一种泡沫铝制作的轻型集装箱屋的制作方法

本发明涉及集装箱房屋技术领域，具体涉及一种泡沫铝制作的轻型集装箱屋。

背景技术：

集装箱屋是当今风靡全球的一类房屋，许多的人都喜欢这种简单直接，安全，价低的房屋；尤其是在年轻人之中，这样的一个房屋更是备受推崇，它可根据自己的喜好自由拼接，十分环保安全，成为当今房屋的流行标杆。因此，有理由相信，集装箱屋在未来几年内将极有可能会迎来它在中国的第一个爆发式增长。

之所以如此，因为集装箱房屋具有与传统房屋相媲美的优点：一是运输方便，尤其适合经常更换施工点的单位，如建筑工地、救灾、资源勘探、野外探险、度假休闲用房等；二是坚固耐用，95%以上由钢件组成，具有很强的抗震、抗变形能力；三是密封性能好，严格的制造工艺使这种活动房具有很好水密性；四是集装箱房基于标准钢材底盘之上，可以衍生出许多组合空间，如会议室、宿舍、厨房、卫生间等；标准的宽度在2.4-2.6米，高度2.2-2.6米，长度为4米至12米，如20尺柜屋，40尺柜屋等；五是拆装方便，性能优越，稳定牢固，防震性能好，防水防火防腐，重量轻。房屋为整体结构，内有框架，墙体为钢板，可用木板饰面，可整体迁移，使用寿命可达20年以上。但也存在不容忽视的缺陷：一是房价偏高，除土地贵外，所用的多种材料也是传统建材的高端产品；

二是集装箱屋目前有两种，一种是侧板采用的彩钢夹心泡沫板，不牢固，使用寿命比较短，而且不防盗。采用传统集装箱改装的话虽然防盗效果好，但隔热、隔音效果差，内部需要再装配；

三是集装箱屋一般采用钢板焊接而成，外观粗糙，欠缺建筑美感；钢板导热性强，为散热，要花费大量的隔热材料，才能做到室内温度适宜居住的要求；另外裸露在室外的钢结构件易生锈，无形中提高维护费用；钢材密度大，仅自重在2吨以上，装卸需要专业人员与专用工具；

四是单个的集装箱屋面积小，如果采用多个集装箱拼接的话，在拼接处的防水性不好，需要经常维护；

五是目前国内集装箱油漆采用的都是油性漆，对人体危害比较大；

六是目前国内有能力生产优质集装箱屋的企业少，人工费高，占成本比例大。

本发明正是针对现有集装箱屋的优点与缺陷，开发出一种扬长避短的泡沫铝制作的轻型集装箱屋。

技术实现要素：

本发明以现有钢结构件制作的20、40尺标准集装箱屋为比较基准，其尺寸规格列于表1：

表1 现有集装箱房屋类型、尺寸及自重数据表

本专利选用泡沫铝中泡沫铝合金及其复合结构件（或称泡沫铝三明治/泡沫铝夹心层结构件）替代钢结构件制作20尺/40尺轻型集装箱屋，理由是：

第一、泡沫铝合金及其三明治是21世纪最具潜力的新材料之一，由于其内部存在大量孔隙，使其具有质轻及比强度高等优点，同时具有很强的能量吸收性、抗冲击性、高比强度、电磁屏蔽、吸声性能、高阻尼性、低热导率、低电导率等特殊优点，目前已应用于轨道交通、航空航天、军事、汽车、绿色建筑、化工和电讯等多个领域，正从高端应用扩大到民用领域。作为新型建筑材料，它具有质轻、高比刚度、高比强度、美观、不燃烧、不变形等优点，并兼有吸音、隔热、电磁屏蔽、防水防潮、不释放任何有害物质、可全部再生利用，对环境友好、充分利用可再生资源（空气）等特性，可广泛应用于商场、宾馆、体育场的建筑装潢。据此，为适应建筑材料行业需要，国家颁布了《建筑用泡沫铝板》行业标准（JG/T 359-2012），各泡沫生产企业已能生产建筑用的多种规格型号尺寸的泡沫铝、泡沫铝合金及复合的板材与异形材，现已达到的产品性能指标为：密度：0.25g/cm³～0.75g/cm³；孔隙率：75%～90%；孔径：均匀分布1—10mm，主孔径4—8mm；抗压强度： 3Mpa～17Mpa；抗弯强度：3Mpa～15Mpa；比强度：承受的质量可达自重的60倍以上； 耐火性：能不燃烧、不产生有毒气体；耐腐蚀，使用寿命长。产品规格：2400mm*800mm*H或按客户要求定制生产。

