在中国南方盛产竹材的地方,用竹材建造房屋和桥梁等由来已久。利用竹篾编成的竹索做成能跨越100米左右的悬索桥,称为竹索桥。竹桥在中国的应用有悠久的历史。20世纪80年代后期,采用胶合压制技术制成的胶合竹开始出现,最初主要用于地板、汽车底板、包装箱等,后来由于中国木材缺乏,胶合竹板被广泛用于混凝土结构的模板。21世纪初,世界上一些学者和工程师开始试图将胶合竹用于结构的用途,参照工程木的称谓,这些用于结构的胶合竹材也统称为工程竹。
竹结构
利用天然竹材加工连接而成的能够承担一定压(拉)力 ,满足一定使用功能和安全要求的组合体。
- 英文名称
- bamboo structure
- 所属学科
- 土木工程
作结构材料用的竹材,其原料毛竹在中国南方各地均能种植,一般4~6年即可成材。毛竹的直径为15厘米或更粗,中空呈管状,内有横隔,壁厚约为直径的1/10。竹干有节,节距从根到梢随直径的减小而增大。竹材的强度主要由管状纤维支持。毛竹在生长过程中,可认为是一根受风力作用的悬臂梁。与树干相似,为了适应任意方向的风力,竹干呈圆形,但管状截面则胜于树干,将材料集中于应力大的外部,并以竹节的横隔作加劲肋保证局部稳定。维管束随管壁应力由内到外逐渐增大而加密。
与伊春海林的鱼鳞云杉比较,采用无节的竹壁小试件,按木材清材小试件类似的试验方法,测定毛竹的各项力学性能。毛竹除受压强度仅为鱼鳞云杉的1.5倍外,拉、弯、剪强度均为鱼鳞云杉的2倍,但各项弹性模量却均稍低。木节、斜纹等天然缺陷对木材强度的影响很大,可是竹节反而使受压和受剪的强度提高,仅顺纹受拉强度在竹节处比竹节外降低约30%。由此可见,竹壁可利用的强度远高于木材,但竹材不如木材便于加工,通常用整竹制作结构,但整竹的截面有限,其承载能力受到限制。
竹结构按制作构件的材料大致可以分为圆竹结构及胶合竹(也称工程竹)结构。中国对圆竹在建筑中的应用做了大量的研究。除测定竹材的物理力学性能外,还进行了整竹杆件承载能力,螺栓连接及竹屋架的试验。竹材自重轻,便于架设多层建筑在建造和维修时的脚手架,所以竹脚手架在中国曾一度得到大量应用。在南美等竹材产区,采用瓜竹制作的圆竹结构比较广泛地用于建造桥梁等建筑。国际标准化组织(ISO)于2004年公布了针对圆竹结构的ISO22156(Bamboo-Structural Design)标准。
胶合竹结构的构造形式可以基本参照现代木结构,采用钢螺栓加节点板进行构件之间的连接。因为胶合竹结构采用竹材这一绿色环保材料,同时更适合现代工业化加工和施工建造,所以越来越受到关注。