竹結(jié)構(gòu)建筑應(yīng)用發(fā)展研究

許培玉 朱建君 徐霄梟

摘 要：鑒于溫室效應(yīng)加劇，低碳環(huán)保的竹結(jié)構(gòu)建筑逐漸成為新的行業(yè)熱點(diǎn)，基于全生命周期與生態(tài)系統(tǒng)和諧共處的竹結(jié)構(gòu)建筑是建筑行業(yè)綠色發(fā)展的必然選擇之一。論文首先介紹國內(nèi)外竹結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展現(xiàn)狀，指出相關(guān)針對竹結(jié)構(gòu)建筑領(lǐng)域發(fā)展應(yīng)用研究歸納不完善等問題;隨后闡述竹結(jié)構(gòu)建筑應(yīng)用領(lǐng)域，明確竹結(jié)構(gòu)建筑重要性;最后從原竹應(yīng)用、竹構(gòu)件工藝應(yīng)用、竹構(gòu)件結(jié)構(gòu)應(yīng)用三個(gè)方面，原竹建筑、現(xiàn)代原竹建筑、現(xiàn)代竹構(gòu)件應(yīng)用、復(fù)合式竹建筑組合結(jié)構(gòu)體系、改性竹建筑以及復(fù)合竹結(jié)構(gòu)建筑構(gòu)件等6個(gè)方面詳細(xì)進(jìn)行竹結(jié)構(gòu)建筑應(yīng)用發(fā)展研究。

關(guān)鍵詞：竹結(jié)構(gòu)建筑; 原竹應(yīng)用; 工藝應(yīng)用; 結(jié)構(gòu)應(yīng)用

中圖分類號：S772? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? 文章編號：1006-3315（2021）10-176-003

1.引言

竹結(jié)構(gòu)建筑最初是指將原竹進(jìn)行綁扎加固處理而得到的建筑;經(jīng)過裝配式建筑理論的發(fā)展與建筑構(gòu)件制作技術(shù)的升級，竹結(jié)構(gòu)建筑逐漸演化為以竹結(jié)構(gòu)建筑構(gòu)件為主體結(jié)構(gòu)應(yīng)用裝配式制成的建筑。國內(nèi)外學(xué)術(shù)界對竹結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展現(xiàn)狀并尚未形成統(tǒng)一的劃分認(rèn)知，田黎敏（2019）進(jìn)行了竹結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)差異性對比分析，明確了竹結(jié)構(gòu)發(fā)展的必要性，提出了原竹骨架組合結(jié)構(gòu)體系的新型竹材復(fù)合材料，但對于竹結(jié)構(gòu)建筑構(gòu)件應(yīng)用研究不夠全面[1]。李海濤（2020）深刻認(rèn)識到竹結(jié)構(gòu)應(yīng)用方面研究的重要性，重點(diǎn)闡述原生竹材應(yīng)用工程領(lǐng)域，研究我國工程竹材應(yīng)用發(fā)展歷程階段，詳細(xì)介紹八種生物質(zhì)復(fù)合材料，但忽略了銜接竹材運(yùn)用方面的介紹[2]。有學(xué)者通過比較性研究竹結(jié)構(gòu)建筑的材料運(yùn)用、結(jié)構(gòu)美學(xué)等方面，探究應(yīng)用途徑，促進(jìn)建筑業(yè)可持續(xù)性發(fā)展[3-5]，介紹了竹結(jié)構(gòu)構(gòu)件作為基礎(chǔ)樁、輕體墻及結(jié)構(gòu)框架等多方面的應(yīng)用現(xiàn)狀，分析了竹結(jié)構(gòu)建筑構(gòu)件應(yīng)用前景及優(yōu)勢[6-9]。Guosong Yang借鑒木材結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)，引進(jìn)了竹結(jié)構(gòu)等新型建筑結(jié)構(gòu)，對膠水層壓竹和竹結(jié)構(gòu)的研究進(jìn)行了全面的回顧[10]。Revian Nathanael Wirabuana探討了竹材在長跨度結(jié)構(gòu)方面的應(yīng)用，分析竹架多線性元素的組織，為用戶的空間體驗(yàn)做出了深刻貢獻(xiàn)[11]。國內(nèi)外研究中缺少竹結(jié)構(gòu)建筑應(yīng)用發(fā)展的系統(tǒng)歸納，論文在此研究基礎(chǔ)上，針對竹結(jié)構(gòu)建筑應(yīng)用做了系統(tǒng)化的總結(jié)。

