杭彥國

(北方工程設(shè)計研究院有限公司，河北石家莊 050011)

在全球綠色低碳、節(jié)能減排已經(jīng)成為世界各國普遍共識的大環(huán)境下，竹子作為一種新型建筑材料的使用為現(xiàn)代竹建筑提供了廣闊的發(fā)展空間，但受現(xiàn)有竹工藝不合理因素的影響，原竹建筑出現(xiàn)了發(fā)展瓶頸，因此，要發(fā)展竹建筑，就必須研究其節(jié)點結(jié)構(gòu)。

一、現(xiàn)代竹建筑的材料概述

(一)現(xiàn)代建筑中竹材料的優(yōu)勢

現(xiàn)代科技處理下的天然竹子，有著耐高壓、高重量比及高強度的物理特性，其優(yōu)異的性能，已成為永久性的建材。因為傳統(tǒng)的竹建筑，其在建筑之前總要遵循一個固定的形狀，所以難免使得人們對其建筑形象有異議；而現(xiàn)代建筑中的竹材料有著良好的建筑性能，而且在建筑設(shè)計中，建筑師可以根據(jù)自己的創(chuàng)作靈感，賦予其新的審美視點，展現(xiàn)出嶄新的時代建筑形象。

(二)現(xiàn)代竹材料的特征

竹子是一種多年生木本樹種，增長速度非常迅速。如果在經(jīng)歷了一個竹林的采伐后，是可以自行繁殖，然后繼續(xù)形成新的竹子。竹子有種區(qū)別于其他樹種的組織結(jié)構(gòu)，主要是由維管束以及薄壁細(xì)胞構(gòu)成。特殊的空腔纖維組織特征，使得竹子本身的熱導(dǎo)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鋼筋混凝土和粘土瓦等常規(guī)建筑原材料。在使用和保養(yǎng)竹子的過程中，因其對于熱、電等的傳導(dǎo)性都不高，所以是極好維護(hù)的。由于竹子具有強重比，徑向壓縮拉伸強度較高，其物理性質(zhì)類似于鋼，具有適合空間的桁架結(jié)構(gòu)，并且其強度、剛度在網(wǎng)格中具有很大的優(yōu)勢。由于竹纖維的高強度特性，不會像木材那樣容易開裂甚至完全破裂，這一特點使竹建筑的受損部位更易維修或更換，也可對竹建筑進(jìn)行高強度的維護(hù)。

二、現(xiàn)代竹建筑的空間網(wǎng)格類型

現(xiàn)代竹建筑的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，是指在網(wǎng)格單元結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在兩個方向或幾個方向的許多竹桿，按照一定的規(guī)則進(jìn)行設(shè)計，而竹竿間的連接，是通過一個節(jié)點實現(xiàn)的。

(一)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

由連接的結(jié)桁桿件，按照一定的規(guī)律性而形成空間桿的平面網(wǎng)格，在其垂直的載荷作用下，網(wǎng)格平面不產(chǎn)生水平推力，屬于無推力的結(jié)構(gòu)。由軸向拉力和壓力發(fā)揮材料性能的外力棒的形態(tài)，而桿件通過整體連接節(jié)點形成整體效應(yīng)、剛度整體受彎，是大跨度建筑的理想選擇，常用于屋頂?shù)木W(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系。

(二)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)

網(wǎng)殼是由桿件構(gòu)成曲面網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)是主要承受薄膜殼體的可以被看作是內(nèi)力彎曲網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的外殼和具有空間結(jié)構(gòu)形式，也稱為表面網(wǎng)格的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。它具有靠空間體形受力的優(yōu)點，竹材剛度強、重量輕、美觀以及多樣化，使得網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代建筑行業(yè)中占有很強的優(yōu)勢。

