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集裝箱建筑適應性設計與建造研究(10)

2013年6月22日

其次,集裝箱建筑在結構與材料上也是標準化的。集裝箱通常由鋼骨架、側墻板、以及連接件等等附屬結構焊接而成,側墻本身就是建筑受力的鋼結構,整個結構單元體可以反復重復利用;在組合拼接的過程中,可以極為方便的與相鄰的單元進行疊放、拼合;在大型集裝箱建筑的設計施工時,也可以很好的和各種附加結構相配合。這為集裝箱建筑的工廠化施工提供了某種程度的保障(圖 3.1)。

集裝箱建筑模塊化裝配式建造,集裝箱房屋,集裝箱活動房,住人集裝箱,集裝箱住宅

圖 3.1 集裝箱建筑模塊化裝配式建造

第三,集裝箱建筑在改造過程中的措施和材料也是標準化的。由于集裝箱在改造為建筑使用的過程中,鋼結構的材料特性導致了結構單元體的熱傳導性、結構單元的重量、以及結構單元各個節點的連接方式、尺寸、性能均為相同,因此在進行保溫隔熱改造、結構外部基礎的制作、內部裝修施工等等過程中附屬用材也標準化通用化,這為集裝箱建筑的產業化發展提供了便捷。

3.1.1.2 結構穩定與安全

集裝箱在運輸業中的壽命一般為10-15年,當從運輸業中淘汰之后,那些未受較大損壞的集裝箱箱體本身依然具有良好的物理性能,一般還可以保證15年以上的結構周期,在保養條件較好或者與混凝土等其他結構配合情況下,還能夠維持更久的使用時間。

集裝箱本身就是一個較完美的結構單元,盒子式鋼結構體的結構特性使得每個結構單元都具有良好的結構穩定性。通常40英尺集裝箱波浪形金屬板承重能力為1700公斤/平方米,箱體端部抗壓能力為500公斤/平方米,4個角柱的承重能力達到86.4噸,橫向剛性15.2噸,縱向剛性7.6噸。集裝箱箱體抗壓和抗風能力很強,通常情況下具有抵抗120千米/小時風速的能力;同時集裝箱箱體需要考慮海運時海水的滲透,是整體水密結構設計,自身有較好的水密性與防腐蝕性,能夠有效保證居住者的安全性。由于集裝箱箱體較傳統建筑結構輕,集裝箱建筑在遇到地震災害時表現出良好的整體性,具有堅固、耐用、安全性高的特點。因此不論是在通常氣候條件下,還是在地震高發地區,臺風侵襲地區等等惡劣的地質、氣候環境下,集裝箱建筑均能很好的適應。

3.1.1.3 經濟性

集裝箱在全球范圍內應用廣泛,作為一種目前最普遍的運輸單元,相關的運輸和裝卸配套設施比較完善。集裝箱活動性建筑在運輸時可以使用現有的成套運輸工具;在建設時通過模塊化的組合方式可以輕松的安裝,甚至可以通過業主DIY的方式便可建造完成;需要搬遷時只需經過少量拆卸便可方便的拆除轉運。這些特點決定了集裝箱建筑所需的人力、物力資源更少,體現了其經濟性。集裝箱本身的封閉結構,結構自身重量較傳統的磚混和鋼筋混凝土建筑結構輕得多,這決定了集裝箱建筑對周邊環境與配套設施的要求不高,平整的基地即可達到施工要求,有效節約了土地資源。集裝箱建筑這些性質可以在很多領域廣泛適用,便捷且經濟。

3.1.1.4 靈活性

與傳統建筑形式相比,集裝箱建筑的最大優勢是建造靈活性:局部需要更新改造時,可以用新箱體替換;需要移走拆除時,可以很方便地整體拆解并異地重建。通過標準化、產業化的生產,能夠大大提高集裝箱建筑的生產速度,通過預制建筑的技術減少現場施工周期,有效的減少對現場資源和環境的污染與破壞,其次,與傳統建筑材料混凝土相比集裝箱建筑的材料主要以鋼材木板為主,在集裝箱建筑報廢后其材料能有效地再利用和回收,也有利于循環經濟的發展。

