CN106150134B - 一种可调面积与形状的无梁轻型集装箱屋 - Google Patents
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Abstract
一种可调面积与形状的无梁轻型集装箱屋所要解决的技术问题是：应用TRIZ理论的物质—场分析方法，对现有轻型集装箱屋柱、梁、板结构进行受力分析，揭示裁剪梁的可行性及其实施的技术途径，在确保安全舒适的前提下，实现机动调控形状(正方形、长方形、五边形、六边形、圆形等)，使用面积≥9.6㎡多种规格尺寸屋能自装自卸、朝拆晚装等技术效果，为集装箱屋的发展提供一种新的选择。
Description
技术领域
本发明涉及集装箱屋技术领域，具体涉及一种可调面积与形状的无梁轻型集装箱屋。
背景技术
本专利是在发明人开发的“一种泡沫铝制作的轻型集装箱屋”(专利号201610459503.4)基础上的延伸与发展，其构思是：
第一、开发的“一种泡沫铝材制作的轻型集装箱屋”是在现有钢结构集装箱屋基础上的创新，在确保安全与舒适的前提下，自重减轻一倍以上；通过与现有集装箱柜与彩钢夹心板集装箱屋的对比分析，发现集装箱柜是一种运送货物的动态体，受频繁振动颠簸的影响，为确保货物无损，必须将立柱、横梁、面板牢固拼接为长方体，而集装箱屋沿袭集装箱柜的制作理念，也是柱、梁、板组合的长方体，特别是多层结构的集装箱屋，为能承压需要柱、梁、面板的牢固组合；但是通过制作泡沫铝屋的启示，在屋顶面板自重很轻，且是单层结构的简易屋时，能否裁剪梁组合为柱与板结构，承受房屋的静、动态载荷呢？若无梁，不仅减少构件、减轻自重、装卸快捷，而且增加了房屋结构组合的机动性，现有集装箱屋的空间组合受梁、柱、板的相互制约，结构形式单一，而无梁屋则仅受柱与板的制约，结构形式可以多样化，能满足使用者的不同爱好与需求；
第二、轻型集装箱屋已经发展为一大类型，但适宜旅游地、探险用的晚装早卸/自装自卸的一夜轻型活动屋尚不多见，而柱板组合的房屋则能轻易做到晚装早卸/自装自卸；例如在旅游胜地观日出日落，不少人露宿山顶，或者早早从住地出发，辛苦疲劳，若在观日出处建有晚装早卸的满足人体舒适度要求的活动屋，则必将给旅游地开辟一个新财源；
第三、泡沫铝及其复合板集轻质、比强度高、隔热吸音、不燃无毒、防水防潮等多功能于一体，而且耐磨性好，不易变形，经得起反复装、拆，特别适宜用于制作旅游旺季、探险用的临时又舒适的活动屋。从人体舒适度看，与无梁铁皮屋相比，虽然都属轻型，但铁皮屋隔热吸音性能差，不防雷电，而泡沫铝屋能防雷电、舒适度好；与帐篷相比，帐篷很轻、装卸快捷，但安全性与舒适性差；与彩钢夹心板屋相比，虽然隔热吸音效果与泡沫铝媲美，但面板壁厚、强度低，必须用梁支撑。因此，从舒适度看，泡沫铝无梁屋是一夜屋的不二选择；
第四、发明人开发的“一种用泡沫铝制作的轻型集装箱屋”，已将同容量的钢结构件集装箱屋自重降低一倍以下，只相当于现有集装箱屋自重的30-40％，若将梁裁剪，则能将房屋的自重降低到现有钢结构件屋的1/5，单件自重10㎏左右，为安全舒适的集装箱屋开发提供了一种新的尝试。
集装箱屋受结构、自重、环境的影响，其受力状况相当复杂，必须针对不同用途的房屋结构，按照不同的建筑规范进行具体设计。本专利不是泛指常规的集装箱屋，而是指在特定条件下，如使用面积较小的单层轻型集装箱屋/无需专业人员就能自装自卸屋/朝拆晚装的一夜使用屋/顶部面板较轻的屋/机动调控形状与面积的屋等，这些功能都可能通过裁剪梁后的柱、板组合结构，来实现上述部分或全部功能效果。
