钢—竹组合结构的研究现状与前景分析★

张秀华 鄂 婧 卢 佳 冯耀恒

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

·结构·抗震·

钢—竹组合结构的研究现状与前景分析★

张秀华 鄂 婧 卢 佳 冯耀恒

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

分别对重组竹、冷弯薄壁型钢、钢—竹组合结构的特点进行了介绍，分析了三者的发展及应用现状，指出在提倡发展绿色节能建筑的背景下，绿色生态的钢—竹组合结构具有一定的发展优势。

钢—竹组合结构，冷弯薄壁型钢，特点，绿色建筑

1 重组竹的研究与发展

重组竹以重组木制造工艺为基础，通过对原材料竹的加工而成。重组竹，即是先将竹基材通过重组形成通长的、交错排列的纤维状材料，再通过干燥、加胶、热压而成，主要为板状形式的材料[1]。

1.1 重组竹的特点

重组竹作为建筑材料有其他材料不能比拟的特点[2，3]：

1)重组竹具有轻质高弹、韧性好等特点，故其具有良好的抗震性能。2)重组竹消除竹子的内在构造影响，加强其机械性能。重组竹较之于竹材利用率更高。3)相较于竹材、木材，重组竹的材质均匀且其抗拉强度高。4)竹子的生长周期短，因此其具有成材早、产量高的特点，在我国有大面积栽植。5)竹材作为绿色环保建筑材料，可回收再利用。相对于混凝土、钢材，能耗低，污染小。6)自动化、标准化加工工厂，可在工厂完成大部分试件工作，提高施工进度与质量。7)重组竹传承中华文化，将古人笔下的“宁可食无肉，不可居无竹”实现于现代建筑中。

1.2 重组竹的应用和发展

在可持续发展观带动下的建筑用木材需求量递增，而木材的产量有限导致其供应量不足、销售价颇高，以此为基础，重组竹在建筑产业应运而生。近年来重组竹的研究应用方向主要有：由重组竹良好的外观性能，制成装饰装修用材、家具用材，比如竹地板、竹制桌椅、高档仿红木家具；由重组竹优良的力学性能，可制成梁、柱等承重构件及外墙、屋面板等以及一些围护构件；由重组竹经高温热处理而具有良好的耐腐蚀性，广泛应用于包装材料。

重组竹的一个应用实例就是桐庐竹楠木，在2010年的上海世博会上，竹楠木房屋凭借其绿色环保优势亮相，并受到大众广泛肯定。以竹楠木为原材料打造的重组竹房，摆脱传统砌体结构、钢筋混凝土结构而自成一派，其房屋不仅外观美观、内部的配套措施齐全，更是能够通过自动调节温湿度从而达到冬暖夏凉的效果。

2 冷弯薄壁型钢的研究与发展

从1889年迄今，钢结构广泛应用于各国的建筑、工业建设之中，近年来，冷弯薄壁型钢作为一种具有特殊截面形式、高效经济的材料而备受关注，冷弯薄壁型钢是制作轻型钢结构的主要材料，它主要是用普通碳素钢板或带钢在冷状态下(室温条件下)经辊压或冲压成型的各种截面形状的型材[4]。

2.1 冷弯薄壁型钢的特点

冷弯薄壁型钢具有如下优点：

1)截面形式灵活，并能在保持材料用量基础上，其截面形式被优化，故被称之为高效钢材。2)轻质高强、刚度大，具有良好的抗震性能。3)材料经济，成本低。4)利于生产与施工。冷弯薄壁型钢作为预制构件，能按要求进行批量生产。5)保温、隔热性好。6)使用后可回收利用。

2.2 冷弯薄壁型钢的应用和发展

近年来，国内外对冷弯薄壁型钢进行深入研究与生产应用，冷弯薄壁型钢有如下的两个发展方向：由冷弯薄壁型钢做主要承重构件，比如：梁、柱、框架、钢架、桁架等，主要应用于单层、多层住宅、轻钢别墅、工业厂房、加工车间、大型库房等；由冷弯薄壁型钢做次要受力构件、围护结构，主要出现在我国南方地区的多层民用建筑。

冷弯型钢在我国始于20世纪50年代中期，并主要以农机业使用为主；60年代，上海等地兴建冷弯型钢结构房屋的试点工程；70年代，采用冷弯型钢屋架；在80年代，冷弯型钢进入繁荣发展时期，建成18 m跨仓库及36.8 m跨设备层；90年代后期，压型钢板在我国普遍使用。如今，我国香港亦陆续建成多栋冷弯薄壁型钢结构的多层住宅，而由于我国的市场的供需关系、国家的调控政策影响，可以说此体系在我国的内陆地区也稳步应用中。

3 钢—竹组合结构

钢—竹组合结构是将冷弯薄壁型钢与重组竹/人造竹板通过有效界面结合形成的新型高性能组合结构，其结合方式有：高强结构胶进行粘结，自攻螺钉/燕尾钉进行钉接。

3.1 钢—竹组合结构的特点

此组合结构可发挥钢、竹两者优势，并使其协同工作，其组合特点如下：

1)截面形式灵活。工厂可依据需要进行构件的加工，二者可采用不同截面形式以满足不同构件需要。2)承载力高。此组合结构将冷弯薄壁型钢作为骨架，重组竹作为面板，两者结合构件有更高的承载力。3)变形性能好、延性好。具有良好的抗震性能。4)协同工作。有效解决钢材在使用时易失稳、重组竹本身承载力相对不足，且目前二者造价过高的缺陷，二者结合整体性好。5)工厂化程度高，保证施工质量、进度，并减少施工过程造成的各种污染。6)节约材料，经济性好。7)可回收再利用。钢、竹二者均是绿色材料，且其回收利用率高。

