集装箱设计

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坚固的钢制集装箱在20世纪50年代中期被发明和发展用于货物运输。30多年后,美国第一个将集装箱改造成可居住建筑的专利申请成功。

今天,世界上许多地方都在使用回收的集装箱,包括荷兰、美国、英国、法国、以色列和南非。此外,它们还被用于许多不同的用途,包括移动办公室、住房、度假场所、商店、餐馆、咖啡店、酒吧、会议和培训室、停车场服务人员的隔间、诊所、学校,甚至是独立的沐浴设施和创新的健身房单元。它们也通常用于存储任何类型的物品,包括家庭用品;许多公司租用集装箱,将大量货物储存在安全的地点。

尽管海运集装箱只有三种标准尺寸,但它们的用途非常广泛,而且都是按照严格的国际标准制造的。不可否认,这是世界上最强大的盒子,多个单位可以以无数种方式组合。它们可以并排使用,也可以堆叠起来形成多层结构。它们可以通过移除两个容器的一侧来重新配置成更大的空间,使其体积增加一倍。或者,它们也可以用在有共同屋顶结构的区域周围,覆盖集装箱以及中央或相邻空间。

但钢制集装箱实际上只是一种创新的建筑材料。除了运输货物和储存各种各样的东西,从原材料到珍贵的财产,如果它们要用于任何类型的人类居住,就需要进行实质性的修改。门窗需要安装,管道和电器也需要安装。供暖、通风和空调(HVAC)的所有元素都需要考虑,并纳入一个深思熟虑的设计。根据转换后的集装箱将实现的功能,一个全面的消防系统可能也需要纳入设计。

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集装箱改造最初被认为是一种高度经济的建筑形式,与传统的砖墙或木结构相比,集装箱改造通常具有较高的成本效益,而且完成起来要快得多,劳动强度也小得多,但以人为中心的结构需要与传统建筑相同的技术,以使它们适合于目的。

集装箱可以用于应急避难所,也可以作为传统的预制建筑,也可以作为一种现场组装的结构,形成一个基本的现场办公室,甚至是基本的住所,集装箱将安装门和窗户,并包含某种绝缘材料。但是机械、电气和管道系统通常是非常基本的,仅限于自来水和必要的电气化。当容器转换是为外壳和其他更永久性的功能而设计时,就需要机械、电气和管道(MEP)工程专业人员的输入,因为这些要求要复杂得多。

通过与有经验和能力的工程师紧密合作,确保MEP系统符合当地的建筑规范和法规,建筑师可以创造时尚、环保的住宅、办公室和其他建筑,既可持续,又具有美学吸引力。

集装箱设计
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集装箱是由美国卡车司机马尔科姆·麦克莱恩(Malcolm McLean)在20世纪四五十年代开创的,他是美国最大的卡车运输业之一,集装箱使国际运输业发生了革命性的变化。

虽然McLean最初的集装箱在尺寸方面是标准化的(所有35英尺),非常坚固,可堆叠,可锁定,但它们是相对初级的。但是这个行业发展很快,1968年第一个国际标准化组织(ISO)标准被引入。这些规定定义了货运集装箱的术语、尺寸和等级,以及它们应该被识别的方式。

作为这些原始标准的结果,航运集装箱的尺寸被规范。所有通用(GP)集装箱的宽度略低于2.5米或8英尺:

  1. 20英尺(6米)的集装箱,尺寸为20英尺× 8英尺(6.058米× 2.438米),高8.5英尺(2.591米)。这些也可用9.5英尺(2.896米)高的立方体。
  2. 40英尺(12米)集装箱,尺寸为40英尺× 8英尺(12.192米× 2.438米),高8.5英尺(2.591米)。高立方体也可用。
  3. 10英尺(3米)的集装箱,尺寸为10英尺× 8英尺(2.991米× 2.438米),高8.5英尺(2.591米)

如今,为不同的目的设计了不同类型的集装箱,包括用于跨洋运输干货物的集装箱,以及用于储存和运输需要冷藏的物品的冷藏集装箱。还有专门用于运输超大或非常规货物的集装箱。然而,GP容器是架构转换产品的标准。

ISO 1496-1: 1990 (E),系列1货运集装箱-规范和试验-第1部分:一般用途的普通货物集装箱详细说明了如何制造海运、公路或铁路运输的GP集装箱。除了尺寸,标准规定了集装箱的每个部分的公差和规格:角配件,端部和侧结构,墙壁和门的开口,以及对易于堆放非常重要的角配件。

其他重要要求涉及强度、载荷和载荷、集装箱屋顶(或顶部)的锁定装置,以及适用于门的固定系统。防风雨罩也包括在规格中。用于确保货运集装箱已正确制造的测试程序包含在同一个ISO文件中。这些测试包括:

