模块化集装箱建筑研究现状

徐小皓

（聊城大学建筑工程学院，山东 聊城 252000）

0 引言

早期的集装箱主要是在物流领域中被大量使用，但因长期使用导致集装箱油漆脱落、生锈变形而达不到运输业的规范要求，不得不闲置在码头。建筑设计人员研究发现，这些闲置的集装箱主体框架性能仍良好，如果将这些二手的集装箱加工改造应用在建筑领域，将具有良好的经济效益。因为集装箱建筑搭建和拆卸方便，因此一般用于临时性场所，如我国搭建的雷神山和火神山医院及地震灾害后房屋破损严重地区的房屋重建。国内外的集装箱建筑多为用二手集装箱改造的低层临时住房、展厅、酒吧、商店等[1]。随着经济的发展，设计人员不单单只用二手的集装箱来建造一些临时性场所。国内外的一些企业已经开始生产可永久居住、适应性更高、结构更为复杂的集装箱建筑房屋。

我国的集装箱房屋建筑起步较晚，由于技术、经验等不丰富，起初只在码头等地方有简易的集装箱房屋，而在其他领域应用集装箱房屋则较少。但随着经验、理论、技术的逐渐成熟，我国对集装箱建筑的研究水平得到了很大的提高。如深圳的天安数码城、常州龙湖山外有山集装箱接待中心、枣庄市的翼云湖贵族部落度假村等。集装箱房屋建筑具有较多的优点，如综合造价较为便宜，结构强度大、整体性好，且有很好的抗风、抗震性能[2]，可以通过改变集装箱建筑组合来创造丰富的几何外形[3]。模块化集装箱建筑拥有较为广阔的发展前景，应大力发展。本文主要总结近几年模块化集装箱建筑在建筑层面与结构层面的研究现状。

1 建筑层面的研究

曹伟炜等[4]为分析集装箱建筑是否可以应用在变电站设计中，以110kV户外AIS变电站为例，分别分析变电站的各种功能房的空间需求，并对集装箱的材料属性、力学性能进行讨论分析，论述变电站集装箱建筑概念的可行性。但存在对集装箱进行改造后的问题，改造后的集装箱的力学性能等是否会发生变化还需要进一步的实验研究。

刘立峰等[5]阐述集装箱建筑的发展与特点，并讨论集装箱建筑在未来城变电站的应用，分析集装箱变电站的应用前景。得出目前集装箱更适用于小型户外变电站，仍需要优化集装箱的设计和辅助功能的配置后才适合应用在大型变电站的结论。

毛磊等[6]回顾集装箱建筑在我国的发展现状，总结集装箱建筑的优点和用处，阐述集装箱建筑在我国的应用现状，得出集装箱建筑的发展符合我国可持续发展的理念，符合我国现阶段发展要求，发展前景广阔。

方珍珍[7]基于绿色可持续发展的理念，从建筑的住宅和功能两方面出发，对集装箱建筑的改造进行研究，研究集装箱建筑的改造方式、室内设计、组合方式、施工原则等方面，总结集装箱住宅改造的各个阶段的改造原则，并提出改造策略，使集装箱满足住宅的功能、建造等要求，为集装箱住宅未来的研究提供方向。

王蔚等[8]分析集装箱建筑的特点，探讨集装箱在建筑领域模块设计中的功能、形式、绿色环保等的发展趋势，阐述集装箱建筑对我国低碳建筑发展模式的启示，强调集装箱建筑为人类在新世纪的低碳生活提供重要的保障和启示。

郭雪婷[9]基于建筑设计的角度分析集装箱建筑的特点，讨论集装箱建筑的空间改造和设计策略，并进一步阐述集装箱建筑体系可以为生产条件差、建造水平低以及生产落后的地区提供新的建造方式。

崔海苹[10]分析大量的集装箱建筑案例，总结影响集装箱建筑设计的因素和原则，阐述集装箱建筑在造型设计和创意模式方面的应用，并对集装箱建筑的组合方式、艺术价值、绿色环保价值、美学价值进行探索。

郭浩元[11]在对比国内外研究现状的基础上，对集装箱建筑的特征及适应性功能进行探索分析，并对单箱体和多箱体集装箱建筑空间和适应性进行研究分析。同时还分析箱体改造、建造过程等，为建造设计提供了一定的参考。

2 结构层面的研究

任炜[12]总结集装箱箱体之间的组合方式，从理论和实例层面进行论述。并对集装箱箱体间组合节点分类进行总结，参考钢结构抗震节点设计和钢筋混凝土抗震设计，进一步对集装箱建筑的节点进行加固改造，使改造后的节点更加适合于集装箱建筑。

