改造廢舊二手集裝箱房屋的構造安全研究(1)

2013年4月22日

摘 要

集裝箱房屋是一種新興的鋼結構房屋結構形式，其構建方式將退役的二手集裝箱循環利用，打造出美觀多樣的建筑立面。集裝箱房屋大大縮短了建筑工期，同時也順應了發展節能環保型房屋的新趨勢，如今正在民用建筑領域中大力推廣。但是集裝箱在從運輸貨物的柜子到組建房屋的模塊的轉變過程中，為了滿足采光通風和空間擴展的要求破壞了其原有的個體結構形式，為了實現多樣的建筑造型而破壞了其個體之間的組合形式。同時，由于用途所限使得運輸的時間遠小于固定某處使用的時間，所以承受的主要荷載類型也由運輸荷載變為建筑荷載。因此，集裝箱房屋存在著極大的安全隱患，而且目前還沒有相關規范對這種房屋結構進行指導。本文從建筑改造和結構改造兩個方面對這一新興的鋼結構房屋進行了研究，以常見的用于改造的兩種集裝箱模塊(20ft 和 40ft 通用集裝箱)為基礎，提出模塊化的建筑理念，從建筑改造方面給出了的建筑組合原則和實現建筑功能要求的實用改造方法；結構改造方面從保證結構安全的角度對建筑造型理論進行合理化限定，包括兩點：第一點是豎向荷載作用下保證結構穩定條件下的支撐柱的布置原則和設計依據，橫向荷載作用下控制結構側移量的條件的開洞面積和開洞位置的布置確定，從而達到滿足各種復雜建筑和結構要求的集裝箱房屋的快速構造方案。最后用有限元軟件 Abaqus 進行建模分析驗證理論的有效性。

關鍵詞 多層集裝箱房屋；集裝箱模塊；不規則搭建；支撐柱；開洞

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 緒論

1.1 課題背景

1.1.1 集裝箱介紹

1.1.2 集裝箱的發展

1.1.3 廢舊二手集裝箱的現狀

1.1.4 廢舊二手集裝箱房屋的意義和應用

1.1.5 廢舊二手集裝箱房屋的特點

1.1.6 廢舊二手集裝箱房屋和一般活動房的對比

1.2 課題的目的和意義

1.3 國內外研究現狀

1.4 本文研究的內容

第 2 章 集裝箱房屋基于建筑功能的理論研究

2.1 引言

2.2 建筑構造原理

2.2.1 模塊化組合原則

2.2.2 不同尺寸集裝箱的應用特點和范圍

2.2.3 模塊化組合的連接加固方式

2.3 集裝箱房屋模塊化實現的細部要求

2.3.1 鮮艷色彩

2.3.2 豐富的立面

2.3.3 連接

2.3.4 保溫

2.3.5 其他

2.4 本章小結

第 3 章 基于安全性多層廢舊二手集裝箱房屋理論研究

3.1 引言

3.1.1 由集裝箱到集裝箱房屋帶來的結構變化

3.1.2 用于改造的集裝箱廢舊程度的判定指標

3.1.3 本章研究的目的和思路

3.2 豎向荷載作用下集裝箱模塊組合方式的研究

3.2.1 基本數據

3.2.2 由 20ft集裝箱模塊組建的多層集裝箱房屋的加固原則

3.2.3 由 40ft集裝箱模塊組建原則

3.3 水平荷載作用下多層廢舊二手集裝箱房屋組合方式的研究

3.3.1 基本數據

3.3.2 多層集裝箱房屋側移公式推導

3.4 本章小結

第 4 章 有限元建模分析驗證

4.1 前言

4.1.1 有限元建模分析的基本思路簡述

4.1.2 模型的基本數據

4.2 剛度驗算

4.2.1 端框架開洞剛度修正系數κ

4.2.2 側面框架開洞影響系數ψ

4.2.3 上下搭接對抗側剛度的影響

4.3 公式驗證

4.3.1 豎向荷載作用下軸力公式的驗證

4.3.2 橫向荷載作用下側移公式的驗證

4.3 本章小結

結論

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