本發(fā)明涉及一種建筑結(jié)構(gòu)中的剪力墻，特別是涉及一種采用熱處理弱化強(qiáng)度的鋼板耗能剪力墻體系制作方法。

背景技術(shù)：

在高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，為了提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)性能，經(jīng)常會(huì)在結(jié)構(gòu)的一些特定部位設(shè)置剪力墻，從而有效抵抗水平風(fēng)荷載和水平地震作用。目前常用的剪力墻主要包括鋼筋混凝土剪力墻和鋼板剪力墻。鋼板剪力墻由于施工便捷，性能高效而得到了廣泛的應(yīng)用。

鋼板剪力墻體系是以鋼框架和內(nèi)嵌鋼板作為基本結(jié)構(gòu)單元的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系，從結(jié)構(gòu)構(gòu)造上來看，可將其看作是懸臂板梁結(jié)構(gòu)：體系中的框架柱相當(dāng)于懸臂梁的翼緣，內(nèi)嵌鋼板相當(dāng)于腹板，而框架梁相當(dāng)于加勁肋。在地震荷載作用下，鋼板剪力墻體系通過內(nèi)嵌鋼板屈服后發(fā)生塑性變形來進(jìn)行耗能。為了提高鋼板剪力墻的耗能能力，技術(shù)人員將低屈服點(diǎn)鋼應(yīng)用于鋼板剪力墻的內(nèi)嵌鋼板，由于低屈服點(diǎn)鋼板的屈服強(qiáng)度較低，在較小的水平荷載下即可進(jìn)入屈服，從而在地震作用下可以通過較大的塑性變形進(jìn)行耗能，且可保證充足的屈服后強(qiáng)度，從而形成了低屈服點(diǎn)鋼板剪力墻，并已在工程中進(jìn)行應(yīng)用和推廣。但是，低屈服點(diǎn)鋼材價(jià)格較高，且僅有特定的少數(shù)廠家能夠生產(chǎn)這種新型鋼材，使得此種剪力墻體系的發(fā)展具有一定的局限性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種采用熱處理弱化強(qiáng)度的鋼板耗能剪力墻體系制作方法，采用該方法制作的剪力墻體系具有類似低屈服點(diǎn)鋼板剪力墻的優(yōu)良性能，并且方便制作，原材料常見易得且經(jīng)濟(jì)性好，非常適合應(yīng)用于高層建筑結(jié)構(gòu)中。

本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是：一種采用熱處理弱化強(qiáng)度的鋼板耗能剪力墻體系施工方法，首先施工包括框架柱和框架梁的主體結(jié)構(gòu)，待主體結(jié)構(gòu)封頂后，將各個(gè)鋼板剪力墻的內(nèi)嵌鋼板與魚尾板進(jìn)行連接，所述內(nèi)嵌鋼板是經(jīng)過熱處理的碳素結(jié)構(gòu)鋼板，熱處理工藝滿足下述要求：當(dāng)所述碳素結(jié)構(gòu)鋼板采用Q235鋼板時(shí)，屈服強(qiáng)度降低24％-31％，極限強(qiáng)度降低10％-12％，屈強(qiáng)比0.49-0.54；當(dāng)所述碳素結(jié)構(gòu)鋼板采用Q345鋼板時(shí)，屈服強(qiáng)度降低38％-41％，極限強(qiáng)度降低30％-32％，屈強(qiáng)比0.64-0.65。

所述熱處理工藝是采用溫控箱來實(shí)現(xiàn)的，首先將所述內(nèi)嵌鋼板加熱升溫至950-1000℃，然后保溫30min，再然后冷卻降溫至600℃，最后關(guān)閉溫控箱，自然冷卻至室溫，其中加熱升溫的速度為10℃/min，冷卻降溫的速度為0.5-0.75℃/min。

