竹钢在景观建筑中的应用研究

李佳伟 李 政

北京服装学院艺术设计学院

1 引言

由于休闲城市景观建设的不断发展,天然木材的需求量呈增长趋势,世界各地森林面积逐渐萎缩，森林保护任务与木材市场需求之间的矛盾日益突出。同时国内对竹木结构的需求越来越迫切。竹钢的开发利用有效地缓解了我国林地和生长的森林有机地的不平衡，满足了国民经济建设在林产品上的各项需求，为后续发展开辟了一条新的道路，为推动我国新型、绿色建筑的发展具有重大意义。

2 竹钢概况

竹钢——高性能竹基纤维复合材料是以资源丰富的竹材为主要原料，竹材纤维经过定向分离、重组、复合等先进工艺加工而成的。是我国自主研发的且具有自主知识产权的新型材料，并成功实现了产业化。其克服了竹材直径小、各向异性、材料不均匀等缺陷。竹材的强度高、结构组织性能优越，是实现竹子高效、高价值利用的有效途径之一。

3 竹钢性能

由于竹钢良好的性能优势，其优异的物理力学性能和高效经济的特性在多个领域中颇具市场潜力和机遇。“竹钢”已在国家权威机构进行了力学性能检测，其结构体系可以实现科学论证和精确计算，这为“竹钢”在建筑领域的广泛应用奠定了基础。

3.1 物理性能

竹钢强度可以达到400MPa左右，承受300MPa压力，约等于玻璃钢的结实程度，抗压力是平常材料的三倍。其抗拉力是平常材料的两倍，防腐、防虫是优良条件之一。

采用28小时水煮循环实验，证明了竹钢的耐水性非常好。竹钢在不经过防霉处理的情况下，可以达到二级的防霉标准。二次防霉处理后效果最佳，同时，竹钢的装饰加工性十分出色。

3.2 制作工艺

将竹子改造成“竹钢”最关键的一步就是疏解压析机。通过热压，10多厘米厚的竹片被压制成1cm～3cm不等的高强度板材毛坯，然后进行砂光处理，再按照产品设计的要求，进行裁制、拼接、加固等。一块竹钢可以承受300MPa压力，和玻璃钢的结实程度差不多，比木材、钢材更有韧性，可以满足异形结构设计要求（图1）。

图1 竹钢生产过程

3.3 竹钢的应用特性及功能

竹钢的问世是生态与科技的融合，是具有广泛用途的高端环保新材料，是世界上强度最高的经济型人造板材，应用范围很广。

3.3.1 绿色环保

随着全球气候的变暖，森林愈发显得弥足珍贵，竹钢的出现有效地保护了人类的生存环境。通过环保加工工艺生产的“竹钢”使用时无需特殊呵护和保养，可以有效吸收二氧化碳及大量有害物质。这对保护生态平衡和应对气候变化极其有利。

3.3.2 高强度

在制作过程中高性能竹纤维复合材料没有干扰竹纤维的排列方向，并能保持竹子原有的高强度特性。通过权威检测：高性能竹基纤维复合材料的抗弯强度≥350MPa，抗拉强度达≥360MPa，抗压强度≥140MPa，弹性模量≥30GPa，水煮膨胀率≤5%，由于竹钢强度高、密度大，各项指标均已达到或超过了叶片基材和户外板材的性能指标要求，同时，竹钢对于冲击荷载和周期性疲劳损伤具有较强的抗力，拥有最佳的抗冲击性能，竹钢结构在多种条件下，均表现出优异的稳定性和结构完整性。

3.3.3 良好地可加工性

常规木工工艺均可操作，可裁，可钻，可锯，可刨，不可钉；板材厚度虽然只有20mm～35mm，长度虽然只有2500mm，但是借用优异的双组份拼板胶，采用直拼、叠拼、错逢拼、指接、螺接等方式，可获取到厚达几米，长达几十米的方材；因为竹材不存在木材的虫蛀和结疤等问题，加工面亦非常完整光滑，无需补腻。

3.3.4 耐久性和耐候性

“竹钢”由我国资源丰富的可循环再生的慈竹、环保胶酚醛树脂和水分组成，表面可着油、漆。精心设计和建造的现代竹钢结构建筑坚固耐磨，即使在多雨、潮湿气候下也不易变形，是现代最经久耐用的建筑材料之一。

3.3.5 阻燃性好

防火能力达到B1级（难燃级别），且即使燃烧碳化，在一段时间内也会无毒无烟，同时碳化表层还可以阻燃。

3.3.6 易于施工（工期短）

竹钢具有良好的可加工性，通过拼接板材的结构方式可采用装配式施工，这样施工使得竹钢结构-房屋、亭阁或是地板等均具有造型独特、拆装简易的特点，且对气候的适应能力较强，不会像混凝土工程一样需要很长的养护期，另外，竹钢板材可以适应各种温度，即使冬季施工也不受限制。

3.4 竹钢与木材对比

目前我国木材较为稀缺，因此利用竹子作为木材的部分替代品是非常必要的。竹钢相比于建筑结构用木材的力学性能受其缺陷（包含接缝、斜纹、裂纹、生长环境等）因素的影响，强度和力学性能远远高于木材。

