集装箱建筑发展历史及应用概述 - tongji...
TRANSCRIPT
第!"
卷第#
期
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月
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展
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收稿日期!
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作者简介!
毛!
磊#
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%$&女&硕士研究生&主要从事模块化建筑(预制装配式多高层钢结构相关研究'
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陆!
烨#
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%$&女&博士&讲师&主要从事多高层钢结构及钢结构住宅的相关研究'
集装箱建筑发展历史及应用概述
毛!
磊&陆!
烨&李国强!同济大学土木工程学院"上海
!
$%%%E$
$
摘!
要!
!
工业化装配式建造是我国建筑业转型与升级的发展方向%与其他建筑形式相比"集装箱建筑是一种预制装
配化程度较高的工业化建筑%回顾了集装箱建筑的发展历史及其在我国的发展现状"归纳了集装箱建筑的
诸多优点"阐述了集装箱建筑的技术要点"总结了集装箱建筑的各种用途"并介绍了近年来集装箱建筑在我
国的应用情况"指出集装箱建筑符合我国建筑业的发展需求"在我国具有广阔的发展前景%
关键词!
!
工业化建筑#集装箱建筑#预制装配#应用
中图分类号!
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文献标识码!
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文章编号!
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(+CNGR(-5G0+4
#
G
VV
1-5G0-).
!!
建筑业是国民经济的重要物质生产部门"与整个国
家经济的发展)人们生活的改善有着密切的关系%
!E=<
年以来"我国建筑市场规模不断扩大"建筑业产值增长了
$%
多倍"建筑业增加值占国内生产总值的比重从:7<̂
增加到了=7%̂
"成为拉动国民经济快速增长的重要
行业%
传统的建造方式以现场手工湿作业为主"不仅生产
效率低)建设周期长)能耗高)对环境影响大"而且建筑的
质量和性能难以得到保证"寿命周期难以实现"既不能适
应国民经济高速发展的节奏"又不能满足可持续发展的
要求%因此"建筑业进一步发展的一个方向是以工业化
装配式建造实现产业转型与升级%在这样的大环境下"
预制装配式建筑成为发展热点%
目前"预制化程度较高的建筑形式是集装箱建筑%
该类建筑也常被称为盒子建筑'
!
(
)模块化建筑'
$
(
)或箱式
建筑"是一种把单个房间作为预制构件单位"在工厂预制
后运到工地进行安装的建筑结构%每个盒式单元的外墙
板和内部装修均在工厂完成'
:
(
"带有采暖)上)下水道及
照明等所有管网'
&
(
%目前"在箱式建筑中"由海运集装箱
改建而成的集装箱建筑研究最多)应用最广%
8
!
集装箱建筑发展历史
898
!
集装箱建筑发展历程
自!E%!
年俄国在世界上第!
次尝试用木头建造箱
!!!
建 筑 钢 结 构 进 展 第!"
卷!
式房屋以来"箱式建筑在世界各国发展很快'
&
(
%箱体构
件可以用木)钢)铝合金)塑料)玻璃钢)钢筋混凝土等多
种材料制成'
#
(
%同时"随着世界进出口贸易的迅速发展"
集装箱在全球流转使用的数量越来越多%据统计"每年
新投入使用的集装箱约为:%%
万KBL
!
KH+.0
I
Ce++0
B
J
3-OG1+.0L.-0,
$"而因为各种原因从国际航运中退出的
旧箱约有!%%
万KBL
之多'
"
(
"大量闲置集装箱再利用的
问题愈发突出%统计显示"把废旧集装箱回炉再炼钢是
一个高能耗)高污染的过程"而将一个废旧集装箱再利
用"相当于节约!7=0
钢材和%7&F
: 木材"同时还可减排
二氧化碳:7&E0
'
=
(
%
将箱式建筑的设计构想和闲置集装箱再利用的问题
相结合后"来自美国的b)P.D7?-DG(0-.)
'
<
(最先提出模
数化集装箱建筑体系"并于!E<:
年申请相关专利%然
而"真正使集装箱建筑引起公众关注的是于!E<#
年在美
国公映的电影+空间愤怒,
'
E
(
%
!EE!
年海湾战争期间"集
装箱建筑首次大规模应用"主要用于运送战俘)充当军用
临时建筑等'
E
(
%之后的$%
多年来"世界各地陆续开始关
注集装箱建筑的改造)研发和应用"英国)德国)瑞士)加
拿大和新西兰等国都开始建造极具创意的集装箱改造
建筑%
89:
!
