本文是我的同事 Ralph Pullinger 撰写的桁架专题文章的后续篇。首先，最核心的问题是——支撑与桁架有何区别？正如您所料，这两个主题之间存在一定的交叉。
从本质上讲，支撑是一种单一构件，用于支撑、加强或补强某一部分，而桁架通常是结构的整体组成部分，由多个构件组成。换言之，支撑可以是桁架结构的一部分。当然，某些桁架体系必须依靠支撑才能形成完整结构——在住宅市场中尤为如此。 甚至某些桁架内部的构件本身也起到支撑的作用。
那么，支撑通常出现在哪里？支撑体系是否仅用于钢结构？并非如此。支撑通常见于钢结构和木框架建筑中， 在混凝土框架中较为少见，除非有特殊原因，例如改造或加固工程。
钢结构中的支撑体系
在钢结构体系中，支撑通常被定义为仅承受轴向荷载（压力或拉力）。 若支撑需要承受弯矩，则应将其定义为梁或柱。 支撑并不局限于水平或竖向方向，也可用于倾斜平面（如屋面平面）。 支撑始终起到传递作用力的作用， 其主要目的是将水平荷载（如风荷载）传递至支承机构——通常为基础。
支撑可采用钢丝绳、扁钢、角钢、圆钢、空心截面，甚至工字形截面等多种形式。传统上，支撑通常被设计为隐蔽构件，但也有若干将其外露并加以美化处理的案例。
在西班牙，有一个建筑与结构工程完美融合的典范——如今被称为巴塞罗那艺术酒店（Hotel Arts Barcelona）的建筑，其立面上清晰展示了支撑及其节点细节。在这里，钢结构节点近在咫尺，酒店宾客可以清晰观察到。请参阅我们在某次网络研讨会中对该支撑设计计算的演示。
在早期的二维设计时代（无论是手工绘图还是数字化设计），由于支撑所在的平面特性，支撑往往容易被忽视，直到发现其无意间穿越窗户或阻挡门洞时才被注意到。 有多少人还记得这样的情形？
如今，随着 BIM 技术的兴起，这类协调问题已基本消除（希望如此）。有限单元法的广泛应用也促进了材料的更高效利用，更严格的分析方法使结构工程师能够将支撑体系布置在更合理的位置。
最简单的支撑形式，就是一根从一点延伸至另一点的构件。它可以是单根支撑，也可以是构成某种规律性图案的较大支撑体系的组成部分。当然，结构中使用的支撑体系种类繁多，从常见的 X 形支撑到满足建筑要求的复杂体系，不一而足。
结构工程师的专业训练和工程经验通常能引导其找到合适的支撑位置和形式， 并可通过分析进一步优化。 在分析过程中，偏心等附加效应通常被假定为可忽略不计。 正如我一贯所强调的——工程师倾向于将问题简化处理。
在整体结构分析（二维或三维框架）中，梁、柱和支撑通常汇交于同一节点。 而在实际工程中，这种情况并不存在，因为始终存在一定的偏心。 这种偏心效应也可以在有限单元法和 BIM 模型中加以考虑——通常，对构件位置进行微小的上下或左右调整即可满足要求。
请阅读 Jan Kubicek 关于结构偏心及其问题的博客文章——如果方向不对怎么办？
钢结构中支撑节点的类型
现在，我们已有一系列能够承受设计荷载的支撑——如何将其与主体结构相连？这正是详图设计人员的专业技能和知识发挥作用的地方。这里有哪些限制因素？简而言之，取决于详图设计人员脑海中储存了多少种钢结构节点类型，当然还有其创造力，以及所用软件工具的功能限制。
完成这一任务的典型布置方案有很多， 大多数并不突出，但也有一些令人印象深刻。 以下示例来自案例研究和网络研讨会米德兰大都会医院立面节点。
业主希望将支撑体系打造成建筑亮点，并借助 IDEA StatiCa 实现了兼具功能性与美观性的节点设计。
