竹子,建筑
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竹结构材料在建筑领域的应用前景
木材, 全世界, 风景区, 公益林
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。
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
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。
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。