王海鹏[13]以集装箱式钢结构为研究对象，研究平行布置和交错布置的集装箱式钢结构的抗震性能。用ABAQUS对波纹板剪力墙进行简化建模分析，分析其骨架曲线和滞回曲线，并用ABAQUS子程序对简化模型的准确性进行验证；通过对平行布置的集装箱式钢结构进行抗震模拟，分析波纹板剪力墙布置的数量对结构抗震性能的影响，对交错布置的集装箱进行同样的抗震分析，发现可以改善平行布置中纵向刚度不足，层间位移角不均匀的现象。

张闪闪[14]对开洞集装箱房屋进行力学性能和抗震性能分析，运用ABAQUS有限元分析软件对不同开洞形式的单体集装箱房屋模型，施加水平荷载，分析不同开洞形式下集装箱建筑的抗侧刚度和极限承载能力；分析一个两箱六层的集装箱房屋在风荷载、地震荷载作用下的最大位移和层间位移角，虽然不同的地震频谱作用下，结构的位移变形不一致，但结构的最大层间位移角都满足规范的要求，并比纯框架钢结构小。

吴从晓等[15-16]将铅黏弹阻尼器与集装箱的节点相结合，构成集装箱减震连接节点，分析对比20ft和40ft两种规格下减震连接节点和普通连接节点的抗震性能。结果表明在减震节点的作用下，结构的滞回曲线更加饱满，可以保证结构在地震的作用下具有较好的承载力和滞回耗能能力。杨渊[17]在常用的连接节点基础上，结合减隔震的设计思想，设计了一种用于集装箱建筑的减隔震连接节点。将节点与集装箱建筑相结合，构成集装箱建筑减震结构体系，再通过分析对比常规连接节点和减隔震连接节点，结果表明减震节点可以有效地降低应力集中现象；同时对集装箱进行一定的适应性改造，建立双层集装箱建筑模型，对比分析集装箱建筑减震结构体系和集装箱建筑常规结构体系的抗震性能。集装箱建筑中节点是至关重要的一环，常规节点在地震作用较强时，极易发生破坏，限制了集装箱建筑的发展，将减隔震应用在集装箱建筑节点中，可以促进集装箱建筑在高烈度地区的发展。但只对双层集装箱建筑进行分析，无法验证集装箱建筑减震结构体系是否适合于多、高层建筑，还需要进一步试验分析。

朱国栋[18]分别对未开洞和开洞的波纹板进行抗侧刚度的分析，分析波纹板高宽比、子板的厚度、高厚比和倾角对未开洞集装箱波纹板抗侧刚度的影响；研究开洞后洞口的大小、形状等与波纹板抗侧刚度的关系，得出开洞对集装箱波纹板滞回性能的影响规律。

李英磊等[19]运用ANSYS有限元分析软件分析不同开洞率、顶梁刚度对标准20ft和40ft集装箱纵向抗剪强度的影响，得出纵向刚度拟合公式。并对集装箱在不同开洞率下的极限承载能力和纵向屈服进行分析，给出相应的建议。王化杰等[20]以一个集装箱建筑案例为基础，优化其结构体系并对节点性能进行多尺度的分析。分别增设了辅助拉杆、横梁立柱等构件，研究其抗震性能的变化。

邱韵[21]对标准20ft的集装箱进行适应性改造，并验证改造后模型的正确性；简述集装箱建筑常用的连接节点，在此基础上设计了一种X型卡件节点，用于连接多层集装箱建筑；最后对五层集装箱式房屋进行抗震分析，在开洞的情况下，模型不满足大震作用下的抗震规范要求，还需要对模型进行进一步的改造。若想在高烈度地区推广集装箱建筑，单单依靠原有的标准模型是不行的，需要对其进行一定的改造，改造后的箱体与减隔震体系相结合，共同抵抗地震作用。

王璐璐[22]基于结构和建筑安全性的角度出发，从竖向荷载和横向荷载两个方面对20ft和40ft的集装箱进行简化静力分析，得到指导多层集装箱改造房的安全公式。范坤杰[23]基于能量的角度出发，分析集装箱在均布荷载和集中荷载作用下的变形组成，得到抗侧刚度计算公式。借助欧洲蒙皮原理，分析开洞对集装箱侧板抗侧刚度的影响，推导出相应的折减系数，最后运用有限元分析软件ABAQUS进行验证。

3 结束语

目前集装箱建筑在我国应用得越来越广泛，建筑外型具有较高的美学价值，同时在力学性能上也十分优越。通过对集装箱建筑的节点、侧壁波纹板等方面的研究，发现为使集装箱建筑得到更好的应用，需要进行一定的适应性改造或将节点进行创新。对于集装箱建筑的探究还有一条较为漫长的道路，需加强对可持续发展重要节点的重视，还需要加强对集装箱建筑整体性的研究，促进集装箱建筑得到更好的发展。