摘  要: 运用三维计算软件，对地铁车站中板洞口梁的设置进行了探讨，并对洞口设置明暗梁两者的受力作了分析，同时将两方案的经济性和可行性进行了比较，得出暗梁方案优先选择的结论。

关键词: 地铁，中板，明梁，暗梁，位移，内力

 

      在地铁车站结构设计中，对相关专业影响最大的就是中板洞口梁的设计。中板有楼扶梯孔、电梯孔、吊装孔、设备孔等，中板开孔严重削弱该处中板刚度，因此需要在洞边设置加强的洞口梁。中板洞口梁的断面尺寸直接影响着各类机电设备管线的布置路由，正因为如此，中板洞口梁的断面尺寸直接决定着站台层层高的设计，对车站埋深、工程造价起着十分重要的影响。目前，中板洞口梁主要有明梁和暗梁两种设置模式，在设计过程中具体采用何种模式需结合中板开洞位置、大小来进行设计，洞口梁结构计算中须考虑中板开洞的因素。目前结构设计过程中，很多设计师往往将明梁、暗梁等同计算，笔者结合三维计算软件对中板洞口梁的设置进行探讨分析，以明确两者受力变形的异同，并对两者的经济性和可实施性进行比较，以期对车站设计具有一定的借鉴意义。

 

      地铁中板开孔较多，以扶梯孔( 10 m × 2． 03 m) 为最大，即对中板受力影响最大，对于分析中板洞口梁有较大意义，下面以扶梯孔边的洞口梁作为例子进行建模计算分析。

      中板梁计算采用 SAP2000 有限元软件，采用空间板壳，为了较清楚的了解中板梁的受力特征，建模时考虑了两种模型，分别为明梁模型、暗梁模型。

      模型中柱子材料为 C50 混凝土，其他构件材料均为 C35 混凝土。

      构件尺寸见表 1。

      对中板梁计算有关的荷载为: 人群荷载、装修面、风道及吊顶荷载、扶梯荷载。根据相关规范及技术要求，荷载取值如下: 人群荷载 4 kN/m²、装修面荷载 34 kN/m²、风道及吊顶荷载 5 kN/m²、扶梯荷载 92 kN/m²。

      为更好的模拟实际情况，各构件应加以一定的约束，考虑到本次计算重点为洞口区域板、梁，距离洞口较远的中板、侧墙及中立柱的约束对中板计算几乎没有影响，因此为方便计算，取洞口所在区域及相邻两跨范围的区段作为分析对象，将侧墙及柱子顶底部加以固结约束简化模拟顶底板的作用。

 

      为更好的分析中板洞口梁的受力情况，三维计算得出洞口主次梁和中板的位移及内力分布图，通过对以上的分析可以得出洞口设置明暗梁的受力特点。

      洞口梁位移及内力详见表 2，从表 2 中可以得出，明梁由于刚度大，竖向位移相比暗梁较小，但内力明显较大。

      从图 1 和图 2 中可以看出，中板竖向变形唯一，越靠近洞口变形越大，变形最大发生在洞口次梁中间处，暗梁模型最大位移为 8． 1 mm，明梁模型最大位移为 5． 3 mm。

      地铁车站往往设置中纵梁，中板为单向受力，因此三维软件主要得出横向内力 M₂₂。

      从图 3 和图 4 中可以看出，在非洞口板带中，在明、暗梁模型的中板内力基本一致。在洞口板带中，在明、暗梁模型的中板内力差异较大，从暗梁模型的分析结果中可以看出，洞口跨中板带接近悬臂板，具体见表 3。

      通过以上两种方案的有限元软件计算，在地铁中板楼扶梯洞口采用明、暗梁方案都是可行的，采用两种方案位移都小于10 mm，相关的梁、板变形均小于规范规定的限值，满足混凝土构件的变形要求，因此采用这两种方案在结构受力上都是可行的，具体采取何种方案取决于工程的经济性和可实施性。

      经济性方面，明梁方案相比暗梁方案在构件变形上较小，结构受力有较大优势，因此从局部比较，梁板的造价会略低于暗梁方案; 但是若选择了明梁方案，无形中降低了站台层的净高，为满足机电设备管线布置的需要，必须加大站台层层高，这样从全局比较，明梁方案将使得车站的投资大为增加。因此选择暗梁方案具有较明显的经济性。

      可实施性方面，采用明梁方案还是暗梁方案在土建施工工艺方面基本是一致的，没有本质差别。但地铁是一个极其复杂的系统工程，除了考虑结构自身专业，还须考虑 20 多个机电系统专业的实施性，暗梁方案由于梁并未下凸，这样站台层顶管线不需要考虑明梁下凸的影响，施工设计均较为方便。

 

      1) 地铁中板洞口梁采用明梁、暗梁模式都是可行的。2) 设计人员应结合中板开洞位置、大小及经济性等因素统筹考虑，选择中板开洞梁的布置形式。3) 在地铁车站公共区的洞口采用暗梁方案具有较好的经济性和可实施性，应优先选择。

 

［1］ 广州地铁设计研究院有限公司． 福州地铁 1 号线初步设计说明［Z］． 2008．