一種泡沫鋁制作的輕型集裝箱屋的制作方法

本發明涉及集裝箱房屋技術領域，具體涉及一種泡沫鋁制作的輕型集裝箱屋。

背景技術：

集裝箱屋是當今風靡全球的一類房屋，許多的人都喜歡這種簡單直接，安全，價低的房屋；尤其是在年輕人之中，這樣的一個房屋更是備受推崇，它可根據自己的喜好自由拼接，十分環保安全，成為當今房屋的流行標桿。因此，有理由相信，集裝箱屋在未來幾年內將極有可能會迎來它在中國的第一個爆發式增長。

之所以如此，因為集裝箱房屋具有與傳統房屋相媲美的優點：一是運輸方便，尤其適合經常更換施工點的單位，如建筑工地、救災、資源勘探、野外探險、度假休閑用房等；二是堅固耐用，95%以上由鋼件組成，具有很強的抗震、抗變形能力；三是密封性能好，嚴格的制造工藝使這種活動房具有很好水密性；四是集裝箱房基于標準鋼材底盤之上，可以衍生出許多組合空間，如會議室、宿舍、廚房、衛生間等；標準的寬度在2.4-2.6米，高度2.2-2.6米，長度為4米至12米，如20尺柜屋，40尺柜屋等；五是拆裝方便，性能優越，穩定牢固，防震性能好，防水防火防腐，重量輕。房屋為整體結構，內有框架，墻體為鋼板，可用木板飾面，可整體遷移，使用壽命可達20年以上。但也存在不容忽視的缺陷：一是房價偏高，除土地貴外，所用的多種材料也是傳統建材的高端產品；

二是集裝箱屋目前有兩種，一種是側板采用的彩鋼夾心泡沫板，不牢固，使用壽命比較短，而且不防盜。采用傳統集裝箱改裝的話雖然防盜效果好，但隔熱、隔音效果差，內部需要再裝配；

三是集裝箱屋一般采用鋼板焊接而成，外觀粗糙，欠缺建筑美感；鋼板導熱性強，為散熱，要花費大量的隔熱材料，才能做到室內溫度適宜居住的要求；另外裸露在室外的鋼結構件易生銹，無形中提高維護費用；鋼材密度大，僅自重在2噸以上，裝卸需要專業人員與專用工具；

四是單個的集裝箱屋面積小，如果采用多個集裝箱拼接的話，在拼接處的防水性不好，需要經常維護；

五是目前國內集裝箱油漆采用的都是油性漆，對人體危害比較大；

六是目前國內有能力生產優質集裝箱屋的企業少，人工費高，占成本比例大。

本發明正是針對現有集裝箱屋的優點與缺陷，開發出一種揚長避短的泡沫鋁制作的輕型集裝箱屋。

技術實現要素：

本發明以現有鋼結構件制作的20、40尺標準集裝箱屋為比較基準，其尺寸規格列于表1：

表1 現有集裝箱房屋類型、尺寸及自重數據表

本專利選用泡沫鋁中泡沫鋁合金及其復合結構件（或稱泡沫鋁三明治/泡沫鋁夾心層結構件）替代鋼結構件制作20尺/40尺輕型集裝箱屋，理由是：

第一、泡沫鋁合金及其三明治是21世紀最具潛力的新材料之一，由于其內部存在大量孔隙，使其具有質輕及比強度高等優點，同時具有很強的能量吸收性、抗沖擊性、高比強度、電磁屏蔽、吸聲性能、高阻尼性、低熱導率、低電導率等特殊優點，目前已應用于軌道交通、航空航天、軍事、汽車、綠色建筑、化工和電訊等多個領域，正從高端應用擴大到民用領域。作為新型建筑材料，它具有質輕、高比剛度、高比強度、美觀、不燃燒、不變形等優點，并兼有吸音、隔熱、電磁屏蔽、防水防潮、不釋放任何有害物質、可全部再生利用，對環境友好、充分利用可再生資源（空氣）等特性，可廣泛應用于商場、賓館、體育場的建筑裝潢。據此，為適應建筑材料行業需要，國家頒布了《建筑用泡沫鋁板》行業標準（JG/T 359-2012），各泡沫生產企業已能生產建筑用的多種規格型號尺寸的泡沫鋁、泡沫鋁合金及復合的板材與異形材，現已達到的產品性能指標為：密度：0.25g/cm3～0.75g/cm3；孔隙率：75%～90%；孔徑：均勻分布1—10mm，主孔徑4—8mm；抗壓強度： 3Mpa～17Mpa；抗彎強度：3Mpa～15Mpa；比強度：承受的質量可達自重的60倍以上； 耐火性：能不燃燒、不產生有毒氣體；耐腐蝕，使用壽命長。產品規格：2400mm*800mm*H或按客戶要求定制生產。