国内集装箱建筑发展情况
随着经济的快速增长"集装箱制造中心已从日本)韩
国转移至中国%目前全球约有E#̂
的集装箱由我国制
造'
=
(
"我国集装箱制造业日趋成熟%与此同时"我国人口
众多"城市面临可用土地不断减少"生活与工作节奏加
快"人员流动性加大等问题'
!%
(
"促使我国转变建筑建造方
式"大力发展工业化建筑%在这样的大背景下"集装箱建
筑作为预制化程度最高的工业化建筑开始在国内发展起
来%集装箱建筑在国内处于起步阶段时"基础设施简单"
组合形态和外观表皮的处理比较单一"设计不够人性
化'
!!
(
%
$%%$
年"蔡伟杰)蔡仁洋申请发明专利1快速安装
集装箱式建筑物2
'
!$
(
"在国内率先提出以集装箱和集装箱
部件为主要构成单元的建筑物%
近年来"中集集团等集装箱企业'
!:
(开始大力开发集
装箱建筑"同济大学'
!&
(
)哈尔滨工业大学'
!#C!"
(
)天津大
学'
!=C!<
(
)湖南大学'
!E
(
)华南理工大学'
$%
(等高校学者也开
始关注)研究集装箱建筑的相关设计思路和结构技术"国
内集装箱建筑的应用开始增多%
$%%E
年"青岛理工大学的纪尚志等'
$!
(以青岛积米崖
渔人码头概念规划及建筑设计为依托!图!
$"探讨用集装
箱做建筑主材较之一般材料的优势%在该方案中"设计
师将东)西方向海岸线规划建成特色海鲜美食街%海鲜
美食街的设计考虑用集装箱作为建筑主材"制造渔港码
头般的场所体验"给消费者以新奇的餐饮环境%
图/
!
海鲜美食街"
/E
#
23
4
5/
!
F*'8--.$%&**%
!!
中集集团于$%!%
年=
月'
$$
(开始组织开展国家+集装
箱模块化组合房屋技术规程,的编制工作"经过:
年时间
的反复论证与试验"该规程通过了专业技术评审"于$%!:
年"
月在全国范围内出版发行%在宏观政策的鼓励和产
学研各方联合推动下"我国集装箱建筑的发展前景愈发
广阔%
:
!
集装箱建筑的优点
集装箱建筑的优点主要包括&
!
!
$安全性强"牢固耐久'
$:
(
%集装箱作为货运载体"
其本身具有坚固)耐用和安全性高的特点%通常情况下
集装箱单元的基本结构不易破坏"能够保证住户安全%
因为运输要求"集装箱的水密性较好"改建为房屋后具备
良好的防雨性能%
!
$
$符合模数化)标准化要求"适应工业化建筑发展
需求'
$&
(
%
!E=%
年"国际标准化组织!
Z/9
$确立了集装箱
的全球统一标准"统一了集装箱的尺寸%因此"集装箱作
为建筑基本模块时"标准化程度高"其组成的集装箱建筑
极易符合工业化建筑设计)生产)施工的模数化要求%
!
:
$现场装配简单方便"现场工作量少"施工速度
快'
$#C$"
(
"有效节约劳动成本'
$=
(
%
!
&
$移动便捷"灵活性强'
$<
(
%首先"集装箱建筑造型
多变"可堆叠)可分割"形式多样%其次"集装箱建筑不仅
安装便利"拆卸也十分方便"可搬迁)可回收利用"移动
灵活%
!
#
$节材减耗"节能低碳'
$E
(
%集装箱房屋的结构单
体主要采用高强度钢结构"并在工厂内生产制造"施工现
场只进行简单的拼装"几乎不产生建筑垃圾"同时可有效
减少环境污染和噪音"材料的浪费也比传统建筑少很多"
是一种采用绿色材料)实现绿色施工的环境友好型建筑%
!
"
$适应性强"可建造在各种条件的场地上'
:%
(
%
!
=
$建造成本低'
:!
(
%由于跨海长途运输的成本较
高"运送空箱回出口地以再次载货的成本比直接采购新
箱体的还高%因此"海运集装箱到达目的地卸货后"往往
直接被弃置%相当一部分集装箱建筑采用的就是这些提
前退出服役的集装箱"其建造成本也因此大幅降低%
G/
第#
期 集装箱建筑发展历史及应用概述!!
