竹材料在建筑中的應用及前景展望
——以安徽地區(qū)為例

梁 楠，曹 兵

（安徽工程大學 建筑學與城市規(guī)劃，安徽 蕪湖 241000）

竹材料在建筑中的應用及前景展望
——以安徽地區(qū)為例

梁 楠，曹 兵

（安徽工程大學 建筑學與城市規(guī)劃，安徽 蕪湖 241000）

隨著竹子作為建筑材料在上海和米蘭世博會上大放異彩，世界上越來越多的建筑師把眼光放在了這種綠色可持續(xù)性材料.作為竹材的生產(chǎn)以及出口大國，我國又開始重新審視這種歷史悠久而又充滿文化積淀的原料在建筑中的使用.本文以竹資源豐富的安徽省為例，通過分析竹材的物理性能、節(jié)能表現(xiàn)以及市場前景，總結(jié)了常見的竹材應用形式和應用領域.基于一定的理論基礎和案例分析，對于竹材料在居住建筑和公共建筑的使用和推廣，以及如何結(jié)合安徽行業(yè)現(xiàn)狀做了進一步的思考和展望.

竹材料；竹材人造板；安徽地區(qū)；公共建筑；應用前景

伴隨著國民經(jīng)濟的穩(wěn)步增長以及居民消費水平的顯著提高，人們對工作和生活環(huán)境的品質(zhì)要求也在不斷提升.同時綠色建筑這一理念越發(fā)被人重視，一些新型的材料被逐漸用于居住建筑和公共建筑中，特別是那些性質(zhì)優(yōu)越，綠色環(huán)保并且產(chǎn)量豐富的建筑材料，例如竹子.而我國正是世界竹產(chǎn)量最豐富的國家之一，將竹材料運用于建筑當中，將有助于推廣建筑業(yè)的綠色低碳發(fā)展，具有重要的經(jīng)濟和環(huán)境效益.

1 竹材料的特性

1.1 結(jié)構(gòu)特性

雖然竹子長得高大，但是相比較樹木而言，竹子的生長速度是非常快，一般木材的生長周期20～40年,而竹子的生長期為4年，大大短于木材，且其年產(chǎn)量是木材的3倍.除此之外，竹材還有一般木材沒有的優(yōu)點：輕度高，彈性好，是一種典型的具有良好力學性能的植物.竹子的橫截面是環(huán)形的，這種結(jié)構(gòu)使得竹材有外彎面受拉內(nèi)彎面受壓的結(jié)構(gòu)特性，同時竹節(jié)處的外部環(huán)箍與內(nèi)部隔板可增強承載面積，一定程度上提高了整個竹子的橫向承載力.竹材在外力作用下的抵抗力稱之為竹材的力學強度，單位為MPa.表1列出了鋼材，木材和竹材三種材料在相同實驗條件下的力學強度.通過表1可以看出，竹材的平均抗拉強度約是木材的6倍，抗壓強度約為木材的2倍.

表1 竹材、鋼材和木材的強度比較

1.2 生態(tài)環(huán)保

作為一種建筑材料，其資源的供給和造價是投資方抉擇的兩個關鍵因素.與傳統(tǒng)建筑材料中的石頭，磚塊和混凝土相比，竹材料屬于可再生資源，并且在施工過程中耗能污染也遠遠小于傳統(tǒng)材料.再者，同樣屬于可再生資源的木材，由于其生長周期長及政府的嚴格控制等因素，造價成本遠遠大于竹材料.同時，竹子吸收二氧化碳的能力是木材的4倍，可以說在所有的建筑材料中，竹材料是目前真正低碳環(huán)保的材料之一，即生于泥土而歸于泥土.所以用竹材料建成的建筑可以滿足低能耗，低污染，低排放，稱之為綠色建筑實至名歸.

2 竹材料在建筑中的運用

2.1 原竹材的運用

2.1.1 受力結(jié)構(gòu).我國是最早使用竹子作為建筑材料的國度，早在漢代時期能工巧匠們就利用竹子建造了甘泉祠宮.由于竹子本身的物理特性使得它的抗壓及抗拉能力很好，質(zhì)量輕彈性大，不易折彎，因此經(jīng)常用于簡易的房屋構(gòu)造中的受力結(jié)構(gòu).在這種房屋中，一般將竹片拼合形成屋頂、墻面以及天花板.其主要承重作用的梁、柱、椽等通常選用比較粗的竹竿做材料.這種方式建造的住房最大的優(yōu)點是用料簡單，建造成本低廉.缺點在于原材料未經(jīng)加工，直接作為建筑材料使用，誤差較大，所以只能用于結(jié)構(gòu)簡單，承重力小的受力結(jié)構(gòu).

