改造废旧二手集装箱房屋的构造安全研究(1)

2013年4月22日

摘要

集装箱房屋是一种新兴的钢结构房屋结构形式，其构建方式将退役的二手集装箱循环利用，打造出美观多样的建筑立面。集装箱房屋大大缩短了建筑工期，同时也顺应了发展节能环保型房屋的新趋势，如今正在民用建筑领域中大力推广。但是集装箱在从运输货物的柜子到组建房屋的模块的转变过程中，为了满足采光通风和空间扩展的要求破坏了其原有的个体结构形式，为了实现多样的建筑造型而破坏了其个体之间的组合形式。同时，由于用途所限使得运输的时间远小于固定某处使用的时间，所以承受的主要荷载类型也由运输荷载变为建筑荷载。因此，集装箱房屋存在着极大的安全隐患，而且目前还没有相关规范对这种房屋结构进行指导。本文从建筑改造和结构改造两个方面对这一新兴的钢结构房屋进行了研究，以常见的用于改造的两种集装箱模块(20ft 和 40ft 通用集装箱)为基础，提出模块化的建筑理念，从建筑改造方面给出了的建筑组合原则和实现建筑功能要求的实用改造方法；结构改造方面从保证结构安全的角度对建筑造型理论进行合理化限定，包括两点：第一点是竖向荷载作用下保证结构稳定条件下的支撑柱的布置原则和设计依据，横向荷载作用下控制结构侧移量的条件的开洞面积和开洞位置的布置确定，从而达到满足各种复杂建筑和结构要求的集装箱房屋的快速构造方案。最后用有限元软件 Abaqus 进行建模分析验证理论的有效性。

关键词 多层集装箱房屋；集装箱模块；不规则搭建；支撑柱；开洞

Abstract

Used shipping container building is a new type of steel structure system, and now this kind of structure type has received great popularity in the field of civil buildings. Architectural discourse and construction method are displayed through modular idea, so lots of beautiful building elevations are created successfully, the period of construction can be cut obviously as well. Reusing the used shipping container in another way is consistent with the trend of energy-saving and environmental-friendly buildings. While in the process that used shipping containers are conversed from cargo transportation containers to building modules, the single shipping container’s original structural form and combination form of a large number of containers have been changed, in addition, the load that shipping containers often bear is also changed. Therefore, the security of used shipping container buildings is still hard to be insured，and there is not the related regulation or law to direct the construction of this type of buildings. For the reasons mentioned, the research of used shipping container in this paper is done from two perspectives that contain architectural conversion and structural modification. The architectural idea has been shown on the basic of two container module (20ft and 40ft), the architectural conversion is consist of the principle and practical method that can realize all kinds of habitable function; The structural modification has set the limitation to the principle of architectural conversion from the view of structure security, there are two aspects: one revolves the layout of support posts and combination of container modules that controlled by vertical load on the condition of structural stability; the area and layout of cutouts on the walls is controlled by lateral load on the condition of limitation of lateral displacement. All these have been completed, the simplified and fast design drafts that meet the requirements of complicated building structure is easy to be created. Finally, the principles mentioned above is verified by FME software Abaqus .

Keywords multi-storied used shipping container buildings; container module; irregular combination; axial force; cutouts

第 1 章绪论

1.1 课题背景

1.1.1 集装箱介绍

1.1.2 集装箱的发展

1.1.3 废旧二手集装箱的现状

1.1.4 废旧二手集装箱房屋的意义和应用

1.1.5 废旧二手集装箱房屋的特点

1.1.6 废旧二手集装箱房屋和一般活动房的对比

1.2 课题的目的和意义

1.3 国内外研究现状

1.4 本文研究的内容

第 2 章集装箱房屋基于建筑功能的理论研究

2.1 引言

2.2 建筑构造原理

2.2.1 模块化组合原则

2.2.2 不同尺寸集装箱的应用特点和范围

2.2.3 模块化组合的连接加固方式

2.3 集装箱房屋模块化实现的细部要求

2.3.1 鲜艳色彩

2.3.2 丰富的立面

2.3.3 连接

2.3.4 保温

2.3.5 其他

2.4 本章小结

第 3 章基于安全性多层废旧二手集装箱房屋理论研究

3.1 引言

3.1.1 由集装箱到集装箱房屋带来的结构变化

3.1.2 用于改造的集装箱废旧程度的判定指标

3.1.3 本章研究的目的和思路

3.2 竖向荷载作用下集装箱模块组合方式的研究

3.2.1 基本数据

3.2.2 由 20ft集装箱模块组建的多层集装箱房屋的加固原则

3.2.3 由 40ft集装箱模块组建原则

3.3 水平荷载作用下多层废旧二手集装箱房屋组合方式的研究

3.3.1 基本数据

3.3.2 多层集装箱房屋侧移公式推导

3.4 本章小结

第 4 章有限元建模分析验证

4.1 前言

4.1.1 有限元建模分析的基本思路简述

4.1.2 模型的基本数据

4.2 刚度验算

4.2.1 端框架开洞刚度修正系数κ

4.2.2 侧面框架开洞影响系数ψ

4.2.3 上下搭接对抗侧刚度的影响

4.3 公式验证

4.3.1 竖向荷载作用下轴力公式的验证

4.3.2 横向荷载作用下侧移公式的验证

4.3 本章小结

结论