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集装箱模块化组合房屋技术规程(完)

集装箱模块化组合房屋技术规程(完)



8 结构设计基本规定


8.1 一般规定


8.1.1 考虑到既有集装箱组合房屋建造灵活、便于迁建的特点,同时,箱体可能经过使用或修复等情况,补充提出了设计使用年限可为25年的有关规定。


8.1.5 因建筑使用要求,箱体常需在单侧箱壁上开孔,这样不仅使箱体单侧刚度削弱,还会在受水平力作用时产生箱体扭转的附加内力与变形。故应用开孔箱时,宜采用平面多箱布置,而在其中保留若干个无孔箱体,并对称布置,可在整体结构体系中有均匀的抗剪刚度。此时箱体角件间的连接应牢固,以保证平面整体传力,同时,单侧板壁开孔的箱体宜成对对称布置,以减小刚度不对称的扭转效应。


8.1.8 本条特别明确地提出了集装箱组合房屋设计文件应包括防火和防腐的内容,包括防火等级与防火构造措施、防腐蚀年限和表面处理及涂装构造技术要求以及使用维护要求等。


8.2 结构材料和设计指标


8.2.1 在现行国家标准《钢质通用集装箱修理技术要求》GB/T 12418中,对既有集装箱重复作运输使用时,需进行维护修理的要求有详细的规定。用于组合房屋时,其检修修复要求原则上仍应遵循该标准的规定。但在具体执行中,对建筑结构功能使用无影响的缺陷(如壁板较小的局部变形、无用机械零部件的缺损等)可以放宽。同时还应注意作为工程验收的重要依据,所有进入建筑场地应用的集装箱,均应有由相应资质单位出具的质量证明书或检修合格证书。


8.2.2 为满足远洋运输环境中箱体耐候性要求,集装箱体梁、柱与壁板均采用耐候钢制作。按我国现行国家标准《耐候结构钢》GB/T 4171生产的焊接耐候钢,其质量性能均与国外同类产品相当,除具有良好的耐候性外,还具有较高的强度和良好的韧性和焊接性能,故设计中,要求箱体结构材料的力学性能符合耐候钢产品标准的规定。


8.2.4 集装箱箱体结构由顶梁、底梁、角柱与壁板组成,其梁柱截面均为冷弯薄壁异形开口型钢或方钢管。当进行箱体结构计算而又缺乏设计指标时,可近似偏安全地参照现行国家标准《冷弯薄壁型钢结构设计规范》GB 50018按Q 235钢取值。


8.2.5 根据《系列 1 集装箱 角件》GB/T 1835的规定,角件为铸钢件,其屈服强度不小于230N/mm,抗拉强度为430N/mm²~600N/mm²,延伸率不小于25%,断面收缩率不小于40%;化学元素含量(%)C≤0.23,S≤0.035,P≤0.035,Mn为0.9~1.5,Si≤0.5,其材质性能与我国现行国家标准《焊接结构用铸钢件》GB/T 7659规定的牌号ZG230-450H焊接铸钢基本相同,故参照现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017规定的铸钢件抗力分项系数取值,提出了角件的强度设计值。


9 结构设计


9.1 结构计算


9.1.1 根据集装箱组合房屋组合构造的不同,本条提出了叠箱结构体系和箱框结构体系作为结构计算的基本体系。


9.1.2 集装箱结构设计制造的首要技术要求是在恶劣海运条件下受到振动、抗击和巨大惯性力作用时要确保箱体结构必要的强度、刚度和可靠的承载力,同时产品在出厂时还要模拟上述恶劣条件工况进行严格的箱体实物荷载整体检测,故实际上箱体整体结构具有很强的抗压、抗弯、抗剪承载力和整体刚度,完全可满足居住或办公用房的承载要求且有相当裕量。故无孔无悬臂时,可不必进行承载力验算,但当箱壁开有较大孔洞时,其洞口下的底梁,因截面单薄可能会发生强度、挠度不足的情况,故需作验算。


整体箱体结构在受水平荷载作用时,会因整体有倾覆效应而在两边侧角柱产生附加成对的轴压力与轴拉力,计算四角角件及其连接的竖向作用力时应计入此附加轴力的不利影响。


9.1.3 对底框架上直接有多层叠箱的箱框结构体系,其底层结构刚度相对较弱,会因高振型影响而增大其地震作用效应,故应参照现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的相关规定乘以增大系数;并且使用条件许可时,宜布置为中心支撑框架,以适当增大底部结构的抗侧刚度。


9.2 箱体结构的强度与刚度


9.2.1 在集装箱组合房屋结构计算中,箱体的抗侧力刚度是不可或缺的重要设计指标,但又无现成数据可供引用。为此,进行了专题数值模拟分析研究,采用ANSIS和SAP2000两个不同软件并按弹性和弹塑性条件,对6m和12m箱体结构在有无开孔情况下抗侧刚度的变化规律、极限荷载和屈服荷载与位移的相关关系,以及顶板结构刚度变化和开孔位置变化对箱体抗侧力刚度的影响等进行了详尽的计算分析,并提出了可为工程实际应用的技术参数和计算公式。本节即依据该报告提出了有关箱体结构刚度和承载力等设计指标与计算公式。


