装配式模块化可拆集装箱房屋应用与发展

彭志丰 张伟

随着我国建筑工人老龄化和精湛技工短缺问题日益严重，优先发展工业化、标准化的绿色装配式建筑体系成为我国构建资源节約型、环境友好型社会的重大战略。传统的装配式轻钢结构房屋分为K形房和T形房，虽然其标准化程度相对较高，但施工安装速度受到构件种类繁多的限制，且重复利用率较低，容易造成材料浪费。装配式模块化集装箱房屋是一种能够快速安装的绿色建筑体系，能够满足人们在保温和功能多样化等方面的需求。装配式模块化集装箱房屋分为整体式集装箱房屋和可拆集装箱房屋：前者主要由退役的运输集装箱改装而成;后者的长、宽、高均模数化，可直接在工厂或施工现场组装，且其自身结构可以作为高度较低的运输载体，从而大幅降低运输成本。装配式模块化可拆集装箱房屋现已成为我国集装箱房屋发展的趋势。本文结合工程实践，介绍装配式模块化可拆集装箱房屋的结构、工程内容、研究现状和应用领域，并展望未来装配式模块化可拆集装箱房屋的发展趋势。

1 装配式模块化可拆集装箱房屋结构

装配式模块化可拆集装箱房屋主要由顶胎架梁、底胎架梁、箱角、L形角柱、节能夹芯板、门窗装置、电气装置和供排水装置等组成。顶胎架梁、底胎架梁、箱角和L形角柱通常由钢板冷弯轧制而成，厚度为3～4 mm，材质为Q235或SGC340。节能夹芯板材质通常为新型岩棉夹芯板、新型玻璃丝棉夹芯板或聚氨酯夹芯板等，厚度一般为50 mm、或100 mm;夹芯板外侧金属涂层彩钢板可设计为纯平、浮雕等多种效果，外墙可设计为咖啡色、林地迷彩、红砖纹、木条纹等。标准的装配式模块化可拆集装箱分为两种常用规格：其一，尺寸为6 055 mm？？ 896 mm，适合国内外运输，其中，由顶胎架、底胎架、打包柱、胶合板组装而成的打包集装箱因其本身的模数与运输集装箱相同，特别适合国外运输;其二，尺寸为6 055 mm？ 000 mm？ 896 mm，具有较大的空间，适合国内运输，在国内市场深受欢迎。

2 装配式模块化可拆集装箱房屋工程内容

装配式模块化可拆集装箱房屋的集成程度和安装速度取决于其模块和工程内容设计的标准化程度。装配式模块化可拆集装箱房屋标准设计模块包括标准模块、卫生间模块、走廊模块、楼梯模块和雨棚模块等[1]，各个模块之间通过螺栓连接，无须焊接，便于施工操作。装配式模块化可拆集装箱房屋主要工程内容包括地面工程、屋面工程和拼箱工程：地面工程从下至上依次为彩色涂层钢板、带铝箔的厚度为100 mm的玻璃丝棉卷毡、厚度为18～20 mm的水泥纤维压力板、厚度为2 mm的聚氯乙烯地板革或厚度为11 mm的木地板;屋面工程从下至上依次为金属条形吊顶板或聚氯乙烯吊顶板、带铝箔的厚度为100 mm的玻璃丝棉卷毡、360耙Э谖薅ば突蛎鞫ば筒释扛职澹？和图2）;拼箱工程指对10.9级M20高强螺栓施加张紧力，以缩紧顶胎架之间的间隙，并在箱角间安装厚度为10 mm的橡胶片，以保证间隙缩紧到位，使模块之间特定橡胶条处在压缩状态，满足拼箱连接处的密封要求，从而达到防雨和保温的目的。对于超长装配式模块化可拆集装箱，为了防止L形钢柱发生屈曲导致钢柱之间密封性差，需要沿箱体钢柱设置8.8级M16螺栓。

3 装配式模块化集装箱房屋研究现状

（1）针对整体式集装箱房屋的研究 刘淑芬等[2]对整体式集装箱房屋强度较弱的侧板开洞部分采取支撑柱和斜拉梁增强措施，以抵抗冲击载荷的影响，并通过试验验证有限元软件Workbench数值模拟的可行性，增加整体式集装箱房屋的安全性，降低整体式集装箱房屋加工制造成本。李英磊等[3]通过有限元软件ANSYS数值模拟6 m和12 m整体式集装箱房屋在不同开洞率和顶梁刚度下的纵向抗剪刚度，并给纵向抗剪刚度的计算拟合公式。查晓雄等[4-5]基于整体式集装箱的波纹板蒙皮效应和侧板开洞因素影响推导集装箱房屋的抗侧刚度公式，便于指导整体式集装箱房屋的设计工作。刘乐[6]通过有限元软件建立整体式集装箱房屋模型，验证集装箱单箱、单层多跨集装箱房屋结构、多层单跨集装箱房屋结构和多层多跨集装箱房屋结构在水平集中力作用下的侧移公式，从而为工程设计提供借鉴。曾毓鑫[7]基于ABAQUS软件对集装箱房屋进行热力耦合分析，研究集装箱房屋的抗侧和防火性能。查晓雄等[8]采用ABAQUS软件对整体式集装箱房屋顶端荷载位移曲线进行数值模拟，研究表明十字板卡件不仅便于现场安装，而且有利于增强整体式集装箱房屋的安全性。此外，CECS 334―2013《集装箱模块化组合房屋技术规程》系统地规范整体运输集装箱房屋的材料、工程内容、抗风和地震作用计算，可为相关设计工作提供准则。