发明内容
本专利所要解决的技术问题是应用TRIZ理论的物质—场分析方法，对现有轻型集装箱屋柱、梁、板结构进行受力分析，揭示裁剪梁的可行性及其实现的技术途径，在确保安全舒适的前提下，实现机动调控形状(正方形、长方形、五角形、六角形、圆形等)，使用面积≥9.6㎡多规格尺寸屋能自装自卸、朝拆晚装的技术效果，为集装箱屋的发展提供一种新的选择。
应用TRIZ理论中的物质—场分析方法，将泡沫铝集装箱屋裁剪梁的物—场模型示于图1，图1中S1、S2-1、S2-2、S3-1、S3-2分别代表柱、梁(长、短横梁)、板(长、短侧面板)，F代表载荷力(包括动载荷与静载荷)，并将其分解为两个物一个场的四个物—场基本模型，从中分析梁的功能作用，实现梁柱板屋结构向柱板结构屋的转化。
梁在板柱梁结构屋中的主要功能有三：一是承载顶部面板的载荷，并将其传递给立柱，二是支撑侧面板与顶、底部面板，三是支撑柱构成对地面的安全稳定结构体；在一般情况下，如多层楼板承重、风暴地震频繁区域、长久居住的固定屋等，梁的作用是充分而必要的，但对超轻型小型屋、朝拆晚装的顶部面板很轻的单层屋、采用能承载顶部面板载荷的侧面板、选择稳定性能优异的立柱等时，梁的功能虽有用，但过度，将其裁剪，由侧面板分担梁的功能作用，实现集装箱屋结构的优化。
以发明人开发的20尺泡沫铝轻型集装箱屋为例，裁剪梁后，表现出以下技术效果：
一是集装箱屋自重大幅降低，与20尺泡沫铝轻型集装箱屋相比，直接裁剪189-197㎏的梁重，屋自重由739-811㎏，降低到550-614㎏，降幅可达25.6％；若按无梁集装箱屋结构特点设计，使用面积16㎡(20尺屋面积14.4㎡)的无梁集装箱屋自重只有443㎏，降幅＞40％，相当于钢结构件集装箱屋自重的20％±；
二是解除了梁对立柱的约束，通过立柱形态调整，为屋结构形状与面积改变提供了多种选择；
三是将集装箱屋简化为相对独立的三个组件，即立柱与侧面板组合的围护、顶部面板、底部面板，顶、底部面板，既可与围护拼装为一体，也可将顶板压放在围护上，或将围护安放在底板上，因地制宜地提供了选择拼装方式与顶、底板用材的机动性；
四是经测算，裁剪梁后各构件的承载能力与泡沫铝集装箱屋相近，仍然高于钢结构件屋与彩钢夹心板集装箱屋的设计指标，可以安全舒适的使用。
为解决上述技术问题及其获得的技术效果，实施的技术方案是：一种可调形状与面积的无梁轻型集装箱屋其特征在于：包括无梁集装箱屋本体，由立柱S1与侧面板S3、顶部面板S4、底部面板S5及其加固件拼接为使用面积9.6㎡/10.2㎡/11.5㎡ /12.6㎡/12.8㎡/15.4㎡/16㎡/18.1㎡/20.2㎡/24㎡的正方形/长方形/五边形/六边形/圆形无梁轻型集装箱屋；
所述立柱S1其特征在于用2400㎜*200㎜*50㎜、密度0.5g/cm2的0.5㎜铝合金板/0.2㎜不锈钢板双面复合的泡沫铝铝合金板，冲压/轧压制成90°三角形立柱S1-1/120°三角形立柱S1-2/圆弧形立柱S1-3/丁字形立柱S1-4；经测算，单根立柱重：铝合金复合的13.3㎏/不锈钢复合的13.5㎏；正方形屋/长方形屋用4根90°三角形立柱S1-1，连接长侧面板时，加2根丁字形立柱S1-4，五边形屋用5根、六边形屋用6根120°三角形立柱S1-2，圆形屋用5根/6根圆弧形立柱S1-3；立柱与侧面板拼接为承重的围护；单根立柱承载800㎏±，承重面积比方形立柱面积大两倍，稳定性增强。
