探索竹材在建筑结构中的应用前景

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangxintju4
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  摘要:本文分析了竹材的特点和应用现状,针对其材料特点对其应用前景进行了分析,有一定参考价值。
  关键词:竹材;建筑结构;应用前景
  中图分类号:G267 文献标识码:A 文章编号:
  一、竹材的特点
  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。
  
  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建筑材料,使其与自然景观和谐地融合在一起。
  二、竹建筑材料的特点
  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。
  
  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。
  三、竹建筑材料的应用
  新型竹结构建筑将使用原竹、竹材、竹胶合板、竹地板、竹层积材等各种结构和装饰用材,是应用竹质材料量最大、种类最多的开发项目。竹结构建筑的发展可以作为竹产业发展的龙头,带动许多相关竹加工业的发展,并能促进竹子种植的同步发展,从而形成“资源培育—产品开发与生产—原材料使用”的良性循环产业链。
  1、原竹利用
  (1)受力构件
  由于竹在长度方向上抗拉、抗压能力较好,且富有韧性与弹性,抗弯能力也很强,不易折断。因此,在一些简易房屋的构造中可将竹材作为受力构件。一般用较粗的竹秆或竹秆束作房屋的梁、柱、椽等承重材料,屋顶、墙壁、天花板则采用竹片拼接而成。这种直接由竹秆建造的房屋,由于竹秆形状为圆形,尺寸误差较大,竹秆力学强度有限,因此只能用于结构简单,承重力小的受力构件。
  (2)脚手架
  在世界范围内,以竹材作为建筑施工的脚手架已有较长的历史,甚至在现代高层建筑施工中仍在继续使用。竹材建筑脚手架主要利用大型单竹(如毛竹等)的竹秆,主要由立秆、斜秆、顶撑和大秆组成。其构造形式一般采用双排竹秆,用竹浅、麻绳或铁丝绑扎,可高达几十层,每层横向用竹脚手板联系以供交通运输之用。与钢脚手架相比,竹脚手架有较强的抗风能力,但由于竹材径级尺寸的变异性较大,其搭建和拆卸都不如钢脚手架方便、快捷。
  四、竹建筑材料的前景
  近些年全球森林面积急剧下降,而竹类植物以其独特的生物学、生态学特性,兼具良好的经济、生态和社会效益,竹林面积以每年3%的速度递增。因此,竹类植物被认为是21世纪最具发展空间和发民展潜力的植物。
  竹结构建筑以其优越的居住性能和生态效益,开始掀起一股绿色风潮。竹材用于现代住宅建筑,从地基到框架结构,从框架系统到屋面桁架,从地板到家具再到外部覆层和室内装修及橱柜,每到一处,竹材都置身其中。竹材加工处理技术还可以将竹子加工成墙板、梁、柱、楼板、屋架等各种结构构件。
  除了在传统的基础上利用竹材外,竹子还被开发出了更多、更新的用途,“以竹代木”成为国内外木材业的发展方向。利用现代复合、重组技术,以竹材为原料替代木材制造各种性能优良的高档建筑材料,满足不同房屋及其结构组件的性能要求。此类建筑材料的开发及应用,将为处于贫困状态的广大产竹区人民提供一条新的致富之路,势必成为竹材利用新的发展方向。在政府和国际组织对竹材发展的积极推动下,竹子作为绿色建材在建筑业的应用必将会有的广阔的发展前景。
  结语
  当前,环境保护成为永恒的主题。传统的钢筋混凝土结构和钢结构已逐渐暴露出其固有的缺陷,“绿色建筑”呼之欲出。作为房屋建造最古老的建筑材料之一,竹材來源广泛、价格便宜、加工容易,是一种集力学和美学等多方面优势为一体的优质绿色建材,必将在一定范围内取代钢和混凝土成为主要建筑材料和结构形式。我国林业科技工作者应加大竹结构建筑研究力度,突破传统生产方式和利用模式的局限,依靠科技,全面提升竹材在建筑行业的综合利用水平,使人、建筑与自然生态环境之间形成一个良性的生态循环系统。
  参考文献:
  [1] 赵仁杰,喻云水.竹材人造板工艺学[M].北京:中国林业出版社,2002.
  [2] 张齐生,程渭山.中国竹工艺[M].北京:中国林业出版社,2003.
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