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木竹:工程竹在结构类项目中的应用

发布时间:2020-08-31 21:11:10

工程竹(Engineered Bamboo)近些年逐渐走进设计师备选材料当中。工程竹更具体的名称叫做胶合竹(laminated veneer bamboo)简称LVB,是将原竹片经过特殊工艺处理后压成型材,以获得更具有工程实用意义的力学性能。工程竹已被纳入ASTM美国材料实验协会国际标准。其中最重要的是ASTM D5456《用于结构复合木材评估的标准规范》。此标准由ASTM的技术小组委员会D07.02.03制定,针对结构复合木材,也可用于结构和薄木用的纤维材料。


工程竹相对于常见木结构材料都具有抗拉压性能好、弹性模量大的力学性能。在强度指标上可达到木结构材料的4倍,且吸水率更低,因此更适合用于潮湿环境中。


工程竹在现代建筑设计中的应用时间并不长,尤其是以其作为主要结构材料使用,在国内尚未出现。借着2019年北京世园会展会这个平台,秦森集团与寄予竹材携手完成了国内首例以工程竹作为主要结构材料的异形空间大跨度结构。


尽管工程竹历经现代工业化处理,但仍保留竹纤维的完整性,因此竹纤维优质的抗弯性能在这种空间异形造型中更容易成型。

整个结构由六组拱组成,拱度跨度均不相同,其中最大跨度接近8m、最大高度6.5m。设计阶段为了实现建筑设计的空间异形的造型要求,充分考虑工程竹材料的力学特性,结构设计采用了双层曲面网格的异形双曲面空间结构形式。

红色部分为外拱曲面网格构件,紫色部分为内拱曲面网格构件,由于单体空间形态向外倾倒,内外拱双层网格受力实现内拱受压,外拱受拉,充分发挥工程竹结构适合轴向受力的特点。内外拱在顶部采用多点连接形式,而非采用传统内外拱结构的内拱与檩条的垂直连接,这样做的最大好处是避免了结构的横纹受拉,而是通过特殊的节点设计将横纹受拉转换为顺纹受拉,更好的利用材料;多点连接增加了结构的连接可靠性。

设计阶段完成仅仅只是一个开端,工程竹构件的成型与安装也同样颇具难度。空间异形结构的加工工艺难度就在于每根构件的成型要求均不相同。按照单根算超过3000种,不同构件的尺寸与切割角度各异,且对截面尺寸大于100mm的材料切割要分多次多个面切割才能完成,对于加工精准度有非常高的要求。

构件加工完成后需要对整体结构进行预拼装,确保整体造型可以实现后才可将构件发运至项目现场完成安装。

 

 

工程竹由于其在天然材料中具有堪比合成材料的力学性能,正在逐渐被更多的设计师所了解和认可。处理工艺并未对竹材进行结构性破坏,因此表面纹理仍然保有竹材的质感,凑近工程竹构件甚至可以嗅到扑鼻而来竹材的味道。


根据ASTM D5456中数据,工程竹的弹性模量可达到13200MPa,弯曲强度可达90Mpa,顺纹抗拉强度可达200MPa,顺纹抗压强度可达95MPa,相比于常用木结构材料,力学性能要高出15%-20%。一旦国内外相应的技术规范成型,再加上竹材生长周期快的天然优势、取材便利性以及良好的可加工性,在结构设计方面工程竹在未来建筑市场必然大有可为。