所述侧面板S3其特征在于用市售的2400㎜*800㎜*15㎜、密度0.25g/cm2的单一泡沫铝合金的/0.5㎜铝合金板单面复合的/0.2㎜不锈钢板单面复合的平面板/弧形面板作为制作侧面板的单面板，板面积：1.92㎡，板重:单一泡沫铝合金板7.2㎏/单面0.5㎜铝合金复合板9.8㎏/单面0.2㎜不锈钢复合板10.2㎏，侧面板所需单面板数，按集装箱屋的形状与使用面积测算确定，再用榫卯插入方式，将不同数量的单面板与立柱拼接为正方形围护/长方形围护/五边形围护/六边形围护/圆弧形围护；测算侧面板所需单面板使用数量与自重示于表 1：
表1侧面板使用数量与自重测算表
从表1可知，在无梁轻型集装箱屋中，侧面板既是围护结构的组成部分，又是承重结构的组成部分，与现有20尺、40尺集装箱屋相比，因围护形状的改变，在相同围护面积下，侧面板使用相同市售面板的数量减少，如现有20尺屋柱梁板围护面积为14.6㎡，使用相同市售面板23块，而15.4㎡无梁五边形屋用20块，16㎡的正方形屋用20块，18.1㎡的无梁圆形屋用19块，具有围护面积增大，而面板使用数量减少的技术效果；泡沫铝合金复合板是冶金结合的刚性体，具有较高的承载能力，其截面抗压强度在10MPa以上，承受载荷100㎏ /cm2以上，完全能满足承重屋顶载荷的要求，本专利开发的≤16㎡屋的泡沫铝顶部面板重≤100㎏，因此用侧面板替代梁承载顶部载荷是可行的；在立柱与侧面板之间，任选一面用于制作门窗；立柱间跨度大于3个市售面板时，用龙骨架加固；
所述顶部面板S4其特征在于顶部面板上部不承重，自重轻，与立柱、侧面板相对独立的制作与安装，因地制宜地选用泡沫铝铝合金板/泡沫铝合金复合板/铝蜂窝复合板/纸蜂窝复合板/聚氨脂波纹单层屋面瓦板中的一种制作，面板长度与宽度依形状与面积而定制，再用易装拆的榫卯方式与立柱、侧面板上部拼接为一体，或制作为大于围护面积10％±的顶部面板，再用磁吸/粘贴/铆接/套装方式，盖放在立柱与侧面板组合的围护上，使用面积＜20㎡的泡沫铝复合板制作的顶部面板自重＜100㎏；不同顶板面板的面积与自重测算结果示于表 2：
表2不同顶部面板测算的面积与自重参数
从表2看出，使用泡沫铝制作的顶部面板最轻，能将使用面积≤20㎡的顶部面板自重控制在100㎏以下；选用现有规格型号的纸蜂窝板与聚氨脂板，虽然自重增加，但降低自重的潜力也大，因为屋面上不承重，只要将其厚度从50㎜以上降到25㎜，在确保隔热隔音的条件下，自重与泡沫铝复合板相近，其价格与市场优势，给顶板用材提供了一种新的选择。
所述底部面板S5其特征在于底部面板与顶部面板一样，相对独立于立柱与侧面板组合的围护，给底部面板制作带来更大机动性，除采用榫卯方式与柱、侧面板拼装一体外，还可因地制宜地选用水泥地面/木板面/草坪面/离地平台作为底部面板的替代物，将立柱、侧面板、顶部面板组合体坐落其上，搭配为快速装拆的集装箱屋，如图5所示的与立柱、侧面板搭接为一体的底部面板S5-1/替代底部面板的木质平台S5-2/替代底部面板的草坪面S5-3，搭配的替代物需采用常规方法，处理为适宜人临时居住的地板。
附图说明
图1为裁剪集装箱屋梁的物-场分析示意图；
图2为无梁轻型集装箱屋的外形结构示意图；
图3为无梁轻型集装箱屋立柱与侧面板组合的示意图；
图4为顶部面板与柱、侧面板围护组合的示意图；
图5为底部面板与柱、侧面板围护组合的示意图。
具体实施方式
