为了全面理解本文，建议先阅读文章Connection 中的加载原则，该文章详细说明了 CBFEM（基于组件的有限元模型）计算模型的组成、边界条件和加载原则。
Connection 中的模型类型功能例如在需要防止单螺栓节点模型奇异性时使用。它也用于连接到柱子的 U 形截面节点，此时需要限制被连接型材的扭转，以及用于偏心节点的分析。
Connection 软件允许为被连接构件设置所谓的模型类型，可选以下变体：
- N-Vy-Vz-Mx-My-Mz
- N-Vy-Vz
- N-Vz-My
- N-Vy-Mz
默认情况下，被连接构件的模型类型始终设置为 N-Vy-Vz-Mx-My-Mz。这意味着所有六个内力均可分配给该构件，并将输入到计算模型中。通过激活模型类型 N-Vy-Vz、N-Vz-My 或 N-Vy-Mz，将在所编辑的被连接构件上向 CBFEM（基于组件的有限元模型）计算模型添加附加边界条件（支座）。我们将详细说明其用途、附加边界条件的具体含义、对计算模型和计算结果的影响以及相关限制。我们将通过两个示例进行演示。第一章重点介绍 N–Vy–Vz 模型类型，第二章介绍 N–Vz–My 模型类型。
1. 用于解决模型奇异性的 N-Vy-Vz 模型类型
考虑以下简单节点，由 HEA 截面的柱 M1 和管形截面的水平构件 M2 组成。M2 通过节点板连接到柱 M1 的侧面，并通过两个带单螺栓的舌板连接到构件 M2 的侧面。该节点完全对称且无任何偏心。M2 构件仅承受轴力——因此是一个简单的铰接拉杆或压杆。
下图显示了节点计算模型的示意图，其中荷载平衡已开启。这意味着模型中的承载构件（柱 M1）仅在下端设有支座，在三维场景中以红色矩形表示。
如上述文章中详细描述的，荷载和支座（边界条件）施加在 CBFEM（基于组件的有限元模型）模型中节点中心处所谓反向刚性连杆的起始端。这些刚性臂自动将荷载（弯矩）从节点中心转换到凝聚超单元的端部（图中以橙色线表示）。然而，在以下说明中引入反向刚性连杆会不必要地使被连接构件上模型类型功能原理的说明变得复杂。因此，在以下说明中省略反向刚性连杆。在计算模型示意图中，荷载显示在凝聚超单元的端部，同时显示边界条件和附加"模型类型支座"（见下文）。这种简化不影响计算模型功能描述的准确性，因为无论支座施加在反向刚性连杆的起始端还是末端，计算得到的应力均相同。
显然，M2 管通过铰接方式连接到柱上，因此形成机构。Connection 软件中的计算因奇异性而终止，导致荷载传递率为 0%。
1.1 N-Vy-Vz 模型类型 - 荷载平衡开启
为消除奇异性，Connection 中可为被连接构件 M2 选择模型类型 N-Vy-Vz。此时在 M2 构件端部添加三个转动支座——注意模型类型描述中缺少 Mx、My 和 Mz 弯矩。这些附加支座在被连接构件的局部坐标系中定义。在以下文字中，使用模型类型支座作为通过模型类型功能定义的这些附加支座的简称。计算模型可表示如下。
绕 Y 轴转动的附加模型类型支座可避免计算模型中的奇异性，分析得以顺利进行。还需注意，在荷载效应表中不允许为构件 M2 指定弯矩 Mx、My 和 Mz，因为这些弯矩将直接由模型类型支座承担，从而不会施加到计算模型中。
下图和动画显示了带附加模型类型支座的计算结果。模型已传递 100% 的荷载。图中绘制了模型支座和凝聚超单元（橙色线），但软件目前不支持显示这些内容。
变形显示，Ry 模型类型支座将 M2 构件保持在原位，转动发生在单螺栓节点处。在这种情况下，模型类型支座仅起稳定作用（防止奇异性），在此配置和荷载下，附加模型类型支座中不产生反力。但情况并非总是如此。
对于 Connection 中不使用模型类型功能的节点计算模型，模型是静定的。六个自由度受到约束，模型支座不阻止其变形，也不影响最终应力分布。然而，当通过模型类型引入附加支座时，模型变为超静定。自由变形可能因此受到约束，从而在模型类型支座中产生所谓的残余反力。这些反力可能（但不一定）影响应力计算的准确性。以下章节将对此问题进行详细说明。
考虑一个相同的节点，但采用不同的加载方式，仅对柱施加荷载，具体为绕 HEB 截面弱轴的弯矩。弯矩使柱在 XZ 平面外弯曲。被连接构件 M2 上未指定任何荷载！模型的应力和变形如下图和动画所示。
节点中心（构件 M1 与 M2 的交点），以及节点的连接板（节点板和舌板），在绕 X 轴转动的同时沿 Y 方向移动。然而，被连接构件 M2 受到绕 X 轴转动的约束（注意构件 M2 的局部坐标系与整体坐标系相同），因此附加模型类型支座中必然产生非零弯矩反力 RMx。连接板发生扭转，尽管被连接构件 M2 完全未承受荷载。
