大跨度圆竹拱形结构建造技术——2019年北京世界园艺博览会竹藤馆案例分析

圆竹具有轻质高强、易于弯曲定型的特性,常用于建筑结构中,尤其是大跨度拱形结构这种具有曲线美感的建筑形式。文章以2019年北京世界园艺博览会竹藤馆为案例,通过实地考察和文献调研的方法,从原材料制备、建筑设计、节点构造、结构应力分散、拉结强化、装配式以及建筑健康监测等方面,综述了国内外较为经典的大跨度圆竹拱桥梁和建筑建造关键技术,分析了拱形建筑的受力特性以及圆竹材用于大跨度拱形建筑的材料适用性,提出标准圆竹材的应用在很大程度上延长了圆竹拱结构的寿命;构件预制化不仅降低了工程难度,还在一定程度上推动了竹建筑装配式进程;巧妙的节点构造和结构设计以及拉结强化均大大提高了竹建筑安全性;而后期健康监测和安全维护则进一步保证了大跨度圆竹拱建筑的安全性。本研究对圆竹标准材研究、圆竹拱形大跨度建筑技术体系建设、圆竹结构推广应用具有重要的学术参考价值,此外还具有重要的经济效益、社会效益。     

圆竹材套筒式钉接构件的抗弯性能研究

圆竹可作为结构材用于新型竹结构建筑。以不同径级的圆竹筒为原材料,采用大圆竹材套小圆竹材的套筒式镶嵌结合方式,辅以气钉枪钉接固定,制备连接件;并进行静力加载试验,分析其抗弯承载力和破坏形态,同时对圆竹管重要位点进行了应变测试。结果表明:套筒式钉接圆竹试件与完整的单根圆竹试件相比,抗弯强度和抗弯弹性模量分别降低了59.49%和18.68%。套筒式钉接圆竹试件的破坏模式多为连接接口处开始的纵向开裂,部分试件直钉孔处出现细缝。两组圆竹试件在弹性阶段的各测点应变均呈线性变化,且拉、压应变基本对称分布。套筒式钉接圆竹试件各测点应变相对于完整的单根圆竹试件略小。研究结果可为圆竹材工程应用提供参考依据。     

圆竹标准材产业化发展路径

随着竹材应用领域的不断扩大,市场对圆竹材的需求逐年增加,然而较落后的竹材加工方式已成为制约竹材规模化、工业化利用的瓶颈,产业化发展圆竹标准材迫在眉睫。文章在结合中国竹资源分布特点和对圆竹材产业调研的基础上,系统分析了圆竹标准材制备、仓储体系构建、模块化构件加工及工程应用等环节的发展现状。文章认为,目前不完备的圆竹标准材生产和加工体系,制约了其产业链中上游资源的高效利用和下游产品的开发应用,应依据中国竹种的分布特点,规划实施圆竹材储备工程,建立圆竹标准材工业收储体系,推广圆竹标准材模块化应用,以加快圆竹标准材产业化发展。     

竹材分级研究现状与展望北大核心

竹材是一种天然的生物质材料,受其种类、年龄、生长特性、外界环境等因素影响,竹秆外观尺寸和性能均具有很大的差异。因此,对竹材进行科学分级,不仅能实现竹材的高效、科学利用,同时也是实现产品结构和性能可设计和调整的关键。基于竹材尺寸和性能的变异性,综述了圆竹、竹材加工单元和竹材人造板的分级方法研究现状,及其在圆竹构件利用、竹材单元加工和制备及竹材人造板生产和产品研发中的应用,最后结合竹加工产业发展的需要,提出了竹材分级的发展方向。     

竹材受弯构件增强技术的研究进展

竹材是一种可持续发展的生物质材料,其作为传统建筑材料有悠久的历史。现代竹结构使用力学性能更加优异的工程竹材作为原材料,可实现更加灵活的建筑形式和结构布局,但普通竹材受弯构件存在截面刚度低、承载力与跨越能力不足等问题,在一定程度上限制了竹结构的应用,故研发竹构件增强技术具有重要意义。结合已有的竹材构件增强技术研究成果对其构造形式和力学性能进行系统阐述,主要包括配筋竹构件、工字形竹木组合构件、纤维复合材料(fibre-reinforced plastic,FRP)片材增强竹构件、竹-混凝土组合构件和竹-金属组合构件等。将竹材与金属、FRP及混凝土材料组合,其多种材料协调工作形成增强竹构件,增强竹构件的刚度、承载力等力学性能较普通竹构件有较大提升,能够更好地作为结构工程领域的承载构件使用。开发竹材受弯构件的更多有效增强形式、优化材料间连接构造形式、定量评价增强竹材构件的耐久性能、构建多样化的结构体系以及实现现代竹结构产业化发展等,应是未来竹材增强领域研究关注的重点方向。     

