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竹结构

竹结构是指用竹材制成的结构。在中国南方盛产竹材的地方,用竹材建造房屋由来已久。利用竹蔑编成的竹索做成能跨越20~30米的吊桥,称为竹索桥,这种桥梁在中国的应用也有悠久的历史。

结构用的毛竹在中国南方各地均能种植。一般 4~6年即可成材。毛竹的直径为10~15厘米,中空呈管状,内有横膈,壁厚约为直径的1/10。竹干有节,节距从根到梢随直径减小而增大。竹材的强度主要由管状纤维支持,一般三根纤维成束,称为维管束。从竹壁内侧的竹黄部分到外侧的竹青部分,维管束逐渐密集。

竹材在生长过程中,可认为是一根受风力作用的悬臂梁,与树干相似,为了适应任意方向的风力,竹干呈圆形,但管状截面则胜于树干,将材料集中于应力大的外部,并以竹节的横膈作加劲肋保证局部稳定。维管束随管壁应力由内到外逐渐增大而加密。

采用无节的竹壁小试件,按木材清材小试件类似的试验方法,测定毛竹的各项力学性能与伊春海林的鱼鳞云杉比较。除受压强度毛竹仅为鱼鳞云杉的1.5倍外,其他三项强度均为2倍,但各项弹性模量却均稍低。木节、斜纹等天然缺陷对木材强度的影响很大,可是竹节反而使受压和受剪的强度提高,仅顺纹受拉强度因竹节而降低约30%。由此可见,竹壁可利用的强度远高于木材。竹材不如木材便于再加工。通常用整竹制作结构。但整竹的截面有限,其承载能力受到限制。

中国曾对竹材在建筑中的应用作了大量的研究。除测定竹材的物理力学性能外,还进行了整竹杆件承载能力、螺栓连接及竹屋架的试验。提出了多种形式的竹结构。如填块抵承连接的豪式竹屋架,可用于一般跨度的房屋;下弦用钢材的螺栓连接的钢竹屋架,可用于跨度较大的房屋。竹材干燥时易开裂,当裂缝与螺栓连接的受剪面贴近或重合,将降低结构的安全度。竹屋架在节点处皆通过螺栓传力。所以都在螺栓的一侧加薄钢板作成钢箍,以保证螺栓连接的正常工作。竹材产区农民自建的竹材房屋皆用竹篾绑扎连接,当竹材风干收缩后,在连接处发生松弛,使整个结构产生变形,所以这种连接不能用于永久性建筑。竹干材自重轻,便于架设多层建筑的建造和维修时的脚手架,所以竹脚手架在中国曾一度得到大量应用。


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