竹結構建筑應用發展研究

許培玉 朱建君 徐霄梟

摘 要：鑒于溫室效應加劇，低碳環保的竹結構建筑逐漸成為新的行業熱點，基于全生命周期與生態系統和諧共處的竹結構建筑是建筑行業綠色發展的必然選擇之一。論文首先介紹國內外竹結構建筑發展現狀，指出相關針對竹結構建筑領域發展應用研究歸納不完善等問題;隨后闡述竹結構建筑應用領域，明確竹結構建筑重要性;最后從原竹應用、竹構件工藝應用、竹構件結構應用三個方面，原竹建筑、現代原竹建筑、現代竹構件應用、復合式竹建筑組合結構體系、改性竹建筑以及復合竹結構建筑構件等6個方面詳細進行竹結構建筑應用發展研究。

關鍵詞：竹結構建筑; 原竹應用; 工藝應用; 結構應用

中圖分類號：S772? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? 文章編號：1006-3315（2021）10-176-003

1.引言

竹結構建筑最初是指將原竹進行綁扎加固處理而得到的建筑;經過裝配式建筑理論的發展與建筑構件制作技術的升級，竹結構建筑逐漸演化為以竹結構建筑構件為主體結構應用裝配式制成的建筑。國內外學術界對竹結構建筑發展現狀并尚未形成統一的劃分認知，田黎敏（2019）進行了竹結構與傳統結構差異性對比分析，明確了竹結構發展的必要性，提出了原竹骨架組合結構體系的新型竹材復合材料，但對于竹結構建筑構件應用研究不夠全面[1]。李海濤（2020）深刻認識到竹結構應用方面研究的重要性，重點闡述原生竹材應用工程領域，研究我國工程竹材應用發展歷程階段，詳細介紹八種生物質復合材料，但忽略了銜接竹材運用方面的介紹[2]。有學者通過比較性研究竹結構建筑的材料運用、結構美學等方面，探究應用途徑，促進建筑業可持續性發展[3-5]，介紹了竹結構構件作為基礎樁、輕體墻及結構框架等多方面的應用現狀，分析了竹結構建筑構件應用前景及優勢[6-9]。Guosong Yang借鑒木材結構的設計和施工經驗，引進了竹結構等新型建筑結構，對膠水層壓竹和竹結構的研究進行了全面的回顧[10]。Revian Nathanael Wirabuana探討了竹材在長跨度結構方面的應用，分析竹架多線性元素的組織，為用戶的空間體驗做出了深刻貢獻[11]。國內外研究中缺少竹結構建筑應用發展的系統歸納，論文在此研究基礎上，針對竹結構建筑應用做了系統化的總結。

2.竹結構建筑發展歷程

2.1竹結構建筑內涵及優勢

竹結構建筑是指以竹材為主要建材的一種建筑形式，按照建造方式劃分，主要分為原竹建筑、裝配式竹結構建筑兩類。原竹建筑是指以天然原竹為用材，具有工業化處理程度低，施工誤差小，生產加工過程碳足跡低，對環境沒有二次污染，具有節能環保性等特點;裝配式竹結構建筑是指對原竹進行加工得到竹結構建筑構件，從而進行裝配式施工的建筑，具有安全高效、綠色可循環利用、強度高，抗震性能優越，施工期短的優勢。竹結構建筑順應了建筑節能減排的趨勢，減輕了對不可再生資源的損耗，是建筑行業碳中和發展的新方向。

2.2竹結構建筑相關規定

長期以來，竹結構建筑廣泛應用于道路工程、巖土工程、橋梁工程以及建筑工程等多種領域。借助科技革新研究趨勢，竹結構建筑得到了長遠的發展，國務院、國家住建部等國家機構對推行竹結構建筑應用頒布了相關規范（如表1所示），促進了竹結構建筑的應用。

3.竹結構建筑應用

3.1原竹應用

3.1.1原竹建筑

原竹建筑，最早可追溯至新石器時代，是古建筑主要建筑用材之一，是建筑領域利用竹材的開源，其中尤其以中國、日本、越南等國家為代表。主要是指以原竹、草繩等原始建材為主的綁扎式的竹亭、竹廬、竹屋等簡易休憩住宅建筑以及竹瓦等建筑裝修構件。原竹建筑存在建造方便、應用途徑廣泛、建筑面積小、耐久性差、抗裂性差、抗震性能差等特點。其中以中國云南傣族竹樓、中國海南黎族船型屋、中國臺灣竹厝、泰國寺廟建筑以及日式住宅建筑等為典型代表。

3.1.2現代原竹建筑

現代原竹建筑是指包括以原竹、竹條、竹篦等連接而成的建筑物，其中主要連接方式包括捆綁連接、穿斗式連接、螺栓連接、鋼構件和鋼板連接填充物強化連接方式、原竹兩端鋼帽連接節點、自然纖維布或FRP布同螺栓連接組合的連接形式等多種連接形式。現代原竹建筑主要包括竹住宅建筑、原竹景觀小品以及竹裝飾等應用，其中，尤其以仿生建筑的竹景觀及竹裝飾應用最為廣泛。