3.2 钢—竹组合结构的发展现状

近年来，我国各大科研院校对钢—竹组合结构进行深入研究，试验研究取得的成果如下：

1)钢—竹组合楼板。目前研究有以下两种形式[5-7]：压型钢板—竹胶板组合楼板、冷弯薄壁C型钢—竹胶板组合楼板，如图1所示。分别有单纯胶结型、胶结螺栓复合型、侧板加强胶结螺栓复合型，抗弯试验结果表明，螺栓的使用可防止局部脱胶，而侧板起到骨架作用。组合楼板均表现出较高的承载力和刚度、整体性好，钢、竹二者在正常使用阶段处于弹性阶段，可以满足建筑对楼板使用要求。

2)钢—竹组合柱。类型有[8-10]：冷弯薄壁C型钢—竹板组合柱、薄壁方钢管—竹胶板组合柱，如图2所示。通过对组合柱的轴心受压试验分析，破坏形式有外围竹板破坏、胶结面开胶破坏、整体失稳破坏三种，得到轴压比对组合柱的极限承载力、延性起决定性作用。钢、竹二者可良好协同工作，整体性能好，承载力可满足建筑对柱子的要求。

3)钢—竹组合梁。类型有[11-13]：冷弯薄壁槽钢—竹胶板组合梁、方钢管—竹胶板组合梁，如图3所示。通过弯曲性能试验表明，两种材料共同参与工作，组合效应突出，整体性好，其破坏类型为延性破坏。通过变化组合，得到可应用于工程的承载力、刚度表现良好的钢—竹组合梁。

4 结语

相比较于钢筋混凝土结构建筑，绿色生态是钢—竹组合结构在建筑发展的优势。然而钢—竹组合结构的研究尚有许多空白，关于钢—竹组合结构协调变形、截面形式优化、组合方式都需要进一步探索，且目前研究范围仅停留在楼板、梁、柱这些构件上，并没有钢—竹组合体系的理论扩展，这些都是亟待解决的关键问题。随着我国国民经济的提高及公众对绿色建筑、居住舒适度的更高要求，钢—竹组合结构在建筑业势必进入其发展的新阶段。

[1] 赵仁杰，喻云水.竹材人造板工艺学[M].北京:中国林业出版社，2002.

[2] 王海鹏，邓晓宇.竹材在大跨空间结构中的前景[J].科协论坛(下半月),2009(8):3- 4.

[3] Jayanetti D L, Foollet P R. Bamboo in Constriction: an introduction[J].TRADA and Concrete Composites，2005，27(3):637- 649.

[4] 曲鹏远，刘永娟，孙长江，等.冷弯薄壁型钢的应用与研究现况[J].中国建筑金属结构，2008(12):60- 61.

[5] 李玉顺，单 炜，黄祖波，等.压型钢板—竹胶板组合楼板的力学性能试验研究[J].建筑结构学报，2008，29(1):96-102.

[6] 李玉顺，张王丽，沈煌莹，等.复合胶结型压型钢板—竹胶板组合楼板受弯性能试验研究[J].建筑结构学报，2009，30(S2):176-181.

[7] 韩添石，李玉顺，张王丽，等.薄壁型钢—竹胶板组合楼板抗弯性能研究[J].森林工程，2010，26(3):54-57.

[8] 蒋天元，李玉顺，单 炜.薄壁C型钢—竹胶板组合箱型柱抗震性能试验[J].东北林业大学学报，2011，39(12):82-85.

[9] 丁健伟.冷弯薄壁型钢—竹木复合板工字型组合柱轴压性能研究[D].南京:南京林业大学，2013.

[10] 赵卫锋，张武东，周 靖，等.薄壁方型钢管—竹胶板组合空芯柱轴心抗压性能[J].农业工程学报，2010(3)：26.

[11] 沈煌莹，李玉顺，张王丽，等.冷弯薄壁型钢—竹胶板组合梁受弯性能试验研究[J].建筑结构学报，2009(S2):171-174.

[12] 赵佳遥.矩形钢管—竹材胶合板组合梁抗弯性能试验研究[D].石家庄：河北工程大学，2011.

[13] 王羡农，赵佳遥，梁 珺，等.矩形钢管—竹胶合板组合梁抗弯性能分析[J].四川建材，2011，37(1):47- 49.

The research status and prospects of steel-bamboo combined structure★

Zhang Xiuhua E Jing Lu Jia Feng Yaoheng

(CollegeofCivilEngineering,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China)

The paper introduces the features for the re-combined bamboo timber, thin-walled cold-formed steel and steel-bamboo combined structure, analyzes their development and application status, and points out the green steel-bamboo combined structure has its advantages under the background of advocating the green and energy-saving architecture.

steel-bamboo combined structure, thin-walled cold-formed steel, feature, green architecture

2015-06-30★：国家级大学生创新项目

张秀华(1970- )，女，博士，硕士生导师，副教授； 鄂 婧(1990- )，女，在读硕士； 卢 佳(1995- )，女，在读本科生； 冯耀恒(1993- )，男，在读本科生

1009-6825(2015)25-0030-02

TU398

A