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一分钟带你了解竹结构材料在建筑领域的应用
发布时间:2020-11-05  阅读:

  竹材作为一种传统的建筑材料,竹建构的应用及其表现出的形式和空间是一种对建筑本质的回归。我国竹木资源丰富,利用可再生竹木资源来最大化地实现新农村建设的可持续发展。


  目前,国内竹建构技术的应用较少,竹构建筑发展速度缓慢,少有优秀竹构建筑作品由中国建筑师设计。冯纪忠先生设计的上海方塔园中的“何陋轩”,如此优秀的竹构建筑在国内极为罕见。一些主题特色酒店、度假景区、公园小品等临时性或品质需求较低的建筑中开始大量使用竹材,当然运用的方式也相对简单,大多还是以竹材代替木材的基本做法,竹材众多的优良的特性在这样的处理方法中并没有得到很好表现。宏观来看,国内少有优秀的竹构建筑问世。


一分钟带你了解竹结构材料在建筑领域的应用


  在这种竹材运用相对落后的总体情况下,国内仍有一部分学者在此领域进行了深入的研究。从结构工程师的视角对竹材的材料特征以及力学性质进行深入研究。2007年12月,世界上首座能够通行车辆的全竹结构桥梁在湖南耒阳市建成通车,这座全竹结构的桥梁实际承载能力约90吨,跨度达到10米。


  于2000年7月成立的国际竹藤中心,是国家林业局建立的下属非营利性科学事业单位。国际竹藤中心在2004年与中国林业科学研究院合作设计,通过使用竹材料,建成云南省屏边小学,整个小学的墙板、屋架、屋面均采用了竹集成板和竹胶合板搭建而成。广州省南昆山十字水度假区的建筑大量运用了竹建构技术,其中最具代表性的建筑竹桥,桥拱长约25米,每平方米内可承重350公斤,竹桥通体圆润呈金黄色,材料全部采集南昆山当地的毛竹进行建造。

  最高处近7米的竹艺景观竹建筑——竹编织棚架及36m跨度、18m高度的造型演绎竹棚架。另外一大看点就是这个高达18m的竹艺景观竹建筑“穹之顶”,据说是目前国内最高的竹编竹建筑。15000根原生毛竹纯手工编制,没有任何钢架结构。  竹结构材料在建筑领域的应用

  建筑业是各行业赖以发展的基础先导产业,为国民经济各部门提供物质基础,没有强大的建筑业,社会再生产活动无法进行。建筑业每年以1-3%速度增长。
  在建筑工程中由于大量天然木材被运用于房屋建造中,致使结构用木材采伐殆尽,而我国属于木材资源相对短缺的国家。随着我国林业政策的调整,天然林的禁止采伐,生态公益林的保护,退耕还林战略的实施,使得木材资源紧缺的问题日益突出。同时,大量砍伐森林使自然环境的生态平衡受到严重威胁,水泥、钢材等建筑材料的生产又需耗费大量的资源和能源。因此,开发出一种节能、环保、健康的绿色建筑材料已势在必行。


一分钟带你了解竹结构材料在建筑领域的应用


  国内竹子特点有哪些?
  我国竹类资源丰富,养竹历史悠久,竹林面积、竹子种类及经济利用水平均居世界首位,被誉为“竹子王国”。全世界约有100属1200多种竹子,而我国计有39属约500余种,其中具有较高的经济、生态价值而被栽培、利用的有16属200余种。

  竹子是一种天然速生材料,与木材有着相似的质感,且我国竹材资源丰富,合理开发利用竹建筑材料可缓解国内木材供需矛盾,具有十分重要的经济、社会和环境效益。竹材色泽柔和、纹理清晰、手感光滑、富有弹性,给人以良好的视觉、嗅觉和触觉感受。它重量轻、韧性好、强度高,可以被做成桁架来解决建筑中的大跨度问题,是一种优质的建筑材料。同时,竹材又是一种生态环保的绿色建材,CO2吸收量是普通树木的4倍,具有木材加工过程中可车、可铣、可雕的工艺性能。在使用期过后,材料可以被完全回收并再次利用。竹材还是一种低能耗的建筑材料,当建筑面积相同时,竹材与混凝土的能耗比为1∶8,与钢材的能耗比为1∶50。
  竹材、钢材及木材的抗拉强度比较表

