模块化集装箱住宅的研究

2020-02-16谢瑞云孙晓丽刘潇睿

建材与装饰 2020年23期

谢瑞云，孙晓丽，刘潇睿

（新疆北新建材工业集团有限公司，新疆乌鲁木齐 830000）

0 前言

按照常规流程，3 万多平米建筑量的项目，至少要2 年。而火神山医院作为一座设计施工难度大的传染病医院，又适逢大量工人春节假期返乡，即使这样，火神山医院还是像从地里蹿出来一样：一天内平整好5 万m2场地；三天内拿到施工图，并建起第一间样板房；第五天集装箱板房陆续到场，并建起1 栋双层病房区钢结构；第八天则完成了基础混凝土浇筑、住院楼数百套集装箱板房吊装，配套设施也搭建过半；又用了一天完成室内基础设施、医疗配套设施的安装。第十天，一个容纳1000 张床位的医院交付了。

速度的背后，是我国建造技术的创新。火神山和雷神山两座医院的建设，均采用了行业最前沿的模块化集装箱建筑技术，最大限度采用拼装式工业化成品，同时，在外部拼接后进行整体吊装，将现场施工和整体吊装穿插进行，大幅减少现场作业的工作量和时间，实现效率最大化。

1 模块化建筑空间的基本理论

模块化房屋是以标准集装箱为基本模块，采用制造模式，在工厂完成各模块的结构建造和内部装修，并能按不同的用途和功能在工程现场快速组合成各种风格的房屋建筑。这些模块在工厂以工业化流水线制造，完成模块结构和内部的所有装修，再运输到建造当地搭建成完整的建筑。

模块化房屋可以大量缩短建造时间，更具灵活性和移动性。比传统建造方式更安全、更安静、更环保，有效地保证了质量的稳定性和连续性。同时给建筑设计提供了更大的发挥空间，新模块化房屋采用标准集装箱尺寸为主要单元模块，充分考虑到运输的可行性，可以用传统的运输方式完成海运和陆运。由于模块化房屋的可移动性，提高了住宅和土地的使用效率，节约资源。

模块化建筑旨在组合，以经由工厂提前定制模块构件的形式，通过现场组装，构造成形状各异的建筑物。相比传统建筑，模块化房屋在节约劳力、周期和提高建筑质量上有以下优点：建造时间可以节约60%，大大节约了时间和成本。建造工地的劳力最少节约70%，从而使现场的管理、材料堆存和保管以及施工安全性得到更好的保障。

2 模块化集装箱住宅特点

2.1 安全性

作为结构主要材料的钢材，内部结构组织均匀，比较接近于匀质和各向同性体，在一定的应力幅度内几乎是完全弹性的，实际受力情况和工程力学计算结果接近，设计更准确，无徐变和收缩现象。

钢结构作为目前抗震性能最优的结构体系，自身重量轻，在地震作用下承受的地震力更小，同时自重比传统混凝土低20%左右，可以有效缩小基础截面，特别适合在地基承载力不良的地域使用。

钢结构本身的设计、施工、验收规范齐全，能够较好地指导项目推进和竣工，同时钢结构节点连接采用全螺栓连接，减少了现场的焊接工作量，同时钢结构梁柱的螺栓孔均在工厂预留，现场直接连接，减少了现场冲孔的工作量，提高了作业效率。

2.2 节能性

新型轻质围护板材，不助燃，不霉变，不虫蛀，装修一次到位，少维修，管线可暗埋在墙体及楼层结构中，墙体为轻钢结构符合夹心墙板和轻质复合墙板，增加使用面积5%～8%，空间跨度大，可重新分隔空间改变使用功能，更好地满足住户的要求；钢材可回收利用，轻钢结构符合夹心墙板、轻质复合楼板等新型材料，符合建筑节能和环保的要求。

2.3 时效性

模块化集装箱住宅50%以上的作业量由工厂加工，剩余的少量工作需在施工现场进行安装。现场施工内容除了基础及屋顶等较大构件的施工和装配外，还包括管线等的安装和施工，因此可在1—3d 内结束全部工程，提高时间利用率；施工周期短，投资回报快，资金风险低，投资效益高，制作、运输、安装、维护方便。

2.4 稳定性安全性

集装箱住宅主要以钢结构为主，通过焊接及螺栓连接的方式形成一个组合体空间结构，每一个箱体房屋都是独立的、坚实的结构单元，具有坚固、安全、耐用性和实用性高的特点，并具备防水、防火、防震、保温的性能。钢结构住宅轻质高强，减轻结构自重约30%，使基础设计简单化，减少基础造价，尤其适用于地质条件较差的地区。