;
!
集装箱建筑技术要点
将集装箱作为预制单元应用于建筑领域时"其职能
发生了转变"由运载货物的大型容器变为人类工作)生活
的空间%为了使其满足建筑功能需求"在将集装箱改造
为建筑时"主要有以下两个技术要点%
!
!
$建筑设计方面的技术要点是保温隔热方案%适
宜的室内温度和湿度是人们生活和生产的基本要求"因
此"必须在集装箱上添加必要的保温隔热部品"以使其具
备建筑必需的使用条件和舒适度%同时"采取何种保温
隔热材料也会直接影响到集装箱建筑的建造成本%目
前"常用的保温隔热材料有&
"
聚亚安酯发泡材料#
#
玻
璃棉或岩棉#
$
陶瓷隔热涂料#
%
纸!蜂窝$板#
&
稻草板%
东南亚国家还有使用植物墙)竹板作为保温隔热材料%
!
$
$结构设计方面的技术要点是集装箱建筑箱体连
接节点%多个集装箱拼接成一个完整的结构体后"箱体
和基础以及箱体和箱体间的连接节点是保障整体承载力
的关键部位%在飓风或地震作用下"集装箱体很有可能
出现倾覆的趋势"此时角柱中将出现拉力"箱体和箱体)
基础间可能发生错位"如果没有可靠的节点连接"建筑将
发生严重变形)破坏)甚至倒塌%
现有的箱式建筑箱体拼接节点主要有焊接'
:$
(
)角件
连接)垫件连接'
::
(和角柱连接'
:&
(
&
种形式%
!
!
$焊接%箱体焊接节点主要有箱体间>
形钢板围
焊'
:$
(
!图$
$)箱体间垫块焊接!图:
$)箱体与基础垫板焊
接'
#!
(等形式%
图<
!
箱体间H
形钢板围焊节点
23
4
5<
!
H!$I'
9
*$%**7
9
7'%*,*7.*.(-;;*(%3-;
!!
!
$
$角件连接%角件连接指通过高强度螺栓)定位
块)角件连接器等装置直接固定箱体角件)以实现箱体间
可靠连接的形式%角件连接的形式相对多样"包括高强
度螺栓连接!图&
$)角件连接器连接等%
!
:
$短柱垫件连接%短柱垫件连接!图#
$主要指
箱体间通过类似于短柱的垫件构造实现可靠连接的
形式%
图=
!
箱体间垫块焊接节点
23
4
5=
!
J7-(K,*7.*.(-;;*(%3-;
图?
!
集装箱房屋拼接节点角件螺栓连接
23
4
5?
!
B-&;*&83%%3;
4
#-7%*.(-;;*(%3-;
图@
!
集装箱房屋拼接节点短柱垫件连接
23
4
5@
!
FI-&%(-7>1;#7-(K(-;;*(%3-;
!!
!
&
$角柱连接%角柱连接指直接通过角柱完成箱体
间连接的形式"包括端板螺栓连接!图"
$)十字钢板卡件
连接等%
上述&
种集装箱建筑箱体拼接节点中"焊接节点在
保证安全的前提下更省材料"但现场施工工作量大"且不
便拆除"不适应工业化建筑的发展需求%角件连接)短柱
垫件连接和角柱连接现场拼接操作简单"但承载力较小"
仅能用于底层集装箱建筑中%
//
!!!
建 筑 钢 结 构 进 展 第!"
卷!
图C
!
集装箱房屋角柱端板螺栓连接
23
4
5C
!
B-&;*&(-7>1;*;.
9
7'%*#-7%*.(-;;*(%3-;
<
!
集装箱建筑的用途
集装箱建筑的主要用途如下&
!
!
$临时安置房!图=
)图<
$%集装箱作为安置房绿
色环保)经济实惠)稳定牢固)移动方便"同时能够根据需
要进行灵活的组合"提高土地利用效率"可以充当建筑工
地)野外工矿企业或救灾时的临时宿舍)办公室)医院或
储物间%
图D
!
集装箱房临时办公室"
=@
#
23
4
5D
!
B-;%'3;*&#>37.3;
4
'$%*1
9
-&'&
+
-883(*
"
=@
#
图0
!
集装箱临时应急医院"
=C
#
23
4
50
!
B-;%'3;*&#>37.3;
4
'$%*1
9
-&'&
+
I-$
9
3%'7
!!
!
