用竹子來(lái)做建筑力學(xué)性能適合嗎?傳統(tǒng)的建筑有些是用竹子做的?
竹材與木材同屬于非均質(zhì)體,力學(xué)特性表現(xiàn)為非等向性材料,其物理力學(xué)性能相較木材也有很多優(yōu)勢(shì),順紋抗拉能力強(qiáng)(約 208MPa),一般約大于木材(約 107MPa)的兩倍左右,由于徑向竹纖維分布的不同,

形成了沿竹壁由內(nèi)向外抗拉強(qiáng)度遞增的現(xiàn)象,竹青部分抗拉強(qiáng)度約為竹黃部分的 5 倍,竹子外層的抗拉強(qiáng)度也高于內(nèi)層 ;
外層抗拉強(qiáng)度為 200~250MPa、內(nèi)層抗拉強(qiáng)度為150~200MPa,竹材的高強(qiáng)性能使得它在結(jié)構(gòu)工程中具有很高的應(yīng)用價(jià)值,特別是輕質(zhì)高強(qiáng)的性能在建筑中能夠減輕建筑的自重,使建筑更加輕盈;
竹材順紋抗壓強(qiáng)度,但受含水量的影響較大,含水量越高,竹材順紋抗壓能力越低,同樣,竹青部分抗壓能力強(qiáng)于竹黃部分,竹材與木材、鋼材、混凝土的硬度、強(qiáng)度對(duì)比如圖所示。



竹材的力學(xué)可塑性比木材,憑借良好的彈性和韌性再結(jié)合現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)技術(shù),可以創(chuàng)造出各種豐富的建筑形態(tài)和空間 。竹材導(dǎo)熱性較好(導(dǎo)熱系數(shù)為 6),稍差于木材(導(dǎo)熱系數(shù)為 3),但要優(yōu)于玻璃(導(dǎo)熱系數(shù)為 10)和鋼材(導(dǎo)熱系數(shù)為 12),具有良好的絕熱、吸聲性能 ?。
竹材為低污染、低碳、節(jié)能環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的有機(jī)材料,無(wú)論是原竹還是竹復(fù)合材,在建筑使用期過(guò)后都可以回收再利用,或回歸自然而不產(chǎn)生污染,相比于鋼筋混凝土建筑竹材對(duì)環(huán)境的負(fù)荷很小。
研究數(shù)據(jù)表明,竹子固定二氧化碳的能力是其他數(shù)目的 30 倍以上,對(duì)固碳給氧、改善氣候變暖有很好的效果,在一定程度上緩解我國(guó)森林資源消耗嚴(yán)重帶來(lái)的環(huán)境問題 ?。
傳統(tǒng)原竹建筑技術(shù)要求低,加工技術(shù)比較簡(jiǎn)單,結(jié)合榫卯連接、捆綁等傳統(tǒng)建造手段便可實(shí)現(xiàn)兼具良好抗震性能的竹建筑的建造。竹材的多功能性及豐富的表現(xiàn)力為建筑材料的選擇提供了更多可能性,經(jīng)濟(jì)快速的建造實(shí)現(xiàn)了費(fèi)用成本與時(shí)間成本的雙贏。

原竹中空且尖削度大,桿件加工大多需要人工加工,很難進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn),標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化程度低,節(jié)點(diǎn)連接可靠性很較難保證。由于竹材中含有很多糖類、淀粉和蛋白質(zhì)等豐富的有機(jī)物質(zhì),在南方 4~9 月潮濕季節(jié),竹建筑很容易受到霉菌及蟲蛀的威脅 。
另外,暴露在外的竹材在風(fēng)吹日曬雨淋的作用下也容易損壞;同時(shí),原竹建筑防火性能較差,特別是原竹空腔受到高溫炙烤很容易爆裂,干濕變化劇烈也會(huì)導(dǎo)致原竹開裂,從而破壞了竹材的整體性。
作為天然的梯度復(fù)合材料,其力學(xué)特性也較復(fù)雜,竹節(jié)和竹間具有不同物理力學(xué)特性,在原竹不同高度、不同竹齡、竹壁的不同方向(徑向、切線方向、順紋方向)上的物理力學(xué)性質(zhì)也不同 ,這為受力合理的竹建筑形體造型處理帶來(lái)了一定的困難。
在自然災(zāi)害中,進(jìn)一步證明了竹材是一種安全的建筑材料,即使是在城市環(huán)境中也是如此。例如,在哥倫比亞大地震中,瓜多竹建筑成功的吸收震動(dòng),而混凝土建筑卻破裂坍塌。
竹材正在成為一種廣受關(guān)注的木材替代品,它的廣泛使用有助于防止森林遭到過(guò)度采伐。