模块化集装箱房屋的结构主体所采用的钢结构喷涂非膨胀型防火涂料保护，防火等级二级，设计耐火极限钢柱大于2.5h，钢梁大于1.5h，梁柱节点处防火图层厚度等于相邻构件的防火涂料厚度，所选的钢结构防火涂料与防锈蚀油漆之间应进行相容性试验。

3 模块化集装箱房屋的施工工艺

模块化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。各个模块之间通过螺栓连接，操作简单便捷。

模块化集装箱房屋工程内容主要包括地面工程、屋面工程和墙面工程，地面工程从下至上依次为6mm 镀铝锌钢板、厚度为100mm 的带铝箔的玻璃丝棉卷毡、厚度为25mm 的水泥纤维压力板、厚度为2mm 的聚氯乙烯地板革及厚度为11mm 的木地板；屋面工程从下至上依次为金属条形吊顶板或硅酸钙吊顶板、带铝箔的厚度为100mm 的玻璃丝棉卷毡、360°咬口无钉型或明钉型6mm 厚镀铝锌钢板；节点连接使用10.9 级M20 高强螺栓施加摩擦力，以减小结构构件之间的间隙，并在箱角间安装厚度为10mm 的橡胶片，用以紧缩箱角间隙，并使用改性硅烷胶填充拼缝，从而达到防雨和保温的目的。彩钢板的各项指标均应符合现行国家规范及规程，对于暴露在露天的螺栓、垫片、螺帽等采用镀锌材料，对于有防水要求的自攻自钻螺丝，均有橡胶密封垫圈，所有墙面板外露螺杆头的颜色、除锈、防腐能力要与墙板相匹配。

管线的吊挂要求，主消防管必须就近于钢柱或钢梁设置，平行于钢梁的主消防管吊点不得大于2.5m，垂直于钢梁的主消防管在每个钢梁节点处加设槽钢，并从槽钢上设置吊点。对于无钢梁的小喷淋管，于檩条上设置吊点，檩条采用螺栓连接，檩条使用电钻开10mm 的圆孔。檩条悬挂管道时，避开檩条中部位置，每道檩条设置一处挂钩，挂钩在一条直线上。悬挂在檩条上的构件挂点间距不得超过2.5m，同一根檩条只允许最多四个挂点，且挂点间距不得少于2m。

模块化集装箱房屋在钢柱内设防雷通长纵筋，而且与基础焊接联网，所有外露铁件均涂刷防锈漆二底二面。

4 模块化集装箱住宅的发展现状及存在问题

4.1 国外模块化集装箱住宅的发展现状

国外的模块化集装箱房屋建筑体系有着专业成熟的建筑市场环境支持，及成熟的设计和应用领域。国外已经产生专业化的集装箱建筑设计事务所，例如美国LOT-EK 设计事务所便是集装箱建筑设计市场具有较高知名度的设计事务所之一，它专注利用集装箱进行建筑设计创作和研究，并且制作了第一个独立的集装箱建筑居住空间。世界各国推行建筑工业化做法和要求不尽相同，但各国的建筑工业化的基本内容和发展方向一般概括为：标准化：求设计标准化与多样化相结合，构配件设计要在标准化的基础上做到模块化、系列化、通用化。

4.2 国内模块化集装箱住宅的发展现状

在国内，模块式集装箱住宅由于其造价低、周期快、易拆卸易运输等诸多优势，应用于各类建设项目，如“火神山医院”、灾区过渡性用房、风景区季节性用房、施工拆迁周转性用房以及军事营房等。近几年来，国内的模块化住宅创新设计成为装配饰住宅的后起之秀。

4.3 模块化集装箱住宅存在的问题

我国在装配式集装箱住宅研究方面关注度不高，在近几年才有了突破性的发展与研究，总体设计水平较低，没有形成系统的产业结构，同样缺少系统性的设计标准及专业建筑法规。国内建筑行业及工程师大部分关注点在设计方面，对模块化住宅集成性的研究较浅。同时模块化住宅多集中使用临时建筑以及工地临舍等，后续要逐渐向景区建筑、高端定制卫生间等标准化程度高的建筑方向发展。

除此之外，模块化集装箱住宅结构本身存在着的防火性能较差的问题，温度过高的情况下钢结构会发生融化情况，另一方面，钢结构易发生锈蚀，需做好较高要求的防锈工作。