建筑業作為我國的支柱產業,在國民經濟中占有非常重要的地位。隨著我國經濟的持續快速發展和人民生活水平的大幅提高,人們對居住環境的要求越來越高。各種高檔木結構房屋、木結構別墅開始在中國的旅游風景區、經濟發達地區出現并高速發展,木結構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,致使結構用木材采伐殆盡,而我國屬于木材資源相對短缺的國家。隨著我國林業政策的調整,天然林的禁止采伐,生態公益林的保護,退耕還林戰略的實施,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境的生態平衡受到嚴重威脅,水泥、鋼材等建筑材料的生產又需耗費大量的資源和能源。因此,開發出一種節能、環保、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,養竹歷史悠久,竹林面積、竹子種類及經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,其中具有較高的經濟、生態價值而被栽培、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感,且我國竹材資源豐富,合理開發利用竹建筑材料可緩解國內木材供需矛盾,具有十分重要的經濟、社會和環境效益。 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,是一種優質的建筑材料。同時,竹材又是一種生態環保的綠色建材,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
類別 | 抗拉強度(MPa) | |||
內側 | 外側 | 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。隨著現代工業化進程的飛速發展,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世紀的重要課題。竹結構建筑因竹材天然的色彩、形態和質感,給人以回歸自然的心理感受,容易與環境要素統一協調,在園林建筑及室內裝飾中占有重要地位。竹結構建筑歷史源遠流長,富有自然簡約、典雅秀麗、清新空靈的美感,并充滿濃濃的鄉土氣息。為了最大限度地發揮竹材的材質美感,一些建筑設計師更是把竹子直接當作建筑材料,使其與自然景觀和諧地融合在一起。
竹建筑材料的特點
在全球范圍內綠色生態思潮的巨大沖擊下,竹材作為現代建筑材料已經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的發展奠定了堅實的物質基礎。竹材在建筑業的應用中
具有以下幾點優勢:
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,可永續再用。隨著竹材加工業的發展,很多速生材也可用于建筑結構中,大大縮短了再生產周期。
2、在傳統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,造成嚴重的資源短缺和環境污染。竹材作為建筑材料,在施工建造過程中能耗、污染方面遠遠小于建造磚、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,竹材對環境的影響較小。
表2 建材壽命周期對環境的影響
材料 | 水污染 | 溫度效應 | 空氣污染指數 | 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,且竹結構住宅自重輕,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構出現變形,也不會散架或垮塌。據報道,1991年在哥斯達黎加發生的里氏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、竹材導熱系數小,一般竹材的導熱系數為0.30W/m•k左右,具有良好的保溫隔熱性能。若要達到同樣的保溫效果,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,竹材的隔熱值比標準的混凝土高16倍,比鋼材高400倍。此外,竹結構建筑的年平均濕度變化范圍,保持在60%~80%之間,這與最佳居住環境相對濕度60%左右的指標最為接近。
5、竹結構及配套部件易于定型化、標準化,實現構件的工廠預制和現場裝配化施工,現場濕作業少,施工速度快,可大大提高資金的投資效益,實現住宅建筑技術集成化、產業化和工業化,提高住宅的科技含量。
6、竹材人造板結構材料和傳統的結構材料相比,具有強度高、韌性好、剛度大、變形小、尺寸穩定、性能優良等特點。其特性、結構取材、環境效益以及在住宅建筑中的使用功能、設計、施工、綜合經濟方面都具有優勢。
鑒于竹結構作為建筑材料具有如上所述的諸多優點,繼續開展對竹結構材料的充分研究,使其在工程領域發揮更大的作用,具有特別重要的現實意義。