竹结构建筑应用发展研究

许培玉 朱建君 徐霄枭

摘 要：鉴于温室效应加剧，低碳环保的竹结构建筑逐渐成为新的行业热点，基于全生命周期与生态系统和谐共处的竹结构建筑是建筑行业绿色发展的必然选择之一。论文首先介绍国内外竹结构建筑发展现状，指出相关针对竹结构建筑领域发展应用研究归纳不完善等问题;随后阐述竹结构建筑应用领域，明确竹结构建筑重要性;最后从原竹应用、竹构件工艺应用、竹构件结构应用三个方面，原竹建筑、现代原竹建筑、现代竹构件应用、复合式竹建筑组合结构体系、改性竹建筑以及复合竹结构建筑构件等6个方面详细进行竹结构建筑应用发展研究。

关键词：竹结构建筑; 原竹应用; 工艺应用; 结构应用

中图分类号：S772       文献标识码：A          文章编号：1006-3315（2021）10-176-003

1.引言

竹结构建筑最初是指将原竹进行绑扎加固处理而得到的建筑;经过装配式建筑理论的发展与建筑构件制作技术的升级，竹结构建筑逐渐演化为以竹结构建筑构件为主体结构应用装配式制成的建筑。国内外学术界对竹结构建筑发展现状并尚未形成统一的划分认知，田黎敏（2019）进行了竹结构与传统结构差异性对比分析，明确了竹结构发展的必要性，提出了原竹骨架组合结构体系的新型竹材复合材料，但对于竹结构建筑构件应用研究不够全面[1]。李海涛（2020）深刻认识到竹结构应用方面研究的重要性，重点阐述原生竹材应用工程领域，研究我国工程竹材应用发展历程阶段，详细介绍八种生物质复合材料，但忽略了衔接竹材运用方面的介绍[2]。有学者通过比较性研究竹结构建筑的材料运用、结构美学等方面，探究应用途径，促进建筑业可持续性发展[3-5]，介绍了竹结构构件作为基础桩、轻体墙及结构框架等多方面的应用现状，分析了竹结构建筑构件应用前景及优势[6-9]。Guosong Yang借鉴木材结构的设计和施工经验，引进了竹结构等新型建筑结构，对胶水层压竹和竹结构的研究进行了全面的回顾[10]。Revian Nathanael Wirabuana探讨了竹材在长跨度结构方面的应用，分析竹架多线性元素的组织，为用户的空间体验做出了深刻贡献[11]。国内外研究中缺少竹结构建筑应用发展的系统归纳，论文在此研究基础上，针对竹结构建筑应用做了系统化的总结。

2.竹结构建筑发展历程

2.1竹结构建筑内涵及优势

竹结构建筑是指以竹材为主要建材的一种建筑形式，按照建造方式划分，主要分为原竹建筑、装配式竹结构建筑两类。原竹建筑是指以天然原竹为用材，具有工业化处理程度低，施工误差小，生产加工过程碳足迹低，对环境没有二次污染，具有节能环保性等特点;装配式竹结构建筑是指对原竹进行加工得到竹结构建筑构件，从而进行装配式施工的建筑，具有安全高效、绿色可循环利用、强度高，抗震性能优越，施工期短的优势。竹结构建筑顺应了建筑节能减排的趋势，减轻了对不可再生资源的损耗，是建筑行业碳中和发展的新方向。

2.2竹结构建筑相关规定

长期以来，竹结构建筑广泛应用于道路工程、岩土工程、桥梁工程以及建筑工程等多种领域。借助科技革新研究趨势，竹结构建筑得到了长远的发展，国务院、国家住建部等国家机构对推行竹结构建筑应用颁布了相关规范（如表1所示），促进了竹结构建筑的应用。

3.竹结构建筑应用

3.1原竹应用

3.1.1原竹建筑

原竹建筑，最早可追溯至新石器时代，是古建筑主要建筑用材之一，是建筑领域利用竹材的开源，其中尤其以中国、日本、越南等国家为代表。主要是指以原竹、草绳等原始建材为主的绑扎式的竹亭、竹庐、竹屋等简易休憩住宅建筑以及竹瓦等建筑装修构件。原竹建筑存在建造方便、应用途径广泛、建筑面积小、耐久性差、抗裂性差、抗震性能差等特点。其中以中国云南傣族竹楼、中国海南黎族船型屋、中国台湾竹厝、泰国寺庙建筑以及日式住宅建筑等为典型代表。

3.1.2现代原竹建筑

现代原竹建筑是指包括以原竹、竹条、竹篦等连接而成的建筑物，其中主要连接方式包括捆绑连接、穿斗式连接、螺栓连接、钢构件和钢板连接填充物强化连接方式、原竹两端钢帽连接节点、自然纤维布或FRP布同螺栓连接组合的连接形式等多种连接形式。现代原竹建筑主要包括竹住宅建筑、原竹景观小品以及竹装饰等应用，其中，尤其以仿生建筑的竹景观及竹装饰应用最为广泛。