3.1.2 集裝箱建筑較之其他類型建筑類型的優勢

集裝箱建筑由于具有標準化、結構安全穩定、經濟性以及靈活性的特征,因此在使用過程中有著非常突出的優點,表3.2列舉了集裝箱建筑與傳統磚混建筑的比較。

首先,集裝箱建筑單元運輸方便可整體遷移,集裝箱組合建筑組裝拆卸方便,尤其適合使用期限有限需要更換地點的建筑類型;

其次,此類建筑堅固耐用,主要結構單元由高強度鋼組成,堅固耐用具有很強的抗震、抗壓、抗變形能力;

第三,密封性能好,嚴格的制造工藝使這種可移動式建筑具有良好的水密性;

第四,集裝箱建筑基于整體盒子式的鋼結構之上,可以通過拼接組合等手段衍生出豐富的組合空間。如辦公空間、住宅空間、甚至大跨度空間等等;

第五,結構重量較混凝土、磚混結構輕,建設所需的能耗少,同時性能優越,穩定牢固,防震性能出色;

第六,集裝箱建筑絕大部分構件都可以回收再利用,極大程度降低了建造過程中垃圾的產生,環??沙掷m。

表 3.2 集裝箱建筑與傳統磚混建筑比較

性能 集裝箱建筑 傳統磚混建筑
工業化生產 “工廠制造+現場安裝”模式,產品制造和地基處理可以同時進行
抗震強度 可達到8級 脆性結構在地震荷載下破壞嚴重
耐火等級 防火板等防火設施齊全 較好
結構跨度 可組成多種造型,結構形式變化豐富 實現大跨度結構耗費材料,形式單一
預防白蟻 經防白蟻措施處理后可免除白蟻侵襲 白蟻高發區同樣需要做防白蟻處理
施工周期 節省一半或以上的建筑時間和費用 受自然條件影響大,施工周期約190—300天
工廠預制 在工廠完成模塊化建筑單元的改裝和內部裝修,再將模塊化單元運到施工現場,完成安裝和外部裝飾,大分工作量在工廠完成 很少有預制構件
低碳環保 使用再生工業建材,減少施工現場產生的施工垃圾和裝修垃圾 產生大量建筑垃圾、粉塵、噪音及不可回收物
使用率 墻體薄,得房率高 墻體過厚,得房率低
安裝快捷 造型多樣,擺成造型后,再進行切割和焊接鋼梁以增強集裝箱的承重能力形成整體空間 施工過程復雜,需較長的養護周期
外觀式樣 形式可以自由組合,創造多樣化的組合模式 樣式單一死板
施工效率 10天/百平方米 30天/百平方米
建筑垃圾 5噸/萬平方米 200噸/萬平方米
耗水量 0.005立方米/平方米 0.15立方米/平方米
抗風能力 12級 10級
保溫 0.04瓦/(平方米x開) 0.08瓦/(平方米x開)
回收率 95%以上 20%

由于低碳、可持續的發展方向已經成為世界各國在建筑領域的共識。根據英國權威雜志《New Civil engineer》分析,一棟傳統建筑在施工過程中碳排放量通常來源于以下14個方面(圖 3.2):(1)屋頂施工過程0.9%;(2)自然通風設備使用部分10.7%;(3)外立面施工過程8.4%;(4)建筑施工材料運輸過程部分1.8%;(5)施工過程電梯使用部分1.2%;(6)建筑施工材料的浪費部分2.1%;(7)柴油機機器及辦公室電器使用部分5.2%;(8)墻體和隔間施工部分2.1%;(9)建筑施工過程現場調度室電器使用部分4.2%;(10)活動地板施工過程4.6%;(11)混凝土墻體施工18%;(12)鋼筋結構的使用部分35%;(13)建筑基礎施工部分4.1%;(14)不可估計2%碳排放量。

傳統建筑施工過程碳排放分項比例

圖 3.2 傳統建筑施工過程碳排放分項比例

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