竹材在建筑结构中的应用前景分析

总结竹材的构造及力学性能,阐述竹材人造板中的竹编胶合板、竹帘胶合板、竹帘竹席胶合板、竹材胶合板、竹材层压板、竹材碎料板及竹材复合板的工艺过程、产品特点及其用途,对近几年兴起的重组竹的加工工艺特点、研究现状及发展前景进行探讨。在此基础上提出了利用竹材人造板及重组竹的加工技术制作竹建筑结构用竹质板材和方材的方法,以及由竹板或竹板和钢板构成竹材组合板、组合梁、组合柱、组合墙体等结构构件的思路。     

装配式圆竹结构螺栓连接节点的力学性能

近年来,随着新型结构和绿色建材的推广和发展,竹材作为结构材料用于建造新型竹结构建筑开始得到越来越多的关注。针对装配式圆竹结构螺栓组合节点,采用单螺栓、双螺栓和节点域高强度砂浆强化处理3种形式进行静力加载试验研究,分析其承载力和破坏形态。试验结果表明:装配式圆竹结构螺栓组合节点在保证一定构造条件后,可以有效避免脆性破坏,同时使竹材和螺栓的力学性能均能得到充分发挥并形成延性破坏,节点整体受力性能良好。采用双螺栓节点设计及节点域高强度砂浆强化措施可以明显提高螺栓组合节点的承载能力。基于试验建立了力学模型,并推导出组合节点的理论求解公式。通过结果比较发现,解析值和实测值的平均比值可达0.98,表明解析方法具有可适用性。该理论模型可以作为圆竹结构螺栓组合连接节点承载力计算的参考公式。     

竹壁铣削量对竹-木插接结构的力学性能影响研究北大核心

圆竹家具有利于减少生产能耗、提高竹材利用率。针对大多数圆竹家具连接结构接合不便、接合强度低的问题,本文提出了竹-木插接式连接结构,即将竹材内壁铣削为正圆后与实木插接式连接。考察了竹壁铣削量对竹-木胶合性能、插接结构节点抗弯性能的影响。结果表明:竹壁铣削量对竹木胶合剪切强度无显著影响(p>0.05);胶黏剂种类对竹木胶合剪切强度和木破率有显著影响(p<0.05);竹壁铣削量与抗弯强度和抗弯弹性模量呈负线性相关;与竹壁铣削量2 mm相比,1 mm和0 mm的抗弯强度分别增加13.60%和37.58%,抗弯弹性模量分别增加13.02%和42.43%。因此,为提高竹-木插接结构的力学性能,建议控制竹壁铣削量,保留更多的圆竹壁厚。研究结果可为竹-木插接结构提供设计依据,并为圆竹家具结构优化提供参考。     

建筑结构用重组竹材重要性能研究现状及发展趋势

重组竹是种不可多得的绿色建筑结构用材和替代木材的生物质材料。综述了建筑结构用重组竹材的研究进展,详细阐述了重组竹材的力学、防腐防霉、耐老化、阻燃等性能及其主要检测方法,分析了当前结构用重组竹材产业存在生产企业少、制造工艺、产品安全性能等缺乏系统研究等问题。提出对重组竹材进行基础研究、开发更多应用领域的产品、完善相关标准、加大推广力度等建议。     

圆竹的应用领域与研究进展

圆竹的综合应用是竹材利用的重要形式之一,文章介绍了圆竹的基本特性,阐述了圆竹的应用领域及研究,指出了圆竹应用和研究中存在的问题和发展趋势.     

我国扩大竹制品出口正当时

我国既是世界上竹类资源、竹材产量大国．也是竹制品加工量、出口量最大的国家。 我国现有纯竹林面积为484．26万公顷．目前我国以竹材为基础原料生产的主要产品有：竹胶合板、竹材层积板、竹材碎料板等竹制人造板系列产品；竹制家具：竹纸浆：竹饲料；竹炭；竹醋液；竹纤维以及竹制食品、保健品、药品、酒类等产品：还有竹编、竹乐器、竹日用品和手工艺品；竹建筑品（如竹天花板、竹脚手架等）。其用途涉及化学、船舶、建筑、食品、药品、包装、家具、运输、旅游、国防、文化等多个部门和领域。     

现代竹建筑的结构建构研究

竹材是一种天然可再生材料,在建筑中的应用历史悠久。然而传统竹建筑已无法满足现代人的需求,如何发挥竹材自身优势并融入现代建筑设计理念、形成独特的建筑美学已成为广大建筑师追求的目标。建构理论是众多建筑理论之一,是一种关注于建筑建造的形式与功能之间理性协调的理论范式。文章解析了建构理论的内涵,在此基础上对竹建筑的建构特征进行了细致的分析。通过研究现代众多前沿设计的竹建筑案例,分析了竹建筑中的竖向、横向、屋顶、空间结构的结构形态,阐释了现代竹建筑设计中呈现出的建构思维下的结构制造,梳理并归纳了现代竹建筑结构制造的4种特征：明晰逻辑、隐喻身体、融合自然、诠释文化;以期使竹建筑为人们提供舒适、安宁的环境,成为人们全身心融入自然界的居所。     

