原竹建筑連接方式、節(jié)點(diǎn)特點(diǎn)及應(yīng)用分析

1、竹作為建筑構(gòu)件的特點(diǎn)竹作為建筑構(gòu)件的特點(diǎn)(1)竹子為空心結(jié)構(gòu),中空而尖削度大，不易加工,防火較難處理,節(jié)點(diǎn)連接剛度難于保證。(2)順紋抗剪能力和抗劈裂強(qiáng)度低,容易開裂。(3)竹材較木材含有多種糖類、淀粉和蛋白質(zhì)等豐富的有機(jī)物質(zhì),防腐、防蛀難度較大。這些缺點(diǎn)在很大程度上限制了竹材的使用范圍,必須加以妥善解決。所以,與木結(jié)構(gòu)相比,竹建筑節(jié)點(diǎn)構(gòu)造具有特殊性,技術(shù)要求更高原竹建筑節(jié)點(diǎn)構(gòu)造分析原竹建筑節(jié)點(diǎn)構(gòu)造分析國內(nèi)外現(xiàn)有原竹建筑,其節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造體系大致可以分為以下五類 1)捆綁連接 2)鐵釘固定的節(jié)點(diǎn) 3)竹材的穿斗式節(jié)點(diǎn) 4)鋼構(gòu)件連接的節(jié)點(diǎn) 5)鋼板連接的節(jié)點(diǎn) 1)捆綁連接法捆綁連接法捆綁連接法是最

2、常見的連接方法，用傳統(tǒng)的自然植物連接，如椰子的纖維、棕櫚葉、樹的內(nèi)皮和竹藤等。 現(xiàn)在比較常用的是用棕繩連接、鐵絲等。棕繩只承受拉力,不存在壓力和剪切力,一般也不用慮繩的自重。有些棕繩在使用前經(jīng)過油浸,具有一定韌性和力度。(1)棕繩在使用過程當(dāng)中,由于日曬雨淋及溫濕度的變化,經(jīng)常會出現(xiàn)松散、斷股和腐爛的現(xiàn)象。(2)棕繩荷載能力有限,而且在捆綁中若棕繩內(nèi)部受力不均,則會導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)的整體荷載能力下降,甚至?xí)霈F(xiàn)突然斷裂等破壞現(xiàn)象2）鐵釘及螺栓直接連接的竹材節(jié)點(diǎn)）鐵釘及螺栓直接連接的竹材節(jié)點(diǎn) 這類節(jié)點(diǎn)在施工當(dāng)中,由于原竹壁較薄,易于出現(xiàn)劈裂的現(xiàn)象,握釘力無法保證,節(jié)點(diǎn)連接不可靠,而且經(jīng)常會出現(xiàn)鐵釘因受沖

3、擊而彎曲或打斷的現(xiàn)象;在建筑的使用過程當(dāng)中,鐵釘及螺栓螺母的節(jié)點(diǎn)連接處還會因逐漸出現(xiàn)的間隙而產(chǎn)生松動的現(xiàn)象;鐵釘及螺栓在自然狀態(tài)下也會因銹蝕、老化,從而影響結(jié)構(gòu)的牢固性。所以此類節(jié)點(diǎn)不適用于現(xiàn)代竹建筑節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造連接 3）竹材的穿斗式節(jié)點(diǎn)）竹材的穿斗式節(jié)點(diǎn) 穿斗結(jié)構(gòu)是中國古代建筑木構(gòu)架的一種形式。其特點(diǎn)是以柱直接承檁,每排柱子靠穿透柱身的穿枋橫向貫穿起來形成構(gòu)架。用竹子做成的穿斗節(jié)點(diǎn),其自身存在著難以克服的缺陷 (1)竹子耐沖擊強(qiáng)度低。以西雙版納盛產(chǎn)的竹建材龍竹為例,其天然直徑大都為(01100113)m,壁厚約為(01020103)m3。在抗沖擊試驗(yàn)中,橫紋抗沖擊強(qiáng)度僅為順紋抗沖擊強(qiáng)度的1/2

4、0。由于其耐沖擊性低,且橫紋、順紋抗沖擊強(qiáng)度的不對稱性,穿斗式在使用過程當(dāng)中橫紋受力方向的竹子容易出現(xiàn)彎曲、折斷的現(xiàn)象。 (2)竹子的順紋抗剪能力和抗劈裂強(qiáng)度低。節(jié)點(diǎn)處的竹子,特別是承載豎向荷載的柱子,劈裂現(xiàn)象普遍。 穿斗式結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 竹材穿斗在一起,相互拉牽具有較好的延性,因此這種結(jié)構(gòu)具有一定的抗震性能4。但在以往的地震中,穿斗竹(木)結(jié)構(gòu)的一些薄弱環(huán)節(jié)還是被顯現(xiàn)出來。 (1)穿斗竹(木)構(gòu)架房屋的縱向剛度比較小,地震中的擺動會引起房屋傾斜,嚴(yán)重時會出現(xiàn)脫榫現(xiàn)象,從而導(dǎo)致房屋塌落。 (2)當(dāng)建筑的平面為矩形結(jié)構(gòu)形態(tài)時,建筑受力極易變形為平行四邊形,從而出現(xiàn)結(jié)構(gòu)傾斜的問題,甚至是整排傾斜,其中左