这是一个很好的示例，说明 IDEA StatiCa 如何同时利用来自 Tekla Structures 的几何模型（BIM）获取构件定位和各类板件形状，并通过来自 SCIA Engineer 等软件的有限单元法获取荷载效应（其他 CAD 和有限元解决方案同样可用😊）。而且，这确实是可以实现的！
IDEA StatiCa 中的支撑节点细节
用于节点设计与规范校核的 IDEA StatiCa Connection 软件，当然完全能够处理任意几何形式和荷载工况，从典型 V 形支撑体系的简单节点开始。与 Excel 电子表格相比，其优势在于能够快速生成节点细节形状、支持快速优化、提供完整的可视化控制，以及不可忽视的屈曲分析功能！
请阅读 Jana Kaderova 撰写的文章屈曲需要批判性思维！，深入了解不仅限于支撑节点的屈曲相关内容。
除标准节点外，我们的软件也已在高难度节点中证明了其实力。在这类情形中，建筑师实现了其美好的设计愿景，而结构工程师则面临重重挑战。X 形支撑中央环形节点有多种变体，从标准化生产并经过测试的产品，到需要进行全面分析和规范校核的完全定制方案，不一而足。
在支撑这一主题下，我们也看到了向技术支持团队发送咨询消息的常见原因之一。 上述示例还展示了支撑与结构之间的单螺栓节点。 因此，该构件不能承受任何弯矩，仅能承受轴力和剪力。
在钢结构节点软件 IDEA StatiCa Connection 中，支撑构件的参数——模型类型——必须从默认的 N-Vy-Vz-Mx-My-Mz 更改为 N-Vy-Vz（无弯矩）。否则，由于螺栓周围形成机构，将会出现奇异性问题。
经过充分验证的解决方案
几天前，在我值班处理技术支持问题时，我正在解决一个既标准又非标准的节点问题——这取决于您的视角。该节点模型为简单全焊接空心截面（RHS）K 形节点，客户反映 Connection 软件计算所得该支撑节点的承载力低于手算结果。
在这部分内容中，有必要指出，软件中基于 CBFEM（基于组件的有限元模型）的解决方案已在多个层面得到充分验证，包括实验室试验和大量算例。尽管如此，我们仍对该问题进行了深入排查，并在 midas FEA NX 软件中建立了一个由三维实体单元组成的独立有限元模型，采用几何非线性弹塑性本构关系。
两个模型的假定条件如下：
- 钢材 S355——带强化的双线性本构关系
- 几何与材料双重非线性分析
通常情况下，规范提供的手算结果往往偏于保守。而在本案例中，情况恰恰相反——经过双重验证的有限元精细模型在两个数值模型中均显示，承载力比手算结果低约 20%。究其原因，在于主梁的空间变形和冲切效应。
此外，在我们的技术支持中心的验证与研究文章列表中，也有专门讨论支撑的文章。
其中一篇，矩形空心截面，也包含了按欧洲规范设计的焊接 K 形节点算例。该研究展示了 Connection 软件计算结果与传统方法的对比，即针对单平面 SHS K 形节点，CBFEM（基于组件的有限元模型）与 FMM 方法所确定承载力的比较。
针对美国规范 AISC，Mahamid Mustafa 在 芝加哥伊利诺伊大学 与 IDEA StatiCa 的联合项目中准备了若干验证算例。支撑框架中的人字形支撑节点（AISC）一文及其他相关文章，充分展示了 CBFEM（基于组件的有限元模型）方法安全而高效的设计理念。
结语
感谢您抽出时间阅读本文，期待在 IDEA StatiCa 博客中再次与您相遇！
附：附赠小测验 😊。试着数一数在我们的示例项目库中能找到多少个钢支撑！
3，2，1，……
……好了，这里是完整的筛选列表，供下载、查阅和免费使用。
