美麗中國的生動符號
——現(xiàn)代竹建筑

◆冷予冰

0 引言

竹文化滲透于中國傳統(tǒng)文化的方方面面，北宋著名文學家蘇軾的名言“寧可食無肉，不可居無竹”，體現(xiàn)了竹在中華文明中兼具的實用價值和文化傳承價值。面對全球綠色建筑日新月異、我國綠色和高質(zhì)量發(fā)展方興未艾的發(fā)展機遇，富有中華人文內(nèi)涵的現(xiàn)代竹建筑，正在也必將在生態(tài)城市、美麗鄉(xiāng)村和“一帶一路”建設中占據(jù)重要地位，并發(fā)揮其獨特影響與作用，成為美麗中國的生動符號。

建筑業(yè)對全球可持續(xù)發(fā)展和應對氣候變化有重要的影響，在發(fā)展綠色環(huán)保生態(tài)建筑的背景下，我國作為擁有全球最豐富竹林資源和最深厚竹文化底蘊的國家，在推動竹建材和竹建筑的發(fā)展上做出了諸多努力，取得的進步和經(jīng)驗值得肯定。2021年1月25日習近平主席在世界經(jīng)濟論壇“達沃斯議程”對話會中提出，“中國將繼續(xù)促進可持續(xù)發(fā)展，加強生態(tài)文明建設，確保實現(xiàn)2030年前CO排放達到峰值、2060年前實現(xiàn)碳中和的目標”。竹材是低碳可再生的生物質(zhì)材料，具有可再生易降解、強重比高、輕質(zhì)抗震等優(yōu)點，且導熱系數(shù)小、保溫隔熱性能好、內(nèi)部溫濕環(huán)境舒適，裝配化程度高、建造快，是綠色建筑和裝配式建筑的重要類型之一。竹建筑的不可替代性和圓竹在使用中的不足

我國是世界上最主要的產(chǎn)竹國，竹材種類、竹林面積、蓄積和產(chǎn)量等均居世界首位，據(jù)第八次全國森林資源清查（2009—2013年）數(shù)據(jù)，我國竹林面積總計601萬公頃，占全世界竹林總面積的19%，主要集中在浙江、江西、安徽、湖南、湖北、福建、廣東、廣西、貴州、四川、重慶、云南等省、市和自治區(qū)。長江以南的江西、福建、湖南和浙江四省出產(chǎn)最多，以毛竹為主，約占全國竹林總面積的60.7%。豐富的竹資源使得在我國推廣現(xiàn)代竹建筑具有天然優(yōu)勢和較大潛力。

圓竹建筑在我國乃至世界范圍內(nèi)有悠久的使用歷史，在浙江河姆渡遺址和四川金沙遺址中均出土了我國早期的竹結(jié)構(gòu)房屋。我國湖南湘西吊腳樓、西南地區(qū)傣族民居“干闌式”竹樓是傳統(tǒng)竹建筑的代表。在福建土樓墻體中也普遍采用竹材作為拉結(jié)材料增強墻體的整體性能。竹材至今依舊是我國多層建筑施工或維修時選用的腳手架主要材料之一。圓竹雖然具有天然環(huán)保的特性和深厚的資源優(yōu)勢，但其物理性能不夠穩(wěn)定、易干裂，未經(jīng)處理的竹材易受蟲蛀、腐朽和霉變的損害，耐久性能普遍不佳，且單根圓竹承載力不高、節(jié)點連接復雜、易發(fā)生劈裂破壞，導致其在建筑工程中的應用受到諸多限制。截至目前，圓竹仍難以滿足現(xiàn)代建筑業(yè)對材料的要求。

1 對竹材做改性重組及其成效

研究人員從20世紀70年代開始嘗試利用現(xiàn)代膠合工藝對圓竹進行改性重組，制成符合現(xiàn)代建筑業(yè)需求的規(guī)格材料。當前應用較廣的工程竹材包括膠合竹、重組竹、竹席膠合板、竹席竹簾膠合板、竹材刨花板、竹篾層積材等，其中典型的建筑用工程竹材包括膠合竹、重組竹等。

膠合竹又稱竹集成材，是以定寬精刨竹片為構(gòu)成單元，按順紋組坯經(jīng)熱壓膠合而成的板材或方材，膠合竹中保留了圓竹的竹片單元，其材性與圓竹自身的材性相關(guān)性很大。重組竹則對竹材的加工更加深化，是以竹絲束為構(gòu)成單元，浸漬水溶性酚醛樹脂，干燥后按順紋組坯、經(jīng)熱壓膠合而形成的板材或方材。工程竹材生產(chǎn)工藝的成熟實現(xiàn)了對竹材利用的突破，與圓竹相比，工程竹的物理性能更加穩(wěn)定、力學性能顯著提升、耐久性能得到改善，且克服了圓竹的材料缺陷和尺寸變異性，將其用于工程承重結(jié)構(gòu)有很大的發(fā)展空間?，F(xiàn)代竹結(jié)構(gòu)建筑在保留生態(tài)綠色的基礎上實現(xiàn)了標準化與現(xiàn)代化，符合綠色低碳建筑和建筑工業(yè)化的行業(yè)發(fā)展需求，有廣闊的市場應用前景。