據有關研究，泡沫鋁合金及其復合結構件的強度、剛度雖然低于實體金屬，但比強度、比剛度優于實體金屬與純泡沫鋁，兼顧結構與功能的雙重特性，是制作輕質建材結構件的理想選擇，如表2所示：

表2泡沫鋁合金及其復合材與純泡沫鋁、鋼、鋁材的力學性能比較

第二、采用泡沫鋁合金及其復合結構件制作集裝箱屋與鋼結構件制作的集裝箱屋相比，具有以下優勢：

一是自重更輕。在確保集裝箱屋承重、抗震、抗暴風雨的前提下，經測算，房屋自重比同尺寸的鋼結構件屋輕1倍以上，給運送、裝卸帶來極大的方便，如表3所示：

表3泡沫鋁合金結構件屋與鋼結構件屋自重比較表

注:：本專利測算數據

二是結構單一整體性好。泡沫鋁合金及其三明治結構件組裝為集裝箱屋，可不用其他材料，就能滿足房屋的結構性與功能性要求，而鋼結構件則必須組合其他材料，如保溫隔熱材料、防腐蝕材料、吸音材料等，才能滿足房屋的功能性要求。由于不同材料的物理、化學性能不一致，當受到外加能量，如冷熱、沖擊、振動影響時，會產生不同的功能效應，造成房屋整體結構的改變，給維修、管理帶來諸多問題；

三是安全隱私性好。泡沫鋁集裝箱屋是一種可移動的簡易房，但有多功能的集成特性，隔音又隔熱，在夜晚能安然入睡，不受外界噪雜環境的影響，悠然入睡，這對旅游者快速恢復體能十分有利；遇到特殊情況，如地震、火災、泥石流、雪崩、特大風暴等自然災害時，住在泡沫鋁房屋里，產生剛柔相濟的緩沖吸能效果，減輕傷害，甚至免受傷害。若遇水災，泡沫鋁比水輕，能將人漂浮在水面上；若遇火災，泡沫鋁即使到1400℃也不燃燒不軟化，也不釋放任何有害氣體，增大救生的幾率；若遇巨大的沖擊波，泡沫鋁能緩沖吸能，減輕沖擊波對人的傷害，即使房屋沖擊垮了，因質量比水輕，能大大減輕對人的傷害程度，另外泡沫鋁合金具有良好的阻尼特征，能有效降低風振帶來的危害，還可使建筑物的固有振動周期與地震周期發生偏移，將自然危害降低到最小；一言以蔽之，遇到突發事故，住泡沫鋁集裝箱屋的安全性高于其他類型結構的集裝箱屋；

四是環境友好性好。泡沫鋁中70-80％是可再生的空氣資源，泡沫鋁不含任何有害物質，而且全部可以再生利用，是一種沒有廢渣、廢氣、充分利用可再生資源的綠色建筑材料，與環境協調友好。

五是加工性能優異，可設計性強。泡沫鋁具有便于加工的優良特點，可鋸、可切、可刨、可銑、可壓花等，易加工成各種板材、條材、棒材及異形件，其纖維結構與木材相似，可采用榫卯插裝/預埋/鉚接/膠結/焊接/及其組合方式進行板、柱、管的拼接，可根據房屋使用者的特定要求，選用不同性能的泡沫鋁材料制作不同風格、不同功能的輕型集裝箱屋，如救災屋、單人旅游屋、抗狂風暴雨的海島屋、抗雪崩的登山屋、裝進旅行車內的屋等；與彩鋼夾心板、木板相比，其比剛度、比強度高、耐磨性好，采用榫卯插裝的密封性好。

