原竹作为主要建筑材料的优劣性及其施工工艺
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从系统科学的角度讲,建筑结构是一个由各种构成元素有机地连接在一起的体系[1]。这些建筑结构元素涵盖了构件、节点以及它们之间的组合方式;一种结构体系中的构成系统都是元素与元素之间相互关系、相互作用的结果。原竹作为一种基础的建筑材料,在一定程度上可以承载构造体系乃至结构体系内绝大部分的角色。作为建造材料的原竹具有这种双重特性,它的内在综合性的理应受到重视开发普及。
一.原竹作为主要建筑材料的优劣性
(一).原竹建材的优势
1.取材便捷。竹子是森林资源之一。全球竹类植物约有107多属1300多种,主要遍布在热带和亚热带区域。中国的竹林面积约500万hm2,大约占全国森林总面积的4%,占全球竹林面积的25%;其中自然分布最为丰富的是中国云南,不完全统计有26个属220余种[2]。
2.低碳节能。二氧化碳吸收量竹材大约比普通树木的高出3倍,既经济环保又符合我国可持续发展战略。竹子作为建材,成本相对低廉,原竹(以下皆以毛竹为例)4~5年即可成材,耐用性尚可,结构所占建筑面积大大降低,空间利用率大幅度提高,并且竹材属于可降解材料,迥异与钢材、混凝土等传统建筑材料会遗留千年而不被降解。
3.造型优美。竹材属于木材分类中的一大支,可传承中国古代各类建筑风格屋顶形式,例:歇山、硬山等。
4.抗震性能稳定。因为自重轻和可塑性好,所以竹材具有显着的抗震功能。即使竹材在弯曲强度方面尚显不足,但换一角度却可说是优点。竹子密度通常在500-800千克/立方米之间,具有很高的强度,尤其抗拉强度,竹材被称为“植物钢铁”[3]。在抗击台风和地震中,竹材的弹性能够使竹楼发挥作用。例如,在1991年哥斯达黎加发生的里氏7.7级地震中,位于震中的30座竹房屋安然无恙,而周边许多混凝土房屋和旅馆难逃一劫,全部倒塌[4]。
5.满足工业化批量生产要求。装配预制式施工如同搭积木一样,所用构件都可在工厂事先完成。
(二).原竹建材的劣势
1.竹材节点之间连接困难。原竹属于空心木材,竹材由于本身特性,各节直径密实度都不一致,相应造成杆件之间拼接较难,同理节与节之间的搭接整体稳定性难以得到有效保证,势必依赖其他建筑材料。
2.不易防火。原竹建筑难逃木材建筑的通性,不宜耐火。竹材356°燃点高于燃点240°C的.木材;但竹材空心含水略低,一旦引火,则水分蒸发,火势极难控制,而且由于承载和围合都是竹材,受火灾的原竹建筑将是毁灭性的。
3.容易劈裂。原竹属于上小下大空心锥形圆柱体,由于尖削度偏高,中空、薄壁,所以易遭受霉变开裂等缺陷,由于上述原因原竹不能作为现代建筑的承载构建,而需要利用重组技术手段对原竹进行加工改良改性,使其满足新形势新技术下赋予的使命。
4.结构可靠性差。天然竹建筑的材料力学性能不稳定。目前还没有可以进行定量设计计算模型和理论,因此,在中国建立原竹作为主要承载构建的标准会很难,也很难得到批准。
5.耐候性较差。影响竹子的耐候性的主要是阳光,木材热胀冷缩较钢筋水泥明显,一旦开裂,虫子等不利因素将加剧影响竹木。
6.造价偏高。浙江安吉盛产竹子,当地有较多竹制品生产企业,同时也经营生产预制的竹屋、竹别墅,建筑造价一般竹别墅每平方米1300元左右。例:杭州临安锦南街道横岭村民居委会,景观建筑1600元/平方米(2012年建成含竹地板+含税)。竹建筑一层为宜,目前在造价上没有经济优势。
二.原竹建筑的施工工艺
(一).原竹材料甄选
1.原竹所选至少为5-10年生质地密实、表面光滑、形态笔直的成竹。
2.承载受力梁柱所选原竹直径不下于10cm。
3.围和(外墙、栏杆扶手、拉结构建等)所选所用原竹直径不下于6cm。