[发明专利]一种用于地下框架结构的叠层加芯柱及其施工方法

权利要求书

1.一种用于地下框架结构的叠层加芯柱，其特征在于，包括芯柱(1)、预制空心柱段(2)和摩擦层(3)；预制空心柱段(2)在竖向叠加组成叠层空心结构；芯柱(1)插入叠层空心结构中，与各预制空心柱段(2)相配合；芯柱(1)与预制空心柱段(2)之间存在变形空间(4)，摩擦层(3)设置在各预制空心柱段(2)之间；

所述的芯柱(1)为钢管混凝土柱，芯柱(1)的截面尺寸小，长细比大，变形能力强，除分担一定的剪力和弯矩外，芯柱(1)的功能是协调外侧预制空心柱段(2)的水平变形；

所述的预制空心柱段(2)为钢筋混凝土环形构件，预制空心柱段(2)的内圆半径沿高度变化，形成芯柱(1)与预制空心柱段(2)之间的变形空间(4)；所述的预制空心柱段(2)的外圆半径表示为R，内圆半径表示为r，其中，R沿高度保持不变，r沿高度呈弧形变化，以适应芯柱(1)的弯曲变形特征；

具体地说，顶部预制空心柱段(2a)顶端的内圆半径最小，等于芯柱(1)的截面半径，记为r＝r₁，此时芯柱(1)与预制空心柱段(2a)密贴；顶部预制空心柱段(2a)的底端的内圆半径最大，记为r＝r₂，此时芯柱(1)的半径r₁与预制空心柱段(2a)内圆半径r₂的之间差值最大，即变形空间(4)的宽度最大，表示为δ＝r₂-r₁；中部预制空心柱段(2b)对应的变形空间(4)的宽度从中间到两端逐渐增大，即芯柱(1)与预制空心柱段(2b)在中间密贴，在两端变形空间(4)达到最大宽度δ；底部预制空心柱段(2c)与顶部预制空心柱段(2a)关于水平面对称分布；

所述的摩擦层(3)设置于预制空心柱段(2)之间，保证预制空心柱段(2)在水平荷载作用下能够发生水平相对错动；竖向荷载较小时，将润滑处理后的低摩擦合金材料固定到各预制空心柱段(2)的端部，形成摩擦系数较小的接触面以实现平滑滑动；竖向荷载较大时，在各预制空心柱段(2)之间嵌入水平抗剪刚度较小而竖向抗压刚度大的橡胶层，利用橡胶层的水平变形实现各预制空心柱段(2)之间的相对水平错动。

2.根据权利要求1所述叠层加芯柱进行的一种用于地下框架结构的叠层加芯柱的施工方法，其特征在于，叠层加芯柱的设计原则为：在保证地下框架结构中立柱的竖向承载功能的前提下，通过设计预制空心柱段(2)的个数和变形空间(4)的宽度，提高立柱的水平向变形能力；其中，叠层加芯柱的竖向承载能力通过有效截面面积计算；在不考虑芯柱(1)失效的条件下，叠层加芯柱变形能力与预制空心柱段(2)的个数和变形空间(4)的宽度δ成正比。

3.根据权利要求1所述的一种用于地下框架结构的叠层加芯柱的施工方法，其特征在于，叠层加芯柱的具体实施如下：S1：现浇底梁(5)，预留芯柱(1)柱底杯口，杯口中伸出连接钢筋；S2：将端部嵌入低摩擦合金板的预制空心柱段(2)整齐叠放于底梁(5)的杯口上方，临时固定；S3：将芯柱(1)的钢管通过叠层空心柱段的空腔插入底梁(5)的杯口中；S4：向钢管中浇筑混凝土，形成钢管混凝土芯柱(1)，芯柱(1)顶部设置钢筋与顶梁(6)连接；S5：支模现浇顶梁(6)，顶梁(6)底部制作为柱帽的形式，芯柱(1)伸出部分与顶梁(6)现浇结合。