隨著空間結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展,結(jié)構(gòu)的跨度愈來愈大，形式日趨多樣，結(jié)構(gòu)中構(gòu)件與構(gòu)件之間節(jié)點(diǎn)的連接方式和力學(xué)性能都日趨復(fù)雜，傳統(tǒng)的焊接球節(jié)點(diǎn)、鋼管相貫節(jié)點(diǎn)等多種節(jié)點(diǎn)形式已難以在構(gòu)造及制作工藝上滿足復(fù)雜的受力體系。節(jié)點(diǎn)構(gòu)造的好壞，對結(jié)構(gòu)的受力性能、施工工藝、工程造價都有著相當(dāng)大的影響。因此，具有良好適用性的鑄鋼節(jié)點(diǎn)形式越來越受到工程界的青睞。 復(fù)雜鑄鋼節(jié)點(diǎn)的設(shè)計需要注意的一些問題進(jìn)行深入的研究，并給出相關(guān)的建議，供工程設(shè)計人員參考。鑄鋼節(jié)點(diǎn)設(shè)計過程中常用的軟件：有限元分析軟件ANSYS，三維建模軟件Solid Works，Pro/ENGINEER以及AutoCAD對鑄鋼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的建模和深入的有限元分析，模擬出該節(jié)點(diǎn)的實(shí)際工作狀況，給工程設(shè)計提供一些建議。當(dāng)進(jìn)行復(fù)雜節(jié)點(diǎn)，甚至復(fù)雜結(jié)構(gòu)的分析時,在進(jìn)行實(shí)體建模時會遇到一些問題，可以通過選擇不同的建模軟件來解決它, 例如 Solid Works, Pro/ENGINEER 以及 AutoCAD 等。實(shí)體建模的好壞是工作能否得以順利進(jìn)行的關(guān)鍵，也是影響工程設(shè)計進(jìn)度的關(guān)鍵。也是影響工程設(shè)計進(jìn)度的關(guān)鍵。盡可能地簡化鑄鋼節(jié)點(diǎn)的復(fù)雜程度，對于關(guān)鍵相交的部位應(yīng)加大倒角半徑，以降低應(yīng)力集中程度。倒角盡可能采用等邊倒角,建模少出問題，且有利于降低求解規(guī)模，以保證實(shí)際澆鑄鑄鋼節(jié)點(diǎn)避免出現(xiàn)缺陷
節(jié)點(diǎn)是連接桿件、傳遞荷載的重要組件，是大跨空間結(jié)構(gòu)成形的關(guān)鍵，其性能關(guān)乎著結(jié)構(gòu)整體的安全與穩(wěn)定。由于空間結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的性能和成本取決于結(jié)構(gòu)材料的有效使用及構(gòu)型的合理設(shè)計，因此其設(shè)計工作一直都是大跨空間結(jié)構(gòu)發(fā)展的重點(diǎn)。根據(jù)相關(guān)研究可將空間結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計發(fā)展歷程概括為三個階段：基于經(jīng)驗(yàn)的簡單構(gòu)造設(shè)計、基于經(jīng)驗(yàn)的改進(jìn)設(shè)計以及借助優(yōu)化算法的找形設(shè)計。早期工程中應(yīng)用的節(jié)點(diǎn)往往僅依靠設(shè)計師的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行簡單的構(gòu)造設(shè)計，由于結(jié)構(gòu)未經(jīng)過系統(tǒng)的計算分析，出于安全考慮工程師通常會賦給節(jié)點(diǎn)過量的材料，導(dǎo)致設(shè)計成形的節(jié)點(diǎn)構(gòu)型不合理、造價較高等問題，如板式節(jié)點(diǎn)、焊接實(shí)心球節(jié)點(diǎn)。
隨著有限元技術(shù)的發(fā)展和力學(xué)理論的完善，通過借助仿真工具計算結(jié)構(gòu)的受力性能可在一定程度上提高節(jié)點(diǎn)的材料利用率，從而控制設(shè)計成形節(jié)點(diǎn)的剛度和經(jīng)濟(jì)成本。數(shù)值模擬計算為空間結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計方式帶來了革命性轉(zhuǎn)變，其與工程師經(jīng)驗(yàn)的有機(jī)結(jié)合構(gòu)成了現(xiàn)階段節(jié)點(diǎn)普遍采用的基于經(jīng)驗(yàn)的改進(jìn)設(shè)計方法，即首先根據(jù)工程師經(jīng)驗(yàn)設(shè)計出一個節(jié)點(diǎn)的初始模型，其次利用有限元技術(shù)詳細(xì)計算初始模型的力學(xué)性能，然后基于數(shù)值模擬分析的計算結(jié)果對節(jié)點(diǎn)初始模型的材料分配和結(jié)構(gòu)構(gòu)型進(jìn)行調(diào)整，經(jīng)過多次計算和調(diào)整的循環(huán)過程才能夠確定節(jié)點(diǎn)的最終設(shè)計形態(tài)，有必要的還需進(jìn)行節(jié)點(diǎn)模型試驗(yàn)。雖然基于經(jīng)驗(yàn)的改進(jìn)設(shè)計方法在空間結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計工作中取得了不錯效果，但是其周期長、能耗大，而且設(shè)計的節(jié)點(diǎn)模型在工程實(shí)踐中常反映出自重大、幾何形狀優(yōu)化不足以及應(yīng)力集中現(xiàn)象明顯等問題，如深圳大運(yùn)會主體育場在網(wǎng)架的肩谷處所采用的鑄鋼節(jié)點(diǎn)最大重量達(dá)到了98.6t；青島2014世園會主題館樹狀柱的兩個支管連接處和主分管交界處局部應(yīng)力均超過300MPa。因此在保證空間結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)受力性能的條件下，具有合理經(jīng)濟(jì)性的最佳結(jié)構(gòu)設(shè)計已經(jīng)變得愈發(fā)重要。
近些年，國內(nèi)外學(xué)者借助優(yōu)化算法對空間結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了先進(jìn)設(shè)計研究，以尋求受力形式合理及輕質(zhì)的節(jié)點(diǎn)形態(tài)，其中發(fā)展較完善和應(yīng)用較多的當(dāng)屬拓?fù)鋬?yōu)化算法。拓?fù)鋬?yōu)化是一種根據(jù)給定的負(fù)載情況、約束條件和性能指標(biāo)，對所給設(shè)計區(qū)域內(nèi)的材料進(jìn)行合理布置的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法。澳大利亞皇家墨爾本理工大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)利用 BESO 對某大跨度頂棚結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計的探索。
