一种轻型装配式海岛生活舱的制作方法

本实用新型涉及建筑与海洋工程技术领域，具体为一种适用于海岛的可实现工业化生产的轻型装配式房屋构造设计。

背景技术：

在我国管辖海域，尤其是东海南海，有着大量的无居民海岛。在《联合国海洋法公约》框架内，这些无居民海岛领海海域面积可达1550平方米、专属经济区可达43万平方米，同时，位于国境线上的无居民岛礁还是我国领海基线的重要基点。但无居民海岛气候环境恶劣，常年高湿高温，台风等自然灾害频繁出现；海岛上高浓度的盐雾会对金属造成严重的腐蚀。此外，大部分无人岛特殊的地质结构决定了只有较小的船只才能停靠，因此无法向岛上运送大量燃料和重型机械设备。

随着我国海洋经济的发展和海洋开发力度的不断加大，为维护国家的海洋权益，合理开发丰富的生物、油气、矿产等海洋资源，一种能够为从事生产、科研工作或度假旅游活动的海岛居住人员提供舒适安全的生活环境、可工业化生产的轻型装配式集成房屋的研发，有着巨大的发展前景。

目前，国内主要有低层冷弯薄壁型钢结构房屋、低层轻型钢框架结构房屋和集装箱改造房等。其中，轻型钢框架结构房屋目前已形成较为完整的技术规范，但其所需建材运输不便、现场安装复杂、需借助大型机械设备，工作量大；冷弯薄壁型钢结构房屋虽自重轻、构建强度高，但其整体抗扭性和稳定性差，也难以实现建筑结构、维护系统和配件系统一体化；而集装箱改造房不仅建材不易运输，且居住的舒适性差。此外，现有的装配式钢结构房屋外型多为方形，承受外部风压的能力有限，遭受台风等自然灾害时易被损坏，这给海岛上工作生活人员的人身安全带来了极大隐患。

因此，针对以上情况，如何研制一种既适应海岛特殊环境，便于运输、现场装配简便，能够实现人拉手抗上岛、不借助吊车等大型机械设备，仅靠手工装配而成，又能够具有一定使用寿命、满足居住者舒适性要求，具有较强抗风能力、集成性高的工业化装配式房屋，成为本领域技术人员亟待解决的重要问题。

对于装配式和钢结构房屋，现有技术多集中于传统外型(如方形单坡、双坡屋面的底层房屋)或高层建筑的建筑钢结构体系的优化设计、装配式住宅的开发和各种轻质、重型复合墙板的研发等。

CN101200915A可迁移的即时成型海岛工作站：实用新型一种现场注塑成型的硬直聚氨酯泡沫塑料构成的半球形构筑物。成本低廉、建造高效，有一定防风防雨防渗能力。但该实用新型紧贴地面，不能防范野外毒虫蛇兽；仅靠自然通风，空间局促，舒适性差；作为永久性建筑而言安全性不足。

CN2177057Y可多次拆装的壳体式活动房：提出一种可多次拆装的、由多块壳体构成的活动房。该房屋的结构、维护、装饰功能均由复合材料制成的球瓣形壳体承担，仅能进行自然通风，无室内功能分区。而海岛气候恶劣，仅靠壳体无法保证人员居住安全。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种轻型装配式海岛生活舱，解决现有技术中海岛房屋低层装配式建筑形式和技术在海岛特殊环境和要求下不适用的问题。

本实用新型采用的技术方案是：一种轻型装配式海岛生活舱，所述生活舱外型为柱体和球体或椭球体的组合，生活舱内部由中心柱、钢梁、圈梁和四周立柱共同组成生活舱主体钢框架结构，所述中心柱、钢梁、圈梁和四周立柱之间连接方式为螺栓连接；所述中心柱为中空结构。

所述生活舱分为两层，一层为圆柱体或多面柱体，主要设有设备间、储藏间和厨卫，二层为球体或椭球体，是人员生活工作的主要空间。

所述中空的中心柱兼作空调系统的风管，空调系统采用全空气系统，空气处理机组放置在一层设备间，二层是空调区，回风回到一层，最终回到空气处理机组，室外机放置在房屋外靠近设备间处，室外高温高湿的新风与室内回风经机组处理后由机组出风口送至中心柱，从中心柱再分别送至各个房间，送风形式为上送或下送风的方式。