三、現(xiàn)代新型竹類建筑的關(guān)鍵部位構(gòu)造的節(jié)點連接

(一)關(guān)鍵部位構(gòu)造的技術(shù)連接問題

現(xiàn)代新型竹建筑中，關(guān)鍵部位構(gòu)造的節(jié)點，是指在現(xiàn)代竹結(jié)構(gòu)之中支撐和承受拉力、壓力的主要結(jié)構(gòu)元素之間的連接點。依據(jù)它的位置來劃分，新型竹結(jié)構(gòu)建筑的節(jié)點包括屋面節(jié)點，住房和基本的自身基礎(chǔ)支撐結(jié)構(gòu)節(jié)點，它的剛度、強度以及穩(wěn)定性，多取決于建筑結(jié)構(gòu)部件之間的連接強度。因此，結(jié)構(gòu)的技術(shù)以及連接結(jié)構(gòu)的技術(shù)的不斷進(jìn)步，確立了新型建筑的空間及其形式，能夠反映結(jié)構(gòu)技術(shù)的特征構(gòu)造。在竹結(jié)構(gòu)新型建筑中，連接的技術(shù)尤為關(guān)鍵，竹節(jié)點構(gòu)造的問題成為制約現(xiàn)代竹建筑發(fā)展的瓶頸。

(二)節(jié)點的設(shè)計理念

1.力學(xué)原則。把節(jié)點的設(shè)計技術(shù)應(yīng)用到現(xiàn)代竹結(jié)構(gòu)新型建筑之中，首要問題是適應(yīng)其材料特質(zhì)。它的節(jié)點的連接，在理論上應(yīng)該能使竹子所具備的力學(xué)性能發(fā)揮作用，避免沿拉伸剪切強度和徑向的受力?，F(xiàn)代竹建筑的設(shè)計應(yīng)該能夠符合力學(xué)原則，以滿足機(jī)械施工和裝配的需要。

2.傳力明確，方式簡單。結(jié)構(gòu)的節(jié)點部位既可能是力的匯集點，也可能是力的分散點，是力的傳遞方向和大小發(fā)生變化的部位，因此應(yīng)以最簡潔的節(jié)點方式向下一個構(gòu)件進(jìn)行傳遞。

3.強度和剛度齊備?，F(xiàn)代竹建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接匯交的桿件處，是確保其安全和可靠的基礎(chǔ)，使節(jié)點可以保證可靠的傳遞桿件內(nèi)力，同時也要承受外界的壓力及其自身重量所帶來的負(fù)荷，這就要求節(jié)點上的連接結(jié)構(gòu)應(yīng)保證足夠的剛度和強度。

4.注重藝術(shù)表現(xiàn)力?，F(xiàn)代節(jié)點在連接方面除了要考慮傳力要明確，保證結(jié)構(gòu)的建模能夠有效等必要條件外，它的結(jié)構(gòu)美觀、造型獨特等外在表現(xiàn)特征也是需要注意的。在設(shè)計過程中，必須要充分運用視覺傳達(dá)藝術(shù)，將漸進(jìn)式技術(shù)充分運用到節(jié)點結(jié)構(gòu)連接上，清晰地顯示其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)邏輯，展示現(xiàn)代科技下節(jié)點的藝術(shù)美感。

四、現(xiàn)代竹建筑的設(shè)計方法

(一)緊密結(jié)合建筑設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計

結(jié)構(gòu)類型和建筑表現(xiàn)密不可分。建筑師在進(jìn)行竹建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，為了創(chuàng)造一個理想的作品，就要從其結(jié)構(gòu)入手。

(二)借鑒鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的引用不是無條件的，通過對竹材力學(xué)性能的研究可知，竹建筑設(shè)計之所以需要借鑒鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法，是因為竹材料本身是基于一個圓柱形的竹節(jié)，在外觀和機(jī)械性能上，兩者具有相似性。借鑒比較的成熟鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以促進(jìn)現(xiàn)代竹建筑設(shè)計技術(shù)的發(fā)展。

(三)計算機(jī)輔助設(shè)計

在現(xiàn)代竹建筑的過程中，設(shè)計人員可以通過計算機(jī)模擬達(dá)到控制原竹的節(jié)點構(gòu)造。應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)，讓設(shè)計過程變得輕松，極大地提升了施工速度和建模的仿真程度，為現(xiàn)代新型原竹建筑的設(shè)計和實施提供了更為廣闊的平臺。

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