2.竹結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展歷程

2.1竹結(jié)構(gòu)建筑內(nèi)涵及優(yōu)勢

竹結(jié)構(gòu)建筑是指以竹材為主要建材的一種建筑形式，按照建造方式劃分，主要分為原竹建筑、裝配式竹結(jié)構(gòu)建筑兩類。原竹建筑是指以天然原竹為用材，具有工業(yè)化處理程度低，施工誤差小，生產(chǎn)加工過程碳足跡低，對環(huán)境沒有二次污染，具有節(jié)能環(huán)保性等特點(diǎn);裝配式竹結(jié)構(gòu)建筑是指對原竹進(jìn)行加工得到竹結(jié)構(gòu)建筑構(gòu)件，從而進(jìn)行裝配式施工的建筑，具有安全高效、綠色可循環(huán)利用、強(qiáng)度高，抗震性能優(yōu)越，施工期短的優(yōu)勢。竹結(jié)構(gòu)建筑順應(yīng)了建筑節(jié)能減排的趨勢，減輕了對不可再生資源的損耗，是建筑行業(yè)碳中和發(fā)展的新方向。

2.2竹結(jié)構(gòu)建筑相關(guān)規(guī)定

長期以來，竹結(jié)構(gòu)建筑廣泛應(yīng)用于道路工程、巖土工程、橋梁工程以及建筑工程等多種領(lǐng)域。借助科技革新研究趨勢，竹結(jié)構(gòu)建筑得到了長遠(yuǎn)的發(fā)展，國務(wù)院、國家住建部等國家機(jī)構(gòu)對推行竹結(jié)構(gòu)建筑應(yīng)用頒布了相關(guān)規(guī)范（如表1所示），促進(jìn)了竹結(jié)構(gòu)建筑的應(yīng)用。

3.竹結(jié)構(gòu)建筑應(yīng)用

3.1原竹應(yīng)用

3.1.1原竹建筑

原竹建筑，最早可追溯至新石器時(shí)代，是古建筑主要建筑用材之一，是建筑領(lǐng)域利用竹材的開源，其中尤其以中國、日本、越南等國家為代表。主要是指以原竹、草繩等原始建材為主的綁扎式的竹亭、竹廬、竹屋等簡易休憩住宅建筑以及竹瓦等建筑裝修構(gòu)件。原竹建筑存在建造方便、應(yīng)用途徑廣泛、建筑面積小、耐久性差、抗裂性差、抗震性能差等特點(diǎn)。其中以中國云南傣族竹樓、中國海南黎族船型屋、中國臺灣竹厝、泰國寺廟建筑以及日式住宅建筑等為典型代表。

3.1.2現(xiàn)代原竹建筑

現(xiàn)代原竹建筑是指包括以原竹、竹條、竹篦等連接而成的建筑物，其中主要連接方式包括捆綁連接、穿斗式連接、螺栓連接、鋼構(gòu)件和鋼板連接填充物強(qiáng)化連接方式、原竹兩端鋼帽連接節(jié)點(diǎn)、自然纖維布或FRP布同螺栓連接組合的連接形式等多種連接形式?，F(xiàn)代原竹建筑主要包括竹住宅建筑、原竹景觀小品以及竹裝飾等應(yīng)用，其中，尤其以仿生建筑的竹景觀及竹裝飾應(yīng)用最為廣泛。