所述碳素結(jié)構(gòu)鋼板的熱處理區(qū)域涵蓋整塊鋼板。

所述碳素結(jié)構(gòu)鋼板的熱處理區(qū)域呈間隔條狀布置。

所述碳素結(jié)構(gòu)鋼板的熱處理區(qū)域呈間隔豎條狀布置。

所述碳素結(jié)構(gòu)鋼板的熱處理區(qū)域呈間隔橫條狀布置。

本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：

1)在地震載荷或其他水平往復(fù)荷載作用下，鋼板耗能剪力墻首先發(fā)生屈服進(jìn)入塑性，利用其良好的滯回性能吸收地震或其他荷載能量，同時(shí)可減小梁柱連接折角處變形需求過大所導(dǎo)致的應(yīng)力集中現(xiàn)象，避免結(jié)構(gòu)主體和主要受力構(gòu)件出現(xiàn)嚴(yán)重破壞，從而保護(hù)結(jié)構(gòu)體系整體安全；2)地震作用時(shí)，此新型鋼板耗能剪力墻和普通鋼板剪力墻相比可減小剪力墻對(duì)兩邊框架柱產(chǎn)生的附加彎矩，減少框架柱破壞的可能性，同時(shí)與普通鋼板剪力墻相比具有較小的面外變形；3)此新型鋼板耗能剪力墻所用原材料即為建筑結(jié)構(gòu)中常見的Q235和Q345，無需購(gòu)買價(jià)格相對(duì)昂貴的低屈服點(diǎn)鋼材，具有原材料常見易得，且經(jīng)濟(jì)性好的優(yōu)點(diǎn)；4)此新型鋼板耗能剪力墻加工制作方便，工序簡(jiǎn)單，性能優(yōu)良。綜上所述，本發(fā)明采用普通鋼材作為原料，經(jīng)過特定的熱處理后制作剪力墻，達(dá)到類似低屈服點(diǎn)鋼板剪力墻的優(yōu)良性能，并且制作方便，原材料常見易得，經(jīng)濟(jì)性好，非常適合應(yīng)用于高層建筑結(jié)構(gòu)中。

附圖說明

圖1為本發(fā)明應(yīng)用的示意圖；

圖2為本發(fā)明采用的內(nèi)嵌鋼板熱處理區(qū)域涵蓋整塊鋼板的示意圖；

圖3為本發(fā)明采用的內(nèi)嵌鋼板熱處理區(qū)域呈間隔豎條狀布置的示意圖；

圖4為本發(fā)明采用的內(nèi)嵌鋼板熱處理區(qū)域呈間隔橫條狀布置的示意圖；

圖5為本發(fā)明采用的Q235鋼板經(jīng)熱處理前后鋼材單向拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線示意圖之一；

圖6為本發(fā)明采用的Q235鋼板經(jīng)熱處理前后鋼材循環(huán)加載下材料性能示意圖之一；

圖7為本發(fā)明采用的Q235鋼板經(jīng)熱處理前后鋼材單向拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線示意圖之二；

圖8為本發(fā)明采用的Q235鋼板經(jīng)熱處理前后鋼材循環(huán)加載下材料性能示意圖之二；

圖9為本發(fā)明采用的Q345鋼板經(jīng)熱處理前后鋼材單向拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線示意圖之一；

圖10為本發(fā)明采用的Q345鋼板經(jīng)熱處理前后鋼材循環(huán)加載下材料性能示意圖之一；

圖11為本發(fā)明采用的Q345鋼板經(jīng)熱處理前后鋼材單向拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線示意圖之二；