根據上述技術特征和可能實現的技術效果，本專利采取的技術方案是：一種泡沫鋁制作的輕型集裝箱屋，包括集裝箱屋框架本體，用榫卯/預埋/鉚接/膠結/焊接/及其組合方式，將立柱(1)、頂部與底部長橫梁(2)、頂部與底部側橫梁(3)、頂部面板(4)、底部面板(5)、長側面板(6)、短側面板(7)及龍骨架(8)拼接為20尺/40尺集裝箱屋；其特征在于集裝箱屋的8個構件，全部采用泡沫鋁合金及其復合板、管、條制作。

其中所述立柱(1)為泡沫鋁合金復合方管，立柱面板（1-1）為1㎜鋁合金板/0.5㎜不銹鋼板，制成10*10cm²正方形空心管，柱內夾心層（1-2）為密度0.5 g/cm³的閉孔泡沫鋁合金；立柱尺寸：長2591㎜ 、寬100㎜、厚100㎜；鋁合金面板復合的單根立柱重16.03㎏/不銹鋼面板復合的單根立柱重17.45㎏；制作20尺屋用4根，總重分別為64.1㎏/ 69.8㎏；40尺屋用6根，其中2根用于支撐40尺屋上下長橫梁的中部，總重分別為鋁合金板復合的96.2㎏/不銹鋼板復合的104.7㎏；據泡沫鋁合金承受質量可達自重60倍以上的比強度值測算，單根立柱承重≥1000㎏，4根立柱承重≥4000㎏（鋼結構件屋立柱設計要求的最大恒載荷約為3500㎏）；舌槽（1-3），用于與面板的邊接，備用拉環（1-4），共4個，用于整體加固/吊裝移動。

其中所述頂部與底部長橫梁（2）為泡沫鋁合金復合板，長橫梁的上、下面板（2-1）為1㎜的鋁合金板/0.5㎜不銹鋼板、面板間夾心層（2-2）為密度0.5 g/cm³的閉孔泡沫鋁合金；20尺屋長橫梁外形尺寸：長6058㎜、寬100㎜、厚100㎜，鋁合金面板復合的單根長橫梁重33.7㎏/不銹鋼面板復合的單根橫梁重35.3㎏，使用4根，頂部2根，底部2根，總重分別為135㎏/ 141㎏；40尺屋長橫梁外形尺寸：長12192㎜、寬100㎜、厚100㎜，鋁合金面板復合的單根橫梁重67.5 ㎏/不銹鋼面板復合的單根橫梁重70.6㎏，使用4根，頂部2根，底部2根，總重分別為270㎏/ 282.4㎏；橫梁舌槽(2-3)，用于橫梁與面板的邊接；立柱與長橫梁的連接，采用帶板綜角榫為主，預埋/膠結/焊接為輔方式，或依具體設計而定；

其中所述頂部與底部短橫梁（3）為泡沫鋁合金復合板，短橫梁的上、下面板(3-1)為1㎜的鋁合金板/0.5㎜不銹鋼板、面板間夾心層(3-2)為密度0.5 g/cm³的閉孔泡沫鋁合金；20尺屋與40尺屋短橫梁外形尺寸相同：長2440㎜、寬100㎜、厚100㎜，鋁合金復合的單根短橫梁重13.5㎏/不銹鋼復合的單根短橫梁重14.1㎏；20尺屋使用4根，頂部2根，底部2根，總重分別為54.1㎏/ 56.1㎏；40尺屋短橫梁，使用6根，頂部2根，底部2根，中部2根，總重分別為81.1㎏/ 84.8㎏；短橫梁舌槽（3-3），用于與面板邊接；立柱與短橫梁、長橫梁連接，采用帶板綜角榫為主，預埋/膠結/焊接為輔方式，或依具體設計而定。

