6.1 概述

6.1 概述

竹材种类繁多，分布广阔。全球共有竹类植物107类，分属1300多种。竹类植物主要分布在亚洲、非洲和拉丁美洲的热带、亚热带以及包括中国在内的东南亚季风区域。竹材的生长周期短，一般3～5年就可以成材，其强度、耐久性可与木材比拟，是一种极具价值的结构用生物质材料，因此，竹林资源在世界为数不多的可再生资源中有着重要地位。

中国竹类资源十分丰富，享有“世界第二森林”的美称，共有竹林面积近500万hm2，竹种数和竹林面积约占全世界的四分之一，是世界上面积最广、资源最多、利用最早的竹业国家。

由于各地气候、土壤、地形的变化和竹种本身种属特性的差异，中国竹子分布具有明显的地带性和区域性。大体可分为5大竹区：黄河—长江竹区、长江—岭南竹区、华南竹区、西南高山竹区。黄河—长江竹区位于北纬30°～40。之间，在本区内，主要有刚竹属、苦竹属、箭竹属、青篱竹属、赤竹属等的一些竹种。长江—南岭竹区位于北纬25°～30。之间，是中国竹林面积最大，竹材资源最丰富的地区，其中毛竹林的面积达280万hm2。华南竹区位于北纬10°～20°之间，是中国竹种数量多的地区，主要有酸竹属、刺竹属、牡竹属、藤竹属、巨竹属、单竹属、茶秆竹属、梨竹属、滇竹属等竹种。西南高山竹区位于华西海拔1000～3000m的高山地带，此区是原始竹丛，大熊猫、金丝猴等珍贵动物的分布区，主要有方竹属、箭竹属、采竹属、玉山竹属、慈竹属的一些竹种。

竹材是我国重要的速生、可再生森林资源，我国是世界上主要的产竹国家，约42属， 500余种。据全国第七次森林资源清查统计显示，我国现有竹林面积538.10万hm2，其中毛竹林386.83万hm2，杂竹林151.27万hm2。在地球表面森林面积逐年减少的形势下，竹林面积却日益扩大。竹材生长周期短，一般六年成材，且一次造林可多次采伐，多年收益，因此只要科学地经营管理，竹子是一项取之不尽、用之不竭的重要的建筑材料资源。

与钢筋混凝土结构相比，竹材是一种天然的可再生生物质材料，竹子的生长过程能改善自然环境。就减排而言，相比其他树种的森林，竹林可吸收更多的二氧化碳，且在加工过程中能耗低。据相关资料显示：建造相同面积的建筑物，竹材的能耗是混凝土能耗的1/8，木材能耗的1/3，钢铁能耗的1/50，在废弃后可以自然降解，不会对环境产生任何负面的影响，堪称绿色建材。

竹结构建筑具有良好的抗下沉应力、抗老化、抗干燥能力及很强的稳定性。如果经过相应的处理工序且使用得当，竹材是一种稳定、寿命长且耐久性强的材料。要真正实现竹结构建筑环保的优势，保证竹结构建筑的长期耐久性是关键。

同木结构建筑相似，竹结构建筑适用于多种外部建筑风格，且在室内布局和装饰方面也提供了相当的自由性。如门窗可放置在任何使用方便的地方；并可以将各种防水、保温、隔声的材料固定在龙骨表面，或填充在龙骨的缝隙间；各种水电设备管道可以在墙内及楼板间穿过，使建筑物保持良好的物理性能和美观度。此外，竹材的弯曲度大，可模压成各种形状的造型，以满足建筑结构的需要。

竹材是天然有机高分子聚合体，其组织结构主要由维管束和薄壁细胞组成。竹材内部空腔使得竹材的热传导速度慢，因此，竹材人造板导热系数远低于钢筋混凝土和黏土砖；另外，竹结构住宅墙体和楼盖的空腔有保温棉填充，使其保温隔热性能优于砖混结构或混凝土结构，从而降低住宅使用能耗。

同木结构类似，竹结构建筑在发生地震时有较高的安全系数。与其他材料相比，竹结构建筑具有一系列关键抗震优势，如竹材的强重比很高，这意味着地震时作用到竹结构建筑上的力度较小；竹结构是通过各种连接件组合而成，带有许多杆件和连接节点，故存在多种荷载路径以吸收所施加的外力；竹结构建筑中的连接节点可以有效地耗散地震所产生的能量。1991年哥斯达黎加曾发生了里氏7.7级地震，大批砖瓦和钢筋混凝土建筑倒塌，但20多座用竹子搭建的建筑却安然无恙，这足以说明竹结构建筑具有优异的抗震性能。

竹结构建筑材料处理简单，建造成本低廉，且施工周期只是同类砖混结构的1/2～1/3，布局造型灵活、维修方便，所需劳动力相对也较少。竹结构建筑是多个构件通过各种连接件组装而成，构件之间可拆装，较宜改建或扩建。即便是已经建造成型的建筑，也可将整个建筑从甲地搬迁至乙地。由于建造周期短且维修方便，再加之竹结构建筑可随地搬迁，其建造成本自然会下降很多。