原竹结构根据用途主要分为五类：一是民居类竹建筑，以南美洲、东南亚地区的房屋为典型代表，例如捷克的布尔诺竹屋;二是游玩休憩类竹建筑，主要包括竹廊、竹亭、竹楼等园林庭院构筑物，例如中国云南玉溪寒武纪小镇欢乐大世界竹编织、日本竹森林、中国台湾竹跡館以及泰国Jim Thompson Farm竹景观等;三是科教文化类竹建筑，以学校体育馆、展览中心为典型代表，例如巴厘岛的绿色竹建筑学校之心;四是服务休闲类竹建筑，包括公园活动中心、别墅、餐饮类建筑，例如西非海岸竹餐厅、泰国的日落观赏亭;五是农用类竹框架，典型代表是以竹筒为受力框架，通过金属连接件或绳子连接各节点而形成的原竹大棚。

3.2竹构件工艺应用

3.2.1现代竹构件应用

现代竹构件应用，是指通过对原竹进行破片等简易加工处理制作而成的建筑领域辅助类竹构件。主要包括竹结构仿生结构装饰景观与竹结构园林景观小品两类[13-14]，竹结构仿生结构装饰景观是指通过利用竹材延展性制成的装饰景观用途的仿生结构建筑;竹结构园林景观小品是指园林以观赏为目的的竹结构景观，主要分为装饰型小品、展示型小品、服务型小品三类。现代竹构件应用属于竹结构建筑发展成熟阶段，是目前非结构用竹建筑最为广泛的应用类型。

3.2.2改性竹建筑

改性竹建筑，一般是指对原竹建材通过相对复杂的去青、削片、刨花、压制等工艺处理后得到的改良竹建筑构件。改性竹建筑构件相比普通竹加工构件具有更好的力学性能，目前应用广泛的有竹胶合板、竹刨花板等建筑构件，主要应用于竹地板、竹木家具以及文化产品等领域[15-18]。

3.3竹构件结构应用

3.3.1复合式竹建筑组合结构体系

复合式竹建筑组合结构体系，是指通过将竹结构建筑构件与钢材、混凝土及泥土等结合形成的一种复合式建造结构体系，例如竹筋混凝土结构、钢—竹组合结构构件等[19]。复合式竹建筑组合结构体系属于竹结构建筑构件平稳发展阶段，是竹结构进行建筑结构体系建造的创新型尝试，为竹结构建筑构件的发展奠定了理论基础，促进了竹结构建筑构件在建筑主体结构方面的发展。

3.3.2竹集成材

竹集成材是指将竹材疏解加工后结合胶粘技术压制而成的复合型材。竹集成材是目前竹结构建筑主体构件的主要制作加工方式，根据竹片排列方向可分为平行竹集成材与正交竹集成材;根据竹片单元宽度可分为窄片竹集成材与展平竹集成材;根据压制方式可以分为平压竹集成材、测压竹集成材与平侧相间竹集成材[20]。

竹集成材的制作生产工艺突破了竹材加工尺寸制作技术的限制，有效的解决了竹产品利用率低、尺寸限制等局限性。竹集成材作为一种新型绿色建材，竹集成材吸水膨胀系数小，防水性能优越，可有效防止虫蛀与霉变。竹集成材由于保持原竹生长纤维，沿袭了其强度高、韧性强的优势特征，具有制作构件体积大、抗干裂变形能力强、力学性能优越、韧性强、耐磨损等特点，是目前我国复合型竹结构建筑构件的主要应用形式。

3.3.3竹重组材

竹重组材是指将竹材加工成竹丝等并胶合压制而成的新型复合型材。由于竹重组材施工工艺先进，竹材利用率高，力学性能优越等特点，正逐步取代竹集成材成为竹结构建筑产业新热点，竹重组材制作加工技术升级主要包括两个方面，一是竹重组材原竹的选取不受直径限制，所用竹材以慈竹为主，可充分利用我国小径竹类资源;二是竹重组材辊压竹纤维束疏解彻底，碎纤维少，物理力学性能优越，疏解后的纤维呈网络状，纤维间相互粘连不完全分离，且能自然铺展，不卷曲[21]，目前，科研工作者已开发出同时实现去青、去黄和辊压疏解或进行连续多次疏解的设备，较大地提高了生产效率。

竹钢作为竹重组材的一种，是中国林科院木材所研究的竹材工业化利用的第五代技术，体现出良好的发展前景，竹钢作为竹重组材复合新材料，是将竹材原料通过碾压疏解成竹丝束，均匀导入酚醛树脂，热压成型，固化干燥得到的高性能竹基纤维复合材料。竹钢技术改进了传统的剖蔑工序，是我国竹材加工应用领域的一项重大突破，根据相关论文及专业结果分析，竹钢技术对竹材利用率可以提高到95%以上[22]。

4.结语

纵观世界竹结构建筑发展现状，竹结构建筑以其荷载轻便，力学性能优越，制作工期短，安装便利等优势成为装配式建筑的研究热点。各国表现出差异性发展水平。大多数国家竹结构建筑发展现状仍以现代竹构件应用为主，以仿生式竹景观、竹装饰等形式出现的原竹建筑、复合式竹建筑组合结构体系、改性竹建筑已在部分国家或地区得到广泛应用。基于复合竹建结构建筑构件技术的发展，以竹集成材、竹重组材为代表的复合竹结构建筑构件已在建筑领域得到广泛应用。

竹结构建筑以其建材的特殊性，表现出强大的碳汇优势，研究竹结构建筑对于应对全球变暖，实现建筑领域节能减碳具有重要意义，可以预见，竹结构建筑具有广泛的发展前景。

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