所述生活舱外部一二层的交接位置，设置有雨水收集装置。

所述中心柱顶端焊有弧形钢板用来固定顶盖，下部焊接连接件，以便通过螺栓连接将中心柱固定在基础上，四周立柱以同样的方式固定在基础上，立柱上端与二层地板下的钢梁通过螺栓连接。

所述生活舱外墙板通过预埋件及螺栓连接固定在两圈梁及四周的立柱上，顶盖板以同样的形式覆盖在与中心柱焊接在一起的弧形钢板上；顶盖和二层、二层和一层的墙板间采用搭接的形式，接缝处填塞密封橡胶条；同层板材间采用插接的形式，接缝处同样做好密封。

所述生活舱的曲面外墙采用玻璃钢或轻质合金材料包覆的内保温防腐轻质复合板材，板材的形状依据不同房屋外壳形状而不同；根据需要带有可开玻璃窗或不可开玻璃窗；板的外表面可喷涂耐候涂层，内表面设有预埋件；房屋内墙使用玻璃钢或轻质合金材料包覆的内保温防腐轻质复合板材，具有一定强度并带预埋件。

所述生活舱数个或数十个在海岛上形成聚落，相邻较近的房屋间通过通道连接。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型房屋的曲面外型，消除了传统方形建筑屋檐、墙角处极大风压梯度对建筑稳定性和抗风能力的不利影响，可使房屋各部分应力更加均匀，因此能够显著提高建筑的抗风性能，并有效抵御海岛上恶劣的气候环境和台风等自然灾害。同时，在使用面积相同的情况下，球形的外表面可以减少建筑材料的使用，降低房屋建造成本。由曲面外型和支撑柱、梁等钢部件，保证的良好抗风性能。在气候恶劣、平均风速较大、常受台风等困扰的海岛上，所述房屋具有很大优势。

本实用新型装配式房屋的主要支撑为中心柱、四周立柱、圈梁和上下钢梁架共同构成的框架，维护结构均为防腐轻质复合板材，主要连接方式为螺栓连接，使用钢旋梯，主要部件均可实现产业化生产制造。现场施工时，不需要大型机械辅助，对施工人员的技术要求不高，施工速度快，对环境的影响小。一种产业化生产制造、安装简便的轻型装配式房屋。建材重量轻、易拆装、运输方便，上岛时无需大船靠岸，可由小船或冲锋舟运送上岛。故尤其适用于大船无法停靠的海岛或岛礁。

本实用新型房屋使用的曲面防腐轻质复合板材，能够有效地预防海上盐雾的侵蚀以及高温高湿大风环境破坏；其形状依据房屋形状可以有多种，如橘瓣形、柱面形等；围护结构间的连接形式为搭接和插接，能够有效地防止雨水和潮气的渗透，保证室内人员的居住安全。

本实用新型房屋不仅涉及建筑本体，还能够为人员提供舒适的工作生活环境，所用设备(主要是空调系统)与建筑体紧密结合，如利用中心柱作风管，充分利用了建筑部件，节省空间、节约材料；所用空调系统在保证人员卫生要求的同时，又可防止室内结露。

本实用新型房屋使用功能完善，内部分区灵活，还可建造多个房屋形成群落，可用于居住、办公、科研、旅游等多种用途。

本实用新型房屋所用的建材均为绿色环保可回收材料，施工过程中极少产生建筑垃圾，使用结束后可全部拆卸运走，有利于保护海岛上脆弱的生态环境。

本实用新型房屋可为海岛提供人员生存条件，对海洋经济的发展和科研活动的开展起到极大的促进作用。

本实用新型房屋主要采用干法施工，故建筑达到使用寿命后的拆卸、运输方便，各部分可分别回收利用，节能环保，最大限度地减小了对自然环境的污染。

附图说明

图1(a)至图1(c)为房屋外观图；其中图1(a)为平面盖、椭球体与圆柱体的组合形式；图1(b)为球面盖、球体与圆柱体的组合形式；图1(c)为锥形盖、椭球体与多面柱体的组合形式；

