高层建筑转换梁偏轴情况的抗偏梁与及水
平加腋
一．前言
由于建筑等专业的要求，在现实工程设计实例中往往存在着墙—梁—柱中心线偏轴布置的情况，尤其在外墙处更普遍。针对框架结构的偏轴情况，规范曾作出过对偏离量的限制。高层建筑的转换层梁﹑柱及其以下部分结构，是一种更重要的框架，偏轴的影响就更大了。上部剪力墙偏轴压在转换梁上，使转换梁受扭；而转换梁两端偏轴支承在框支柱上，这本身的偏心矩再迭加梁传来的扭矩，就会对柱造成更大的不平衡力矩。许多框架大偏心梁柱节点抗震性能实验研究表明，大偏心还会导致梁下柱局部应力集中，使柱核心区受扭而形成薄弱点。目前，在工程设计过程中受计算手段的限制，对转换层墙—梁—柱的有限元细算，还仅限于在平面假定下的计算，无法体现上述出平面的复杂情况，不能揭示内在的隐患。在转换梁的设计中，常见的情况是端部抗剪强度紧张，如果再搀杂进未计算到的扭矩，后果可想而知。从结构稳定的角度看，深梁的失效往往从受压区失稳、梁的侧翻开始的，因此在临界荷载作用下梁上任何初始扭矩都会引起失稳。我们从概念设计的角度可以设想，这种结构在地震区的罕遇地震过程中，在侧向大位移的状态下，其出平面内力会加快结
构的失效进程，因此必须加以解决。在工程界有一种流行的看法，认为在现浇框架的梁板体系，楼板可以克服梁的扭矩，这在相对小梁﹑小扭矩的情况下是可能成立的，但对于高层结构转换梁及转换层以下部分的框架梁则应另行分析。文献
[1]
初步提出抗偏梁的工作原理及其近似计算方法，指出它们
能抑制转换梁的翻转。文献[2]等指出，梁端的水平腋能缓解梁下柱的核心区扭矩。本文指出，水平腋能增强梁的抗扭刚度，但梁在承受荷载后会由于水平加腋引起自身的附加扭转，而改变梁跨中的扭矩分布及侧翻转角。本文初步探讨水
平加腋对结构的影响，及近似计算方法。
二．抗偏梁工作原理的直观简述
工程力学的一个基本概念，就是任何构件的内力，都是伴随同部位﹑同方向的相对变形而同时存在。要消除偏轴的影响，就可以从抑制某些构件关键部位的出平面变形尤其是角变位入手。如果上述角变位得到克服，也就意味着在一榀框架内各构件本身在与框架平面垂直的方向上，连续介质（即
材料）内的应力、应变均匀分布，这就能与有限元细算时的平面假定保持一致。有了这种前提，就能提高设计过程中计算结果的可信度，避免实际结构侧翻，推迟失效进程。克服上述角变位的有效而简单的手段，就是在偏转力矩集中作用的节点处，沿力矩方向布置刚度较大的梁用以平衡偏转力矩，抑制变形，这里简称为“抗偏梁”，图1.给出了直观示意图。在工程设计中，人们对框架梁往往仅注意竖向荷载及侧移引起的内力，在布置次梁时往往仅考虑其传递楼板竖向荷载的作用。尽管它们实际有时处于“抗偏”的地位，却不能被
认识，得到有意识地刚度控制，发挥应有的作用。
三．水平腋的工作机制及性能分析
首先，应进一步说清偏轴转换梁无腋情况柱头核心区的受力状态。当柱头承受梁端负弯矩时，柱节点侧面在梁作用的窄条范围内承受上拉下压。如果柱的另一侧无与其对称的梁及内力，就会造成结点受扭。但应注意，在不同的情况柱结点受扭的程度却大不相同。对于多跨框架的中间柱，如果两侧的结构布局大概相同呈对称，在竖向荷载这样的对称荷载作用下就不会出现反对称内力，也就是说柱头不受扭。然而，在风、地震这样侧推力的反对称力作用下，柱两侧梁的根部源于侧推力的弯矩呈现一正一负，柱节点承受的总扭矩则为单侧梁的两倍。至于边柱单边有偏轴梁的情况，只要梁根有
弯矩柱节点就受扭，只不过程度不同罢了。这种现象，在纯框架这样的总体呈剪切变形的结构体系中尤为突出；而对于框-剪结构这样总体变形呈弯曲-剪切混合型的体系来说，剪力墙数量越少就越严重。水平腋改变了柱头侧面一窄条局部承受力耦的状态，使侧面在腋宽范围内拉、压应力各自趋于
均匀而缓解节点扭矩。
水平腋还会或多或少使梁在承受荷载后出现内力、变形的出平面效应。图2.是一个带水平腋的梁，在大约反弯点的位置切断作为悬臂隔离体的示意图。如图2.a 所示，腋末端的上、下部分，会各自向梁传递梁根水平腋外侧产生的反对称的反作用力构成力偶。从图2.b可以看出，悬臂端的剪力合力位置与梁根抗剪平面型心偏轴，荷载力与反力也构成了力偶，造成截面上剪应力不均匀而使梁的变形产生扭转分量。图2.c把梁及三角腋离散为互相粘结在一起的悬臂薄片分析它们的弯曲差异。腋薄片因受荷载力较为间接，使外端下挠
程度较与柱边距离相同位置的直梁薄片小，这也形成梁的扭曲。当有对称关系的一榀框架承受风、地震侧推力这样的反对称力作用其上时，形成反对称的内力和变形，就使跨中受
扭最大。
现将等宽梁与加腋梁的平面图绘成函数图形如图3，则加腋处上边线的方程为式(1)。在单位扭矩作用下，L2长的有腋梁的微分段的相对扭转变位为式(2)所示，在L2长的范围总扭转角见式(3)，而抗扭刚度公式则为式(4)。等宽梁段L1的抗扭刚度为式(5)。对于等宽梁与有腋梁总合全长，总抗扭刚
高层建筑转换梁偏轴情况的抗偏梁与及水平加腋