据有关研究，泡沫铝合金及其复合结构件的强度、刚度虽然低于实体金属，但比强度、比刚度优于实体金属与纯泡沫铝，兼顾结构与功能的双重特性，是制作轻质建材结构件的理想选择，如表2所示：

表2泡沫铝合金及其复合材与纯泡沫铝、钢、铝材的力学性能比较

第二、采用泡沫铝合金及其复合结构件制作集装箱屋与钢结构件制作的集装箱屋相比，具有以下优势：

一是自重更轻。在确保集装箱屋承重、抗震、抗暴风雨的前提下，经测算，房屋自重比同尺寸的钢结构件屋轻1倍以上，给运送、装卸带来极大的方便，如表3所示：

表3泡沫铝合金结构件屋与钢结构件屋自重比较表

注:：本专利测算数据

二是结构单一整体性好。泡沫铝合金及其三明治结构件组装为集装箱屋，可不用其他材料，就能满足房屋的结构性与功能性要求，而钢结构件则必须组合其他材料，如保温隔热材料、防腐蚀材料、吸音材料等，才能满足房屋的功能性要求。由于不同材料的物理、化学性能不一致，当受到外加能量，如冷热、冲击、振动影响时，会产生不同的功能效应，造成房屋整体结构的改变，给维修、管理带来诸多问题；

三是安全隐私性好。泡沫铝集装箱屋是一种可移动的简易房，但有多功能的集成特性，隔音又隔热，在夜晚能安然入睡，不受外界噪杂环境的影响，悠然入睡，这对旅游者快速恢复体能十分有利；遇到特殊情况，如地震、火灾、泥石流、雪崩、特大风暴等自然灾害时，住在泡沫铝房屋里，产生刚柔相济的缓冲吸能效果，减轻伤害，甚至免受伤害。若遇水灾，泡沫铝比水轻，能将人漂浮在水面上；若遇火灾，泡沫铝即使到1400℃也不燃烧不软化，也不释放任何有害气体，增大救生的几率；若遇巨大的冲击波，泡沫铝能缓冲吸能，减轻冲击波对人的伤害，即使房屋冲击垮了，因质量比水轻，能大大减轻对人的伤害程度，另外泡沫铝合金具有良好的阻尼特征，能有效降低风振带来的危害，还可使建筑物的固有振动周期与地震周期发生偏移，将自然危害降低到最小；一言以蔽之，遇到突发事故，住泡沫铝集装箱屋的安全性高于其他类型结构的集装箱屋；

四是环境友好性好。泡沫铝中70-80％是可再生的空气资源，泡沫铝不含任何有害物质，而且全部可以再生利用，是一种没有废渣、废气、充分利用可再生资源的绿色建筑材料，与环境协调友好。

五是加工性能优异，可设计性强。泡沫铝具有便于加工的优良特点，可锯、可切、可刨、可铣、可压花等，易加工成各种板材、条材、棒材及异形件，其纤维结构与木材相似，可采用榫卯插装/预埋/铆接/胶结/焊接/及其组合方式进行板、柱、管的拼接，可根据房屋使用者的特定要求，选用不同性能的泡沫铝材料制作不同风格、不同功能的轻型集装箱屋，如救灾屋、单人旅游屋、抗狂风暴雨的海岛屋、抗雪崩的登山屋、装进旅行车内的屋等；与彩钢夹心板、木板相比，其比刚度、比强度高、耐磨性好，采用榫卯插装的密封性好。

