装配式竹结构房屋的设计与研究

装配式竹结构房屋的设计与研究

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肖　岩　佘立永　单　波　周　泉　杨瑞珍　陈　国

(湖南大学建筑安全与节能教育部重点实验室,现代竹木及组合结构研究所,长沙　410082)

摘　要:提出了一种基于竹胶合板为基本材料的轻型装配式竹结构房屋,详细叙述了装配式竹材房屋构件的模块化设计和加工以及房屋的安装,并通过试验和理论分析对房屋的工作性能进行了评估。 关键词:竹结构;装配式;模块化;竹胶合板;工作性能

RESEARCH AN D DESIGN OF PREFABRICATE D BAMBOO H OUSE

X iao Y an She Liy ong Shan Bo Zhou Quan Y ang Ruzhen Chen G uo (K ey Laboratory of Building Saftety and Energy E fficiency ,M instry of Eduction ,China

Institute of M odern Bamboo ,T imber and C om posite S tructures ,Hunan University ,Changsha 410082,China )Abstract :I t is introduced a new type of prefabricated house using laminated bamboo sheets and structural elements.The design and production of the members of the house were discussed and it is described

how to assemble the members.C omments on the w orking per formance are conducted based on the raleted experiments and analysis.

K eyw ords :bamboo structure ;prefabricated ;m odularization ;laminated bamboo sheets ;w orking per formance

3教育部“长江学者和创新团队发展计划”

(1RT 0619);国家自然科学基金委主任基金(50848008);美国蓝月基金(Blue M oon Fund )项目共同资助。

第一作者:肖岩,男,1961年1月出生,博士,教授。

E -mail :xiaorock @ 收稿日期:2008-09-28

装配式竹结构房屋的设计与建造是湖南大学现

代竹木及组合结构研究所针对我国四川省5112地震之后,需要大量的灾区过度安置房而紧急研制的,此类房屋具有抗震性能好,施工速度块,主要建筑材料环保,

保温隔热效果好,且原料来源广泛,造价低廉等优点,2008年6月底,由湖南大学师生捐资生产的20套竹结构安置教室和办公室已在四川广元

北街小学安装完成,每间教室面积为48m 2

,并以两间教室作为一个单元进行联体排列,现已投入使用,效果良好。

图1　建成后的20套竹结构房屋

Fig.1　The com pleted 20prefabricated bamboo houses

1　竹材的规格和物理力学性能

装配式竹材房屋中所用的主要材料为竹胶合

板,竹胶合板的标准尺寸为:2400mm 长,1220mm 宽,厚度分别为28,10,2mm 三种规格。湖南大学现代竹木及组合结构研究所通过一系列试验,对用

于此次建设的竹胶合板主要物理力学性能进行了系统的测定和分析,其中,28mm 厚的竹胶合板的主要物理力学性能测定结果见表1。

表1　28mm 厚竹胶合板的部分性能参数

T able 1　The m ain properties of the laminated

b amboo sheets(28mm)

密度Π

(kg ・m -3)抗弯弹性模量ΠMPa

抗压强度ΠMPa 抗拉强度Π

MPa 抗弯强度Π

MPa 800

6000

23111

18115

3118

图2　竹胶合板力学性能测定

Fig.2　The property testing of lam inated bamboo sheets

65 Industrial C onstruction V ol 139,N o 11,2009

工业建筑　2009年第39卷第1期

2　设计加工和安装211　基础

装配式竹结构房屋可以采用混凝土地坪板基础或采用砖砌条形基础或采用钢梁基础,基础的高度一般应大于300mm 以满足防水要求。2008206221～2008206229建在四川省广元市北街小学的二十套装

配式竹结构教室,因为其建设场地是小学操场,比较平整且地势较高,房屋的基础处理采用条形砖基础,施工方便快捷,待房屋安装完成后,用水泥砂浆沿房屋的底面一周做简单的散水处理。212　连接柱与连系梁

连接柱是由厚度为28mm 的竹胶合板加工而成,它用来连接两片墙体单元,用螺栓沿柱高度进行三点连接(图6);

连系梁是用来加强房屋的整体性,该类梁的做法和连接柱的做法一样,是用单快竹胶合板(28mm 厚)按一定规格切割而成,它与墙体和连接柱在墙体的顶部内侧面用螺栓进行连接。

1—连接柱;2—连系梁;3—墙体;4—螺栓

图3　柱、梁、墙体的连接立面示意

Fig.3　C onnection detail for column ,beam and wall

213　

墙体单元和屋面单元

对于装配式竹材房屋,其墙体和屋面均视为一

种板块单元进行设计和加工,所谓板块单元,是以竹胶合板的标准尺寸(长×宽=2440mm ×1220mm )作为标准,采用竹方(竹胶合板按一定规格切割而成)或木方作为板块单元的骨架、竹胶合板作为板块单元的外面板,石膏板或竹胶合板或其他轻质板材作为板块单元的内面板,内外面板之间填充保温材料或隔音材料,面板与骨架之间以及木方或竹方之间采用螺钉进行连接。

所以最终加工完毕的板块单元的尺寸以长×宽×厚=2440mm ×1220mm ×t (t 为板块的厚度)为主。可见墙体和屋面的规格统一,加工简单,便于批量生长和运输。屋面板单元与屋架的上弦之间采用螺钉进行连接。两片墙体之间通过连接柱进行连接,同时在墙体顶部用连系梁来加强房屋的整体性。214　屋架的设计和加工

屋架设计成轻型三角形竹材屋架,屋架的上弦

图4　正在加工的板块单元

Fig.4　The panel element under construction

杆和下弦杆均是采用单块竹胶合板(28mm 厚)按一定规格切割加工而成,这种竹材弦杆因为竹胶合板标准尺寸的限制,需要进行端部连接才能满足弦杆长度要求,弦杆端部接长是用单快竹胶合板作为拼接板,采用拼接板-螺栓连接将弦杆在长度方向进行延长。屋架的节点采用螺栓和拼接板-螺栓连接两种方式。待屋架加工完毕后,沿屋架上弦杆的上端的侧面钉木方,为了屋面板和屋架的连接之用。

图5　加工好的一批屋架

Fig.5　The prepared a batch of trusses

215　房屋的安装和连接

由于房屋是按模块化设计和加工的,具有加工

快,安装快等优点。房屋的各构件之间主要采用螺栓连接,在房屋的转角等特殊部位采用角钢,螺栓连接。按设计要求做好基础,将加工好的构件运送至工地进行安装,首先将房屋的各构件按施工图要求摆放在基础周围,用角钢和螺栓从基础的一个角上安装纵横向相互垂直的两片墙体,随后沿着纵横向安装的第一片墙体,用连接柱和螺栓依次安装其他墙体,直至墙体安装完毕,待墙体安装完毕后,沿房屋的墙体一周侧面用螺栓安装连系梁,之后,用木方和螺钉连接墙体、柱和屋架(图6)。屋架安装完毕后,用螺钉连接屋面板和屋架。最后刷墙漆,铺设屋面防水材料等。3　试验和理论分析311　静力计算和屋架试验

装配式竹材房屋的计算是以材料学和力学为基

础的。由于装配式竹材房屋要实现可以顺利拆装以及竹胶合板本身的特点,各构件之间很难做成刚接

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5装配式竹结构房屋的设计与研究———肖　岩,等