节点与结构相互作用(JSI)是指结构构件，特别是钢结构构件在节点连接时产生的复杂力学行为。 这种相互作用涉及各种力的传递，例如轴力、弯矩、剪力以及扭矩，这些力在连接的构件之间以及连接节点本身之间传递。
JSI 强调的是连接刚度（例如钢结构的连接刚度）对结构的整体性能有何影响。 由于连接并非完全刚性，在受力时会发生变形，进而影响结构体系中的内力分布和位移变化。 因此，精准考虑 JSI 的影响至关重要，不仅有助于荷载准确分布、还能避免潜在的结构破坏，并确保结构满足相关的设计规范与标准要求。
为什么必须考虑节点与结构的相互作用？
1.荷载精准分配
在建模和设计时考虑 JSI 的根本目的是确保结构体系中的内力能够准确分布。 如果未充分考虑连接节点的实际受力特性，可能导致连接构件之间的内力传递出现显著偏差，进而造成错误的设计计算结果。 以梁柱节点为例，应准确模拟柱内轴力和梁端弯矩如何通过节点传递。 忽视这种相互作用可能会导致对相邻构件中的内力估计过高或过低，从而影响结构的安全性。
2. 结构稳定性与安全性
基于上一点的分析，连接节点对剪力和弯矩的分布具有决定性影响。 准确模拟节点的力学行为是确保结构抵抗过度挠曲或屈曲等失稳现象的关键。 尤其在动力分析或抗震分析中，节点-结构相互作用(JSI)对整体稳定性的影响尤为显著。 在抗弯框架中，连接的抗弯刚度特别重要。 如果这些相互作用未被充分考虑，可能导致连接发生严重破坏，从而危及整个结构。
3. 材料用量的优化
通过精确模拟节点-结构相互作用(JSI)，可在确保连接件及相连杆件承载能力的前提下优化材料用量，避免过度设计。 如果高估了连接处的受力，可能会导致连接件的尺寸和重量超过实际需要，从而增加材料成本。 反之，如果低估了受力的大小，则可能导致结构设计不安全。 通过在安全性与经济性之间找到最佳平衡点，可有效降低整体材料消耗和建设成本。
4. 规范合规性
各国设计规范（如欧洲规范Eurocode、美国AISC标准等）均对连接节点在不同荷载工况下的力学性能作出明确规定。 这些规范为钢结构中连接节点的设计与验算提供了详细准则，以确保结构安全性和可靠性。 如果忽视节点-结构相互作用(JSI)，可能导致不符合规范要求，进而引发结构失效、高昂的维修费用，甚至法律纠纷。
RFEM 6 中考虑节点-结构相互作用
在 RFEM 6 中，可以通过“钢结构节点”模块有效模拟节点-结构相互作用(JSI)。该模块还提供了一种高效精确的方法，可以用于模拟半刚性连接。 激活 JSI 功能的方法：导航至节点的“刚度分析配置”（图2中的步骤1），选择"在全局模型中生成铰"选项以激活JSI（图2中的步骤2）。
勾选该选项后，需确保与节点相关的杆件刚度分析参数已正确设置（见图3）。 点击“确定”确认您的设置。
激活后，这些铰条件将在计算内力前整合到全局模型中，并在后续分析中予以考虑。 这样使后续分析计算能充分考虑节点与结构的协同作用。
为了验证此设置的效果，您可以对激活和不激活 JSI 的模型的结果进行比较。 图 4 展示的是考虑与结构相互作用的钢节点的模型结果，图 5 则是未考虑节点与结构相互作用的模型结果。 两种模型之间的差异充分表明了在结构设计过程中适当考虑节点-结构相互作用的重要性和优势。
此外，如图6所示，还可以通过核查刚度分析结果，对所得的刚度值进行确认。 由此可以验证刚度计算的准确性，并确保模型中连接节点与结构的相互作用被正确地反映出来。
结论
连接节点与结构之间的相互作用是钢结构设计与分析中的一个重要方面。 通过正确建模并理解这种作用效应，可确保结构体系达到安全、稳定且经济优化的设计效果。
RFEM 6 中的钢结构节点模块功能强大，可用于模拟节点与结构之间的相互作用，为工程师提供了更精确、更符合实际的建模方法。 通过这种方法，用户无需再花费大量时间手动输入刚度值，从而能够将更多精力集中在整体结构的设计计算上。 这种优化的工作流程不仅让工程师可完全信赖模型中精确模拟的节点行为，还能显著减少因近似或简化节点模型而带来的不确定性风险。 工程师们可以借此更高效地进行设计，优化材料使用，并从容地解决各种复杂的连接节点问题。