圖12為本發(fā)明采用的Q345鋼板經(jīng)熱處理前后鋼材循環(huán)加載下材料性能示意圖之二。

圖中：1、內(nèi)嵌鋼板，2、框架柱，3、框架梁，4、魚尾板，5、熱處理區(qū)域。

具體實(shí)施方式

為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說明如下：

請(qǐng)參閱圖1～圖12，一種采用熱處理弱化強(qiáng)度的鋼板耗能剪力墻體系施工方法，首先施工包括框架柱2和框架梁3的主體結(jié)構(gòu)，待主體結(jié)構(gòu)封頂后，將各個(gè)鋼板剪力墻的內(nèi)嵌鋼板1與魚尾板4進(jìn)行連接，所述內(nèi)嵌鋼板4是經(jīng)過熱處理的碳素結(jié)構(gòu)鋼板，熱處理工藝滿足下述要求：當(dāng)所述碳素結(jié)構(gòu)鋼板采用Q235鋼板時(shí)，屈服強(qiáng)度降低24％-31％，極限強(qiáng)度降低10％-12％，屈強(qiáng)比0.49-0.54；當(dāng)所述碳素結(jié)構(gòu)鋼板采用Q345鋼板時(shí)，屈服強(qiáng)度降低38％-41％，極限強(qiáng)度降低30％-32％，屈強(qiáng)比0.64-0.65。

采用熱處理后的鋼板，其屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度會(huì)降低，而延性會(huì)有所提高，在水平地震力或其他水平往復(fù)荷載作用下，此新型鋼板剪力墻體系的內(nèi)嵌鋼板1可以在預(yù)先確定的水平力下屈服，同時(shí)通過其自身的塑性變形消耗地震等能量，且由于其屈服強(qiáng)度大大降低，使得內(nèi)嵌鋼板1在周圍框架發(fā)生屈曲之前首先發(fā)生屈服并耗能，并可引導(dǎo)鋼材塑性發(fā)展在設(shè)定區(qū)域內(nèi)，可有效的減少框架上的地震力分配，并減小梁柱連接折角處變形需求過大所導(dǎo)致的應(yīng)力集中現(xiàn)象，保障結(jié)構(gòu)主要受力構(gòu)件的安全。

內(nèi)嵌鋼板1的相對(duì)高厚比應(yīng)不大于150，其計(jì)算公式如下：λ＝H_e/(t_w·ε_k)。式中λ為內(nèi)嵌鋼板1的相對(duì)高厚比；H_e為內(nèi)嵌鋼板1的凈高度；t_w為內(nèi)嵌鋼板1的厚度；ε_k為鋼號(hào)修正系數(shù)，取為(235/f_y)^1/2，f_y為鋼材的屈服強(qiáng)度。

連接內(nèi)嵌鋼板1與框架柱2和框架梁3的魚尾板4厚度應(yīng)不小于內(nèi)嵌鋼板1的厚度。魚尾板4與框架柱2和框架梁3采用熔透焊縫焊接；魚尾板4與內(nèi)嵌鋼板1的連接應(yīng)滿足連接極限承載力大于內(nèi)嵌鋼板1的屈服承載力；連接方式可采用焊接連接或高強(qiáng)螺栓連接，采用焊接時(shí)應(yīng)保證等強(qiáng)連接，采用高強(qiáng)螺栓連接時(shí)，螺栓不應(yīng)少于兩排兩列布置，且應(yīng)加強(qiáng)端部連接，在兩種方式均可實(shí)現(xiàn)的情況下應(yīng)優(yōu)先選用焊接連接。

熱處理區(qū)域5可根據(jù)設(shè)計(jì)需要進(jìn)行全區(qū)域處理，使熱處理區(qū)域5涵蓋整塊鋼板，如圖2所示；也可沿豎向間隔條狀處理，使熱處理區(qū)域5呈間隔豎條狀布置，如圖3所示；還可以沿橫向間隔條狀處理，使熱處理區(qū)域5呈間隔橫條狀布置如圖4所示。熱處理不同區(qū)域的特點(diǎn)為：全區(qū)域熱處理型耗能鋼板剪力墻可實(shí)現(xiàn)類似低屈服點(diǎn)鋼板剪力墻性能，使得鋼板剪力墻區(qū)域能夠更早進(jìn)入屈服進(jìn)行耗能。間隔條狀熱處理型耗能鋼板剪力墻使得鋼板區(qū)域產(chǎn)生條狀局部強(qiáng)度弱化段，通過調(diào)節(jié)鋼板區(qū)域內(nèi)塑性發(fā)展從而調(diào)整鋼板拉力場(chǎng)分布和鋼板對(duì)柱梁的影響，同時(shí)不同于開縫鋼板剪力墻，條狀處理低強(qiáng)鋼板并未與柱梁脫開，因此側(cè)向承載力不會(huì)產(chǎn)生明顯下降。