根据上述技术特征和可能实现的技术效果，本专利采取的技术方案是：一种泡沫铝制作的轻型集装箱屋，包括集装箱屋框架本体，用榫卯/预埋/铆接/胶结/焊接/及其组合方式，将立柱(1)、顶部与底部长横梁(2)、顶部与底部侧横梁(3)、顶部面板(4)、底部面板(5)、长侧面板(6)、短侧面板(7)及龙骨架(8)拼接为20尺/40尺集装箱屋；其特征在于集装箱屋的8个构件，全部采用泡沫铝合金及其复合板、管、条制作。

其中所述立柱(1)为泡沫铝合金复合方管，立柱面板（1-1）为1㎜铝合金板/0.5㎜不锈钢板，制成10*10cm²正方形空心管，柱内夹心层（1-2）为密度0.5 g/cm³的闭孔泡沫铝合金；立柱尺寸：长2591㎜ 、宽100㎜、厚100㎜；铝合金面板复合的单根立柱重16.03㎏/不锈钢面板复合的单根立柱重17.45㎏；制作20尺屋用4根，总重分别为64.1㎏/ 69.8㎏；40尺屋用6根，其中2根用于支撑40尺屋上下长横梁的中部，总重分别为铝合金板复合的96.2㎏/不锈钢板复合的104.7㎏；据泡沫铝合金承受质量可达自重60倍以上的比强度值测算，单根立柱承重≥1000㎏，4根立柱承重≥4000㎏（钢结构件屋立柱设计要求的最大恒载荷约为3500㎏）；舌槽（1-3），用于与面板的边接，备用拉环（1-4），共4个，用于整体加固/吊装移动。

其中所述顶部与底部长横梁（2）为泡沫铝合金复合板，长横梁的上、下面板（2-1）为1㎜的铝合金板/0.5㎜不锈钢板、面板间夹心层（2-2）为密度0.5 g/cm³的闭孔泡沫铝合金；20尺屋长横梁外形尺寸：长6058㎜、宽100㎜、厚100㎜，铝合金面板复合的单根长横梁重33.7㎏/不锈钢面板复合的单根横梁重35.3㎏，使用4根，顶部2根，底部2根，总重分别为135㎏/ 141㎏；40尺屋长横梁外形尺寸：长12192㎜、宽100㎜、厚100㎜，铝合金面板复合的单根横梁重67.5 ㎏/不锈钢面板复合的单根横梁重70.6㎏，使用4根，顶部2根，底部2根，总重分别为270㎏/ 282.4㎏；横梁舌槽(2-3)，用于横梁与面板的边接；立柱与长横梁的连接，采用带板综角榫为主，预埋/胶结/焊接为辅方式，或依具体设计而定；

其中所述顶部与底部短横梁（3）为泡沫铝合金复合板，短横梁的上、下面板(3-1)为1㎜的铝合金板/0.5㎜不锈钢板、面板间夹心层(3-2)为密度0.5 g/cm³的闭孔泡沫铝合金；20尺屋与40尺屋短横梁外形尺寸相同：长2440㎜、宽100㎜、厚100㎜，铝合金复合的单根短横梁重13.5㎏/不锈钢复合的单根短横梁重14.1㎏；20尺屋使用4根，顶部2根，底部2根，总重分别为54.1㎏/ 56.1㎏；40尺屋短横梁，使用6根，顶部2根，底部2根，中部2根，总重分别为81.1㎏/ 84.8㎏；短横梁舌槽（3-3），用于与面板边接；立柱与短横梁、长横梁连接，采用带板综角榫为主，预埋/胶结/焊接为辅方式，或依具体设计而定。