其中所述頂部面板（4）為密度0.25 g/cm³、厚1.5cm的閉孔泡沫鋁合金板，制作方案有二，一是定制2400mm*800mm*15 mm、重7.4㎏的泡沫鋁合金單面板(4-1)，采用貫穿方栓邊接(企口式)為主，膠結為輔方式,將7.5塊單面板(4-1)拼接為6000 mm *2400mm*15 mm的20尺屋頂部面板(4-2)，重54㎏；用15塊泡沫鋁合金單面復合單板(4-1)，拼接為12100 mm *2400mm*15mm，的40尺屋頂部面板(4-3)，重108.9㎏；面板表面為平面或模壓為易于排水的異形面；二是選用泡沫鋁合金單面復合板制作，復合板為3㎜實木板/0.6㎜鋁合金板，單面復合的單板重：鋁合金板復合的10.3㎏/實木板復合的10.7㎏；20尺屋頂部復合面板重77.5㎏/79.9㎏，40尺屋頂部復合面板重155.9㎏/161.2㎏；據泡沫鋁合金承受質量可達自重60倍以上的比強度值測算，頂部面板承受載荷≥225㎏/㎡（鋼結構集裝箱屋頂部承受動載荷的設計值為150㎏/㎡）。

其中所述底部面板（5）為密度0.5 g/cm³、厚1.5cm的閉孔泡沫鋁合金板，制作方案有二，一是定制2400mm*800mm*15 mm、重14.9㎏的泡沫鋁合金單板（5-1），采用貫穿方栓邊接為主，膠結為輔方式，將7.5塊單面板拼接為6000 mm *2400mm*15 mm的20尺屋底部面板（5-2），重111.4㎏；用15塊泡沫鋁合金單板（5-1），拼接為12100mm *2400mm*15mm的40尺屋底部面板5-3，重217.4㎏；二是選用泡沫鋁合金單面復合板制作，復合板為3㎜實木板/2㎜大理石板，單面復合的單板重：實木板復合的18.3㎏/大理石板復合的24.8㎏；20尺屋頂部復合面板重137.3㎏/186.3㎏，40尺屋底部復合面板重270.1㎏/368.9㎏；據沫鋁合金承受質量可達自重60倍以上的比強度值測算，承受靜載荷≥450㎏/㎡（鋼結構集裝箱屋底部承受靜載荷的設計值為300㎏/㎡）。

其中所述長側面板（6）為密度0.25g/cm³、厚1.5 cm的閉孔泡沫鋁合金板，制作方案有二：一是定制2500mm*800mm*15m、重7.5㎏的泡沫鋁合金單板（6-1），采用貫穿方栓邊接為主，膠結為輔連接方式，將7.5塊單板（6-1）拼接為6000 mm *2500 mm *15 mm的 20尺屋長側面板（6-2），重56.25㎏，使用2個，共重112.5㎏；用15塊泡沫鋁合金單板（6-1），拼接為12100 mm *2500mm*15 mm的40尺屋長側面板（6-3），重113.4㎏，使用兩個，共重226.9㎏；二是選用泡沫鋁合金單面復合板制作，復合板為3㎜實木板，單面復合的單板重11.1㎏；20尺屋長側面復合板重83.3㎏，使用2個，共重166.5㎏；40尺屋長側面復合板重167.9㎏，使用2個，共重335.8㎏。

其中所述短側面板（7）為密度0.25 g/cm³、厚1.5 cm的閉孔泡沫鋁合金板, 制作方案有二：一是鑒于泡沫鋁合金單板的尺寸、重量與長面板中6-1相同，20尺屋與40尺屋短側面板都是選用3個單板，拼接為2400 mm *2500 mm *15 mm的短側面板（7-1），重22.5㎏，使用兩個，共重45㎏；二是選用泡沫鋁合金單面復合板制作，復合板為3㎜實木板，單面復合的單板重11.1㎏；20尺屋與40尺屋都用3塊拼接為短側復合面板，重33.3㎏，使用2個，共重66.6㎏。

