节点对集装箱房屋性能影响的研究

2013年7月19日

摘要： 2009年以来，全球的国际贸易量的急剧下降，更导致集装箱总量需求的减少，但是却加快了集装箱淘汰、废弃的步伐。废旧的二手集装箱改造房也因此得到迅猛的发展，并由单层的临时住房推广到多层的永久性住宅之中。然而，目前的箱体间连接方式国内很少，方法过于简单，对于多层的集装箱房屋来说需要设置节点形式来满足箱体间的抗剪力等，能否设计出新型节点形式，已经成为了集装箱房屋发展的最大瓶颈。本文研究了多层集装箱房屋在十字卡件等节点的连接形式下的研究和分析，首先分析了其在静力作用下的优良胜能，进行了必要的理论推导；研究其在外荷载下的特性。其次，本文采用有限元软件ABAQUS对集装箱房屋的顶端荷载一位移曲线进行模拟，并与理论分析对比本文最终得出十字卡件等节点连接的优良性能，推动行业的发展。

关键词：废旧二手集装箱改造房节点连接抗剪性能

1. 目前状况

目前全球约有2400万集装箱在全球各地快速流转，大约每年需要淘汰的集装箱大概100多万。自从2009年，全球的国际贸易量的迅速下降，更导致集装箱需求总量的减少，同时也加快了集装箱淘汰、废弃的步伐。而废旧的二手集装箱房屋就因此孕育而生，但是目前大多数人们认识的集装箱房屋都只是用于临时施工场所的单层房屋，如何发展集装箱房屋多层连接的步伐已经成为限制集装箱房屋发展的最大瓶颈，本分析将对箱体之间的连接节点进行分析，目的是满足施工简便，便于加工制作，传力明确，构造合理；满足并适合军、民、工业住宅多样性；达到便于拆卸分离，达到模块化移动性灵活性能；要求节点构件的耐久性，达到使用年限；达到在外界荷载作用下满足抗拉、抗剪能力；满足抗震、抗风等规范要求。

2. 集装箱房屋节点研究

2.1 节点形式分析

螺栓连接和双头锥，都可以承受水平比较大的抗剪力，但由于集装箱房屋之间空隙很小，所以采用螺栓框架进行竖向连接需要对原始集装箱进行相应改造；卡件或锁件的连接，作用在横向的集装箱房屋角件之间的连接将两个集装箱房屋连接起来，起到了纵向的抗剪作用和抗拉作用，大大提高了结构作为整体的安全，一般1~3层的集装箱房屋用卡件连接就可以满足安全性；采用L型钢板围焊，在保障安全的情况下，更节省材料，而且施工方便，但是拆分很麻烦；集装箱十字钢板卡件结构的构造是，中间为钢板，上下面分别突出四个卡件，与集装箱进行卡件连接时，因为集装箱的角件特殊构造，柱角角件可以直接卡进突出的卡槽中，其中卡槽里有可以进行方向变化的的卡件，一个这样的十字板卡件结构可以与上下共8个角柱角件相连，也就是可以满足8个集装箱的连接，可简化安装过程，大大缩短了施工工期，经济方便，十字钢板卡件可在工厂直接加工完成。而且在确保安全的情况下，更适合人们生活所用，而且十字卡件的优势是拆分方便，大大增强了其移动能力。

集装箱房屋连接示意图

集装箱房屋节点形式

集装箱房屋十字钢板卡件

图1

2.2 理论和软件分析

如果没有节点的连接，箱体之间就互相独立，不能作为一个整体，那它的整体位移和抗剪能力就大大减弱。本分析在假使存在箱体间节点的连接下进行计算或模拟。对于单层的双跨共2个集装箱房屋而言，经过计算，箱体之间的竖向剪力大小就为0.267P；软件相应的模拟值为0.22P。但是如果没有节点的假设和连接，那么箱体间必然会产生比较大的错动变形，无法作为一个整体。理论计算下，二层框架顶层位移为0.08lm，软件计算下，顶层位移为0.115m，可想而知，如果没有节点的假设和连接，那么箱体之间必然产生很大的水平错动位移，无法作为一个整体。

集装箱房屋的整体位移和抗剪能力模拟

图2 集装箱房屋的整体位移和抗剪能力模拟

集装箱房屋的整体位移和抗剪能力模拟

图3 集装箱房屋的整体位移和抗剪能力模拟

2.3 总结

节点形式的连接，不仅可以减小集装箱房屋的水平和竖向之间的位移错动，也可以达到水平和竖向的抗剪力性能，箱体之间的连接可以为集装箱房屋带来多方面的安全性能，而节点形式的设计也可以大大满足当前发展的瓶颈要求，可以预计模块化集装箱房屋多层的发展必将引领集装箱房屋产业。