竹建筑历史

在距今6000多年的新石器时代，当人类从穴居和巢居时代转向地面建筑的时候，竹子就开始发挥重要的作用。尽管建筑受地域文化、风格和观念的影响较大，但是世界各地流传的传统竹建造技术却惊人地相似。以竹子和泥土/石灰为天然原料的筑墙工艺，在时代变迁和人类建筑文明的演变中，占据了很长的时间，在很多地区一直沿用至今。

在亚洲，1929年发现的中国四川广汉三星堆二期文化遗址的房址中，出土了木棍和有竹片痕迹的火烧土块，推测是竹编木骨泥墙的建筑遗址。当时巴蜀居民就地取材，在地面上挖沟槽，槽中立木柱，间以小木棍或竹棍作为墙骨，在里、外两面涂草抹泥成为墙壁，并经火烧烤，顶部以竹、茅覆盖，底架也采用木或竹架构。而考古工作者在成都金沙遗址（商代晚期至西周前期）也发现了大量的房屋建筑遗址，均为挖基槽的木（竹）骨泥墙式建筑。

在台湾，至今尚还保留了数量不多的“竹厝”（利用竹子和泥土所搭建的房屋）。厝顶可用竹子、茅草、甘蔗叶或铅板覆盖，墙壁则用竹竿分隔，竹编抹灰土、石灰等。房屋的主梁通常采用多年生的孟宗竹、刺竹、麻竹或桂竹，不用铁钉而只用竹钉作为榫头。通常墙壁用竹片编织而成，再敷上泥土，外表抹上石灰，门窗皆用竹片编成。柱脚的空间填土或石头，以保坚固。经济实用、夏天凉爽，且抗震性能良好。在孟加拉国约有70％的人口居住在各种形式的竹屋中。在哥伦比亚、厄瓜多尔和哥斯达黎加等拉美国家，竹建筑业非常发达，造型典雅的竹楼、竹亭及其他风格各异的竹建筑随处可见。

传统的竹建筑多为杆系结构，采用捆扎方式进行杆件连接。图6-1为南美地区的典型民居，此类型竹屋通风、采光性能良好，充分利用了竹子本身的结构性能，抗震性能尤其突出。经过防腐、防虫处理后的原竹被巧妙地设计成各种形式的结构柱、结构梁和屋架。

2010年上海世博会，更是有9个场馆融入了竹的元素，其中有多个大型场馆，令人惊叹不已。其中，印度馆（图6-2）建造了世界上最大的竹穹顶，直径35m，其上种植了各种绿色植物。穹顶由36根1/2的圆弧状竹肋组成，每根竹肋由9根直径100mm毛竹呈三角形排列。为了增强结构的整体稳定性，从近地面开始每隔一定的距离在环向设置了竹箍（9道）或钢箍（4道）。竹节点连接部分同样使用了填充水泥砂浆加螺栓固定的方式。

现代原竹结构的节点采用了钢结构连接方法，根据结构需求，人们设计了各种形式的连接节点，可方便地将竹构件、钢构件或竹与混凝土构件连接成一体，形成了形式多样的空间结构体系。图6-3、图6-4为典型的捆扎竹建筑节点和钢—竹节点。

原竹结构在形态和结构特性上都最大化地保留了植物的特性。但是，通过一定的物理、力学和化学等手段，将竹子的各种单元形式（竹条、竹篾、竹单板、竹碎料、竹纤维等）组合成能够满足工程、结构和环境等方面用途的材料，是人们在工业化生产模式下的又一次思考，这便是近些年出现的工程竹材。同样是上海世博会，德中同行馆（图6-5）最大的亮点是成功地将先进的预制装配技术用在了这座由巨龙竹和竹层积材共同构造的时尚建筑中，实现了工厂预制、现场组装，且无损拆卸的模式。经过巧妙设计的金属连接一端被预埋在填充了水泥砂浆的竹筒中，另一端通过螺栓和其他构件相连。世博会后此馆已移置浙江杭州。

20世纪末，竹/木胶合技术得到了快速发展并应用，研发生产如胶合木、单板层积材、重组竹等系列工业化竹木材料，消除了原竹/木的结节、虫蛀、外形不规则等天然缺陷，力学性能稳定、优异，完全可以满足现代建筑结构对材料的强度、刚度与耐久性要求。由于现代竹/木结构优异的抗震性能和可装配性能，“5·12”汶川地震后，受到了空前的重视，张齐生院士提出采用竹材重组材作为结构材料建造装配式抗震民宅，并在南京林业大学校园内建造了一幢两层重组材竹结构抗震民宅示范工程（图6-6）。黄东升设计了一种带消能节点的装配式竹（木）框架结构体系，即采用重组竹（或规格木材）作为结构材料，将框架节点设计成金属屈曲型消能阻尼器，分别在广东省清远市、青海省玉树地震灾区、四川省青川地震灾区建造了带消能节点的竹（木）结构示范建筑（图6-7）。

此外，以北美现代木结构为代表的轻型木结构技术已经在我国获得了广泛的认同，鉴于木材资源稀缺的国情，我国学者提出应用高强竹质复合材料建造现代竹结构抗震房屋，分别发展了轻型竹结构、重组竹框架结构和钢竹组合结构等现代竹建筑结构体系。

目前，我国已经在江苏、四川、湖南等地建造了多幢多层竹结构房屋、桥梁，竹结构建筑的研究也受到了日益重视，我们相信，在不久的将来，竹结构将和木结构一样，成为一种重要的新型结构体系。