原竹結(jié)構(gòu)根據(jù)用途主要分為五類：一是民居類竹建筑，以南美洲、東南亞地區(qū)的房屋為典型代表，例如捷克的布爾諾竹屋;二是游玩休憩類竹建筑，主要包括竹廊、竹亭、竹樓等園林庭院構(gòu)筑物，例如中國云南玉溪寒武紀(jì)小鎮(zhèn)歡樂大世界竹編織、日本竹森林、中國臺灣竹跡館以及泰國Jim Thompson Farm竹景觀等;三是科教文化類竹建筑，以學(xué)校體育館、展覽中心為典型代表，例如巴厘島的綠色竹建筑學(xué)校之心;四是服務(wù)休閑類竹建筑，包括公園活動(dòng)中心、別墅、餐飲類建筑，例如西非海岸竹餐廳、泰國的日落觀賞亭;五是農(nóng)用類竹框架，典型代表是以竹筒為受力框架，通過金屬連接件或繩子連接各節(jié)點(diǎn)而形成的原竹大棚。

3.2竹構(gòu)件工藝應(yīng)用

3.2.1現(xiàn)代竹構(gòu)件應(yīng)用

現(xiàn)代竹構(gòu)件應(yīng)用，是指通過對原竹進(jìn)行破片等簡易加工處理制作而成的建筑領(lǐng)域輔助類竹構(gòu)件。主要包括竹結(jié)構(gòu)仿生結(jié)構(gòu)裝飾景觀與竹結(jié)構(gòu)園林景觀小品兩類[13-14]，竹結(jié)構(gòu)仿生結(jié)構(gòu)裝飾景觀是指通過利用竹材延展性制成的裝飾景觀用途的仿生結(jié)構(gòu)建筑;竹結(jié)構(gòu)園林景觀小品是指園林以觀賞為目的的竹結(jié)構(gòu)景觀，主要分為裝飾型小品、展示型小品、服務(wù)型小品三類?，F(xiàn)代竹構(gòu)件應(yīng)用屬于竹結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展成熟階段，是目前非結(jié)構(gòu)用竹建筑最為廣泛的應(yīng)用類型。

3.2.2改性竹建筑

改性竹建筑，一般是指對原竹建材通過相對復(fù)雜的去青、削片、刨花、壓制等工藝處理后得到的改良竹建筑構(gòu)件。改性竹建筑構(gòu)件相比普通竹加工構(gòu)件具有更好的力學(xué)性能，目前應(yīng)用廣泛的有竹膠合板、竹刨花板等建筑構(gòu)件，主要應(yīng)用于竹地板、竹木家具以及文化產(chǎn)品等領(lǐng)域[15-18]。

3.3竹構(gòu)件結(jié)構(gòu)應(yīng)用

3.3.1復(fù)合式竹建筑組合結(jié)構(gòu)體系

復(fù)合式竹建筑組合結(jié)構(gòu)體系，是指通過將竹結(jié)構(gòu)建筑構(gòu)件與鋼材、混凝土及泥土等結(jié)合形成的一種復(fù)合式建造結(jié)構(gòu)體系，例如竹筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼—竹組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件等[19]。復(fù)合式竹建筑組合結(jié)構(gòu)體系屬于竹結(jié)構(gòu)建筑構(gòu)件平穩(wěn)發(fā)展階段，是竹結(jié)構(gòu)進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)體系建造的創(chuàng)新型嘗試，為竹結(jié)構(gòu)建筑構(gòu)件的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)，促進(jìn)了竹結(jié)構(gòu)建筑構(gòu)件在建筑主體結(jié)構(gòu)方面的發(fā)展。

3.3.2竹集成材

竹集成材是指將竹材疏解加工后結(jié)合膠粘技術(shù)壓制而成的復(fù)合型材。竹集成材是目前竹結(jié)構(gòu)建筑主體構(gòu)件的主要制作加工方式，根據(jù)竹片排列方向可分為平行竹集成材與正交竹集成材;根據(jù)竹片單元寬度可分為窄片竹集成材與展平竹集成材;根據(jù)壓制方式可以分為平壓竹集成材、測壓竹集成材與平側(cè)相間竹集成材[20]。