图2为房屋剖面图；

图3为图2中的A-A剖视图；

图4为图2中的B-B剖视图；

图5(a)至图5(b)为中心柱节点图；其中图5(a)为中心柱与上部钢梁及斜拉筋的连接；图5(b)为中心柱与下部钢梁及带斜支撑的环形钢构件的连接；

图6(a)至图6(b)为基础与柱、板与钢构件连接图；其中图6(a)为板材和钢构件的连接示意；图6(b)为中心柱与基础间的连接示意；

图7为带有雨水收集装置的房屋示意图；

图8为房屋间连接示意图；

图9为曲面外墙板示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细描述。

一种轻型装配式海岛生活舱，主要可分为两层：一层为圆柱体或多面柱体，二层为球体或椭球体。房屋内设有不同的功能分区：一层内主要设有设备间、储藏间和厨卫，用于放置空调机组、电源电柜，并存储淡水和应急物资；同时也起到将人员生活空间架空一定高度从而避免虫蛇侵扰的作用；将厨卫设置在该空间内主要是为了方便给排水的布设；二层所占体积最大，是人员生活工作的主要空间，有卧室、工作间走廊等，可根据使用要求自由分隔各部分面积。房屋的外型可以有多种形式（图1(a)至图1(c)），有但不限于柱体和园球体组合、柱体和椭球体组合；房屋顶盖部分有但不限于球面盖、平面盖、锥形盖等。

所述房屋建筑的结构（图2）包括基础201、中心柱202、钢梁203、圈梁204、钢悬梯205、曲面外墙206、隔墙207、地板208、天花板209、顶盖210、立柱211以及门窗等，均在工厂内预制成型，上岛进行现场组装。室内设备有空气处理机组212。

所述的房屋的曲面外墙206采用玻璃钢或轻质合金材料包覆的内保温防腐轻质复合板材，这里称之为夹心复合板材。板材的形状依据不同房屋外壳形状而不同，如橘瓣形，柱面形等；板材可根据需要带有可开玻璃窗、不可开玻璃窗。板的外表面可喷涂耐候涂层，内表面设有预埋件，可装贴不同内饰面。地板208为复合地板，在工厂内预制成型，上岛后进行现场铺装。房屋内墙207使用夹心复合板材，具有一定强度并带预埋件，以便实现进一步功能，如悬挂支撑可收起的折叠床、隔板桌架等。

所述房屋的中心柱202是中空的，顶端焊有弧形钢板用来固定顶盖，下部焊接连接件，以便通过螺栓连接将中心柱固定在基础上，保证整个房屋的稳定性。房屋四周立柱211以同样的方式固定在基础上，立柱上端与二层地板下的钢梁通过螺栓连接。

所述房屋的旋梯205由钢支架支撑，可以不直接固定在中心柱上；房屋的门可以是平开门也可以是平面或曲面推拉门。

中心柱的上部和下部通过螺栓连接有两组钢梁203，其外端固定有圈梁204。中心柱二层地板处焊有带斜支撑的环形钢构件（图5(b)）；下部的钢梁末端与下部圈梁通过螺栓连接，靠近中心柱的一端与中心柱上的环形钢构件连接。中心柱二层天花板处焊有用于连接上部钢梁的耳板，上部钢梁外端与上部圈梁相连；中心柱和钢梁间有斜拉筋增大连接的强度（图5(a)）。中心柱202、钢梁203、圈梁204和四周立柱211共同组成所述房屋的主体钢框架结构。四周立柱为C型钢制成，圈梁和钢梁架为槽钢制成，各个钢构件间的连接示意如图3、图4所示。

所述房屋的基础部分201材料为混凝土（图6(a)至图6(b)），做在中心柱202和柱体四周的立柱211下方，用于固定中心柱和四周立柱。立柱211通过地脚螺栓固定在下方的基础上。螺栓连接的强度和混凝土基础的体积均应经过相应的计算与校核。

所述的预制外墙板通过预埋件及螺栓连接固定在两圈梁及四周的立柱上（图6(b)），顶盖板以同样的形式覆盖在与中心柱焊接在一起的弧形钢板上。如图2，顶盖和二层、二层和一层的墙板间采用搭接的形式，接缝处填塞密封橡胶条；同层板材间采用插接的形式，接缝处同样做好密封。