  • 对满载的集装箱进行堆垛
  • 从箱子顶部的四个角配件上吊起集装箱
  • 从箱子底部的四个角配件上吊起集装箱
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另外还提供了10个测试程序。这使得制造商能够测试容器的每个部分的强度——端部和侧壁、地板和屋顶——以及纵向约束和横向刚度。还有一个测试,检查它是否经得起风雨,以及从叉车口袋和钩臂放置的底座(如果安装了这些)提起它的效率。

虽然这些标准的设计是为了确保集装箱在运输之前、期间和之后的运输和存储是坚固和安全的,但它们也为那些选择集装箱改造或建设项目的人提供了安心。在为新建筑项目选择使用的容器时,评估其结构完整性是很重要的,这是工程师可能发挥的另一个作用。旧集装箱在越洋运输后可能会凹陷和生锈。此外,它们有时还被涂上含铅涂料或其他产品,以保护金属表面不受海水中的水分和盐分的影响。出于安全考虑,这些必须被覆盖。然而,建筑师通常用新的地板、天花板和墙壁来设计集装箱结构,包括内部和外部。这有效地覆盖了凹痕和凹痕,也提供了一个简单的方法安装必要的绝缘。也就是说,为项目指定新的海运集装箱并不罕见。

虽然基本的管道和电源相对容易安装,但在这种环境下,供热和制冷系统往往是一个主要的挑战,这就是为什么越来越多的建筑师喜欢与MEP工程师合作进行集装箱建设项目。另一个因素是,即使容器本身是按照严格的国际(ISO)标准制造的,当容器转换为其他用途时,也必须遵守一些法规和规定。这些通常取决于地方法规,这些法规因地区、城市甚至国家而异。有些地方甚至可能没有规定,这可能导致缺乏控制,或者是全面禁止。例如,虽然所谓的预制结构的法规可能并不严格,但在许多地方,与集装箱建筑相关的法规可能很严格,因为这种类型的建筑基本上没有经过测试。

在进行集装箱建造之前,确定基本规则是至关重要的。

船舶集装箱设计的好处
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我们已经提到过,海运集装箱的设计比传统建筑更快,在许多方面更具有成本效益。它特别受欢迎的设计,以满足入门级和学生宿舍。集装箱办公室通常是一种“即插即用”的解决方案,在不需要其他主要工作的情况下,集装箱办公室就可以直接运送到现场,随时与水和电连接。不过,它们可以根据客户的规格进行定制。

此外,它们是便携式的,几乎可以运输到世界上任何地方,包括偏远地区。其他优点包括,大多数集装箱结构不需要广泛的土方工程或基础,尽管基础系统是必需的。设计也很容易适应倾斜的场地,这往往会增加传统建筑方法的成本。由于它们是模块化的,单个容器可以单独使用,也可以配置多个单元,以进行复杂的设计,或满足大量人员或多个家庭的需求。

当然,最终的成本将取决于为建筑选择的固定装置和设备,以及MEP系统的复杂性。

我们还讨论了钢制集装箱坚固耐用这一事实。一般来说,它们能抵抗霉菌、火灾和经常攻击木结构的昆虫。

一个很大的优点是,无论集装箱结构的尺寸和设计如何,单个单元都可以在工厂环境中转换,然后交付到设计中的各种集装箱组装和完成的现场。现场活动可能包括屋顶、覆层、连接和内部安装供水和其他管道元件以及电力、天然气和暖通空调系统。

事实上,在所谓的海运集装箱建设中,货运集装箱是核心,但这并不意味着不使用传统材料。事实上,设计师很容易将木材、砖块、灰泥甚至其他金属制成的元素结合在一起。当然,HVAC和MEC系统都应该是可持续的,并与传统建筑项目中使用的相同系统保持一致。

集装箱结构的MEP挑战
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任何集装箱结构的MEP系统都是至关重要的,就像在结构设计中纳入的绝缘一样。空间限制方面的挑战比传统的砖或木材住宅要大得多。

考虑所需的许多管道、电缆、通风口等。这些不能被纳入,除非有包层至少在建筑内部,在那里可以放置绝缘和各种组件。

出于这个原因,设计师通常在容器的内周长周围包括一个非承重框架,它可以用来悬挂石膏板或其他类型的干墙材料。然后,MEP系统组件可以隐藏在间隙中,这在框架完成后完成。门窗也在这个早期阶段被切割。

另一个主要挑战是由MEP工程师负责的通风、冷却和加热,这主要是由于集装箱的高度较低。一般来说,如果浅的管道系统可以隐藏在稍微悬挂的天花板上,则可以采用标准的通风系统。辐射加热和冷却系统需要更少的空间,因为它们使用软管而不是金属管道。

与其在安装阶段面对面地面对重大挑战,建筑师可以通过与MEP公司的合作从一开始就减少潜在的问题。这通常是物有所值的。

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