據測算，20尺/40尺屋的四個側面可承受的風載荷≥2KN/㎡(鋼結構件集裝箱屋的四個側面承受的風載荷（11級）設計值＞0.55KN/㎡)，不僅能承受11級以上臺風，而且泡沫鋁具有優異的緩沖吸能特性，能吸收狂風沖擊面板的能量，從而減少屋內外的大氣壓差，減輕風災對輕型結構房屋的破壞。

其中所述龍骨架（8）為泡沫鋁合金復合板條，條厚30 mm，上、下面板為1㎜的鋁合金板/0.5 mm不銹鋼板、夾心層為密度0.5 g/cm³的閉孔泡沫鋁合金，用于承受6個面板的部分載荷，底部面板承受載荷較大，采用井字形骨架，上部面板與側面板承受載荷較小，采用十字形骨架，龍骨架與梁、面板及其骨架條間的連接，采用十字搭接、丁字搭接為主，預埋/膠結為輔，或依設計而定；20屋使用長龍骨5根，短龍骨12根，總重：鋁合金復合的38㎏，不銹鋼板復合47㎏；40屋使用長龍骨5根，短龍骨16根，總重：鋁合金復合的61㎏，不銹鋼板復合的69㎏。

其中所述連接方式，包括長橫梁、立柱、短橫梁之間連接，長橫梁、短橫梁與頂部面板，底部面板與長、短側面板連接、龍骨架間連接、龍骨架與長橫梁、短橫梁連接、面板間單板連接，采用圖8 列舉方式及其組合方式，拼接為兼顧剛性與柔性承載的輕型集裝箱屋。集裝箱屋所需的配套工程，如門窗、給排水、配電、通風、內裝飾等，通過設計，采用常規技術解決，不在本專利保護范圍內。

根據上述測算，本專利的輕型集裝箱屋的自重及其與鋼結構屋自重的比較示于表4：

表4 本專利輕型集裝箱屋構件自重測算表

表4所示，本專利在確保承載抗壓、緩沖減振、隔熱吸音、防火防水、安全環保、裝飾美觀的前提下，設計測算的集裝箱屋自重，比現有鋼結構件屋自重輕一倍以上，而且構件參數設計比較保守，與彩鋼夾心板相比，蒙皮較厚，泡沫鋁合金密度較高，全部構件采用泡沫鋁合金復合板等，因此針對不同地區、不同環境條件下使用，還有進一步降低自重的設計空間。

附圖說明

圖1為輕型集裝箱屋外形透視示意圖；

圖2為輕型集裝箱屋框架結構示意圖；

圖3為輕型集裝箱屋中泡沫鋁合金復合方管制作的立柱結構示意圖；

圖4為輕型集裝箱屋中泡沫鋁合金復合板制作的第橫梁、短橫梁結構示意圖；

圖5為輕型集裝箱屋中泡沫鋁合金板制作的頂部面板結構示意圖；

圖6為輕型集裝箱屋中泡沫鋁合金板制作的底部面板示意圖；

圖7為輕型集裝箱屋中泡沫鋁合金板制作的長、短側面板示意圖；

圖8為輕型集裝箱屋柱、梁、面板連接方式設計選擇的示意圖。

具體實施方式

圖1-圖8中的1是立柱、2是頂部與底部橫梁、3是頂部與底部側梁、4頂部面板、5是底部面板、6是長側面板、7短側面板、8是龍骨架、1-1是立柱表面、1-2是立柱內夾心層，1-3是立柱舌槽、1-4是拉環、2-1是橫梁的上、下面板、2-2是面板間夾心層、2-3是長橫梁舌槽、3-1是短橫梁的上、下面板、3-2是面板間夾心層、3-3是短橫梁舌槽、4-1是7.2㎏的泡沫鋁合金單板/及其單面的復合單板、4-2是 20尺屋頂部面板、4-3是40尺屋頂部面板、5-1是重14.4㎏的泡沫鋁合金單板/及其單面的復合單板、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㎏的泡沫鋁合金單板/及其單面的復合單板、6-2是20尺屋長側面板、6-3是40尺屋長側面板、7-1是20尺屋與40尺屋短側面板。