竹材和竹建筑

浅析竹材及竹建筑

Bamboo and bamboo construction

摘要：介绍了竹材作为环境友好的绿色建材的特性，竹材在建筑行业的应用，以及国外经典竹建筑案例。

关键词：竹材、竹建筑

竹是自然界中最常见的一种植物，属于禾本科竹亚科(Bambusadea)，已知全球约有107属，1300多种，主要分布在亚洲、非洲和拉丁美洲的热带、亚热带区域，包括中国在内的东南亚季风区为竹类植物的中心分布区（图1）。全球共有竹林面积2000万hm2以上，约占世界森林总面积的1%。中国竹林面积约500万hm2，约占全国森林总面积的4%，占全球竹林面积的25%（李睿等，2003）。

竹子最先和最广泛的用途之一就是在建筑业上的应用，与木材相比，竹材具有强度高、弹性和柔韧性好、硬度大等优点，使得竹子天然就是一种建筑材料。竹材是一种可再生的、环境友好的绿色建材：①竹类植物对于生物多样性保护、水土保持、气候调节、空气净化、生物量产出，以及地区和世界经济的发展都有着极其重要的作用；②竹类植物栽种方便简捷，多数种类三年左右即可成材，且砍伐后还可再生，是一种可再生资源；③竹材直接使用过程中不产生对环境的污染物，它自身不含有害的物质，而且当它被拆除时也能自然降解，仍可回归大自然。④相同面积的建筑，竹子与混凝土的能耗比为1：8。与钢材铁相比，相同过程中竹子的能耗仅为钢材的1/50（Roach，1996）。⑤一些国家的木材资源已面临枯竭，竹子是限制森林砍伐、替代木材的切实可行的选择。但竹材也有自身的局限性，如壁薄中空、直径较小、尖削度大、结构不均匀、易产生虫蛀和霉变等，因此许多竹房屋用天然的竹材来建造时辅以木材、泥浆、砖块及混凝土等其它材料或加工处理后，以建造不同风格的建筑或其他构筑物，并增加其耐用性。

图1：世界竹资源的分布

（source：http://bambus.rwth-aachen.de）

1.竹材在建筑行业的应用

竹材作为建筑材料使用的历史很长，在传统的竹建筑材料中，一般直接利用原竹。由于原竹的竹径、竹材材性变异性较大，一般只适用于比较简单的低档民宅和临时性房屋的建造，尖削度小的竹种，用于建筑脚手架等。当前比较先进的竹材利用技术是竹材重组技术，即可将原竹重组成各种高强度板方材和型材，用于高档房屋的建造（王正等，2003）。竹材在建筑行业的应用主要有以下几方面：基柱、建筑推架、脚手架、地面材料、屋面材料、墙壁、桁架、室内装饰、竹水管、竹筋混凝土等。

作为一种廉价的建筑材料，简易的房屋直接用竹材搭建，一般选择较粗的竹秆或竹秆束

作为房屋的梁、檩、柱、椽等承重材料。如在中国竹脚手架系统的使用有很长的历史，今天，许多亚洲国家，如印度、日本和泰国在日常的建造过程中仍广泛使用这一技术。竹脚手架主要利用大型单竹的竹秆，如毛竹等。由于竹脚手架存在竹子材质不易控制，材质偏小、破裂、老化，未经特殊计算、搭设不规范等原因，存在较大的安全隐患，因此许多城市在建筑工程施工中已经停止使用竹脚手架。同样，由于竹子抗拉强度大，在钢材缺乏的年代，在大体积混凝土工程中，竹筋混凝土用于楼板、水坝等构筑物，但是目前大部分地区由于安全性考虑还是用钢筋混凝土所取代。但日本针对竹材中空、施工性价差的特点开发出竹木复合建筑材料，即将不同直径的竹材、圆形木棒或金属材料插入竹筒作芯材，竹筒与芯材之间的缝隙用树脂填充、或铁钉螺钉连接，开辟了竹材作为建筑材料利用的新途径。

由于竹材是空心圆柱体，从形状到性能都不能满足高档房屋的建造要求，如将竹材制成各种方材将会使其在房屋建筑结构材的应用中发挥更大效益。目前我国已经成功开发出竹质胶合板、竹质地板、竹质复合板、竹材碎料板、重组竹等几十种以竹材为主要原料的地面材料和墙面材料。其中：

①竹质胶合板：以不同几何形状的竹材为其构成单元，通过干燥、施胶、组坯、热压胶合而成。主要包括竹编胶合板、竹帘胶合板、竹材层积板和竹材胶合板等。其中竹编胶合板板面平整度差、脱模困难、使用渐少（张齐生等，1997）；竹材层积板纵向强度特别高、刚性好、具有显著的方向性、其结构近似于重组竹或重组木，主要用作车厢底板，是一种良好的木材替代产品；竹材胶合板板面平整光滑、幅面大、拼缝少、自重轻、安装方便、强度高、韧性好、高处落下或受到撞击，不易损坏和变型，主要用作汽车车厢底板及建筑模板的基材。②竹质地板：竹材经截断、开条、干燥、浸胶、组坯、热压胶合而成。根据其结构不同可分为：三层弦向板、单层径向板和横切断面板。竹地板克服了竹材的天然缺陷，保持了竹材天然的质感、光泽和纹理，防虫蛀、防霉变，冬暖夏凉，是优良的地板材料。

③竹质复合板：以竹材作为复合地板的表层，用速生树的板条或木单板作芯层材料胶合而成，包括两种结构，一种是竹杉地板，一种是长条竹木复合地板。其主要优点是结构合理、价格低廉、装饰效果好（陈金明等，2006）。

④竹材碎料板：利用小径竹材和竹材加工剩余物为原料，加工成竹碎料而压制的一种板材，它是开发利用各种竹材和提高竹材利用率的一条重要途径。根据竹碎料的几何形态和板坯的铺装方法不同，可分为普通竹碎料板、竹丝碎料板、竹大片碎料板和定向竹料板等四大类型。普通竹碎料板与木刨花板的性能相近，用途也基本相同；竹丝碎料板表面质量较高，断面结构也均匀细密，可制成厚度较小的装饰装修材料；竹大片碎料板能最大限度的保持和发挥竹材的纵向抗弯性能，从而使板材有较高的力学性能，可以满足工程结构材料的要求；竹材定向碎料板可以大大提高板材在定向方向的强度，充分地利用竹材纵向强度大的优势。

⑤重组竹：根据重组木的制造工艺原理，以竹材为原料加工而成的一种新型竹材人造板。重组竹的构成单元是网状竹束，它是先将竹材疏解成通长的、相互交联并保持纤维原有排列方式的疏松网状纤维束，再经干燥、施胶、组坯成型后热压而成的板状或其他形式的材料由竹子及耐水酚醛树脂胶经热压机热压胶合而成（李琴等，2003）。该竹胶合模板在砖混、框架等结构体系中均可大面积应用，用于现浇砼柱、梁、板的模板制作，优点为强度较高，施工简单、宜于拼装。

此外，竹材加工剩余物使用木材热解技术干馏后的产品竹炭也广泛应用于建筑设施方面，如房屋、建筑的地基填充材料、室内墙体填充材料等，也可作为环保涂料。而且竹炭也有较好的隔音效果，掺和竹炭制作的隔音板，是高速公路上理想的高墙隔音栏板。建筑设施中的地下管道、地下电缆、海底电缆用竹炭碎末填充，不易腐朽，大大提高工程质量，可以明显减免更换维修费用（毛燕清，2006）。