建筑業(yè)作為我國的支柱產(chǎn)業(yè)，在國民經(jīng)濟中占有非常重要的地位。隨著我國經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展和人民生活水平的大幅提高，人們對居住環(huán)境的要求越來越高。各種高檔木結(jié)構(gòu)房屋、木結(jié)構(gòu)別墅開始在中國的旅游風(fēng)景區(qū)、經(jīng)濟發(fā)達(dá)地區(qū)出現(xiàn)并高速發(fā)展，木結(jié)構(gòu)房屋建筑成為一個新熱點。 由于大量天然木材被運用于房屋建造中，致使結(jié)構(gòu)用木材采伐殆盡，而我國屬于木材資源相對短缺的國家。隨著我國林業(yè)政策的調(diào)整，天然林的禁止采伐，生態(tài)公益林的保護，退耕還林戰(zhàn)略的實施，使得木材資源緊缺的問題日益突出。同時，大量砍伐森林使自然環(huán)境的生態(tài)平衡受到嚴(yán)重威脅，水泥、鋼材等建筑材料的生產(chǎn)又需耗費大量的資源和能源。因此，開發(fā)出一種節(jié)能、環(huán)保、健康的綠色建筑材料已勢在必行。竹材的特點 我國竹類資源豐富，養(yǎng)竹歷史悠久，竹林面積、竹子種類及經(jīng)濟利用水平均居世界首位，被譽為“竹子王國”。 全世界約有100屬1200多種竹子，而我國計有39屬約500余種，其中具有較高的經(jīng)濟、生態(tài)價值而被栽培、利用的有16 屬200余種。 竹子是一種天然速生材料，與木材有著相似的質(zhì)感，且我國竹材資源豐富，合理開發(fā)利用竹建筑材料可緩解國內(nèi)木材供需矛盾，具有十分重要的經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益。 竹材色澤柔和、紋理清晰、手感光滑、富有彈性，給人以良好的視覺、嗅覺和觸覺感受。它重量輕、韌性好、強度高，可以被做成桁架來解決建筑中的大跨度問題，是一種優(yōu)質(zhì)的建筑材料。同時，竹材又是一種生態(tài)環(huán)保的綠色建材，CO2吸收量是普通樹木的4倍，具有木材加工過程中可車、可銑、可雕的工藝性能。在使用期過后，材料可以被完全回收并再次利用。竹材還是一種低能耗的建筑材料，當(dāng)建筑面積相同時，竹材與混凝土的能耗比為1∶8，與鋼材的能耗比為1∶50。
表1 竹材、鋼材及木材的抗拉強度
材料種類 類別 抗拉強度(MPa)
內(nèi)側(cè) 外側(cè) 平均
竹材 毛竹 298.4 89.3 193.9
鋼材 工鋼 235.0～370.0
木材 杉木 23.1～44.0
松木 22.7～90.7
此外，“竹”所具有的特殊文化意義是不可忽視的。隨著現(xiàn)代工業(yè)化進(jìn)程的飛速發(fā)展，生活在鋼筋混凝土建筑叢林中的人們開始向往回歸大自然，自然與建筑的融合成為21世紀(jì)的重要課題。竹結(jié)構(gòu)建筑因竹材天然的色彩、形態(tài)和質(zhì)感，給人以回歸自然的心理感受，容易與環(huán)境要素統(tǒng)一協(xié)調(diào)，在園林建筑及室內(nèi)裝飾中占有重要地位。竹結(jié)構(gòu)建筑歷史源遠(yuǎn)流長，富有自然簡約、典雅秀麗、清新空靈的美感，并充滿濃濃的鄉(xiāng)土氣息。為了最大限度地發(fā)揮竹材的材質(zhì)美感，一些建筑設(shè)計師更是把竹子直接當(dāng)作建筑材料，使其與自然景觀和諧地融合在一起。 竹建筑材料的特點 在全球范圍內(nèi)綠色生態(tài)思潮的巨大沖擊下，竹材作為現(xiàn)代建筑材料已經(jīng)越來越受到人們的重視，我國得天獨厚的竹材資源為竹材工業(yè)的發(fā)展奠定了堅實的物質(zhì)基礎(chǔ)。