其中所述顶部面板（4）为密度0.25 g/cm³、厚1.5cm的闭孔泡沫铝合金板，制作方案有二，一是定制2400mm*800mm*15 mm、重7.4㎏的泡沫铝合金单面板(4-1)，采用贯穿方栓边接(企口式)为主，胶结为辅方式,将7.5块单面板(4-1)拼接为6000 mm *2400mm*15 mm的20尺屋顶部面板(4-2)，重54㎏；用15块泡沫铝合金单面复合单板(4-1)，拼接为12100 mm *2400mm*15mm，的40尺屋顶部面板(4-3)，重108.9㎏；面板表面为平面或模压为易于排水的异形面；二是选用泡沫铝合金单面复合板制作，复合板为3㎜实木板/0.6㎜铝合金板，单面复合的单板重：铝合金板复合的10.3㎏/实木板复合的10.7㎏；20尺屋顶部复合面板重77.5㎏/79.9㎏，40尺屋顶部复合面板重155.9㎏/161.2㎏；据泡沫铝合金承受质量可达自重60倍以上的比强度值测算，顶部面板承受载荷≥225㎏/㎡（钢结构集装箱屋顶部承受动载荷的设计值为150㎏/㎡）。

其中所述底部面板（5）为密度0.5 g/cm³、厚1.5cm的闭孔泡沫铝合金板，制作方案有二，一是定制2400mm*800mm*15 mm、重14.9㎏的泡沫铝合金单板（5-1），采用贯穿方栓边接为主，胶结为辅方式，将7.5块单面板拼接为6000 mm *2400mm*15 mm的20尺屋底部面板（5-2），重111.4㎏；用15块泡沫铝合金单板（5-1），拼接为12100mm *2400mm*15mm的40尺屋底部面板5-3，重217.4㎏；二是选用泡沫铝合金单面复合板制作，复合板为3㎜实木板/2㎜大理石板，单面复合的单板重：实木板复合的18.3㎏/大理石板复合的24.8㎏；20尺屋顶部复合面板重137.3㎏/186.3㎏，40尺屋底部复合面板重270.1㎏/368.9㎏；据沫铝合金承受质量可达自重60倍以上的比强度值测算，承受静载荷≥450㎏/㎡（钢结构集装箱屋底部承受静载荷的设计值为300㎏/㎡）。

其中所述长侧面板（6）为密度0.25g/cm³、厚1.5 cm的闭孔泡沫铝合金板，制作方案有二：一是定制2500mm*800mm*15m、重7.5㎏的泡沫铝合金单板（6-1），采用贯穿方栓边接为主，胶结为辅连接方式，将7.5块单板（6-1）拼接为6000 mm *2500 mm *15 mm的 20尺屋长侧面板（6-2），重56.25㎏，使用2个，共重112.5㎏；用15块泡沫铝合金单板（6-1），拼接为12100 mm *2500mm*15 mm的40尺屋长侧面板（6-3），重113.4㎏，使用两个，共重226.9㎏；二是选用泡沫铝合金单面复合板制作，复合板为3㎜实木板，单面复合的单板重11.1㎏；20尺屋长侧面复合板重83.3㎏，使用2个，共重166.5㎏；40尺屋长侧面复合板重167.9㎏，使用2个，共重335.8㎏。

其中所述短侧面板（7）为密度0.25 g/cm³、厚1.5 cm的闭孔泡沫铝合金板, 制作方案有二：一是鉴于泡沫铝合金单板的尺寸、重量与长面板中6-1相同，20尺屋与40尺屋短侧面板都是选用3个单板，拼接为2400 mm *2500 mm *15 mm的短侧面板（7-1），重22.5㎏，使用两个，共重45㎏；二是选用泡沫铝合金单面复合板制作，复合板为3㎜实木板，单面复合的单板重11.1㎏；20尺屋与40尺屋都用3块拼接为短侧复合面板，重33.3㎏，使用2个，共重66.6㎏。

