當(dāng)代集裝箱建筑模塊化設(shè)計策略研究(23)

2013年4月5日

第七章集裝箱建筑的結(jié)構(gòu)組成及其安全性設(shè)計

結(jié)構(gòu)是建筑的一大要素之一，任何建筑物都必須具有穩(wěn)固、安全的結(jié)構(gòu)。建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計涉及到組成結(jié)構(gòu)的基本單元組件的材料與形式，每一種結(jié)構(gòu)體系都具有不同的受力特點與構(gòu)成方法。使用不同的結(jié)構(gòu)體系所生成的建筑空間，在具有其自身獨特的優(yōu)越性的同時，也必然具有一定的局限性。作為建筑師，在使用集裝箱結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行設(shè)計時，必須對集裝箱結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性與局限性具有充分的理解，才能將集裝箱結(jié)構(gòu)體系的特點與建筑功能的要求協(xié)調(diào)好，充分發(fā)揮集裝箱結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性，避開其局限性。

集裝箱是一種針對運輸使用而設(shè)計產(chǎn)品，將這種產(chǎn)品作為建筑組件使用，必須考慮其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是否滿足建筑用途的要求。此外，在集裝箱建筑中，集裝箱需要結(jié)合其他的構(gòu)件或結(jié)構(gòu)體系才能創(chuàng)造出更加豐富多樣的功能與形式，這就涉及到集裝箱這種建筑組件與其他組件的協(xié)調(diào)與配合。本章將介紹集裝箱的結(jié)構(gòu)特點，分析在箱體開洞和上下箱體不對齊搭接的情況下如何保證集裝箱建筑的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與安全，另外還將討論集裝箱模塊與其他結(jié)構(gòu)組件之間的結(jié)合問題。

7.1 集裝箱的結(jié)構(gòu)特點

組成集裝箱的主要構(gòu)件包括耐候鋼板、鋼梁、鋼柱以及角件等，其結(jié)構(gòu)是由框架與鋼板共同形成的整體結(jié)構(gòu)，具有很高的抗壓、抗彎能力（圖 7-1）。集裝箱作為運輸容器在碼頭或輪船上堆積時，為節(jié)省用地通常采用多層疊置的方式，標(biāo)準(zhǔn)集裝箱裝上貨物后可堆放至6-8層的高度。多箱體上下疊置時的垂直荷載主要由集裝箱的4根角柱承擔(dān)。

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圖 7-1 單箱體的組成部分

集裝箱箱體的設(shè)計強(qiáng)度能夠抵御很強(qiáng)的沖擊與荷載，集裝箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計強(qiáng)度要大于一般建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計強(qiáng)度，因此，完整的集裝箱能夠較好地滿足建筑結(jié)構(gòu)對強(qiáng)度的要求。然而在實際操作中主要有兩種情況可能會削弱箱體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，對結(jié)構(gòu)安全造成隱患。

一方面，在集裝箱建筑中，箱體的搭接方式往往不同于碼頭集裝箱上下對齊的規(guī)則堆放，運輸集裝箱的堆放通常采用上下箱體的4根角柱對齊的方式，豎向荷載主要通過角柱來傳遞。而集裝箱建筑為使功能、空間以及形體的組合產(chǎn)生一定的變化，常常需要通過多個箱體之間的錯動、交叉或懸挑等方式進(jìn)行搭接，這時豎向荷載可能作用在除角柱外的其他部位上，這些部位未必具備和角柱一樣的承載能力，因此可能造成結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)。

另一方面，運輸中的集裝箱都具有完整的箱體結(jié)構(gòu)，而將集裝箱作為建筑組件使用時，往往需要對箱體外殼進(jìn)行開洞處理，這時箱體結(jié)構(gòu)的整體性會受到一定程度的破壞。尤其是需要移除整面?zhèn)葔硗卣箍臻g時，會大大削弱集裝箱模塊的抗彎和抗剪能力，如果不進(jìn)行加固處理，會對箱體模塊的起吊與平日使用造成安全隱患。

由于上述的兩種情況在集裝箱建筑中極為常見，因此作為集裝箱建筑的設(shè)計人員，必須掌握應(yīng)對這兩種情況的解決辦法，以保證集裝箱建筑的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與安全。

7.2 箱體開口部位的設(shè)計原則與加固措施

將集裝箱作為建筑組件使用需要在箱體上開設(shè)門窗等洞口，有時甚至需要移除整面?zhèn)葔κ瓜潴w內(nèi)部空間得以延伸與拓展，這些處理都會破壞集裝箱箱體結(jié)構(gòu)的整體性，為保證結(jié)構(gòu)的安全，常常需要對箱體開口進(jìn)行加固，集裝箱箱體的開口以及加固處理需要遵循以下的原則：

1. 控制開口的數(shù)量、大小與形狀。很明顯，開口的數(shù)量越多，面積越大，對箱體結(jié)構(gòu)的影響就越大，為盡量保持箱體結(jié)構(gòu)的完整，減輕開設(shè)洞口對箱體抗剪與抗彎性能的削弱，應(yīng)當(dāng)盡量減少開口的數(shù)量與面積。此外，根據(jù)箱體模塊的受力特點，在條件允許的情況下，開窗形式應(yīng)首選豎向條窗，以減輕對箱體抗彎與抗剪能力的削弱（圖 7-2）。

集裝箱上的豎向條形窗,集裝箱房屋,集裝箱建筑,集裝箱住宅,集裝箱活動房,住人集裝箱