竹材在建筑業(yè)的應(yīng)用中 具有以下幾點優(yōu)勢： 1、與其他建筑材料如石、磚、混凝土、鋼材等不可再生的礦物資源相比，竹材是一種極好的可再生資源，一般3~5a即可成材，只要合理開采、種植，可永續(xù)再用。隨著竹材加工業(yè)的發(fā)展，很多速生材也可用于建筑結(jié)構(gòu)中，大大縮短了再生產(chǎn)周期。 2、在傳統(tǒng)建筑材料的制造過程中，每年約消耗近百億噸的礦物資源，同時還要消耗全國總能耗15%的能源，造成嚴(yán)重的資源短缺和環(huán)境污染。竹材作為建筑材料，在施工建造過程中能耗、污染方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于建造磚、石和混凝土類建筑物，是很好的綠色材料。從表2建筑材料壽命周期對環(huán)境影響的比較可見，就能源利用和空氣、水污染而言，竹材對環(huán)境的影響較小。 表2 建材壽命周期對環(huán)境的影響
材料 水污染 溫度效應(yīng) 空氣污染指數(shù) 固體廢棄物
竹材 1 1 1 1
鋼材 120 1.47 1.44 1.37
水泥 0.9 1.88 1.69 1.95
3、竹材的韌性好，且竹結(jié)構(gòu)住宅自重輕，地震時吸收的地震力也相對較少。即使在強烈的地震中整體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形，也不會散架或垮塌。據(jù)報道，1991年在哥斯達(dá)黎加發(fā)生的里氏7.6級地震中，大批磚瓦和鋼筋混凝土建筑都倒塌了，而位于震中的30座竹房屋卻安然無恙。 4、竹材導(dǎo)熱系數(shù)小，一般竹材的導(dǎo)熱系數(shù)為0.30W/m?k左右，具有良好的保溫隔熱性能。若要達(dá)到同樣的保溫效果，竹材需要的厚度是混凝土的1/15，是鋼材的1/400；在同樣的厚度條件下，竹材的隔熱值比標(biāo)準(zhǔn)的混凝土高16倍，比鋼材高400倍。此外，竹結(jié)構(gòu)建筑的年平均濕度變化范圍，保持在60%~80%之間，這與最佳居住環(huán)境相對濕度60%左右的指標(biāo)最為接近。 5、竹結(jié)構(gòu)及配套部件易于定型化、標(biāo)準(zhǔn)化，實現(xiàn)構(gòu)件的工廠預(yù)制和現(xiàn)場裝配化施工，現(xiàn)場濕作業(yè)少，施工速度快，可大大提高資金的投資效益，實現(xiàn)住宅建筑技術(shù)集成化、產(chǎn)業(yè)化和工業(yè)化，提高住宅的科技含量。 6、竹材人造板結(jié)構(gòu)材料和傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)材料相比，具有強度高、韌性好、剛度大、變形小、尺寸穩(wěn)定、性能優(yōu)良等特點。其特性、結(jié)構(gòu)取材、環(huán)境效益以及在住宅建筑中的使用功能、設(shè)計、施工、綜合經(jīng)濟方面都具有優(yōu)勢。 鑒于竹結(jié)構(gòu)作為建筑材料具有如上所述的諸多優(yōu)點，繼續(xù)開展對竹結(jié)構(gòu)材料的充分研究，使其在工程領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用，具有特別重要的現(xiàn)實意義。 竹建筑材料的應(yīng)用 新型竹結(jié)構(gòu)建筑將使用原竹、竹材、竹膠合板、竹地板、竹層積材等各種結(jié)構(gòu)和裝飾用材，是應(yīng)用竹質(zhì)材料量最大、種類最多的開發(fā)項目。