国外传统竹建筑主要形式与应用

竹材具有生长快速、可再生、强重比高的优势,是热带及亚热带国家及地区重要的传统建筑材料。竹建筑有着悠久的历史和丰富多样的形式,不仅满足人们的居住、生产、娱乐等多种需求,而且体现了人们对自然和社会的认知和尊重。文章分析了国外主要竹产区亚洲、美洲和非洲地区传统竹建筑的主要形式,总结了竹建筑构件的连接方式、防腐处理等基本建造技术特征,以及竹建筑与当地文化的适应性,为从传统、人文角度挖掘竹材作为绿色建筑材料的潜在价值、发展现代建筑提供新思路。     

圆竹家具结构创新设计

通过对圆竹家具和竹建筑结构形式的归纳与分析,提出采用新技术、新工艺创新设计圆竹家具结构形式;介绍了开发设计的两个系列共5种圆竹家具新型结构,期望以此提升圆竹家具产品的生产工艺、质量和档次。     

工程用竹方材研究现状与展望

建筑木方是建筑模板工程中使用的大宗材料之一,长期依赖于进口。利用我国丰富的竹材资源,制备建筑用竹方材,生产建筑模板用楞梁材料,以竹代木,可节约大量木材与其他社会资源。对建筑木方的研究现状进行概述,分析了竹质复合材料中常用的竹材单元形态,探讨了几种可能适合于建筑竹方材的竹质复合材料,提出了建筑竹方材的研究展望,为建筑竹方材、竹规格材的设计提供思路和建议。     

云南主要的16种竹种之竹材结构及其造纸性能研究

通过对云南主要的16种竹子竹材的竹壁进行制片和离析,而获其竹材结构纤维形态特征,结合纤维数量特征以及造纸对纤维形态的要求,对此16种竹子竹材的造纸性能进行了综合分析和评价,其作为造纸材的竹种排序为:小叶龙竹、甜龙竹、麻竹、黄竹、昆明实心竹、金竹、马关大节竹、龙竹、牡竹、梨藤竹、箣竹、黄金间碧玉、沙罗单竹、筇竹、慈竹、中华大节竹,为云南竹材的合理利用提供了科学依据.     

圆竹家具设计探究

圆竹家具在我国有着悠久的历史,具有丰富的人文内蕴,然而由于圆竹自身特性,造型和生产等方面受到限制,使圆竹家具难以适应现代人多样化的审美需求和工业化生产要求。笔者结合现代设计理念,对圆竹家具的特点和构造形式进行了深入分析,提出现代圆竹设计可以在生产过程上借鉴现代家具标准化统一生产,在外观造型上脱离传统的家具结构,精简家具构件,并且充分利用竹材韧性好等性能优势,突出造型美和材质美以满足现代审美需求;在连接结构上参考新材料或其他材料家具结构,在设计内涵上突出民族文化,引起情感共鸣。旨在为圆竹家具设计与制造提供理论指导,使圆竹家具设计符合现代生产和制造要求,满足消费者对家具外观造型的审美,达到消费者对圆竹家具情感的追求。     

竹材人造板生产技术

竹子是重要人造板生产原料。竹材人造板品种繁多,从竹材结构单元在人造板中的分布状况来看,竹材人造板主要有竹胶合板、竹集成材、竹地板、竹层积材、竹复合板、竹碎料板和竹纤维板七大类。本文对人造板生产技术最新成果进行了总结,对竹材主要人造板工艺过程中的关键技术和注意事项进行了详细的介绍。     

我国竹材资源进入工业化利用时代

竹材强度大，刚度好，耐磨损，是一种优良的工程结构材料。早在远古时代，人们用竹材造竹楼，作建筑脚手架、竹梯、水管等，均为原竹利用。到了现代人们开始用竹子制造竹编工艺品，如竹编果盘、竹花瓶、竹编动物造型等；竹子工艺品，如竹鱼杆、礼品竹扇、鸟笼、竹手杖等；竹制日常用品，如竹筷、竹席、竹签、竹家具等。     

竹大片刨花板对竹材生物学特性的适应性

以云南四种典型材用丛生竹（龙竹、甜龙竹、黄竹和油勒竹）宏观构造、组织结构、主要物理力学性质和化学组份等竹材主要生物学特性的研究分析结果为依据,提出了竹大片刨花板的结构、制板工艺和设备与原料竹材生物学特性之间应有的适应性关系。继而,通过实验室系列化试验和工厂试生产,确定了竹大片刨花板的应有性能和最佳工艺条件包括竹大片刨花的最佳质量指标及其最佳制备条件。