竹材特点

竹材具有生长周期短、产量高、强度高、环保及可再生等特点,竹结构建筑具有良好的隔热保温性能,对节能具有重要的意义,利用竹材作为现代建筑材料符合可持续发展的要求。

【作者单位】：湖南大学土木工程学院;建筑业作为我国的支柱产业，在国民经济中占有非常重要的地位。

随着我国经济的持续快速发展和人民生活水平的大幅提高，人们对居住环境的要求越来越高。

各种高档木结构房屋、木结构别墅开始在中国的旅游风景区、经济发达地区出现并高速发展，木结构房屋建筑成为一个新热点。

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。

竹材的特点我国竹类资源丰富，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。

表1 竹材、钢材及木材的抗拉强度材料种类类别抗拉强度(M Pa)内侧外侧平均竹材毛竹298.489.3193.9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建筑材料，使其与自然景观和谐地融合在一起。

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。

表2 建材寿命周期对环境的影响材料水污染温度效应空气污染指数固体废弃物竹材1111钢材120 1.47 1.44 1.37水泥0.9 1.88 1.69 1.953、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。

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。

因此，不断扩大竹建材的应用范围，是竹类资源开发利用的战略任务之一。

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，在中国、印度、泰国等东南亚国家得到广泛应用。

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。

（3）屋面竹材质轻、抗冲击、强度大、可用作屋面材料。

其方式主要有以下3种。

①半回竹瓦屋面：取圆竹(通常选用直径7cm以上的毛竹)从中对剖为二，剔去节隔，置于遮阳处干燥后，将半圆竹凹凸相嵌并用钉固定檀条上，屋面坡度通常不宜小于30o，该种屋面施工比较简便。

②片状竹瓦屋面：片状竹瓦取自大直径、成熟而且新鲜的圆竹。

竹片通常宽3~4cm，长度即节间距。

竹瓦应在施工前进行防水、防腐处理。

一般每平方米屋面约需200块片状竹瓦，屋面最小坡度应不小于30o。

③竹席波形瓦屋面：竹席波形瓦系四川省林科所近年来开发的一种竹制建筑材料，该瓦是用竹编后的黄蔑编织成席，继经涂胶，再在金属波形模具上热压而成。

它具有幅面大，施工方便等特点。

现用于活动房屋、车站月台和凉棚等的屋面。

2、竹材人造板（1）竹材胶合板竹材胶合板是以带沟槽的等厚竹片为其构成单元，按相邻层相互垂直组坯成对称结构的板坯，热压胶合而成的一种竹材人造板。

竹材胶合板强度高，刚性好，可以大大降低建筑物的自重，是一种优良的工程结构材料，可用于屋顶或外墙覆面、楼面底板、楼面、墙面装饰面板等，但由于竹材胶合板生产工艺复杂、设备投入量大、工艺过程难以控制、对原料的要求高，因此其发展受到了一定的限制。

（2）竹材刨花板将低质或速生材加工成长形薄刨花，拌胶后按一定的方向排列压制成刨花板。

外层刨花与板的长度方向水平，内层刨花则随机铺设或互相交叉。

其特点是单向强度高，刚性大，具有较强的耐水性以及较低的膨胀率。

它是代替木材人造板和夹心板作为预制房屋墙体、隔断和门板的较好材料，并可用于屋顶或外墙覆面、楼面底板等。

（3）竹材层压板竹材层压板是用一定规格的竹篾，经干燥、浸胶、干燥、组坯、热压胶合而成的一种竹材人造板。

竹材层压板的纵向强度和刚度很高，但横向强度很低，其结构类似于重组木，一般作为工程结构材料。

在预制房屋制造中可努力发挥其力学特点，用于横梁、柱体、门板、楼梯扶手和承重墙体等所受荷载较大或要求较高部件的制造。

可代替大量钢材水泥和木质人造板。

（4）竹建筑用混凝土模板竹建筑用混凝土模板以竹席或竹帘为主要原料，通过浸胶、干燥、组坯、热压等竹材胶合层积板工艺生产。

比钢模板重量轻，单模面积大，施工方便；比木模板强度高，使用寿命长，吸水率低，几乎无膨胀和收缩；比塑模板成本低、无污染，可避免破坏性的森林砍伐和能源污染。

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。

2005年11月国务院办公厅转发了国家发改委等部门《关于加快推进木材节约和代用工作的意见》，文件中指出“以竹代木”是我国木材资源紧缺条件下的发展方向。

近年来，国际竹藤组织(INBAR)不仅出版了竹建筑设计的技术报告，还与国际标准化组织(ISO)合作，着手制订竹建筑的有关标准和规范，这将有利于竹建筑的规范、设计和推广。

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，竹材来源广泛、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。