竹結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展可以作為竹產(chǎn)業(yè)發(fā)展的龍頭，帶動許多相關(guān)竹加工業(yè)的發(fā)展，并能促進(jìn)竹子種植的同步發(fā)展，從而形成“資源培育—產(chǎn)品開發(fā)與生產(chǎn)—原材料使用”的良性循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈。因此，不斷擴大竹建材的應(yīng)用范圍，是竹類資源開發(fā)利用的戰(zhàn)略任務(wù)之一。 1、原竹利用 （1）受力構(gòu)件 由于竹在長度方向上抗拉、抗壓能力較好，且富有韌性與彈性，抗彎能力也很強，不易折斷。因此，在一些簡易房屋的構(gòu)造中可將竹材作為受力構(gòu)件。一般用較粗的竹稈或竹稈束作房屋的梁、柱、椽等承重材料，屋頂、墻壁、天花板則采用竹片拼接而成。這種直接由竹稈建造的房屋，由于竹稈形狀為圓形，尺寸誤差較大，竹稈力學(xué)強度有限，因此只能用于結(jié)構(gòu)簡單，承重力小的受力構(gòu)件。 （2）腳手架 在世界范圍內(nèi)，以竹材作為建筑施工的腳手架已有較長的歷史，甚至在現(xiàn)代高層建筑施工中仍在繼續(xù)使用。竹材建筑腳手架主要利用大型單竹(如毛竹等)的竹稈，主要由立稈、斜稈、頂撐和大稈組成。其構(gòu)造形式一般采用雙排竹稈，用竹淺、麻繩或鐵絲綁扎，可高達(dá)幾十層，每層橫向用竹腳手板聯(lián)系以供交通運輸之用，在中國、印度、泰國等東南亞國家得到廣泛應(yīng)用。與鋼腳手架相比，竹腳手架有較強的抗風(fēng)能力，但由于竹材徑級尺寸的變異性較大，其搭建和拆卸都不如鋼腳手架方便、快捷。 （3）屋面 竹材質(zhì)輕、抗沖擊、強度大、可用作屋面材料。其方式主要有以下3種。 ①半回竹瓦屋面：取圓竹(通常選用直徑7cm以上的毛竹)從中對剖為二，剔去節(jié)隔，置于遮陽處干燥后，將半圓竹凹凸相嵌并用釘固定檀條上，屋面坡度通常不宜小于30o，該種屋面施工比較簡便。 ②片狀竹瓦屋面：片狀竹瓦取自大直徑、成熟而且新鮮的圓竹。竹片通常寬3~4cm，長度即節(jié)間距。竹瓦應(yīng)在施工前進(jìn)行防水、防腐處理。一般每平方米屋面約需200塊片狀竹瓦，屋面最小坡度應(yīng)不小于30o。 ③竹席波形瓦屋面：竹席波形瓦系四川省林科所近年來開發(fā)的一種竹制建筑材料，該瓦是用竹編后的黃蔑編織成席，繼經(jīng)涂膠，再在金屬波形模具上熱壓而成。它具有幅面大，施工方便等特點�，F(xiàn)用于活動房屋、車站月臺和涼棚等的屋面。 2、 竹材人造板 （1）竹材膠合板 竹材膠合板是以帶溝槽的等厚竹片為其構(gòu)成單元，按相鄰層相互垂直組坯成對稱結(jié)構(gòu)的板坯，熱壓膠合而成的一種竹材人造板。竹材膠合板強度高，剛性好，可以大大降低建筑物的自重，是一種優(yōu)良的工程結(jié)構(gòu)材料，可用于屋頂或外墻覆面、樓面底板、樓面、墻面裝飾面板等，但由于竹材膠合板生產(chǎn)工藝復(fù)雜、設(shè)備投入量大、工藝過程難以控制、對原料的要求高，因此其發(fā)展受到了一定的限制。 （2）竹材刨花板 將低質(zhì)或速生材加工成長形薄刨花，拌膠后按一定的方向排列壓制成刨花板。外層刨花與板的長度方向水平，內(nèi)層刨花則隨機鋪設(shè)或互相交叉。其特點是單向強度高，剛性大，具有較強的耐水性以及較低的膨脹率。它是代替木材人造板和夾心板作為預(yù)制房屋墻體、隔斷和門板的較好材料，并可用于屋頂或外墻覆面、樓面底板等。 （3）竹材層壓板 竹材層壓板是用一定規(guī)格的竹篾，經(jīng)干燥、浸膠、干燥、組坯、熱壓膠合而成的一種竹材人造板。竹材層壓板的縱向強度和剛度很高，但橫向強度很低，其結(jié)構(gòu)類似于重組木，一般作為工程結(jié)構(gòu)材料。