摘要：箱房造型優(yōu)美、安裝方便、保溫隔熱性能良好，具有很廣的應(yīng)用前景。優(yōu)美的鄉(xiāng)間別墅、視野開闊的海邊小屋、機(jī)械文藝的辦公場(chǎng)所，這些優(yōu)美的建筑物正在不斷的刷新我們的眼界。本人有幸參與到了集裝廂房的研究和開發(fā)當(dāng)中，閑暇之余，使用有限元軟件ABAQUS對(duì)集裝箱房進(jìn)行了有限元分析。本文主要進(jìn)行了集裝箱房的模態(tài)分析、靜力分析和剛度分析，得到了一些基本的結(jié)論，可供同行參考。后期還會(huì)對(duì)集裝箱房進(jìn)行深入的研究。

0.前言

集裝箱建筑作為預(yù)制化程度較高的一種建筑類型， 具有結(jié)構(gòu)形式新穎、 施工周期短、經(jīng)濟(jì)性好的特點(diǎn)，在國內(nèi)外得到了較快的發(fā)展，我國也頒布了相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) CECS 334 ∶2013《集裝箱模塊化組合房屋技術(shù)規(guī)程》。

集裝箱建筑在使用過程中存在連接節(jié)點(diǎn)、剛度及穩(wěn)定性方面的問題， 為此哈爾濱工業(yè)大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、天津大學(xué)、廣州大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)對(duì)集裝箱建筑的基本力學(xué)性能和抗側(cè)剛度等方面進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。

1.有限元模型

1.1單元與網(wǎng)格 

由于廂房主要由梁柱和壓型鋼板組成，其截面厚度均較薄，所以只能選用殼單元來進(jìn)行計(jì)算，梁柱的網(wǎng)格大小為100mm，板的網(wǎng)格大小為100mm。

1.1.結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格圖

1.2有限元模型

使用ABAQUS軟件建立的精細(xì)的有限元模型如圖1.2所示。

1.2.集裝箱房三維有限元模型

1.3建模建議

在建模初期，首先使用CAD三維實(shí)體建模，然后將模型的文件導(dǎo)入到ABAQUS中，在計(jì)算初期，由于結(jié)構(gòu)板的厚度很薄所以，網(wǎng)格劃分一直有問題。分析之后，個(gè)人認(rèn)為是單元選擇不當(dāng)以及板件截面太小造成的。因此在建模初期一定要根據(jù)構(gòu)件的受力形式來選擇單元，然后根據(jù)單元的性質(zhì)來劃分網(wǎng)格，而且需要在受力較大或者開洞的地方加密網(wǎng)格。

2.模態(tài)分析

建立集裝箱房的三維有限元模型之后，首先需要查看其模態(tài)分析結(jié)果，看其自振周期和振型是否合理。模態(tài)分析采用的方法是lanczos法。    

2.1基本周期

將集裝箱房的前六階自振周期匯總在表2.1中。

表2.1 集裝箱房自振周期匯總

振型	1	2	3	4	5	6
頻率（hz）	14.87	18.74	19.45	20.04	20.55	21.54

2.2基本振型

集裝箱房前三級(jí)自振周期的振型圖如圖2.1所示。其動(dòng)畫效果如圖2.2所示。

（a）一階振型圖

（b）二階振型圖

（c）三階振型圖

（d）四階振型圖

（e）五階振型圖

（f）六階振型圖

3.剛度分析

3.1實(shí)際模型的建立

實(shí)際的集裝箱房是有窗戶和門的，而上面的模型并未考慮門窗開洞對(duì)集裝箱房的影響，因?yàn)樵诒竟?jié)中，根據(jù)門窗的實(shí)際尺寸和位置進(jìn)行布置，這樣能夠更好的反應(yīng)集裝箱房的實(shí)際的動(dòng)力特性。

3.2模態(tài)分析

基本的自振周期如表3.1所示。結(jié)構(gòu)的振型圖見圖3.1，結(jié)構(gòu)模態(tài)分析動(dòng)畫見視頻3.2所示。

表3.1 集裝箱房自振周期匯總

振型	1	2	3	4	5	6
頻率（hz）	14.92	17.39	19.01	19.49	20.06	20.41

（a）一階振型圖

（b）二階振型圖

（c）三階振型圖

4.靜力分析

4.1荷載選擇

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定：樓面荷載取2.0KN/㎡,屋面荷載取活荷載和雪荷載的較大值參與荷載組合，故取0.5KN/㎡。

風(fēng)荷載：地面粗糙度為B，風(fēng)壓高度變化系數(shù)為1，基本風(fēng)壓0.35 KN/㎡，風(fēng)荷載體型系數(shù)為0.8，經(jīng)計(jì)算可得風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.285KN/㎡。

4.2靜力分析結(jié)果

集裝箱房靜力分析的應(yīng)力云圖如下4.1所示。

4.1.集裝箱房靜力分析應(yīng)力云圖

4.3懸挑箱房受力分析

集裝箱房*的優(yōu)勢(shì)是可以通過組合來實(shí)現(xiàn)良好的建筑造型，因此本文還研究了懸挑廂房的受力性能，其應(yīng)力云圖如圖4.2所示。

4.2.懸挑集裝箱房靜力分析應(yīng)力云圖

5.結(jié)語

集裝箱房在國內(nèi)屬于發(fā)展的初期，其中也有很多計(jì)算問題需要各位同行共同克服，本團(tuán)隊(duì)可以為新型集裝箱房研發(fā)添磚加瓦，也希望各位同行和我們一塊探討計(jì)算問題，推動(dòng)行業(yè)的進(jìn)步。

6.參考文獻(xiàn)

[1] 中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)．集裝箱模塊化組合房屋技術(shù)規(guī)程:CECS334:2013[S].北京:中國計(jì)劃出版社，2013．

[2] 吳從曉,楊淵,吳從永,楊濤,徐昕.集裝箱裝配建筑減震結(jié)構(gòu)及連接節(jié)點(diǎn)抗震性能分析研究[J].鋼結(jié)構(gòu),2019,34(04):1-8.

[3] 查曉雄，范坤杰. 集裝箱房抗側(cè)剛度分析Ⅰ:整箱蒙皮效應(yīng)[J]． 哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，49(6):102－108

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