原竹建筑连接方式、节点特点及应用分析

1)捆绑连接法 捆绑连接法是最常见的连接方法，用 传统的自然植物连接，如椰子的纤维、 棕榈叶、树的内皮和竹藤等。 现在比较常用的是用棕绳连接、铁丝 等。棕绳只承受拉力,不存在压力和剪 切力,一般也不用虑绳的自重。有些棕 绳在使用前经过油浸,具有一定韧性和 力度。 (1)棕绳在使用过程当中,由于日晒雨淋 及温湿度的变化,经常会出现松散、断 股和腐烂的现象。 (2)棕绳荷载能力有限,而且在捆绑中若 棕绳内部受力不均,则会导致节点的整 体荷载能力下降,甚至会出现突然断裂 等破坏现象
穿斗式结构特点 竹材穿斗在一起,相互拉牵具有较好 的延性,因此这种结构具有一定的抗震 性能[4]。但在以往的地震中,穿斗竹 (木)结构的一些薄弱环节还是被显现出 来。 (1)穿斗竹(木)构架房屋的纵向刚度 比较小,地震中的摆动会引起房屋倾斜, 严重时会出现脱榫现象,从而导致房屋 塌落。 (2)当建筑的平面为矩形结构形态时, 建筑受力极易变形为平行四边形,从而 出现结构倾斜的问题,甚至是整排倾斜, 其中左右倾斜最为明显。 (3)从材料完整性上来看,穿斗榫卯结 构是对竹(木)结构本身的一种削弱或破 坏,也必将降低材料的刚度和稳定性
水泥沙桨灌注 在节点连接过程当中,由于水泥砂 浆凝固后难以进行钻孔加工,因此只能 在施工过程中向竹子内部填充水泥砂 浆以待凝固。但在这个过程当中,以下 三个问题仍待解决。 (1)竹子钻孔小而造成水泥砂浆难以 填充。由于竹子直径小,加工中为了缩 小对竹子刚度的破坏,钻孔直径通常会 仅等于或略大于螺栓等钢构件的直径, 而这也就对施工中水泥砂浆的填充造 成了一定程度的困难。 (2)填充的密实性难以保证。由于竹 子的不通透性及直径大小不一,水泥砂 浆填充的体积及数量难以把握。 (3)水泥砂浆的终凝不易掌控。在搭 建构架时由于竹子开口方位朝向的多 样性,若竹子开口朝下,会给填充及终凝 中的施工带来不便,大规模应用时施 工效率低下
2）铁钉及螺栓直接连接的竹材节点 这类节点在施工当中,由于原竹壁较 薄,易于出现劈裂的现象,握钉力无法保 证,节点连接不可靠,而且经常会出现铁 钉因受冲击而弯曲或打断的现象;在建 筑的使用过程当中,铁钉及螺栓螺母的 节点连接处还会因逐渐出现的间隙而产 生松动的现象;铁钉及螺栓在自然状态 下也会因锈蚀、老化,从而影响结构的 牢固性。所以此类节点不适用于现代竹 建筑节点的构造连接
节点的钢板连接中,中心构件为预制装配,当节点是铰接时,可根据竹 子开口朝向进行调节,便于拆装,可循环利用,适用于较为复杂节点的连接。 但这样的连接方式同样也存在着一些问题。 (1)采用一个肋板加固时,需要对竹子进行切割开口,竹子两侧开口越 长,则与构件结合的越紧密,加固的稳定性越高;而对于竹构件自身而言,开 口越短对其自身整体性的削弱越小,这个矛盾需要妥善解决。 (2)采用两个肋板进行固定时,由于竹子的直径大小不一,在与肋板进 行装配加固时,很难保证两个预制肋板间的距离与竹子直径的统一相符 性,往往会出现缝隙,加固效果不佳。
竹作为建筑构件的特点 (1)竹子为空心结构,中空而尖削度大， 不易加工,防火较难处理,节点连接刚度 难于保证。 (2)顺纹抗剪能力和抗劈裂强度低,容易 开裂。 (3)竹材较木材含有多种糖类、淀粉和 蛋白质等丰富的有机物质,防腐、防蛀 难度较大。这些缺点在很大程度上限 制了竹材的使用范围,必须加以妥善解 决。所以,与木结构相比,竹建筑节点构 造具有特殊性,技术要求更高 原竹建筑节点构造分析 国内外现有原竹建筑,其节点的构造体 系大致可以分为以下五类 1)捆绑连接 2)铁钉固定的节点 3)竹材的穿斗式节点 4)钢构件连接的斗式节点 穿斗结构是中国古代建筑木构架的一种形 式。