李佳偉 李 政

北京服裝學院藝術(shù)設計學院

1 引言

由于休閑城市景觀建設的不斷發(fā)展,天然木材的需求量呈增長趨勢,世界各地森林面積逐漸萎縮，森林保護任務與木材市場需求之間的矛盾日益突出。同時國內(nèi)對竹木結(jié)構(gòu)的需求越來越迫切。竹鋼的開發(fā)利用有效地緩解了我國林地和生長的森林有機地的不平衡，滿足了國民經(jīng)濟建設在林產(chǎn)品上的各項需求，為后續(xù)發(fā)展開辟了一條新的道路，為推動我國新型、綠色建筑的發(fā)展具有重大意義。

2 竹鋼概況

竹鋼——高性能竹基纖維復合材料是以資源豐富的竹材為主要原料，竹材纖維經(jīng)過定向分離、重組、復合等先進工藝加工而成的。是我國自主研發(fā)的且具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新型材料，并成功實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。其克服了竹材直徑小、各向異性、材料不均勻等缺陷。竹材的強度高、結(jié)構(gòu)組織性能優(yōu)越，是實現(xiàn)竹子高效、高價值利用的有效途徑之一。

3 竹鋼性能

由于竹鋼良好的性能優(yōu)勢，其優(yōu)異的物理力學性能和高效經(jīng)濟的特性在多個領(lǐng)域中頗具市場潛力和機遇?！爸皲摗币言趪覚?quán)威機構(gòu)進行了力學性能檢測，其結(jié)構(gòu)體系可以實現(xiàn)科學論證和精確計算，這為“竹鋼”在建筑領(lǐng)域的廣泛應用奠定了基礎(chǔ)。

3.1 物理性能

竹鋼強度可以達到400MPa左右，承受300MPa壓力，約等于玻璃鋼的結(jié)實程度，抗壓力是平常材料的三倍。其抗拉力是平常材料的兩倍，防腐、防蟲是優(yōu)良條件之一。

采用28小時水煮循環(huán)實驗，證明了竹鋼的耐水性非常好。竹鋼在不經(jīng)過防霉處理的情況下，可以達到二級的防霉標準。二次防霉處理后效果最佳，同時，竹鋼的裝飾加工性十分出色。

3.2 制作工藝

將竹子改造成“竹鋼”最關(guān)鍵的一步就是疏解壓析機。通過熱壓，10多厘米厚的竹片被壓制成1cm～3cm不等的高強度板材毛坯，然后進行砂光處理，再按照產(chǎn)品設計的要求，進行裁制、拼接、加固等。一塊竹鋼可以承受300MPa壓力，和玻璃鋼的結(jié)實程度差不多，比木材、鋼材更有韌性，可以滿足異形結(jié)構(gòu)設計要求（圖1）。

圖1 竹鋼生產(chǎn)過程

3.3 竹鋼的應用特性及功能

竹鋼的問世是生態(tài)與科技的融合，是具有廣泛用途的高端環(huán)保新材料，是世界上強度最高的經(jīng)濟型人造板材，應用范圍很廣。

3.3.1 綠色環(huán)保

隨著全球氣候的變暖，森林愈發(fā)顯得彌足珍貴，竹鋼的出現(xiàn)有效地保護了人類的生存環(huán)境。通過環(huán)保加工工藝生產(chǎn)的“竹鋼”使用時無需特殊呵護和保養(yǎng)，可以有效吸收二氧化碳及大量有害物質(zhì)。這對保護生態(tài)平衡和應對氣候變化極其有利。

3.3.2 高強度

在制作過程中高性能竹纖維復合材料沒有干擾竹纖維的排列方向，并能保持竹子原有的高強度特性。通過權(quán)威檢測：高性能竹基纖維復合材料的抗彎強度≥350MPa，抗拉強度達≥360MPa，抗壓強度≥140MPa，彈性模量≥30GPa，水煮膨脹率≤5%，由于竹鋼強度高、密度大，各項指標均已達到或超過了葉片基材和戶外板材的性能指標要求，同時，竹鋼對于沖擊荷載和周期性疲勞損傷具有較強的抗力，擁有最佳的抗沖擊性能，竹鋼結(jié)構(gòu)在多種條件下，均表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)完整性。