据测算，20尺/40尺屋的四个侧面可承受的风载荷≥2KN/㎡(钢结构件集装箱屋的四个侧面承受的风载荷（11级）设计值＞0.55KN/㎡)，不仅能承受11级以上台风，而且泡沫铝具有优异的缓冲吸能特性，能吸收狂风冲击面板的能量，从而减少屋内外的大气压差，减轻风灾对轻型结构房屋的破坏。

其中所述龙骨架（8）为泡沫铝合金复合板条，条厚30 mm，上、下面板为1㎜的铝合金板/0.5 mm不锈钢板、夹心层为密度0.5 g/cm³的闭孔泡沫铝合金，用于承受6个面板的部分载荷，底部面板承受载荷较大，采用井字形骨架，上部面板与侧面板承受载荷较小，采用十字形骨架，龙骨架与梁、面板及其骨架条间的连接，采用十字搭接、丁字搭接为主，预埋/胶结为辅，或依设计而定；20屋使用长龙骨5根，短龙骨12根，总重：铝合金复合的38㎏，不锈钢板复合47㎏；40屋使用长龙骨5根，短龙骨16根，总重：铝合金复合的61㎏，不锈钢板复合的69㎏。

其中所述连接方式，包括长横梁、立柱、短横梁之间连接，长横梁、短横梁与顶部面板，底部面板与长、短侧面板连接、龙骨架间连接、龙骨架与长横梁、短横梁连接、面板间单板连接，采用图8 列举方式及其组合方式，拼接为兼顾刚性与柔性承载的轻型集装箱屋。集装箱屋所需的配套工程，如门窗、给排水、配电、通风、内装饰等，通过设计，采用常规技术解决，不在本专利保护范围内。

根据上述测算，本专利的轻型集装箱屋的自重及其与钢结构屋自重的比较示于表4：

表4 本专利轻型集装箱屋构件自重测算表

表4所示，本专利在确保承载抗压、缓冲减振、隔热吸音、防火防水、安全环保、装饰美观的前提下，设计测算的集装箱屋自重，比现有钢结构件屋自重轻一倍以上，而且构件参数设计比较保守，与彩钢夹心板相比，蒙皮较厚，泡沫铝合金密度较高，全部构件采用泡沫铝合金复合板等，因此针对不同地区、不同环境条件下使用，还有进一步降低自重的设计空间。

附图说明

图1为轻型集装箱屋外形透视示意图；

图2为轻型集装箱屋框架结构示意图；

图3为轻型集装箱屋中泡沫铝合金复合方管制作的立柱结构示意图；

图4为轻型集装箱屋中泡沫铝合金复合板制作的第横梁、短横梁结构示意图；

图5为轻型集装箱屋中泡沫铝合金板制作的顶部面板结构示意图；

图6为轻型集装箱屋中泡沫铝合金板制作的底部面板示意图；

图7为轻型集装箱屋中泡沫铝合金板制作的长、短侧面板示意图；

图8为轻型集装箱屋柱、梁、面板连接方式设计选择的示意图。

具体实施方式

图1-图8中的1是立柱、2是顶部与底部横梁、3是顶部与底部侧梁、4顶部面板、5是底部面板、6是长侧面板、7短侧面板、8是龙骨架、1-1是立柱表面、1-2是立柱内夹心层，1-3是立柱舌槽、1-4是拉环、2-1是横梁的上、下面板、2-2是面板间夹心层、2-3是长横梁舌槽、3-1是短横梁的上、下面板、3-2是面板间夹心层、3-3是短横梁舌槽、4-1是7.2㎏的泡沫铝合金单板/及其单面的复合单板、4-2是 20尺屋顶部面板、4-3是40尺屋顶部面板、5-1是重14.4㎏的泡沫铝合金单板/及其单面的复合单板、5-2是20尺屋底部面板、5-3是40尺屋底部面板、6-1是7.5㎏的泡沫铝合金单板/及其单面的复合单板、6-2是20尺屋长侧面板、6-3是40尺屋长侧面板、7-1是20尺屋与40尺屋短侧面板。