通过高性能竹基纤维复合材料在建筑结构领域的应用，部分代替结构用木材在木结构、钢-木混合结构中的应用，逐渐实现木质材料资源的自主化，推动我国新型绿色建筑的进一步发展。表1比较了建筑结构中使用的两种材料的性能。

表1 竹钢与木材对比

4 竹钢在景观建筑中的应用

竹钢用途主要分布在室内室外装饰和结构等方面。具体可广泛运用在集成建筑、室外栈道、门窗、墙面板等。用竹钢做的建筑造型独特、拆卸方便、使用寿命长、冬暖夏凉，同时能够体现出当地浓厚的民族文化，是回归自然享受低碳的最佳选择。

4.1 竹钢结构在室外建筑中的运用

北京国际青年营接待大厅是以竹子为原材料的全竹钢结构进行组织设计的环保房，竹钢以倾斜的姿势与土壤亲密结合，自然、环保融为一体，不仅建材80%采用竹钢，更是太阳能、风能等绿色能源全面使用的完整生态建筑（图2）。

图2 接待大厅侧视图

刘晓都大师在巴塞罗那中心广场的作品也是用竹钢材和标准件设计的，厚度只有10mm的10000片竹钢片，以有利的结合实现了大跨度结构，自然的结合力减少了对扶墙拱壁的需求。

牛背山青年旅社，国内第一个“竹钢”的曲型结构建筑，创了竹材异性结构的先例（图3）。

图3 牛背山青年旅社竹钢结构

昭君博物馆入口雨棚选择竹钢作为结构用材，设计简洁轻盈，通过伞骨结构和正负锥形的桁架结构，提高了结构的整体稳定性，宽大的室外雨棚完全由受力结构形成，将材料受拉性能直观表现于形式上，是第一个“竹钢”材料柱梁一体化的结构，开启了以全竹钢结构融入大型公共建筑的先河（图4）。

图4 昭君博物院“竹钢”雨棚

4.2 竹钢结构在室内装饰中的运用

竹钢的环保性较好、强度和韧性高，用来做家具，其吸湿性较好，不开裂，也不变形。除了环保外，保温、隔音效果也很好，在室内局部采用竹钢结构，可以做隔断墙、背景墙、造型、地板等等，成为当下最优秀的室内外装饰材料之一。

三联图书馆是“竹钢”室内外一体化呈现的典型建筑，竹钢对窄边框大尺寸大开度特型门窗进行尝试，也是竹钢对海边严酷环境的初次挑战。

“竹钢”纹理自然、质密坚硬、外观清新高雅、零甲醛释放，使用时无需特殊护理和保养，有效吸收二氧化碳及空气中大量有害物质。在高裆家具中有所体现（图5）。

图5 竹钢家具

竹钢家具纹理自然、质密坚硬，具有清新高雅的独特气质，同时能够净化空气等。

竹钢被用作外墙和外立面的主打材料。它可以作为结构的承重构件，也可以作为外部贴面。颜色和质地都比后期添加的装饰材料优良。

内庭院外立面大面积的玻璃与竹制材料构成简约的现代主义构图，表达了设计师对传统的尊重、对自然和生活品质的追求（图6）。

图6 内院中使用的竹钢材料

5 竹钢在景观建筑中的营造

竹钢所代表的是中国独有的文化，是传播中国文化的载体，在景观建筑中能够呈现出独具特色的东方竹韵，真正诠释在空间美学上的应用。

上海浦东国庆寺是一座具有现代风格的寺庙，通过建筑开合、庭院尺度的处理，使寺庙在都市环境包围中呈现“幽、隐、静、藏”的韵味，传达出一种原生态且具有宗教空间精神的禅意。设计师想要打破固有的传统，希望把具有现代化的语言转化为某种意义上的传统认同和情感共鸣。墙体采用的是杉木模板的清水混凝土，屋顶用的是钛锌板金属材料，竹钢嵌入其中，冷暖交相辉映，自然和谐的氛围中显露出真实的情感（图7）。

图7 上海浦东国庆寺室内效果图

位于成都的西派国樾时代艺术中心为了营造空间的整体感受，建筑师将精神寄托于建筑之中，融入了多种围合的空间体验，流动着的空间形态有趣而开放。竖向装饰中运用了大量的竹钢元素，亦有局部的垂直绿化墙相衬，让整个建筑在清新通透的氛围里中流连，风格独特，配合通透的大面积玻璃幕墙，虚实结合，增添了建筑的优雅与神秘。建筑布局采用传统的庭院群落围合关系，既是对传统文化的塑造又是对未来新的艺术的回应（图8）。

图8 水景后院图

6 结语

虽然竹产业发展面临良好的发展机遇，但与其他行业相比仍然面临着巨大的挑战。现如今如何解决承重和安全性的问题；如何激发传统结构材料的活力；如何开发新型材料结构体系；特别是连接的节点如何满足功能构件的稳定等，是我们目前面临的首要问题。

一种集力学和美学于一身的环境友好型工程材料将在全球绿色发展的新时代肩负着重要使命。竹钢在景观建筑中的应用必定会在建筑界乃至整个城市发展进程中起到革命性的变化。