2.1.2 屋面.與其他建筑材料相比，竹材料具有質(zhì)地輕，彈性大，抗壓能力大的特點，因此可以選作屋面材料，主要通過半回竹瓦屋面、片狀竹瓦屋面和竹席波形瓦屋面三種方式呈現(xiàn).其中半回竹瓦屋面是通過選用直徑在7cm以上的毛竹，從中一剖為二，去除節(jié)隔，置于陰涼處風干后，將半圓竹依次凹凸排列并且用釘固定在檀條上，這種屋面在中國古代建筑中最為常見，因為建造過程簡易，這種屋面的坡度一般不小于30度.片狀竹瓦屋面通常是采用成熟的，直徑較大的新鮮園竹，直徑大概在3-4cm，長度為一節(jié)竹子的竹間距.該竹片在使用前同半回竹瓦屋面一樣，也要對其進行防水處理.一般而言，一平方米的屋面需要的竹片瓦大概在200塊左右，屋面坡度也要大于30度.竹席波形瓦屋面是近年來開發(fā)的一種竹材料，這種屋面是對竹編后的黃篾再進行編織，形成竹席，進而涂上膠水再經(jīng)過金屬波形模具熱壓形成.與前兩種屋面相比，它具有幅面大，施工方便的特點，在現(xiàn)代建筑中較為常見，例如活動工棚、車站月臺等.

2.1.3 腳手架.在中國及世界各個竹材產(chǎn)區(qū)，用竹材料做建筑施工用的腳手架已有一定的歷史，甚至在現(xiàn)代建筑施工中仍然可以看到.用于做腳手架的竹材料通常選用大型單竹的竹桿，包括立桿、斜桿、大桿和頂撐.為保證腳手架的牢固及安全性，一般采用雙排竹桿，用麻繩或鐵絲捆綁，高度可達十幾層.與鋼腳手架比，竹材料建成的腳手架抗風能力更強，但是因其竹徑尺寸的不穩(wěn)定性，在搭建和拆卸腳手架時不如剛腳手架方便、快捷，因此，在使用廣泛性上受到一定的限制.

2.2 竹材人造板的運用

2.2.1 竹材膠合板.竹膠合板是將毛竹和其他徑級較大的竹徑材料，依次經(jīng)過中黃起篾、內(nèi)黃簾吊、經(jīng)緯紡織以及席穴交錯等工藝制作而成.因此竹膠合板具有強度大，剛性好的特點.其硬度可以達到普通木材的100倍，抗拉強度是普通木材的1.5至2倍.將此材料用于屋頂、外墻面、樓面地板，墻面裝飾燈，可以再很大程度上降低建筑物自重，同時具有防水防潮、防腐防堿等特點.但是由于竹材膠合板的制作對原材料以及生產(chǎn)工藝要求較高，投入較大，又會限制其在建筑材料中發(fā)展.

2.2.2 竹材刨花板.竹材刨花板是以竹材或其他竹制纖維素材料制成的碎料經(jīng)過干燥、施膠鋪裝成型，再在熱力和壓力的作用下膠合成人造板.外層的刨花方向平行于板的長度，內(nèi)層刨花的鋪設可以采取交叉或者平行方式，相比之下較隨意.作為人造板，竹材刨花板同樣也具有單向強度高，剛性大的特點，同時有較強的耐水性和較低的膨脹率，可以用于屋頂、外墻面和樓面地板等，可以很好地替代木材人造板和一般木質(zhì)刨花板.

2.2.3 竹材層壓板.竹材層壓板的生產(chǎn)工藝相對簡單，選用一定規(guī)格的竹子，將其按一定的規(guī)格制成竹篾干燥后，經(jīng)浸膠再干燥后按同一方向?qū)盈B組坯，最后熱壓膠合而成.由于是按同一方向組坯，所以竹材層壓板的縱向強度和剛度都很高，而橫向強度較低，類似于重組木的結(jié)構(gòu)，多用于工程架構(gòu)材料.其本身的力學特點可以充分利用到預制房屋的制造中，用作橫梁、承重墻、門板、柱體和樓梯扶手等承載量較大的部件，大量節(jié)約了鋼材水泥以及木材的使用.