（2）针对可拆集装箱房屋的研究 余术刚等[9]通过分析装配式模块化可拆集装箱在严寒地区和夏热冬冷地区的热工性能，证明节能夹芯板能够有效提升集装箱房屋节能效果，并分析不同芯材保温材料的能耗情况。田磊等[10]对三层装配式模块化可拆集装箱房屋受力情况进行ANSYS有限元模拟计算，支持柱脚刚接。张俊峰等[11-12]对装配式模块化可拆集装箱房屋进行1∶1足尺底框受力性能试验和竖向承载力试验，研究表明：底框架梁叉车开洞处截面下翼缘因焊接加强板导致中性轴上移，虽然梁上翼缘发生轻微局部变形，但截面强度仍能满足要求;立柱与顶底胎架连接点为半刚性节点，对整体结构承载力有一定影响，设计时应考虑节点的半刚性性能;可拆集装箱立柱在施加竖向荷载初期发生轻微的扭转变形，但随着竖向荷载的增加，立柱以弯曲变形为主，并表现出明显的极值点屈曲特性。杨大雍[13]针对立柱与顶底胎架半刚性节点建立只考虑连接螺栓变形的弯矩-转角模型，该模型仅能用于线弹性阶段的工程分析计算，同时忽略了连接板变形对半刚性力学模型的影响。陈世云[14]对装配式模块化可拆集装箱房屋进行力学分析，以梁的截面尺

寸为变量，以强度和刚度作为约束条件，以总质量最轻为目标函数进行优化设计，得出临界屈服荷载为主要约束条件，优化后总质量减少23%。尹静等[15]对装配式模块化可拆集装箱房屋单元进行整体刚性试验，并通过有限元软件ABAQUS进行数值模拟分析，试验和数值模拟表明可拆集装箱房屋单元在横向和纵向具有良好的抗侧刚度，在运输过程中能够满足集装箱检验规范的要求，可以采用船舶运输。王新亮等[16]采用有限元软件ABAQUS针对模块化集装箱房屋堆垛和吊装作业工况进行数值模拟分析，指出顶胎架梁、底胎架梁及角柱与角件连接处容易发生屈服，在工程设计时应采取加强措施。霸州市万顺彩钢钢构制造有限公司依据GB/T 18883―2002 《室内空气质量标准》对可拆集装箱房屋室内甲醛、苯、二甲苯等5项指标进行检测，结果表明：可拆集装箱房屋室内空气质量优良，适合居住与办公。

综上可见，我国对装配式整体式集装箱的研究相对较为成熟，但对装配式模块化可拆集裝箱的理论和试验研究较少，并且缺少行业规范指导可拆集装箱行业健康发展。

4装配式模块化可拆集装箱房屋应用领域

装配式模块化可拆集装箱房屋具有标准化、装配化、轻质高强、绿色环保、施工便捷、设计灵活等优点，广泛用于便利店、儿童医院、阅兵村、办公楼、宿舍、别墅、学校等场所（见图3），满足人们在保温、美观和快装等方面的多样化需求。不过，需要注意的是，当前装配式模块化可拆集装箱房屋产品面临国家标准、行业标准缺失的局面，市场上的产品质量参差不齐，这就需要我国相关大型企业（如多维联合集团有限公司、霸州市万顺彩钢钢构制造有限公司、雅致集成房屋有限公司等）加强行业自律，促进装配式模块化可拆集装箱房屋产业健康协调发展。装配式模块化可拆集装箱房屋是预制装配化和模块化程度较高的新型工业化建筑，对我国装配式低多层钢结构房屋设计和安装具有十分重要的工程参考和借鉴意义;此外，装配式模块化可拆集装箱房屋模块高度标准化设计对折叠快装模块房屋也具有重要的参考价值。

5 结束语

装配式模块化可拆集装箱房屋具有高度标准化、便于运输和安装等优点，已广泛应用于多个领域。不过，值得关注的是，装配式模块化可拆集装箱房屋产品的国家标准、行业标准缺失，导致市场上产品质量参差不齐，需要行业尽快出台相关规范规程，保证装配式模块化可拆集装箱房屋产业健康持续发展。此外，装配式模块化可拆集装箱房屋底梁与立柱连接点属于半刚性节点，需要建立考虑连接板变形、螺栓受拉变形等因素的力学模型;因此，考虑节点半刚性对可拆式集装箱房屋模块整体抗侧刚度的影响，以保证装配式模块化可拆集装箱房屋的安全性，是研发工程师须重点关注的问题。

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[15] 尹静，查晓雄.箱式集成房折叠单元刚性试验及有限元分析[J].工业建筑，2010，40（S1）：446-448.

[16] 王新亮，陶西如.模块化集装箱房屋的有限元计算[J].江苏船舶，2017，34（5）：17-18.

（编辑：曹莉琼 收稿日期：2019-01-23）