$
$公寓)住宅!图E
)图!%
$%只要经过合理改造"集
装箱建造的公寓或住宅同样舒适耐用%
!
:
$公共类建筑!图!!
'
图!:
$%在公共类建筑中同
样有集装箱建筑的身影%如由日本建筑师坂茂设计的世
界上最大的移动博物馆///游牧博物馆'
:=
(
%该博物馆是
由!#$
个集装箱搭建而成的可移动建筑"全部建筑材料
均为可再生资源'
$&
(
%
图E
!
集装箱住宅楼"
=C
#
23
4
5E
!
B-;%'3;*&#>37.3;
4
'$&*$3.*;(*
"
=C
#
图/G
!
集装箱学生公寓"
=/
#
23
4
5/G
!
B-;%'3;*&#>37.3;
4
'$$%>.*;%'
9
'&%1*;%
"
=/
#
图//
!
游牧博物馆"
=D
#
23
4
5//
!
AI*L-1'.3(M>$*>1
"
=D
#
图/<
!
德国N7'%--;
文化发展中心"
=0
#
23
4
5/<
!
O*&1';N7'%--;B>7%>&*6*P*7-
9
1*;%B*;%*&
"
=0
#
</
第#
期 集装箱建筑发展历史及应用概述!!
图/=
!
英国伦敦6>;&'P*;
高中体育馆"
<E
#
23
4
5/=
!
6>;&'P*;Q3
4
IF(I--7O
+
1;'$3>13;H-;.-;
"
<E
#
!!
!
&
$经济型酒店!图!&
$%集装箱酒店可谓是一种新
的1住宿革命2"
$%%<
年K(GO+1)4
*
+
集团在英国伦敦建造
了全球第!
家可回收式集装箱酒店'
:E
(
%采用集装箱打造
酒店主体"靠螺栓铆接在一起"方便未来整体拆卸和重复
利用%该酒店节约了大量成本)提高了建造速度"同时最
大程度上减少了对环境的破坏'
&%
(
%
图/?
!
英国:R#&3.
4
*A&'P*7-.
4
*
酒店建造过程"
=E
#
23
4
5/?
!
:R#&3.
4
*A&'P*7-.
4
*Q-%*7(-;$%&>(%3-;$3%*
"
=E
#
!!
!
#
$品牌概念店!图!#
)图!"
$%品牌概念店可谓是
把集装箱建筑易装易拆)移动方便)牢固安全等优点发挥
到了极致%苏黎世e@BZKMU
旗舰店'
&!
(就是其中的典
型%该建筑地处苏黎世城市边缘的高速公路附近"因其
独一无二的设计创意和e@BZKMU
绝对环保且时尚的产
品品牌"成为苏黎世城市的标志%
!
"
$集装箱数据中心!图!=
$%集装箱数据中心的概
念最早源于/L8
在$%%"
年!%
月提出的1黑盒子计划2"
主要想法是将构成数据中心的一些基本原件"包括计算
机硬件)供电和冷却设备等全部装入一个标准集装箱中"
从而使数据中心具有易搬运)低成本)建设速度快)不受
场地限制等优点'
&:
(
%
@
!
集装箱建筑在我国的应用情况
近几年来"我国集装箱建筑的工程应用越来越多%
$%%<
年!%
月$!
日"在1
#!$
汶川地震2中坍塌的绵
阳六中校舍原址上"由#$
个集装箱改造而成的亚洲最大
图/@
!
苏黎世2STUA"O
旗舰店"
?/
#
23
4
5/@
!
V>&3(I2STUA"O87'
4
$I3
9
$%-&*
"
?/
#
图/C
!
波士顿N:M"B3%
+
"
?<
#
23
4
5/C
!
J-$%-;N:M"B3%
+
"
?<
#
图/D
!
F:L
集装箱数据中心"
?=
#
23
4
5/D
!
F:LB-;%'3;*&.'%'(*;%*&
"
?=
#
的集装箱学校落成并交付使用!图!<
$
'
&&
(
%集装箱经切
割)拼装)加固"共做成了$"
间面积相同的房间"具有良
好的抗震)抗风)防火性能%该集装箱校舍从选型)设计)
规划)生产)运输组装到建成使用"仅用了<
周时间'
&%
(
%
$%%E
年E
月"中国国际海运集装箱!集团$股份有限
公司!简称中集集团$开始了中国集装箱房屋的首次大规
模开发"分两期建设完成了珠海城市职业技术学院学生
公寓项目!图!E
$
'
:&
(
%该公寓采用国际标准集装箱"具有
很高的强度"承重能力达到!7=0
-
F
;$
"抗风性达到了传
统砖混结构房屋的!%
级要求%即使遇到恶劣自然灾害"
集装箱房屋独立式模块化单元也不会发生粉碎性破坏"
极大程度地保障了学生的人身安全'
&%
(
%
=/
!!!