2.2.4 竹建筑用混凝土模板.竹建筑用混凝土模板通常是指竹席竹簾膠合板，其組成方式是以竹席為面層材料，一縱橫交錯組坯的竹簾為芯層材料，通過浸膠、然后干燥后組坯，最后熱壓膠合而成.特點是強度高、韌性好，拼接少.相比于鋼材具有重量輕，單模面積大和施工方便的優(yōu)點，相比于木材又具有強度高、使用壽命長和吸水率低的特點.竹建筑用混凝土模板是我國竹材人造板中發(fā)展速度最快，使用率最高，規(guī)模最大的一個品種，廣泛的用于建筑材料中.這種成本較低，無污染，同時也可以避免森林破壞和環(huán)境污染的材料將成為未來的主流發(fā)展方向.

3 安徽地區(qū)竹材在建筑中應用的前景展望

安徽省位于我國中東部地區(qū)，地理位置上屬于暖溫帶和亞熱帶的過度地區(qū)，氣候特點是四季分明，冬冷夏熱.占地14萬平方公里的土地上居住近6000多萬人口，可謂是人口大省.由于地理位置的局限以及其他因素的影響，安徽省經(jīng)濟水平在全國排名靠后.如何在不破壞環(huán)境的前提下，充分利用資源同時又能促進經(jīng)濟的穩(wěn)步增長是安徽省急于探索的課題.廣德坐落于世界剛竹屬和短穗竹屬植物的分布中心，有大量的竹材資源，該地竹產(chǎn)量常年居于我國前列.但是廣德的竹材有一大部分都販出本省使用，由于原竹價格低廉，導致資源外流同時也不能最大化的利用竹材.所以將竹材因地制宜的使用于本地建筑中是有非常大的發(fā)展前景的，節(jié)能減排的同時構(gòu)建綠色建筑市場.

3.1 竹材在居住建筑中的運用

首先，如上文分析一樣，安徽地區(qū)氣候差異大，空調(diào)已成為夏冬兩季的炙熱銷售使用產(chǎn)品，可是如此情況不僅能源浪費大，同時也造成很大的空氣污染.如果將竹材用于建筑中，其導熱系數(shù)低，冬暖夏涼，可以在一定程度上減少空調(diào)等相關電器的使用時間.其次，和傳統(tǒng)建筑相比，竹材建造的房屋有一些獨特的優(yōu)勢，例如其建造模式是采用預制件形式，現(xiàn)場即可完成安裝，結(jié)構(gòu)荷載較輕，可以大大降低人工工作量和工時.并且對竹材建筑進行拆除時，建筑廢棄材料不像傳統(tǒng)的水泥和磚頭一樣不可回收，竹質(zhì)材料可以回收再利用，綠色環(huán)保，將建筑垃圾降低到最少.中國傳統(tǒng)建筑中，云南地區(qū)的竹樓是竹材在居民建筑使用的典型案例，整個竹樓的所有柱子、橫梁、內(nèi)外墻及附件都是用竹子制成的，整個竹樓空間很大，寬敞明亮，遮擋物少，通風條件極好，非常適宜于云南當?shù)爻睗穸嘤甑臍夂驐l件，最重要的是一旦廢棄不用，直接拆除甚至用火直接燒毀都不會對環(huán)境造成影響.另外不得不說的是2012年在哥斯達黎加發(fā)生的7.6級強地震，很多結(jié)構(gòu)復雜的鋼筋混凝土建筑倒塌，相反簡單的竹房屋還保留完好.這些都說明竹材用于居民建筑冬暖夏涼，防潮防濕還可以防地震.如果以廣德為中心，將大量的竹材用于農(nóng)村居住建筑無疑是個很好的選擇.特別是大片村落或者是縣城，在建筑用地收到制約條件不大的情況下可以直接選擇原竹材，既經(jīng)濟使用，又環(huán)保美觀.一旦涉及到城鎮(zhèn)大規(guī)模建筑區(qū)域，可以用上文說的新型竹建筑材料加以整合和使用，也有利于形成當?shù)靥赜械慕ㄖL格和形式.對于建筑要求較高的小區(qū)也可以局部采用竹材或者是室內(nèi)裝飾采用竹材都能發(fā)揮竹材的特性.