原竹結構根據用途主要分為五類：一是民居類竹建筑，以南美洲、東南亞地區的房屋為典型代表，例如捷克的布爾諾竹屋;二是游玩休憩類竹建筑，主要包括竹廊、竹亭、竹樓等園林庭院構筑物，例如中國云南玉溪寒武紀小鎮歡樂大世界竹編織、日本竹森林、中國臺灣竹跡館以及泰國Jim Thompson Farm竹景觀等;三是科教文化類竹建筑，以學校體育館、展覽中心為典型代表，例如巴厘島的綠色竹建筑學校之心;四是服務休閑類竹建筑，包括公園活動中心、別墅、餐飲類建筑，例如西非海岸竹餐廳、泰國的日落觀賞亭;五是農用類竹框架，典型代表是以竹筒為受力框架，通過金屬連接件或繩子連接各節點而形成的原竹大棚。

3.2竹構件工藝應用

3.2.1現代竹構件應用

現代竹構件應用，是指通過對原竹進行破片等簡易加工處理制作而成的建筑領域輔助類竹構件。主要包括竹結構仿生結構裝飾景觀與竹結構園林景觀小品兩類[13-14]，竹結構仿生結構裝飾景觀是指通過利用竹材延展性制成的裝飾景觀用途的仿生結構建筑;竹結構園林景觀小品是指園林以觀賞為目的的竹結構景觀，主要分為裝飾型小品、展示型小品、服務型小品三類。現代竹構件應用屬于竹結構建筑發展成熟階段，是目前非結構用竹建筑最為廣泛的應用類型。

3.2.2改性竹建筑

改性竹建筑，一般是指對原竹建材通過相對復雜的去青、削片、刨花、壓制等工藝處理后得到的改良竹建筑構件。改性竹建筑構件相比普通竹加工構件具有更好的力學性能，目前應用廣泛的有竹膠合板、竹刨花板等建筑構件，主要應用于竹地板、竹木家具以及文化產品等領域[15-18]。

3.3竹構件結構應用

3.3.1復合式竹建筑組合結構體系

復合式竹建筑組合結構體系，是指通過將竹結構建筑構件與鋼材、混凝土及泥土等結合形成的一種復合式建造結構體系，例如竹筋混凝土結構、鋼—竹組合結構構件等[19]。復合式竹建筑組合結構體系屬于竹結構建筑構件平穩發展階段，是竹結構進行建筑結構體系建造的創新型嘗試，為竹結構建筑構件的發展奠定了理論基礎，促進了竹結構建筑構件在建筑主體結構方面的發展。

3.3.2竹集成材

竹集成材是指將竹材疏解加工后結合膠粘技術壓制而成的復合型材。竹集成材是目前竹結構建筑主體構件的主要制作加工方式，根據竹片排列方向可分為平行竹集成材與正交竹集成材;根據竹片單元寬度可分為窄片竹集成材與展平竹集成材;根據壓制方式可以分為平壓竹集成材、測壓竹集成材與平側相間竹集成材[20]。

竹集成材的制作生產工藝突破了竹材加工尺寸制作技術的限制，有效的解決了竹產品利用率低、尺寸限制等局限性。竹集成材作為一種新型綠色建材，竹集成材吸水膨脹系數小，防水性能優越，可有效防止蟲蛀與霉變。竹集成材由于保持原竹生長纖維，沿襲了其強度高、韌性強的優勢特征，具有制作構件體積大、抗干裂變形能力強、力學性能優越、韌性強、耐磨損等特點，是目前我國復合型竹結構建筑構件的主要應用形式。

3.3.3竹重組材

竹重組材是指將竹材加工成竹絲等并膠合壓制而成的新型復合型材。由于竹重組材施工工藝先進，竹材利用率高，力學性能優越等特點，正逐步取代竹集成材成為竹結構建筑產業新熱點，竹重組材制作加工技術升級主要包括兩個方面，一是竹重組材原竹的選取不受直徑限制，所用竹材以慈竹為主，可充分利用我國小徑竹類資源;二是竹重組材輥壓竹纖維束疏解徹底，碎纖維少，物理力學性能優越，疏解后的纖維呈網絡狀，纖維間相互粘連不完全分離，且能自然鋪展，不卷曲[21]，目前，科研工作者已開發出同時實現去青、去黃和輥壓疏解或進行連續多次疏解的設備，較大地提高了生產效率。

竹鋼作為竹重組材的一種，是中國林科院木材所研究的竹材工業化利用的第五代技術，體現出良好的發展前景，竹鋼作為竹重組材復合新材料，是將竹材原料通過碾壓疏解成竹絲束，均勻導入酚醛樹脂，熱壓成型，固化干燥得到的高性能竹基纖維復合材料。竹鋼技術改進了傳統的剖蔑工序，是我國竹材加工應用領域的一項重大突破，根據相關論文及專業結果分析，竹鋼技術對竹材利用率可以提高到95%以上[22]。

4.結語

縱觀世界竹結構建筑發展現狀，竹結構建筑以其荷載輕便，力學性能優越，制作工期短，安裝便利等優勢成為裝配式建筑的研究熱點。各國表現出差異性發展水平。大多數國家竹結構建筑發展現狀仍以現代竹構件應用為主，以仿生式竹景觀、竹裝飾等形式出現的原竹建筑、復合式竹建筑組合結構體系、改性竹建筑已在部分國家或地區得到廣泛應用。基于復合竹建結構建筑構件技術的發展，以竹集成材、竹重組材為代表的復合竹結構建筑構件已在建筑領域得到廣泛應用。

竹結構建筑以其建材的特殊性，表現出強大的碳匯優勢，研究竹結構建筑對于應對全球變暖，實現建筑領域節能減碳具有重要意義，可以預見，竹結構建筑具有廣泛的發展前景。

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