，以保證結構能承受預定的載荷；選擇適當的材料、截面形狀和尺寸，以便設計出既安全又經濟的結構構件和機械零件。

在結構承受載荷或機械傳遞運動時，為保證各構件或機械零件能正常工作，構件和零件必須符合如下要求：①不發生斷裂，即具有足夠的強度；②構件所產生的彈性變形應不超出工程上允許的范圍，即具有足夠的剛度；③在原有形狀下的平衡應是穩定平衡，也就是構件不會失去穩定性。對強度、剛度和穩定性這三方面的要求，有時統稱為“強度要求”，而材料力學在這三方面對構件所進行的計算和試驗，統稱為強度計算和強度試驗。

為了確保設計安全，通常要求多用材料和用高質量材料；而為了使設計符合經濟原則，又要求少用材料和用廉價材料。材料力學的目的之一就在于為合理地解決這一矛盾，為實現既安全又經濟的設計提供理論依據和計算方法。2100433B

結構節點的位置大致位于結構支承點或接合點，接續的方式常見的有以下幾種：

結構節點滾接

滾動接觸理論是研究相互接觸的物體之間相對運動、相互作用以及由此引起的彈塑性變形、磨損失效等問題的重要學科分支，滾動接觸理論正是在輪軌和滾動軸承接觸問題的迫切需求下逐步完善并成固體力學的重要組成部分。

滾動接觸問題的系統研究始于輪軌接觸問題的研究，當前常用的滾動接觸問題解決方法多來自輪軌接觸研究領域。輪軌接觸、滾動軸承、齒輪、摩擦式無級變速傳動機構仍然是接觸力學和滾動接觸理論的重要應用領域。

由于滾動接觸問題的系統研究始于輪軌接觸問題的研究，當前常用的滾動接觸問題解決方法多來自輪軌接觸研究領域，因此，下面主要介紹輪軌滾動接觸理論。輪軌滾動接觸理論（theory of wheel-rail rolling contact）研究輪軌滾動接觸行為的理論。輪軌滾動接觸理論是研究列車運行時，輪軌相對運動狀態和接觸斑上作用力的關系。接觸斑上的作用力包括其大小、方向和分布。

接觸理論的創始人是Hertz Heinrich，1882年他在德國一家雜志上發表了具有開創性的論文“論彈性固體的接觸”。他對接觸問題的研究起因于對玻璃間光學干涉的試驗，兩個軸線成45°的圓柱形玻璃透鏡受壓后發生彈性變形，從彈性變形對干涉條紋圖像存在的影響提出了接觸壓力呈橢圓形分布的假設。這一結論一直在鐵路輪軌、齒輪、軸承等工業的發展中起著重要的作用。實際上Hertz理論作了如下簡化：接觸物體被看作彈性無限半空間，接觸載荷僅僅作用在平面上一個小的橢圓區域上，接觸體內在接觸區附近應力分布是高度集中的，并和物體接觸區附近的幾何尺寸有關。這就要求接觸區幾何尺寸遠小于物體的幾何特征尺寸和接觸區附近的曲率半徑。Hertz在研究中，又假設接觸表面是光滑的，無摩擦效應，接觸物體表面僅傳遞法向力。Hertz接觸理論為后來的接觸理論及滾動接觸理論的發展奠定了理論基礎。

這屬于靜態接觸問題，但是鐵路車輪在軌道上運動屬于滾動接觸問題，其研究比靜態接觸研究復雜。

結構節點鉸接

鉸接，指用鉸鏈連接。常用在機器、車輛、門窗、器物的兩個部分的裝置或零件的連接 ，如鉸接式無軌電車、鉸接式貨車、鉸接式客車。人們常見的門扇和門框是連接在一起的，所以它們是不可以分離的，但它們還是可以具有有條件的相對運動。這主要是連接它們的鉸鏈使它們具有門扇和門框的運動特點的。后來人們就把具有門扇和門框的運動特點的連接叫做鉸接。鉸接在力學分析中以及實際工程中得到廣泛的應用。

塑性設計的框架要求塑性鉸部位有一定轉動能力，以便后續的內力重分布能夠出現。

1.剛性連接這種構造假定梁柱連接有足夠的剛性，梁柱間無相對轉動，連接能承受彎矩。鉸支連接這種構造假定結構承受重力荷載時，主梁和柱之間只傳遞垂直剪力，不傳遞彎矩。這種連接可以不受約束的轉動。

2.在鋼結構框架的傳統分析與設計中，為簡化分析設計過程，梁柱連接被認作理想的鉸接連接或完全的剛性連接，并且認為：連接對轉動約束達到理想剛接的90%以上，可視為剛接；在外力作用下，柱梁軸線夾角的改變量達到理想鉸接的80%以上的連接視為鉸接。采用理想鉸接的假定，將意味著梁與柱之間沒有彎矩的傳遞，就轉動而論，用鉸連在一起的梁和柱將相互獨立地轉動.

能抵抗彎矩作用的柱腳稱為剛接柱腳，相反不能抵抗彎矩作用的柱腳稱為鉸接柱腳，剛接與鉸接的區別在于是否能傳遞彎矩，從實際上看，如果錨栓在翼緣的外側，就是剛接，而且一般不少于四個，如果在翼緣內側，就是鉸接，一般為兩個或四個。

這兩種柱腳很明顯的區別就是對側移控制，如果結構對側移控制較嚴，則采用剛接柱腳，例如有吊車荷載的情況，吊車荷載是動力荷載，對側移比較敏感，而且側移過大會造成吊車卡軌現象，此時應把柱腳設計成剛接柱腳。

結構節點剛接

剛接是指構件與構件之間既能傳遞垂直和水平作用，又能傳遞轉動力矩的連接方式。剛接時構件與構件之間的作用力可分解為垂直力、水平力和彎矩。

外圍約束構件處于被動受力狀態，僅與內核構件發生側向接觸之后才發揮作用。剛接邊界條件下內核構件端彎矩的存在，使得內核構件與外圍約束構件的接觸狀態發生改變，這是外圍約束構件受力狀態發生改變的根本原因。內核構件與外圍約束構件的端部接觸點可視作外圍約束構件發生側向彎曲的支承點，剛接邊界條件下端部負彎矩使得內核構件與外圍約束構件的端部接觸點離端部更遠，故外圍約束構件支承點間距離相對較短，側向變形更小，因此具有更好的受力性能。

精細有限元分析結果表明，3 個模型在加載過程中均保持穩定承載力，而具有相同幾何尺寸的兩端鉸接模型則發生外伸屈服段破壞或因端部附加偏心距過大而出現整體破壞，說明剛接邊界條件能有效防止外伸屈服段出現過大的側向變形，對防屈曲支撐整體受力性能更為有利。

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