3.2 竹材在公共建筑中發(fā)展

竹材在公共建筑中的應用比較廣泛，其中以文化類建筑最為凸顯.首先不得不提的就是園林建筑，在古代以及當代的風景園林中，不乏以竹為建筑材料根據(jù)當?shù)刈匀画h(huán)境的特性加以修建的杰作.安徽省因其得天獨厚的地形環(huán)境而擁有著豐富的旅游資源，同時，在年代久遠的徽商文化承托下，自然資源和人文資源交相呼應.所以園林建筑在安徽地區(qū)隨處可用，如果因地制宜，將竹材用于此類建筑，必會為安徽地區(qū)的旅游業(yè)發(fā)展做出一定的貢獻.竹材在公共建筑中的應用可以根據(jù)文化類建筑的使用功能來分，分別為游憩類、文教類、服務類和小品類四大種類.游憩類竹建筑在所有園林中和許多庭院中都有，尤其是在公園，度假村，風景區(qū)最常見，例如竹廊、竹亭、竹橋、竹樓等.文教類竹建筑主要是指展覽館，例如米蘭世博會上主題為“希望的田野”的中國館就是利用竹制材料作為建筑結(jié)構(gòu)和建筑里面的典型案例.服務類竹建筑包括旅客接待中心、別墅和餐飲類建筑，這種建筑類型使用竹材料更容易讓建筑本身和周圍自然環(huán)境融為一體.小品類竹建筑指的是有特殊造型或者文化意義的構(gòu)筑物等.由上可見竹材可以覆蓋幾乎所有的文化類建筑，但是事實上我省大部分文化類建筑使用還是鋼筋水泥混凝土等材料.這不僅造成資源的浪費、污染的環(huán)境，同時，建筑本身也往往是造成了環(huán)境的視覺污染，不可否認只有來自于自然的材料才最能襯托園林的風韻和當?shù)氐奈幕?因此需要政府的大力宣傳以及群眾鑒賞水平、環(huán)保意識的提高，把竹材推廣到上文所述建筑，真正做到竹建筑的大面積普及以及審美上的認同，才能最大程度利用我省豐富的自然資源和貫徹生態(tài)化發(fā)展的決心.

4 結(jié)語

“綠色建筑”這一代名詞從“十二五”期間就被廣泛流傳，建筑業(yè)也將更多的視角投入到此行列.伴隨著經(jīng)濟的增長以及生活水平的提高，人們對建筑的舒適度、美觀度以及環(huán)境保護的要求也在與日俱增.在木材資源總量不是很豐富的前提下，要促進我省綠色建筑的發(fā)展方式，就要最大程度的利用本省優(yōu)質(zhì)資源——竹材.正如上文分析，無論是原竹材的使用，又或者是竹材人造板的使用，都可以最大限度的滿足建設需要，并且其抗壓性、耐久性、抗震性、防霉防潮性都優(yōu)勝于木材.再者，當今的建筑群體更新?lián)Q代頻率高，建筑的使用年限遠低于其壽命，對于拆除建筑物的成本也將列入成本核算指標之一.拆除人工費、廢料處理及環(huán)境保護費都是一筆不小的開支.而竹材因其結(jié)構(gòu)特殊、可循環(huán)利用以及易降解的特性，已經(jīng)成為現(xiàn)代新型建筑材料的生力軍.相信此類建筑材料在我省廣泛推廣應用后，將會為我省廣德縣提供一條新的致富路，同時也為我省旅游業(yè)以及建筑業(yè)的蓬勃發(fā)展再添助力.

〔1〕劉曉靜.竹建筑在風景園林中的應用研究[D].北京林業(yè)大學,2014.

〔2〕單煒，李玉順.竹材在建筑結(jié)構(gòu)中的應用前景分析[J].森林工程，2008(3).

〔3〕謝浩.竹材在建筑中的使用研究[J].工程建設，2010(4).

〔4〕王正，郭文靜.新型竹材的開發(fā)和利用[J].世界竹藤通訊，2011(10).

〔5〕杭彥國.現(xiàn)代竹建筑形態(tài)建筑研究[J].張家口職業(yè)技術學院學報，2014(7).

TU52

A

1673-260X（2017）01-0027-03

2016-09-22

安徽省高等教育提升計劃科學研究一般項目 （TSKJ2016B25），安徽工程大學引進人才科研啟動基金項目（2015YQQ013）