現(xiàn)代竹結(jié)構(gòu)建筑出現(xiàn)的時間不長，在全世界范圍內(nèi)均處于探索階段，隨著越來越多的研究機構(gòu)加入研發(fā)隊伍中，以及生產(chǎn)加工工藝的不斷創(chuàng)新發(fā)展，近年來涌現(xiàn)了一批精美的現(xiàn)代竹結(jié)構(gòu)建筑，如昭君博物館、牛背山青年旅社等，其特有的建筑語境充分展示了“竹”在中國現(xiàn)代建筑中所代表的精神屬性和文化屬性。圖1為現(xiàn)代竹結(jié)構(gòu)的示范建筑。

圖1 現(xiàn)代竹結(jié)構(gòu)示范建筑

根據(jù)國內(nèi)外研究人員的研究結(jié)果，各類膠合竹產(chǎn)品的密度為600～10 00 kg/m，含水率為8%～12%，抗壓強度多在40～60 MPa，抗拉強度多在90～140 MPa，抗彎強度多在90～120 MPa，抗彎彈性模量多在8 000～12 000 MPa，受壓和受彎破壞表現(xiàn)出較好的塑性性能，材料強重比高于鋼材，是一種綜合力學性能很好的建筑材料，可用于梁、柱、板等主要受力構(gòu)件。重組竹的各項物理力學性能與制備工藝及竹材品種密切相關(guān)，在目前的生產(chǎn)工藝下，根據(jù)國內(nèi)外研究人員的測試結(jié)果，重組竹的密度為1 000～1 250 kg/m，含水率為8%～10%，抗壓強度多在50～80 MPa，抗拉強度和抗彎強度可達120 MPa以上，甚至高達250 MPa，抗壓和抗彎彈性模量多在12 000～13 000 MPa，綜合力學性能優(yōu)異且穩(wěn)定。

2 提升性能，讓竹建筑在生態(tài)文明建設中再放異彩

竹材作為一種可燃的生物質(zhì)材料，耐久性能和防火性能始終是關(guān)注的重點。

工程竹材經(jīng)過蒸煮、干燥或改性重組等生產(chǎn)工藝，其耐久性能要優(yōu)于未經(jīng)處理的圓竹，但其內(nèi)在的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等生物質(zhì)成分，在自然環(huán)境下受光照、潮濕等氣候條件影響，依舊存在耐久性問題。目前對各類竹產(chǎn)品耐久性能的評價多參考木材相關(guān)的實驗室試驗方法和野外試驗方法，進行自然或人工加速老化性能試驗、天然耐腐試驗和防霉試驗，通過材料老化或腐蝕霉變后外觀、物理力學性能劣化程度來評價其耐久性能。目前的研究成果表明，工程竹產(chǎn)品受自然條件影響會發(fā)生不同程度的老化，總體來說重組竹的耐久性能優(yōu)于膠合竹。在耐腐性能上，重組竹經(jīng)過高溫干燥和酚醛樹脂的浸膠處理，耐腐性能基本達到強耐腐等級；而膠合竹中竹纖維與膠黏劑的粘結(jié)面積較小，膠合竹素板對腐菌的抵抗能力較差，防腐處理是必要的。

在防火性能方面，與木材類似，竹材也具有可燃性，在高溫和火災下吸收熱量溫度升高，材料中的水分蒸發(fā)，含水率的改變以及材料本身的分解和炭化引起材料物理力學性能的改變。目前的研究成果表明，膠合竹的炭化性能與常用軟木（花旗松）類似，重組竹的炭化性能與常用硬木（菠蘿格）類似，重組竹的炭化速度小于膠合竹。總體來說，工程竹材的耐火性能略優(yōu)于常見建筑用針葉材。

由于目前工程類標準和規(guī)范體系的不完善，同時工業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模有限，價格上還不具有明顯的競爭優(yōu)勢，中國的現(xiàn)代竹建筑產(chǎn)業(yè)仍面臨很多挑戰(zhàn)，但也存在很多機遇。鑒于竹建筑在消除貧困和改善民生、發(fā)展綠色經(jīng)濟、應對氣候變化等方面發(fā)揮的獨特作用，以及其特有的文化屬性，中國現(xiàn)代竹建筑產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展可以為落實2030可持續(xù)發(fā)展議程、建設美麗中國做出獨特的貢獻。