重组竹结构建筑的设计及材料的开发

1.1重组竹作为新型建筑材料的优势

（1）轻质高强，力学性能优良

 根据吕清芳等人对重组竹基本构件的力学性能进行研究，其保证率大于等于 95 %的重组竹柱极限抗压强度和弹性极限抗压强度分别达到 53．0 MPa、34．3 MPa; 保证率大于等于 95 %的重组竹梁的弯曲抗拉强度达到 36．8 MPa。根据魏洋等人的研究，竹材本身的抗拉强度可达 150 MPa，弹性模量达 10 GPa。而重组竹根据工艺不同，密度略有差别，一般在 8～10 k N/m3之间。重组竹材料分项系数考虑介于钢材与混凝土之间，取1．25，则重组竹抗压强度为 27．4 MPa，抗弯强度为 29．4 MPa; 按照弹性模量 10 GPa 相同，选取性能较佳的 TC17 木材东北落叶松，则抗弯强度设计值 17 MPa，将重组竹与东北落叶松、Q235 钢材及 C25 混凝土进行分析比较，具体见表2所示。

    重组竹的强重比略高于普通钢材，且比木材和混凝土大。在建造同样一栋多层建筑，使用荷载相同的情况下，若采用重组竹作为结构材，其重量最轻; 由于其重量最轻，故在地震作用下，吸收的地震力也最小，截面尺寸在不考虑构造要求的情况下亦可更小，从而建筑的总体重量更小。说明采用重组竹作为结构材建造房屋，其结构比较合理，更加节省资源。

（2） 弹塑性、韧性好，抗震性能优异。

  重组竹作为受弯构件在破坏前弹性变形较大，接近破坏时有较小的塑性区，破坏时挠度达到 l/36 以上，说明重组竹受弯构件的设计应主要由刚度控制，与钢材类似。将重组竹用作 3 000 mm跨楼板梁或格栅时，则其破坏之前有 80 mm 左右变形，比较明显，属于塑性破坏，危害较小。重组竹作为受压构件，同样破坏之前存在较大弹性变形，接近破坏时有较小的塑性区。另外，若在重组竹柱破坏后对其进行卸荷，80 %以上的变形能够得到恢复，材料的延性、耗能能力较好，震后残余变形较小。作为多次超静定结构的房屋，在地震作用下，若局部一些构件因破坏而退出工作，在较大变形下与整体建筑脱离，则整个房屋不会形成连续破坏，反而由于局部构件的脱离，其余构件的安全系数反而有所提高。这些均说明了重组竹具有优异的抗震性能。重组竹作为有机竹材的加工产物，具有大量的纤维，在冲击荷载作用下不易发生脆性断裂，韧性较好。

（3）资源丰富，伐后可再生。废弃后可降解竹子是我国的第二森林资源，竹材产量约占木材 l/10，约占世界竹产量的 l/3。其生长周期短，4 a 以上毛竹或 3 a生丛生竹即可满足使用要求。同时竹材具有较强的伐后再生能力，只要管理科学合理，一次造林可多次采伐，取之不尽、用之不竭

（4）固碳能力强，能耗低。竹材在生长过程中能吸收二氧化碳，放出氧气，改善人们生活的自然环境。就减排而言，竹林比其他树种的森林可吸收更多的二氧化碳，具有超强的固碳能力。在加工过程中竹材能耗低，建造同样面积的建筑，竹材的能耗是木材的1 / 3、钢筋混凝土的 1 / 8、钢材的 1 / 50。

（5）构件工厂预制，工业化程度高，易于更换。由于重组竹在工厂预制，现场拼装，构件间的连接大多采用榫接和螺栓连接，所以重组竹构件在后期使用过程中易于更换。

1.2重组竹作为新型建筑材料的不足

 重组竹作为新型建筑材料具有以上多个优点，但要完全代替传统建筑材料———木材，真正达到“以竹代木”，重组竹亦存在一些不足，需要加以改进或优化。                 其一，加工压制设备较难满足现行大截面结构材的要求，材料耐久性还有待进一步改进。其二，结构用胶的合理选择。胶的使用非常重要，它不仅影响到竹材之间的整体性，而且对于重组竹的后期使用亦有很大影响，胶的耐久性、高温稳定性和对人体健康的危害不容忽视。其三，木螺栓在重组竹中的握钉力及重组竹耐火性还有待进一步研究目前，我国对木螺丝在木材中的握钉力研究较多，但是重组竹与木材的结构不同，相关数据并不能通过，对木螺丝在重组竹中的握钉力研究还较少。重组竹作为竹材和各种胶的组合物，木材、胶合板防火剂对其是否适用、高压浸渍对重组竹的性能又有何影响、防火处理后能否达到建筑耐火等级对其的要求等目前还没有相关研究。其四，国内的理论研究才刚刚起步，工程实例亦较少。

1.3重组竹作为新型建筑材料的实际工程项目

  湖北省咸宁市竹子博览馆建筑面积1361.52平方米，二层重组竹框架结构，纵向和横向跨度均为9m，建筑总高度13.000m。

图17咸宁市竹子博览馆

浙江省桐庐县驿站建筑面积515.7平方米，二层重组竹框架结构，建筑总高度7.500m，由桐庐城市建设投资有限公司投资建设，该工程全部主体结构的梁板柱和填充墙均采用重组竹(竹楠木)制作。

图18 驿站已建内部视图 

 图19 驿站已建外立面图

    中国林业科学研究院展示房建筑面积120平方米，一层重组竹框架结构，建筑总高度5.450m，由中国林业科学研究院投资建设，该工程全部主体结构的梁板柱和填充墙均采用重组竹(竹楠木)制作

图20 展示房效果图

    桐庐县横村镇后岭村文昌阁建筑面积373.89平方米，三层重组竹框架结构，纵向和横向均为14m，建筑总高度19.035m。该工程全部主体结构的梁板柱和填充墙均采用重组竹(竹楠木)制作。

图21文昌阁

 浙江桐庐公交亭建筑面积60平方米，一层重组竹框架结构，建筑总高度5.250m，由桐庐城市建设投资有限公司投资建设，该工程全部主体结构的梁板柱和填充墙均采用重组竹(竹楠木)制作；至今仍有公交亭继续建造。

图22公交亭效果图

    大连海洋馆售票亭建筑面积288平方米，一层重组竹框架结构，建筑总高度3.650m，由大连海洋馆投资建设，该工程全部主体结构的梁板柱和填充墙均采用重组竹(竹楠木)制作。

图23 大连海洋馆售票亭