如图2所示，所述房屋的中心柱是中空的，在兼作空调系统的风管的管段内衬有聚乙烯衬里。房屋二层是空调区，回风回到一层，最终回到空气处理机组。空调系统采用全空气系统，空气处理机组放置在一层设备间，室外机放置在房屋外靠近设备间处。室外高温高湿的新风与室内回风经机组处理后由机组出风口送至中心柱，从中心柱再分别送至各个房间，送风形式为上送或下送风的方式。这种气流组织形式更接近置换通风，既能提高人员的舒适性，又可节约海岛上宝贵的电能。由于空调系统设有新风，故不需开门开窗通风换气。这样一来，在为室内人员提供舒适的工作生活环境的同时，能够避免室外高温高湿的空气进入空调房间造成大量结露的问题。在预制相关构件的同时做好中心柱的防腐衬里层，运输上岛后，现场建筑和机组安装完毕，空调系统即可投入使用。

如图7，在所述房屋一二层的交接位置，可以设置雨水收集装置701，回收利用雨水。在淡水资源稀缺的海岛，所收集到的雨水显得尤为宝贵。

选择球体外型和曲面屋面，作为本实例的优选外型如图1(a)至图1(c)。

二层的外墙所用复合板材形状为完全相同的球瓣形（图9），在工厂内由玻璃纤维、胶粘剂、保温材料压制而成，边缘有搭接和插接所需的凹槽等。板材制作时有预埋件，用于板材之间和结构的连接，并满足室内家具安装的需要。板材上设有不可开双层玻璃窗用于采光。柱体空间外墙材料与球体空间相同，形状为圆柱型，设有密封等级较高的可开玻璃窗和外门。

内部隔墙分两种，一种是沿球体径向设置的平面隔墙，设有预埋件用于悬挂支撑折叠床和隔板；另一种是沿圆周设置的弧形墙。内门为平面或曲面推拉门。室内的桌、床、书架等均固定在墙面上，只有衣柜直接放置在地板上。人通过旋梯上至二层后，首先进入起居室；与起居室直接相连的是一间卧室和工作间，穿过工作间后是另一卧室。

本实例的施工任务为：上岛后，选择平坦坚实、远离海水的地点，最好有植物遮挡，避免直接暴露在空旷场地中；先确定中心柱和四周四立柱的位置，在这些位置作混凝土基础。

预制的中心柱和其他立柱底段焊有钢构件，通过地脚螺栓固定在基础上，确保各柱的稳定。预制的两圈梁架共八根，对称地通过螺栓连接固定在中心柱上，梁柱之间有辅助钢构件用于增强结构稳定性；两圈梁分别与梁圈钢梁架连接固定。中心柱、其他立柱、圈梁和八根梁架及其辅助钢构件，构成该房屋的钢结构框架。钢旋梯并不直接固定在中心柱上，而是由钢构件作支撑，立于地面；为节省空间，不设置扶手，每阶间的距离尽量大。在钢结构框架中，节点经过力学计算并进行相应的连接节点设计；所有的连接构件如螺栓连接结构等按相关规范标准设计并经力学计算，连接强度满足海岛特殊的环境要求。

将柱面板材依次先固定在四周立柱上，再进行板材之间的密封和连接，缝隙处填塞橡胶条压紧。橘瓣板材固定在上下两圈梁架上，接缝处填塞橡胶条密封。曲面屋盖直接通过螺栓连接在中心柱顶部焊有的钢板上。屋盖与球瓣板材、球瓣板材与柱面板材的连接采用搭接的形式，屋盖的厚度略大于橘瓣板材，橘瓣板材的厚度又略大于柱面板材。这种连接形式可以有效地防止雨水渗漏。地板和天花板分别铺装在上下两层轻钢龙骨架上。地板上预留有空调送风的圆形风口。隔墙固定在上下两层梁架间，同时安装推拉门。安装隔墙时，先安装径向的平面隔墙，而后进行固定位置家具，如隔板和床、书桌等的安装，最后完成弧形隔墙和各推拉门的安装。

预制的中空中心柱充当空调的送风管，这样既能节省房屋内空间、又可充分利用各个部件。充当风管的中心柱部分内衬聚乙烯衬里，外表面敷设保温层。为保证中心柱的强度，送向四个房间的送风管开口高度相隔一定距离，开口对称分布；同时，在开口处设有局部强化构件，尽量减小中心柱开孔对其强度的影响。

另一种房屋群的实施方案，借助附图8予以说明。所述房屋可以单独建造使用，也可以数个或数十个在海岛上形成聚落。同时，相邻较近的房屋间可以通过拱顶通道801连接，通道由预制的钢框架和复合板材组成。这种形式适合于旅游度假或人员较多的科考活动。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。