图1中，S1为立柱，S2-1为长横梁，S2-2为短横梁，S3-1为长侧面板，S3-2为短侧面板，F为载荷力；
图2中，S1为立柱，S3为侧面板，S4为顶部面板，S5为底部面板，
图3中，S1-1为90°三角形立柱，S1-2为120°三角形立柱，S1-3为圆弧形立柱，S1-4为用于支撑长侧面中部的丁字形立柱；
图4中，S4-1为与立柱、侧面板顶部部搭接为一体的顶部面板，S4-2为盖放在立柱、侧面板围护上的顶部面板；
图5中，S5-1为与立柱、侧面板底部搭接为一体的底部面板，S5-2为替代底部面板的木质平台面，S5-3为替代底部面板的地平面(如草坪、水泥地等)。
Claims (1)
1.一种可调形状与面积的无梁轻型集装箱屋，其特征在于：包括无梁集装箱屋本体，由立柱(S1)、侧面板(S3)、顶部面板(S4)、底部面板(S5)及其加固件拼接为使用面积9.6㎡/10.2㎡/11.5㎡/12.6㎡/12.8㎡/15.4㎡/16㎡/18.1㎡/20.2㎡/24㎡的正方形/长方形/五边形/六边形/圆形无梁轻型集装箱屋；
其中所述立柱(S1)，用2400㎜*200㎜*50㎜、密度0.5g/cm2的0.5㎜铝合金板/0.2㎜不锈钢板双面复合的泡沫铝铝合金板，冲压/轧压制成90°三角形立柱(S1-1)/120°三角形立柱(S1-2)/圆弧形立柱(S1-3)/丁字形立柱(S1-4)；单根立柱重：铝合金复合的13.3㎏/不锈钢复合的13.5㎏；正方形屋/长方形屋用4根90°三角形立柱(S1-1)，连接长侧面板时，加2根丁字形立柱(S1-4)，五边形屋用5根与六边形屋用6根120°三角形立柱(S1-2)，圆形屋用5根/6根圆弧形立柱(S1-3)；立柱与侧面板拼接为承重的围护；单根立柱承载800㎏±，承重面积比方形立柱面积大两倍，增强稳定性；
其中用市售的2400㎜*800㎜*15㎜、密度0.25g/cm2的单一泡沫铝合金的/0.5㎜铝合金板单面复合的/0.2㎜不锈钢板单面复合的平面板/弧形面板作为制作侧面板的单面板，板面积：1.92㎡，板重:单一泡沫铝合金板7.2㎏/单面0.5㎜铝合金复合板9.8㎏/单面0.2㎜不锈钢复合板10.2㎏，侧面板所需单面板数，按集装箱屋的形状与使用面积测算确定，再用榫卯插入方式，将不同数量的单面板与立柱拼接为正方形围护/长方形围护/五边形围护/六边形围护/圆弧形围护；围护截面承受载荷100㎏/cm2以上，满足承重屋顶载荷的要求；
其中所述顶部面板(S4)，选用泡沫铝合金板/泡沫铝合金复合板/铝蜂窝复合板/纸蜂窝复合板/聚氨脂波纹单层屋面瓦板中的一种制作，面板长度与宽度依形状与面积而定制，再用榫卯方式与立柱、侧面板拼接为一体，或制作为大于围护面积10％±的顶部面板，再用磁吸/粘贴/铆接/套装方式，盖放在立柱与侧面板组合的围护上，使用面积≤20㎡的泡沫铝复合板制作的顶部面板自重＜100㎏；
其中所述底部面板(S5)，用密度0.5g/cm2、厚度15㎜的单层泡沫铝合金复合板制作为与围护形状、面积一致的底部面板，再用榫卯方式与柱、侧面板拼装为一体，或选用水泥地面/木板面/草坪面/离地平台作为底部面板的替代物，将立柱、侧面板、顶部面板组合体坐落其上；与立柱、侧面板搭接为一体的底部面板(S5-1)/替代底部面板的木质平台(S5-2)/替代底部面板的地平面(S5-3)。
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