3.3.3 良好地可加工性

常規(guī)木工工藝均可操作，可裁，可鉆，可鋸，可刨，不可釘；板材厚度雖然只有20mm～35mm，長度雖然只有2500mm，但是借用優(yōu)異的雙組份拼板膠，采用直拼、疊拼、錯逢拼、指接、螺接等方式，可獲取到厚達幾米，長達幾十米的方材；因為竹材不存在木材的蟲蛀和結(jié)疤等問題，加工面亦非常完整光滑，無需補膩。

3.3.4 耐久性和耐候性

“竹鋼”由我國資源豐富的可循環(huán)再生的慈竹、環(huán)保膠酚醛樹脂和水分組成，表面可著油、漆。精心設計和建造的現(xiàn)代竹鋼結(jié)構(gòu)建筑堅固耐磨，即使在多雨、潮濕氣候下也不易變形，是現(xiàn)代最經(jīng)久耐用的建筑材料之一。

3.3.5 阻燃性好

防火能力達到B1級（難燃級別），且即使燃燒碳化，在一段時間內(nèi)也會無毒無煙，同時碳化表層還可以阻燃。

3.3.6 易于施工（工期短）

竹鋼具有良好的可加工性，通過拼接板材的結(jié)構(gòu)方式可采用裝配式施工，這樣施工使得竹鋼結(jié)構(gòu)-房屋、亭閣或是地板等均具有造型獨特、拆裝簡易的特點，且對氣候的適應能力較強，不會像混凝土工程一樣需要很長的養(yǎng)護期，另外，竹鋼板材可以適應各種溫度，即使冬季施工也不受限制。

3.4 竹鋼與木材對比

目前我國木材較為稀缺，因此利用竹子作為木材的部分替代品是非常必要的。竹鋼相比于建筑結(jié)構(gòu)用木材的力學性能受其缺陷（包含接縫、斜紋、裂紋、生長環(huán)境等）因素的影響，強度和力學性能遠遠高于木材。

通過高性能竹基纖維復合材料在建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的應用，部分代替結(jié)構(gòu)用木材在木結(jié)構(gòu)、鋼-木混合結(jié)構(gòu)中的應用，逐漸實現(xiàn)木質(zhì)材料資源的自主化，推動我國新型綠色建筑的進一步發(fā)展。表1比較了建筑結(jié)構(gòu)中使用的兩種材料的性能。

表1 竹鋼與木材對比

4 竹鋼在景觀建筑中的應用

竹鋼用途主要分布在室內(nèi)室外裝飾和結(jié)構(gòu)等方面。具體可廣泛運用在集成建筑、室外棧道、門窗、墻面板等。用竹鋼做的建筑造型獨特、拆卸方便、使用壽命長、冬暖夏涼，同時能夠體現(xiàn)出當?shù)貪夂竦拿褡逦幕?，是回歸自然享受低碳的最佳選擇。

4.1 竹鋼結(jié)構(gòu)在室外建筑中的運用

北京國際青年營接待大廳是以竹子為原材料的全竹鋼結(jié)構(gòu)進行組織設計的環(huán)保房，竹鋼以傾斜的姿勢與土壤親密結(jié)合，自然、環(huán)保融為一體，不僅建材80%采用竹鋼，更是太陽能、風能等綠色能源全面使用的完整生態(tài)建筑（圖2）。

圖2 接待大廳側(cè)視圖

劉曉都大師在巴塞羅那中心廣場的作品也是用竹鋼材和標準件設計的，厚度只有10mm的10000片竹鋼片，以有利的結(jié)合實現(xiàn)了大跨度結(jié)構(gòu)，自然的結(jié)合力減少了對扶墻拱壁的需求。

牛背山青年旅社，國內(nèi)第一個“竹鋼”的曲型結(jié)構(gòu)建筑，創(chuàng)了竹材異性結(jié)構(gòu)的先例（圖3）。

圖3 牛背山青年旅社竹鋼結(jié)構(gòu)

昭君博物館入口雨棚選擇竹鋼作為結(jié)構(gòu)用材，設計簡潔輕盈，通過傘骨結(jié)構(gòu)和正負錐形的桁架結(jié)構(gòu)，提高了結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，寬大的室外雨棚完全由受力結(jié)構(gòu)形成，將材料受拉性能直觀表現(xiàn)于形式上，是第一個“竹鋼”材料柱梁一體化的結(jié)構(gòu)，開啟了以全竹鋼結(jié)構(gòu)融入大型公共建筑的先河（圖4）。