在預(yù)制房屋制造中可努力發(fā)揮其力學(xué)特點，用于橫梁、柱體、門板、樓梯扶手和承重墻體等所受荷載較大或要求較高部件的制造。可代替大量鋼材水泥和木質(zhì)人造板。 （4）竹建筑用混凝土模板 竹建筑用混凝土模板以竹席或竹簾為主要原料，通過浸膠、干燥、組坯、熱壓等竹材膠合層積板工藝生產(chǎn)。比鋼模板重量輕，單模面積大，施工方便；比木模板強度高，使用壽命長，吸水率低，幾乎無膨脹和收縮；比塑模板成本低、無污染，可避免破壞性的森林砍伐和能源污染。 竹建筑材料的前景 近些年全球森林面積急劇下降，而竹類植物以其獨特的生物學(xué)、生態(tài)學(xué)特性，兼具良好的經(jīng)濟、生態(tài)和社會效益，竹林面積以每年3%的速度遞增。因此，竹類植物被認(rèn)為是21世紀(jì)最具發(fā)展空間和發(fā)民展?jié)摿Φ闹参铩?nbsp; 2005年11月國務(wù)院辦公廳轉(zhuǎn)發(fā)了國家發(fā)改委等部門《關(guān)于加快推進(jìn)木材節(jié)約和代用工作的意見》，文件中指出“以竹代木”是我國木材資源緊缺條件下的發(fā)展方向。近年來，國際竹藤組織(INBAR)不僅出版了竹建筑設(shè)計的技術(shù)報告，還與國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)合作，著手制訂竹建筑的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，這將有利于竹建筑的規(guī)范、設(shè)計和推廣。 竹結(jié)構(gòu)建筑以其優(yōu)越的居住性能和生態(tài)效益，開始掀起一股綠色風(fēng)潮。竹材用于現(xiàn)代住宅建筑，從地基到框架結(jié)構(gòu)，從框架系統(tǒng)到屋面桁架，從地板到家具再到外部覆層和室內(nèi)裝修及櫥柜，每到一處，竹材都置身其中。竹材加工處理技術(shù)還可以將竹子加工成墻板、梁、柱、樓板、屋架等各種結(jié)構(gòu)構(gòu)件。 除了在傳統(tǒng)的基礎(chǔ)上利用竹材外，竹子還被開發(fā)出了更多、 更新的用途，“以竹代木”成為國內(nèi)外木材業(yè)的發(fā)展方向。利用現(xiàn)代復(fù)合、重組技術(shù)，以竹材為原料替代木材制造各種性能優(yōu)良的高檔建筑材料，滿足不同房屋及其結(jié)構(gòu)組件的性能要求。此類建筑材料的開發(fā)及應(yīng)用，將為處于貧困狀態(tài)的廣大產(chǎn)竹區(qū)人民提供一條新的致富之路，勢必成為竹材利用新的發(fā)展方向。在政府和國際組織對竹材發(fā)展的積極推動下，竹子作為綠色建材在建筑業(yè)的應(yīng)用必將會有的廣闊的發(fā)展前景。 結(jié)語 當(dāng)前，環(huán)境保護成為永恒的主題。傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)已逐漸暴露出其固有的缺陷，“綠色建筑”呼之欲出。作為房屋建造最古老的建筑材料之一，竹材來源廣泛、價格便宜、加工容易，是一種集力學(xué)和美學(xué)等多方面優(yōu)勢為一體的優(yōu)質(zhì)綠色建材，必將在一定范圍內(nèi)取代鋼和混凝土成為主要建筑材料和結(jié)構(gòu)形式。我國林業(yè)科技工作者應(yīng)加大竹結(jié)構(gòu)建筑研究力度，突破傳統(tǒng)生產(chǎn)方式和利用模式的局限，依靠科技，全面提升竹材在建筑行業(yè)的綜合利用水平，使人、建筑與自然生態(tài)環(huán)境之間形成一個良性的生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)。