竹集成材的制作生產(chǎn)工藝突破了竹材加工尺寸制作技術(shù)的限制，有效的解決了竹產(chǎn)品利用率低、尺寸限制等局限性。竹集成材作為一種新型綠色建材，竹集成材吸水膨脹系數(shù)小，防水性能優(yōu)越，可有效防止蟲蛀與霉變。竹集成材由于保持原竹生長纖維，沿襲了其強(qiáng)度高、韌性強(qiáng)的優(yōu)勢特征，具有制作構(gòu)件體積大、抗干裂變形能力強(qiáng)、力學(xué)性能優(yōu)越、韌性強(qiáng)、耐磨損等特點(diǎn)，是目前我國復(fù)合型竹結(jié)構(gòu)建筑構(gòu)件的主要應(yīng)用形式。

3.3.3竹重組材

竹重組材是指將竹材加工成竹絲等并膠合壓制而成的新型復(fù)合型材。由于竹重組材施工工藝先進(jìn)，竹材利用率高，力學(xué)性能優(yōu)越等特點(diǎn)，正逐步取代竹集成材成為竹結(jié)構(gòu)建筑產(chǎn)業(yè)新熱點(diǎn)，竹重組材制作加工技術(shù)升級主要包括兩個(gè)方面，一是竹重組材原竹的選取不受直徑限制，所用竹材以慈竹為主，可充分利用我國小徑竹類資源;二是竹重組材輥壓竹纖維束疏解徹底，碎纖維少，物理力學(xué)性能優(yōu)越，疏解后的纖維呈網(wǎng)絡(luò)狀，纖維間相互粘連不完全分離，且能自然鋪展，不卷曲[21]，目前，科研工作者已開發(fā)出同時(shí)實(shí)現(xiàn)去青、去黃和輥壓疏解或進(jìn)行連續(xù)多次疏解的設(shè)備，較大地提高了生產(chǎn)效率。

竹鋼作為竹重組材的一種，是中國林科院木材所研究的竹材工業(yè)化利用的第五代技術(shù)，體現(xiàn)出良好的發(fā)展前景，竹鋼作為竹重組材復(fù)合新材料，是將竹材原料通過碾壓疏解成竹絲束，均勻?qū)敕尤渲?，熱壓成型，固化干燥得到的高性能竹基纖維復(fù)合材料。竹鋼技術(shù)改進(jìn)了傳統(tǒng)的剖蔑工序，是我國竹材加工應(yīng)用領(lǐng)域的一項(xiàng)重大突破，根據(jù)相關(guān)論文及專業(yè)結(jié)果分析，竹鋼技術(shù)對竹材利用率可以提高到95%以上[22]。

4.結(jié)語

縱觀世界竹結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展現(xiàn)狀，竹結(jié)構(gòu)建筑以其荷載輕便，力學(xué)性能優(yōu)越，制作工期短，安裝便利等優(yōu)勢成為裝配式建筑的研究熱點(diǎn)。各國表現(xiàn)出差異性發(fā)展水平。大多數(shù)國家竹結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展現(xiàn)狀仍以現(xiàn)代竹構(gòu)件應(yīng)用為主，以仿生式竹景觀、竹裝飾等形式出現(xiàn)的原竹建筑、復(fù)合式竹建筑組合結(jié)構(gòu)體系、改性竹建筑已在部分國家或地區(qū)得到廣泛應(yīng)用。基于復(fù)合竹建結(jié)構(gòu)建筑構(gòu)件技術(shù)的發(fā)展，以竹集成材、竹重組材為代表的復(fù)合竹結(jié)構(gòu)建筑構(gòu)件已在建筑領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

竹結(jié)構(gòu)建筑以其建材的特殊性，表現(xiàn)出強(qiáng)大的碳匯優(yōu)勢，研究竹結(jié)構(gòu)建筑對于應(yīng)對全球變暖，實(shí)現(xiàn)建筑領(lǐng)域節(jié)能減碳具有重要意義，可以預(yù)見，竹結(jié)構(gòu)建筑具有廣泛的發(fā)展前景。

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