圖4 昭君博物院“竹鋼”雨棚

4.2 竹鋼結(jié)構(gòu)在室內(nèi)裝飾中的運用

竹鋼的環(huán)保性較好、強度和韌性高，用來做家具，其吸濕性較好，不開裂，也不變形。除了環(huán)保外，保溫、隔音效果也很好，在室內(nèi)局部采用竹鋼結(jié)構(gòu)，可以做隔斷墻、背景墻、造型、地板等等，成為當下最優(yōu)秀的室內(nèi)外裝飾材料之一。

三聯(lián)圖書館是“竹鋼”室內(nèi)外一體化呈現(xiàn)的典型建筑，竹鋼對窄邊框大尺寸大開度特型門窗進行嘗試，也是竹鋼對海邊嚴酷環(huán)境的初次挑戰(zhàn)。

“竹鋼”紋理自然、質(zhì)密堅硬、外觀清新高雅、零甲醛釋放，使用時無需特殊護理和保養(yǎng)，有效吸收二氧化碳及空氣中大量有害物質(zhì)。在高襠家具中有所體現(xiàn)（圖5）。

圖5 竹鋼家具

竹鋼家具紋理自然、質(zhì)密堅硬，具有清新高雅的獨特氣質(zhì)，同時能夠凈化空氣等。

竹鋼被用作外墻和外立面的主打材料。它可以作為結(jié)構(gòu)的承重構(gòu)件，也可以作為外部貼面。顏色和質(zhì)地都比后期添加的裝飾材料優(yōu)良。

內(nèi)庭院外立面大面積的玻璃與竹制材料構(gòu)成簡約的現(xiàn)代主義構(gòu)圖，表達了設計師對傳統(tǒng)的尊重、對自然和生活品質(zhì)的追求（圖6）。

圖6 內(nèi)院中使用的竹鋼材料

5 竹鋼在景觀建筑中的營造

竹鋼所代表的是中國獨有的文化，是傳播中國文化的載體，在景觀建筑中能夠呈現(xiàn)出獨具特色的東方竹韻，真正詮釋在空間美學上的應用。

上海浦東國慶寺是一座具有現(xiàn)代風格的寺廟，通過建筑開合、庭院尺度的處理，使寺廟在都市環(huán)境包圍中呈現(xiàn)“幽、隱、靜、藏”的韻味，傳達出一種原生態(tài)且具有宗教空間精神的禪意。設計師想要打破固有的傳統(tǒng)，希望把具有現(xiàn)代化的語言轉(zhuǎn)化為某種意義上的傳統(tǒng)認同和情感共鳴。墻體采用的是杉木模板的清水混凝土，屋頂用的是鈦鋅板金屬材料，竹鋼嵌入其中，冷暖交相輝映，自然和諧的氛圍中顯露出真實的情感（圖7）。

圖7 上海浦東國慶寺室內(nèi)效果圖

位于成都的西派國樾時代藝術(shù)中心為了營造空間的整體感受，建筑師將精神寄托于建筑之中，融入了多種圍合的空間體驗，流動著的空間形態(tài)有趣而開放。豎向裝飾中運用了大量的竹鋼元素，亦有局部的垂直綠化墻相襯，讓整個建筑在清新通透的氛圍里中流連，風格獨特，配合通透的大面積玻璃幕墻，虛實結(jié)合，增添了建筑的優(yōu)雅與神秘。建筑布局采用傳統(tǒng)的庭院群落圍合關(guān)系，既是對傳統(tǒng)文化的塑造又是對未來新的藝術(shù)的回應（圖8）。

圖8 水景后院圖

6 結(jié)語

雖然竹產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨良好的發(fā)展機遇，但與其他行業(yè)相比仍然面臨著巨大的挑戰(zhàn)?，F(xiàn)如今如何解決承重和安全性的問題；如何激發(fā)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料的活力；如何開發(fā)新型材料結(jié)構(gòu)體系；特別是連接的節(jié)點如何滿足功能構(gòu)件的穩(wěn)定等，是我們目前面臨的首要問題。

一種集力學和美學于一身的環(huán)境友好型工程材料將在全球綠色發(fā)展的新時代肩負著重要使命。竹鋼在景觀建筑中的應用必定會在建筑界乃至整個城市發(fā)展進程中起到革命性的變化。