模型类型支座中的这些所谓残余反力在计算完成后列于分析表中。附加模型类型支座在被连接构件的局部坐标系中定义。所有构件在节点中心处、整体坐标系中的残余反力之和随后列于分析表中。
连接板的抗扭刚度相对较小，因此计算得到的反力较小。尽管如此，由于模型类型支座的作用，连接板中产生了不可忽略的弯曲应力。详细内容见以下章节。
1.2 残余反力对结果的影响
显然，模型类型支座中的残余反力会导致节点应力分析出现偏差。例如，本示例中连接板（节点板和舌板）的应力是以下效应的叠加：
- 节点中指定的荷载
- 附加模型类型支座引入节点的应力——即残余反力。
结果对实际情况的偏差程度取决于残余反力的大小。何种偏差可忽略不计，何种不可忽略？这需要工程判断，必须考虑残余反力相对于连接板尺寸和 M2 构件截面尺寸的大小，总体上取决于节点的布置方式。
以上述研究的节点为例，但柱承受绕两个轴的弯矩。
对于本示例，应力计算的偏差是可接受的，原因如下：
- 残余反力 RMx = 0.2 kN·m 相对于 M1 - HEA 100 柱的尺寸可忽略不计，因此对柱中应力的影响极小
- 从连接板的角度来看，计算偏差较为显著，由于附加支座的作用产生了扭转，从而产生附加应力，因此这些构件的结果偏于保守。
如果对节点分析的精度存在疑问，或需要更精确的分析，可在荷载平衡关闭的模型上单独进行拉杆设计。在该模型中，承载构件两端均设有支座。被连接构件中心的位移和转角因此最小化，模型类型转动支座中产生的残余反力可忽略不计。连接板（节点板和舌板）、螺栓、盖板和焊缝的验算不受残余反力的影响。
该节点仅为示意，但这是一个通用原则。类似方法可应用于多个构件汇交于一个节点的更复杂节点。作为整体平衡节点的节点可使用开启荷载平衡的整体模型进行验算，并对所有节点进行建模，使其不需要附加模型类型支座 N-Vy-Vz。例如，将单螺栓节点替换为焊接节点。目标是向整个节点引入正确的平衡荷载，而非详细模拟每个子构件的连接。具有模型类型 N-Vy-Vz 的构件子节点的详细验算，则在荷载平衡关闭的模型上单独进行。
2. 用于 U 形截面抗剪节点的模型类型 N-Vz-My
以下将展示使用模型类型 N-Vz-My 变体设计梁与 U 形截面抗剪节点的示例。
考虑以下节点，其中 UPE 截面的水平构件 M2 连接到 IPE 截面的连续构件 M1。M2 构件通过单块节点板以螺栓连接到 M1。
此类节点主要关注节点组件（节点板、螺栓和焊缝）的验算，而非整个节点的整体平衡。因此，在以下说明中，采用荷载平衡关闭的计算变体。承载构件两端设有支座，构件上不施加荷载。因此，仅对被连接构件 M2 施加剪力 Vz = -15 kN。节点处弯矩 My 为零（关于抗剪节点问题的更多内容见此文章）。
众所周知，若非对称 U 形截面在通过重心的竖向平面内承受荷载，梁将发生扭转。当剪力作用在通过剪切中心的平面内时，梁 M2 仅在平面内变形，不发生扭转。
在 IDEA StatiCa Connection 中，对于所有截面，构件上指定的荷载始终施加在截面重心处。当 M2 构件仅承受剪力时，节点的变形如下。
被连接的 UPE 梁发生显著扭转，原因是荷载未施加在剪切中心处。
然而，节点的这种行为往往与 U 形梁在结构中的实际受力不符。扭转可能受到约束，使得 U 形截面构件被"迫使"主要在竖向平面内发生弯曲变形。例如，在以下情况下会出现这种情况：
- U 形构件的扭转被刚性钢筋混凝土楼板等约束，
- U 形截面被另一构件稳定以防止转动。
在这些情况下，有两种方法可修改 Connection 中的节点模型，使被连接梁在无扭转的情况下变形。
荷载调整——扭矩计算
如上所述，被连接 U 形截面的扭转由扭矩 Mx 引起，该扭矩由剪力 Vz 与力臂（即 U 形截面重心与剪切中心之间的距离）的乘积确定。通过手动计算并将该扭矩添加到被连接构件的荷载中，可消除构件的扭转，实现在竖向平面内的弯曲变形。
附加抗扭支座——模型类型 N-Vz-My
确保构件无扭转弯曲变形的第二种方法是对被连接构件 M2 使用类型 N-Vz-My。这将为构件添加 Y 方向位移支座以及绕 Z 轴和 X 轴的转动支座。绕 X 轴的转动支座可防止构件扭转，与手动添加扭矩的效果相同。模型如下所示。
变形如下。附加支座中捕获的扭矩列于分析结果中。
