当代集装箱建筑模块化设计策略研究(24)

2013年4月5日

7.3 箱体间的搭接方式对结构效率的影响

集装箱即可作为主体结构也可作为附属结构而存在，对于集装箱建筑来说，将集装箱作为主体结构能够充分发挥其高强度的优点，减少附加构件的使用，从而降低造价。当使用集装箱作为主要承重组件时，需要了解箱体之间的组合与搭接会对结构产生怎样的影响，掌握其中的原理与规律，以便能够利用箱体的组合与搭接将结构的效率最大化。

在对单个集装箱的结构与受力特点进行分析后，可以得出，由4根角柱与8根钢梁所组成的框架具有较高的强度，是集装箱的主要受力构件。在进行箱体的组合与搭接设计时，应适应集装箱这一结构特点，尽可能利用箱体的框架结构来承担荷载。就结构的稳固、安全以及效率等要求来说，箱体之间的搭接需要注意以下几点：

1. 上下箱体的叠放应尽量使角柱对齐。在货轮或者集装箱码头堆放运输集装箱时，通常是将箱体在水平和垂直方向对齐放置，四个角柱对齐并通过角件固定。在集装箱建筑的箱体组合中，也应尽量将上下箱体的角柱对齐布置。这样做一方面可以避免增设竖向支撑构件；另一方面，集装箱角件的设计很好地考虑到了箱体之间在垂直以及水平方向上的固定，因此，在集装箱建筑的箱体组合中，尽可能将角柱对齐布置，可以充分利用集装箱的角件作为箱体间的连接，从而避免增加多余的连接件（图 7-6）。

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图 7-6 角柱对齐的叠放方式

2. 若无法做到角柱对齐，应尽量将上部箱体的角柱落在下部箱体的钢梁上。有时由于空间或形体变化的需要，无法保证所有的角柱上下对齐，这时应注意避免将上部集装箱的角柱直接落在下部集装箱的屋顶板上，原因在于箱体的屋顶板不具有足够的抵抗集中荷载的能力，若由屋顶承担集中荷载，不但要在荷载对应的部位增设支撑柱，还要增设横纵梁，大大增加了材料与构件的消耗，在设计中不提倡采用这种搭接方法。在这种情况下，较为合理的选择是利用横截面积较大，结构强度较高的钢梁来传递竖向荷载，即尽量将上部箱体的角柱对齐下部箱体的框架搭接（图 7-7）。

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图 7-7 角柱落在梁上的叠放方式

3. 当有集中荷载作用于长梁上时，应在相应的位置上设置竖向支撑。虽然钢梁对比箱体外壳钢板具有更大的截面面积与承载能力，但钢梁在运输集装箱在使用过程并不承担集中荷载。由于钢梁的结构设计不需考虑钢梁承担较大集中荷载的情况，因此应在对应的部位加支撑（图 7-8）。

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图 7-8 在集中荷载作用在钢梁上的部位加支撑(注：图中红色部分为附加支撑)

哈尔滨工业大学的查晓雄等人在“构建多层集装箱改造房的方法及确保其安全性实用公式推导”一文中，针对上下两层箱体在错位搭接与正交搭接的情况下，对附加支撑设置策略进行了详细分析与计算，此处就不再赘述。

此外，集装箱的组合与搭接还应注意箱体间的连接与固定。运输集装箱的堆放通常使用专用的集装箱连接件相连，而在集装箱建筑中，常常通过焊接或螺栓等方式连接箱体，以保证结构的稳固。

7.4 集装箱与其他构件或结构体系的结合

集装箱建筑在经济性、生态性、灵活性以及建造速度等方面体现出了许多普通建筑所无法比拟的优势。然而，这种新型的建筑结构也存在着许多局限。集装箱作为一种针对运输需要而开发的工业化产品，其固有的箱体结构与形式限制了其空间与形式的组合与变化。单个集装箱内部空间的体积与开间都很小，空间形式基本无变化，应用范围较小，而多箱体融合空间也无法完全挣脱箱体结构对空间尺度与变化的束缚，框架梁的存在对空间效果造成了较大影响。要想在集装箱建筑中获得尺度更大、形式更为灵活的空间，往往需要结合其他结构与组件，配合“非集装箱空间”来解决问题。另外，即使集装箱具有良好的结构特性与合理的价格，但它不能够代替一栋建筑中的所有组件，或者说，对于各类建筑所必需的一些组成部分来说，用集装箱来制作这些组件是比较困难的。

因此，建造者经常需要使用一些附加构件制来协助集装箱构成一座完整的建筑，有时还需要在集装箱建筑中融合其他的结构体系，来获得更丰富的空间与造型。附加构件包括楼梯、走道、屋顶等使用集装箱难以制作的部件，而常见的与集装箱相结合的结构类型有钢结构和钢筋混凝土结构等等（图 7-9、7-10）。其中钢结构与集装箱结构的结合非常普遍，原因在于集装箱与钢制构件之间的固定可以通过焊接的方式来实现，简单方便。集装箱与其他构件或结构体系的结合需要注意以下几方面的内容。

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图 7-9 钢筋混凝土结构与集装箱的结合

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图 7-10 钢结构与集装箱的结合

建筑功能与空间形式的需要

选择其他结构与集装箱结构配合应考虑功能的适用性，根据各种结构与组件的材料与尺寸等特点取长补短，创造适用且富于变化的空间。除集装箱外的其他构件与结构需解决好自身的保温、隔热、隔音、隔湿、防火等问题，以保证建筑的整体空间质量。

结构以及建造过程的效率与经济性

所选用的附加结构与构件需考虑其成本与性能，避免为追求结构的特殊与夸张而大幅度增加造价。在与其他结构的配合过程中需考虑集装箱的尺寸特点，并选用合适的模数与之相适应。

建筑的造型设计

功能、结构与舒适度在建筑中无疑具有举足轻重的地位，然而，一座建筑的设计并不是仅仅由这几个因素所决定的，建筑设计还必须将建筑对人的审美需求的满足考虑在内。因此，设计者应利用附加结构或组件美化集装箱建筑的形象，丰富外观的变化。附加构件或结构的形式通常会比集装箱更为灵活，当需要进行较为复杂的形体处理时，应充分利用附加构件的灵活性。

可持续性

在选择附加结构与组件的过程中，应考虑结构与组件的存在与配合形式对建筑的通风、采光、遮阳、防寒等方面的影响，利用附加结构或组件提升建筑的生态与可持续性，减少建筑在机械通风、降温、取暖以及建造过程中的能耗。