  材料种类类别抗拉强度(MPa)
  内侧外侧平均
  竹材毛竹298.4 89.3 193.9
  钢材工钢235.0~370.0
  木材

  杉木23.1~44.0
  松木22.7~90.7

  此外,“竹”所具有的特殊文化意义是不可忽视的。随着现代工业化进程的飞速发展,生活在钢筋混凝土建筑丛林中的人们开始向往回归大自然,自然与建筑的融合成为21世纪的重要课题。竹结构建筑因竹材天然的色彩、形态和质感,给人以回归自然的心理感受,容易与环境要素统一协调,在园林建筑及室内装饰中占有重要地位。竹结构建筑历史源远流长,富有自然简约、典雅秀丽、清新空灵的美感,并充满浓浓的乡土气息。为了最大限度地发挥竹材的材质美感,一些建筑设计师更是把竹子直接当作竹建筑材料,使其与自然景观和谐地融合在一起。

  竹子作为竹建筑材料有哪些特点?
  在全球范围内绿色生态思潮的巨大冲击下,竹材作为现代建筑材料已经越来越受到人们的重视,我国得天独厚的竹材资源为竹材工业的发展奠定了坚实的物质基础。竹材在建筑业的应用中具有以下几点优势:
  1、与其他建筑材料如石、砖、混凝土、钢材等不可再生的矿物资源相比,竹材是一种极好的可再生资源,一般3~5a即可成材,只要合理开采、种植,可永续再用。随着竹材加工业的发展,很多速生材也可用于建筑结构中,大大缩短了再生产周期。
  2、在传统建筑材料的制造过程中,每年约消耗近百亿吨的矿物资源,同时还要消耗全国总能耗15%的能源,造成严重的资源短缺和环境污染。竹材作为建筑材料,在施工建造过程中能耗、污染方面远远小于建造砖、石和混凝土类建筑物,是很好的绿色材料。从表2建筑材料寿命周期对环境影响的比较可见,就能源利用和空气、水污染而言,竹材对环境的影响较小。
2
  建材寿命周期对环境的影响对照表
2
  材料水污染温度效应空气污染指数固体废弃物
2
  竹材1 1 1 1
  钢材120 1.47 1.44 1.37
  水泥0.9 1.88 1.69 1.95
  3、竹材的韧性好,且竹结构住宅自重轻,地震时吸收的地震力也相对较少。即使在强烈的地震中整体结构出现变形,也不会散架或垮塌。据报道,1991年在哥斯达黎加发生的里氏7.6级地震中,大批砖瓦和钢筋混凝土建筑都倒塌了,而位于震中的30座竹房屋却安然无恙。
  4、竹材导热系数小,一般竹材的导热系数为0.30W/m•k左右,具有良好的保温隔热性能。若要达到同样的保温效果,竹材需要的厚度是混凝土的1/15,是钢材的1/400;在同样的厚度条件下,竹材的隔热值比标准的混凝土高16倍,比钢材高400倍。此外,竹结构建筑的年平均湿度变化范围,保持在60%~80%之间,这与最佳居住环境相对湿度60%左右的指标最为接近。
  5、竹结构及配套部件易于定型化、标准化,实现构件的工厂预制和现场装配化施工,现场湿作业少,施工速度快,可大大提高资金的投资效益,实现住宅建筑技术集成化、产业化和工业化,提高住宅的科技含量。
  6、竹材人造板结构材料和传统的结构材料相比,具有强度高、韧性好、刚度大、变形小、尺寸稳定、性能优良等特点。其特性、结构取材、环境效益以及在住宅建筑中的使用功能、设计、施工、综合经济方面都具有优势。
  鉴于竹结构作为建筑材料具有如上所述的诸多优点,继续开展对竹结构材料的充分研究,使其在工程领域发挥更大的作用,具有特别重要的现实意义。

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