模塊化集裝箱建筑研究現狀

徐小皓

（聊城大學建筑工程學院，山東 聊城 252000）

0 引言

早期的集裝箱主要是在物流領域中被大量使用，但因長期使用導致集裝箱油漆脫落、生銹變形而達不到運輸業的規范要求，不得不閑置在碼頭。建筑設計人員研究發現，這些閑置的集裝箱主體框架性能仍良好，如果將這些二手的集裝箱加工改造應用在建筑領域，將具有良好的經濟效益。因為集裝箱建筑搭建和拆卸方便，因此一般用于臨時性場所，如我國搭建的雷神山和火神山醫院及地震災害后房屋破損嚴重地區的房屋重建。國內外的集裝箱建筑多為用二手集裝箱改造的低層臨時住房、展廳、酒吧、商店等[1]。隨著經濟的發展，設計人員不單單只用二手的集裝箱來建造一些臨時性場所。國內外的一些企業已經開始生產可永久居住、適應性更高、結構更為復雜的集裝箱建筑房屋。

我國的集裝箱房屋建筑起步較晚，由于技術、經驗等不豐富，起初只在碼頭等地方有簡易的集裝箱房屋，而在其他領域應用集裝箱房屋則較少。但隨著經驗、理論、技術的逐漸成熟，我國對集裝箱建筑的研究水平得到了很大的提高。如深圳的天安數碼城、常州龍湖山外有山集裝箱接待中心、棗莊市的翼云湖貴族部落度假村等。集裝箱房屋建筑具有較多的優點，如綜合造價較為便宜，結構強度大、整體性好，且有很好的抗風、抗震性能[2]，可以通過改變集裝箱建筑組合來創造豐富的幾何外形[3]。模塊化集裝箱建筑擁有較為廣闊的發展前景，應大力發展。本文主要總結近幾年模塊化集裝箱建筑在建筑層面與結構層面的研究現狀。

1 建筑層面的研究

曹偉煒等[4]為分析集裝箱建筑是否可以應用在變電站設計中，以110kV戶外AIS變電站為例，分別分析變電站的各種功能房的空間需求，并對集裝箱的材料屬性、力學性能進行討論分析，論述變電站集裝箱建筑概念的可行性。但存在對集裝箱進行改造后的問題，改造后的集裝箱的力學性能等是否會發生變化還需要進一步的實驗研究。

劉立峰等[5]闡述集裝箱建筑的發展與特點，并討論集裝箱建筑在未來城變電站的應用，分析集裝箱變電站的應用前景。得出目前集裝箱更適用于小型戶外變電站，仍需要優化集裝箱的設計和輔助功能的配置后才適合應用在大型變電站的結論。

毛磊等[6]回顧集裝箱建筑在我國的發展現狀，總結集裝箱建筑的優點和用處，闡述集裝箱建筑在我國的應用現狀，得出集裝箱建筑的發展符合我國可持續發展的理念，符合我國現階段發展要求，發展前景廣闊。

方珍珍[7]基于綠色可持續發展的理念，從建筑的住宅和功能兩方面出發，對集裝箱建筑的改造進行研究，研究集裝箱建筑的改造方式、室內設計、組合方式、施工原則等方面，總結集裝箱住宅改造的各個階段的改造原則，并提出改造策略，使集裝箱滿足住宅的功能、建造等要求，為集裝箱住宅未來的研究提供方向。

王蔚等[8]分析集裝箱建筑的特點，探討集裝箱在建筑領域模塊設計中的功能、形式、綠色環保等的發展趨勢，闡述集裝箱建筑對我國低碳建筑發展模式的啟示，強調集裝箱建筑為人類在新世紀的低碳生活提供重要的保障和啟示。

郭雪婷[9]基于建筑設計的角度分析集裝箱建筑的特點，討論集裝箱建筑的空間改造和設計策略，并進一步闡述集裝箱建筑體系可以為生產條件差、建造水平低以及生產落后的地區提供新的建造方式。

崔海蘋[10]分析大量的集裝箱建筑案例，總結影響集裝箱建筑設計的因素和原則，闡述集裝箱建筑在造型設計和創意模式方面的應用，并對集裝箱建筑的組合方式、藝術價值、綠色環保價值、美學價值進行探索。

郭浩元[11]在對比國內外研究現狀的基礎上，對集裝箱建筑的特征及適應性功能進行探索分析，并對單箱體和多箱體集裝箱建筑空間和適應性進行研究分析。同時還分析箱體改造、建造過程等，為建造設計提供了一定的參考。

2 結構層面的研究

任煒[12]總結集裝箱箱體之間的組合方式，從理論和實例層面進行論述。并對集裝箱箱體間組合節點分類進行總結，參考鋼結構抗震節點設計和鋼筋混凝土抗震設計，進一步對集裝箱建筑的節點進行加固改造，使改造后的節點更加適合于集裝箱建筑。