计算分析表明,通用集装箱顶梁、顶板结构较单薄,纵向刚度较弱,当在箱顶一侧作用水平力时,由于顶梁传力的有效长度较小,以致只有近加载端一侧的部分纵向箱体壁板参与抗剪提供抗侧刚度。而当顶梁截面加大加强或与箱底梁以盖板连接为整体工作,顶板顶梁平面刚度可视为无限刚时,则可显著加大顶梁传力的有效长度,增大箱体刚度,此时即可按式(9.2.1-1)和式(9.2.1-2)计算箱体刚度。此外,若同时在箱顶两端作用水平力时箱体刚度也可按此二式计算。


9.2.2 对开孔箱体,依据计算分析报告提出了不同开孔率和开孔位置时的刚度计算公式。实际工程设计时,箱体开孔尺寸与位置应符合图 9.2.2的要求,并在孔周边应有镶边构件(截面不小于60×60×3方管)构造加强。


9.2.3 相关设计规范规定多层钢结构的层间位移限值为h/400或h/300,本条对箱顶水平力的承载力设计值是按计算分析报告中对应于箱体层间位移h/300的相关值而提出的。


9.2.4 通用集装箱需满足海上运输抗风浪、抗震动、耐低温等诸多恶劣工况的使用要求,产品出厂时又需经过耐冲击与超重加载等严格的试验,因而不开孔的箱体具有很强的整体刚度与强度,在房屋建筑使用条件下,一般可不必再进行验算。


9.3 箱壁开孔与加固


9.3.1~9.3.6 箱体壁板开孔特别是较大孔洞时,会显著削弱箱体结构的刚度与强度,故应由建筑设计与结构设计慎重、妥善的确定其位置与尺寸,同时,应控制开孔率不应大于60%,所有开孔部位应按结构强度和刚度要求与门窗框设置要求进行加固、补强。除洞口局部补强外,对较大开孔情况尚宜采取加设暗柱、斜撑、箱底支座等补强方式。条文对控制箱体开孔的原则和补强要求作出了规定,并给出了部分开孔补强的构造图,可供设计参考。


10 结构节点设计


10.1 一般规定


10.1.1~10.1.4 本节根据相关标准的规定,并结合集装箱组合房屋箱体和结构的特点,对节点设计构造的原则、节点的基本分类、连接计算要求和焊缝质量等级要求等作出了规定。


10.2 节点构造


10.2.1 本条借鉴工程经验,提出了角件连接和垫件连接两种箱体节点构造的参考做法。前者又分为角件间加垫板焊接连接与角件间加锥形定位器的高强螺栓连接两种构造,焊接连接加工安装较简便,但现场焊接工作量稍大,安装时应采取临时定位、调整措施;高强螺栓连接需加工双头锥,并局部改造加设螺栓盒,设计时需注意螺栓孔边距应满足受力要求并有施拧可行的空间。


当箱体间需留出安装管线空间时,可采用加垫件连接的节点构造,此时,由于承受箱间水平力时垫件受弯,垫件及其连接应有足够的强度和刚度。


10.2.2 箱体与框架的连接均宜连接在角件处,并仅传递水平力而不应约束各自的竖向变形。本条给出了箱框连接节点的参考构造。


11 地基基础


11.0.2 6层以下房屋一般采用天然地基是经济合理的做法,但地基软弱时,应进行必要的处理,以满足承载力的要求。


11.0.4 本条提出的单层集装箱基础简便做法,对处理过的固结场地,有可靠经验时,也可用于3层以下的集装箱组合房屋的基础。


11.0.5 由于防腐蚀要求,集装箱房屋底板应架空设置,建议将底层箱体周边封堵是避免箱底进杂物或动物集聚,架空箱底空间的围护构造参见本规程第 5.4.1条。


12 施工及验收


12.1 一般规定


12.1.2 集装箱组合房屋的箱体安装与钢结构制作、安装工程应为按照主体结构分部工程验收。


12.1.4 由于集装箱组合房屋多为通用性或标准化模块,在正式安装前,进行样板间试安装与确认,有利于保证工程质量。


12.2 现场安装和允许偏差


12.2.3 进行集装箱叠合安装时,其箱体安装的顺序是单层平面上从一端开始进行第一排箱体侧与侧扩展组合,再进行第二排箱体的侧与侧扩展同时和第一排端与端扩展组合,以此类推,待第一层组合完成后,按照相同的方式在第一层的基础上向上组合第二层,最后再组合第三层。


12.2.4、12.2.5 条文依据现行国家标准《钢结构施工质量与验收规范》GB 50205和工程经验,并针对集装箱组合房屋自身的特点提出了安装允许偏差。


12.3 除锈和涂装


12.3.1 为保证集装箱组合房屋防腐蚀要求,当设计文件未作规定时应严格按本条规定进行除锈与涂装。


12.3.3 除锈后的钢材表面要求在4h内进行底漆涂装,主要是防止钢材表面再度生锈,影响底层漆膜的涂装质量;涂装后4h内不得雨淋,是因为一般情况下漆膜表面尚未固化,被雨淋后会造成损坏。