請(qǐng)參閱圖5-圖6，所述內(nèi)嵌鋼板4采用Q235鋼板的實(shí)例1，Q235鋼板采用粘貼陶瓷加熱片的方式，采用可編程的溫度控制箱來實(shí)現(xiàn)熱處理工藝，熱處理工藝為：首先以10℃/min的速度對(duì)Q235鋼板進(jìn)行加熱升溫，至1000℃，然后保持30min，接著以0.5℃/min的速度冷卻降溫至600℃，然后關(guān)閉溫控箱，待Q235鋼板自然冷卻至室溫。圖5給出了Q235材質(zhì)鋼板經(jīng)上述熱處理前后鋼材的單向拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線，由圖可知：Q235材質(zhì)鋼板熱處理前屈服強(qiáng)度為275MPa，極限強(qiáng)度為435MPa；熱處理后屈服強(qiáng)度為190MPa，極限強(qiáng)度為385MPa，與熱處理前相比，屈服強(qiáng)度降低31％，極限強(qiáng)度降低12％，屈強(qiáng)比為0.49。圖6給出了Q235材質(zhì)鋼板經(jīng)熱處理前后鋼材循環(huán)加載下材料性能示意圖。由6圖可知：熱處理能夠顯著降低Q235鋼材的屈服強(qiáng)度，可實(shí)現(xiàn)在一定荷載作用下提前進(jìn)入塑性。在循環(huán)荷載作用下，Q235鋼材具有明顯的循環(huán)強(qiáng)化作用，在一定應(yīng)變循環(huán)后其強(qiáng)度增長(zhǎng)與未處理鋼材接近，因此Q235鋼材較適用于內(nèi)嵌鋼板全區(qū)域熱處理的剪力墻形式，以實(shí)現(xiàn)采用常用Q235鋼材即可實(shí)現(xiàn)低屈服點(diǎn)鋼板剪力墻性能的效果，即提前進(jìn)入塑性，且在地震作用下通過循環(huán)強(qiáng)化作用保持側(cè)向承載能力，同時(shí)增大耗能能力。

請(qǐng)參閱圖7-圖8，所述內(nèi)嵌鋼板4采用Q235鋼板的實(shí)例2，Q235鋼板采用粘貼陶瓷加熱片的方式，采用可編程的溫度控制箱來實(shí)現(xiàn)熱處理工藝，熱處理工藝為：首先以10℃/min的速度對(duì)Q235鋼板進(jìn)行加熱升溫，至950℃，然后保持30min，接著以0.75℃/min的速度降溫至600℃，然后關(guān)閉溫控箱，Q235鋼板自然冷卻至室溫。圖7給出了Q235材質(zhì)鋼板經(jīng)熱處理前后鋼材的單向拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線，由圖可知：Q235材質(zhì)鋼板熱處理前屈服強(qiáng)度為275MPa，極限強(qiáng)度為435MPa；熱處理后屈服強(qiáng)度為210MPa，極限強(qiáng)度為391MPa，與熱處理前相比，屈服強(qiáng)度降低24％，極限強(qiáng)度降低10％，屈強(qiáng)比為0.54。圖8給出了Q235材質(zhì)鋼板經(jīng)熱處理前后鋼材循環(huán)加載下材料性能示意圖。由圖8可知：熱處理能夠顯著降低Q235鋼材的屈服強(qiáng)度，可實(shí)現(xiàn)在一定荷載作用下提前進(jìn)入塑性。在循環(huán)荷載作用下，Q235鋼材具有明顯的循環(huán)強(qiáng)化作用，在一定應(yīng)變循環(huán)后其強(qiáng)度增長(zhǎng)與未處理鋼材接近，因此Q235鋼材較適用于內(nèi)嵌鋼板全區(qū)域熱處理的剪力墻形式，以實(shí)現(xiàn)采用常用Q235鋼材即可實(shí)現(xiàn)低屈服點(diǎn)鋼板剪力墻性能的效果，即提前進(jìn)入塑性，且在地震作用下通過循環(huán)強(qiáng)化作用保持側(cè)向承載能力，同時(shí)增大耗能能力。