王海鵬[13]以集裝箱式鋼結構為研究對象，研究平行布置和交錯布置的集裝箱式鋼結構的抗震性能。用ABAQUS對波紋板剪力墻進行簡化建模分析，分析其骨架曲線和滯回曲線，并用ABAQUS子程序對簡化模型的準確性進行驗證；通過對平行布置的集裝箱式鋼結構進行抗震模擬，分析波紋板剪力墻布置的數量對結構抗震性能的影響，對交錯布置的集裝箱進行同樣的抗震分析，發現可以改善平行布置中縱向剛度不足，層間位移角不均勻的現象。

張閃閃[14]對開洞集裝箱房屋進行力學性能和抗震性能分析，運用ABAQUS有限元分析軟件對不同開洞形式的單體集裝箱房屋模型，施加水平荷載，分析不同開洞形式下集裝箱建筑的抗側剛度和極限承載能力；分析一個兩箱六層的集裝箱房屋在風荷載、地震荷載作用下的最大位移和層間位移角，雖然不同的地震頻譜作用下，結構的位移變形不一致，但結構的最大層間位移角都滿足規范的要求，并比純框架鋼結構小。

吳從曉等[15-16]將鉛黏彈阻尼器與集裝箱的節點相結合，構成集裝箱減震連接節點，分析對比20ft和40ft兩種規格下減震連接節點和普通連接節點的抗震性能。結果表明在減震節點的作用下，結構的滯回曲線更加飽滿，可以保證結構在地震的作用下具有較好的承載力和滯回耗能能力。楊淵[17]在常用的連接節點基礎上，結合減隔震的設計思想，設計了一種用于集裝箱建筑的減隔震連接節點。將節點與集裝箱建筑相結合，構成集裝箱建筑減震結構體系，再通過分析對比常規連接節點和減隔震連接節點，結果表明減震節點可以有效地降低應力集中現象；同時對集裝箱進行一定的適應性改造，建立雙層集裝箱建筑模型，對比分析集裝箱建筑減震結構體系和集裝箱建筑常規結構體系的抗震性能。集裝箱建筑中節點是至關重要的一環，常規節點在地震作用較強時，極易發生破壞，限制了集裝箱建筑的發展，將減隔震應用在集裝箱建筑節點中，可以促進集裝箱建筑在高烈度地區的發展。但只對雙層集裝箱建筑進行分析，無法驗證集裝箱建筑減震結構體系是否適合于多、高層建筑，還需要進一步試驗分析。

朱國棟[18]分別對未開洞和開洞的波紋板進行抗側剛度的分析，分析波紋板高寬比、子板的厚度、高厚比和傾角對未開洞集裝箱波紋板抗側剛度的影響；研究開洞后洞口的大小、形狀等與波紋板抗側剛度的關系，得出開洞對集裝箱波紋板滯回性能的影響規律。

李英磊等[19]運用ANSYS有限元分析軟件分析不同開洞率、頂梁剛度對標準20ft和40ft集裝箱縱向抗剪強度的影響，得出縱向剛度擬合公式。并對集裝箱在不同開洞率下的極限承載能力和縱向屈服進行分析，給出相應的建議。王化杰等[20]以一個集裝箱建筑案例為基礎，優化其結構體系并對節點性能進行多尺度的分析。分別增設了輔助拉桿、橫梁立柱等構件，研究其抗震性能的變化。

邱韻[21]對標準20ft的集裝箱進行適應性改造，并驗證改造后模型的正確性；簡述集裝箱建筑常用的連接節點，在此基礎上設計了一種X型卡件節點，用于連接多層集裝箱建筑；最后對五層集裝箱式房屋進行抗震分析，在開洞的情況下，模型不滿足大震作用下的抗震規范要求，還需要對模型進行進一步的改造。若想在高烈度地區推廣集裝箱建筑，單單依靠原有的標準模型是不行的，需要對其進行一定的改造，改造后的箱體與減隔震體系相結合，共同抵抗地震作用。

王璐璐[22]基于結構和建筑安全性的角度出發，從豎向荷載和橫向荷載兩個方面對20ft和40ft的集裝箱進行簡化靜力分析，得到指導多層集裝箱改造房的安全公式。范坤杰[23]基于能量的角度出發，分析集裝箱在均布荷載和集中荷載作用下的變形組成，得到抗側剛度計算公式。借助歐洲蒙皮原理，分析開洞對集裝箱側板抗側剛度的影響，推導出相應的折減系數，最后運用有限元分析軟件ABAQUS進行驗證。

3 結束語

目前集裝箱建筑在我國應用得越來越廣泛，建筑外型具有較高的美學價值，同時在力學性能上也十分優越。通過對集裝箱建筑的節點、側壁波紋板等方面的研究，發現為使集裝箱建筑得到更好的應用，需要進行一定的適應性改造或將節點進行創新。對于集裝箱建筑的探究還有一條較為漫長的道路，需加強對可持續發展重要節點的重視，還需要加強對集裝箱建筑整體性的研究，促進集裝箱建筑得到更好的發展。