其特点是以柱直接承檩,每排柱子靠穿透 柱身的穿枋横向贯穿起来形成构架。用竹子做 成的穿斗节点,其自身存在着难以克服的缺陷 (1)竹子耐冲击强度低。以西双版纳盛产的竹 建材龙竹为例,其天然直径大都为(0110～ 0113)m,壁厚约为(0102～0103)m[3]。在抗冲击 试验中,横纹抗冲击强度仅为顺纹抗冲击强度 的1/20。由于其耐冲击性低,且横纹、顺纹抗冲 击强度的不对称性,穿斗式在使用过程当中横 纹受力方向的竹子容易出现弯曲、折断的现象。 (2)竹子的顺纹抗剪能力和抗劈裂强度低。节 点处的竹子,特别是承载竖向荷载的柱子,劈裂 现象普遍。
许多竹子房屋用处理过或天然的竹材来建 造，必要时辅以木材、泥浆、砖块及混凝 土等 其它材料，可增加耐用性并丰富造型 。竹材有一般木材所不及的优点：收缩量 小，高度的割裂性、弹性和韧性 ， 很好的顺纹抗压力和抗拉力
我国的传统竹子建筑我国在 2000 多年前，竹子就已用于民间房屋的建造，迄今 南方各省仍多采用竹子建造一些半永久性或临时性的房屋、棚舍等。竹子在江南民 居建筑中 一般做夯土墙的骨料使用，可以使夯土墙更加坚固耐用，也可以把竹子剖成长条编 成竹笆 作为围墙、外墙，竹子还可以编织成窗间墙的防护网、护墙板或者做成框钉竹条用 作护窗板 b]。 在云南，傣家竹楼属热带雨林竹楼形式，包括德宏、景颇、西双版纳一带。傣族民 居以木 柱承重，四周围竹墙，为了通风和防潮，房屋整个架空。竹构架歇山顶，坡度很大， 屋面覆 以小平瓦或排草。湿热带的太阳眩光很强，所以墙体不能开窗，但又要保证通风。 竹编的墙 透光柔和，既排除了眩光又可以通风 Mj。景颇族的竹楼是长脊短檐、架空低矮的干栏式建筑， 竹楼的架空高度很低，一般距地面约 50cm，高的也不超过 lm，竹屋两侧的竹编墙体上部 略向外倾，覆盖脊长而檐短的倒梯形双坡屋顶 o¨。 从结构上看，景颇民居采用的是纵向承重构架。三列纵向设立的竹子可依家庭大小 延长 扩展，柱与柱之间无横向的联系构件。另外，承重的柱子与架空层、居住层、围护 的墙体三者 之间也是相互独立、自成一体的，
4）钢构件的运用 钢构件装配式节点是通过螺栓、钢筋挂 钩、卡扣、金属箍等将竹子连接成整体而形 成的,并通过钢构件节点把荷载传递给基础 连接方式 为了保证节点的刚度和稳定性,便于钢构 件的连接,通常会在构件节点范围所在的原 竹空腔内部进行水泥砂浆的灌注填充。钢构 件装配式节点可以分为以下三种。 (1)平接节点 各根竹子的轴线处于同一平 面内,锚栓、螺帽、金属垫圈、橡胶垫片等 配合紧固,同时可以在接点处设置金属箍以 加固竹子。 (2)搭接节点 各根竹子的轴线不在同一平 面内,锚栓、螺帽、垫圈等配合紧固,在两节 点之间设图4 钢构件节点置拉杆。 (3)原竹与混凝土柱节点 锚栓一端固定在 混凝土柱上,另一端通过支撑原竹一端的金 属杯口直插竹子空腔内并用水泥砂浆灌注。 钢构件装配式节点连接牢固,装拆较为方便, 部分构件可循环使用,同时能防虫、抗水、 抗劈裂[5]
5）节点的钢板 连接当多根竹子汇集一点时,一个中心钢构件上多个方向的钻孔钢(肋)板通过长 杆高强螺栓,螺帽、金属垫圈、铁箍等与各根竹子连接,形成原竹建筑钢板连接节点。 中心钢构件与钢(肋)板的连接方式 (1)中心构件与肋板为一整体,肋板朝 向固定。 (2)中心构件通过螺栓、金属垫圈、橡 胶垫片等配合紧固,肋板方向可在一定角 度内自由调节; 钢(肋)板与竹子的连接方式 (1)通过一个肋板进行固定,一个方向 仅有一个肋板,肋板一端直插竹子空腔内, 肋板两侧边缘外露且平齐于竹子外侧,用 铁丝箍筋穿过竹子钻孔及肋板预留空进 行加固。 (2)通过两个肋板进行固定:一个方向 上的两个肋板左右或上下贴于竹子外部, 用锚栓、螺帽、垫圈、拉杆等穿过竹子 钻孔和肋板预留孔进行紧固。