請(qǐng)參閱圖9-圖10，所述內(nèi)嵌鋼板4采用Q345鋼板的實(shí)例1，Q345鋼板采用粘貼陶瓷加熱片的方式，采用可編程的溫度控制箱來實(shí)現(xiàn)熱處理工藝，熱處理工藝為：首先以10℃/min的速度對(duì)Q345鋼板進(jìn)行加熱升溫，至1000℃，然后保持30min，接著以0.5℃/min的速度降溫至600℃，然后關(guān)閉溫控箱，Q345鋼板自然冷卻至室溫。圖9給出了Q345材質(zhì)鋼板經(jīng)熱處理前后鋼材的單向拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線，由圖可知：Q345材質(zhì)鋼板熱處理前屈服強(qiáng)度為401MPa，極限強(qiáng)度為543MPa；熱處理后屈服強(qiáng)度為236MPa，極限強(qiáng)度為370MPa，與熱處理前相比，屈服強(qiáng)度降低41％，極限強(qiáng)度降低32％，屈強(qiáng)比為0.64。圖10給出了Q345材質(zhì)鋼板經(jīng)熱處理前后鋼材循環(huán)加載下材料性能示意圖。由圖可知：熱處理能夠顯著降低Q345鋼材的屈服強(qiáng)度，可實(shí)現(xiàn)在一定荷載作用下提前進(jìn)入塑性。熱處理后Q345鋼材在循環(huán)荷載作用下能夠較好的保持鋼材強(qiáng)度的削弱效果，因此較適用于內(nèi)嵌鋼板間隔條狀熱處理的鋼板剪力墻形式，可以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)內(nèi)嵌鋼板區(qū)域的塑性分布和發(fā)展的作用。

請(qǐng)參閱圖11-圖12，所述內(nèi)嵌鋼板4采用Q345鋼板的實(shí)例2，首先以10℃/min的速度對(duì)Q345鋼板進(jìn)行加熱升溫，至950℃，然后保持30min，接著以0.75℃/min的速度降溫至600℃，然后關(guān)閉溫控箱，鋼板自然冷卻至室溫。圖11給出了Q345材質(zhì)鋼板經(jīng)熱處理前后鋼材的單向拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線，由圖可知：Q345材質(zhì)鋼板熱處理前屈服強(qiáng)度為401MPa，極限強(qiáng)度為543MPa；熱處理后屈服強(qiáng)度為247MPa，極限強(qiáng)度為380MPa，與熱處理前相比，屈服強(qiáng)度降低38％，極限強(qiáng)度降低30％，屈強(qiáng)比為0.65。圖12給出了Q345材質(zhì)鋼板經(jīng)熱處理前后鋼材循環(huán)加載下材料性能示意圖。由圖可知：熱處理能夠顯著降低Q345鋼材的屈服強(qiáng)度，可實(shí)現(xiàn)在一定荷載作用下提前進(jìn)入塑性。熱處理后Q345鋼材在循環(huán)荷載作用下能夠較好的保持鋼材強(qiáng)度的削弱效果，因此較適用于內(nèi)嵌鋼板間隔條狀熱處理的鋼板剪力墻形式，可以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)內(nèi)嵌鋼板區(qū)域的塑性分布和發(fā)展的作用。

盡管上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍的情況下，還可以做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。