建 筑 钢 结 构 进 展 第!"
卷!
图/0
!
绵阳六中集装箱校舍
23
4
5/0
!
M3';
+
';
4
C
%I
Q3
4
IF(I--7(-;%'3;*&#>37.3;
4
图/E
!
珠海集装箱学生公寓"
=?
#
23
4
5/E
!
B-;%'3;*&F%>.*;%"
9
'&%1*;%3;VI>I'3
"
=?
#
!!
$%%E
年#
月"浙江好立方商贸连锁公司开始在海宁
试点"推广由二手集装箱改造而成的集装箱超市!图
$%
$
'
&#
(
%好立方集装箱超市一般由两个集装箱拼成"内部
空间不到"%F
$
"堆满商品的货架"与一般小超市并无
差别%
图<G
!
好立方集装箱超市"
?@
#
23
4
5<G
!
Q'-738';
4
(-;%'3;*&$>
9
*&1'&K*%
"
?@
#
!!
$%!%
年"
月!!
日"1北京青岛啤酒节2集装箱房屋模
块化硬件设施在北京鸟巢旁亮相!图$!
$
'
&"
(
%此项目从
设计到完工仅用了!%
天时间%项目配合主办方为球迷
们提供设施服务"整个设施由!:
个集装箱房屋组成"结
合啤酒节理念设计成啤酒供应站)商品供应站)售票点)
救生站)警务站等"设计简洁实用%
图</
!
北京青岛啤酒节集装箱房屋"
?C
#
23
4
5</
!
B-;%'3;*&#>37.3;
4
$>$*.3;
W
3;
4
.'-
J**&2*$%3P'7
"
?C
#
!!
$%!!
年E
月"国内最大的旅游区集装箱宾馆在盘锦
鸳鸯沟旅游度假区完成一期建设!图$$
$
'
&=
(
%鸳鸯沟项
目中总共使用了!#%%
个$%
英尺废旧二手集装箱"建筑
总面积约为$#%%%F
$
"客房)餐厅)超市)售票厅)卫生间
等功能区一应俱全"美观实用%
图<<
!
盘锦鸳鸯沟旅游度假区"
?D
#
23
4
5<<
!
N';
X
3;Y>';
+
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4
.3%(I&*$-&%
"
?D
#
!!
$%!!
年#
月"中集集团为万科建造的零碳建筑///万
科仿生集装箱多功能楼完工!图$:
$%该工程建筑主体为集
装箱结构"以二次回收利用的集装箱为主要建筑元素"主要
功能包括员工餐厅)主题沙龙会议室等%由于是大型餐厅"
建筑的整体构架是由多个集装箱在水平和垂直方向组合而
成的"模块化建筑在该工程中得到了很好的应用'
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各项环保措施使该项目成为了一座真正具有可持续性的
集装箱建筑'
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该项目中"集装箱搭建的空间非常通透"并且在室内设计
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运用了很多环保高科技"堪称高品质的低成本环保
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结论
集装箱建筑作为预制化程度较高的工业化建筑"具
有安全耐久)施工简单)灵活便捷)节材低碳)成本低廉等
优点"可用于多种用途的建筑%虽然目前我国的集装箱
建筑仍处于起步阶段"但由于其符合我国建筑业的发展
需求"集装箱建筑在我国具有广阔的发展前景%
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$由于楼层钢梁的平面外约束较弱"且模型具有一
定的初始缺陷"加载过程中钢板剪力墙墙板和边框梁发
生屈曲"但结构仍保持较高的承载能力%其中"试件
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了整体面外变形%
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$根据试验结果和数值分析的结果"本文提出了改
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将钢板剪力墙的墙板材质由:̀
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析结果表明"这些措施可以保证带大矩形洞口钢板剪力
墙1强边框弱墙板"墙板耗能2%
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$本文基于试验研究和数值分析"提出了带大矩形
洞口的钢板剪力墙洞边梁和洞边柱的设计方法"为带大
矩形洞口钢板剪力墙的设计提供参考%
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超高层建筑剪力墙设计与研究的最新
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