5、右傾斜最為明顯。 (3)從材料完整性上來看,穿斗榫卯結(jié)構(gòu)是對竹(木)結(jié)構(gòu)本身的一種削弱或破壞,也必將降低材料的剛度和穩(wěn)定性 4）鋼構(gòu)件的運(yùn)用）鋼構(gòu)件的運(yùn)用 鋼構(gòu)件裝配式節(jié)點(diǎn)是通過螺栓、鋼筋掛鉤、卡扣、金屬箍等將竹子連接成整體而形成的,并通過鋼構(gòu)件節(jié)點(diǎn)把荷載傳遞給基礎(chǔ)連接方式 為了保證節(jié)點(diǎn)的剛度和穩(wěn)定性,便于鋼構(gòu)件的連接,通常會在構(gòu)件節(jié)點(diǎn)范圍所在的原竹空腔內(nèi)部進(jìn)行水泥砂漿的灌注填充。鋼構(gòu)件裝配式節(jié)點(diǎn)可以分為以下三種。 (1)平接節(jié)點(diǎn) 各根竹子的軸線處于同一平面內(nèi),錨栓、螺帽、金屬墊圈、橡膠墊片等配合緊固,同時可以在接點(diǎn)處設(shè)置金屬箍以加固竹子。 (2)搭接節(jié)點(diǎn) 各根竹子的軸線不在同一平面內(nèi),錨栓、

6、螺帽、墊圈等配合緊固,在兩節(jié)點(diǎn)之間設(shè)圖4 鋼構(gòu)件節(jié)點(diǎn)置拉桿。 (3)原竹與混凝土柱節(jié)點(diǎn) 錨栓一端固定在混凝土柱上,另一端通過支撐原竹一端的金屬杯口直插竹子空腔內(nèi)并用水泥砂漿灌注。鋼構(gòu)件裝配式節(jié)點(diǎn)連接牢固,裝拆較為方便,部分構(gòu)件可循環(huán)使用,同時能防蟲、抗水、抗劈裂5 水泥沙槳灌注 在節(jié)點(diǎn)連接過程當(dāng)中,由于水泥砂漿凝固后難以進(jìn)行鉆孔加工,因此只能在施工過程中向竹子內(nèi)部填充水泥砂漿以待凝固。但在這個過程當(dāng)中,以下三個問題仍待解決。 (1)竹子鉆孔小而造成水泥砂漿難以填充。由于竹子直徑小,加工中為了縮小對竹子剛度的破壞,鉆孔直徑通常會僅等于或略大于螺栓等鋼構(gòu)件的直徑,而這也就對施工中水泥砂漿的填充造成

7、了一定程度的困難。 (2)填充的密實(shí)性難以保證。由于竹子的不通透性及直徑大小不一,水泥砂漿填充的體積及數(shù)量難以把握。 (3)水泥砂漿的終凝不易掌控。在搭建構(gòu)架時由于竹子開口方位朝向的多樣性,若竹子開口朝下,會給填充及終凝中的施工帶來不便,大規(guī)模應(yīng)用時施工效率低下 中心鋼構(gòu)件與鋼(肋)板的連接方式 (1)中心構(gòu)件與肋板為一整體,肋板朝向固定。 (2)中心構(gòu)件通過螺栓、金屬墊圈、橡膠墊片等配合緊固,肋板方向可在一定角度內(nèi)自由調(diào)節(jié);鋼(肋)板與竹子的連接方式 (1)通過一個肋板進(jìn)行固定,一個方向僅有一個肋板,肋板一端直插竹子空腔內(nèi),肋板兩側(cè)邊緣外露且平齊于竹子外側(cè),用鐵絲箍筋穿過竹子鉆孔及肋板預(yù)留空

8、進(jìn)行加固。 (2)通過兩個肋板進(jìn)行固定:一個方向上的兩個肋板左右或上下貼于竹子外部,用錨栓、螺帽、墊圈、拉桿等穿過竹子鉆孔和肋板預(yù)留孔進(jìn)行緊固。 5）節(jié)點(diǎn)的鋼板）節(jié)點(diǎn)的鋼板 連接當(dāng)多根竹子匯集一點(diǎn)時,一個中心鋼構(gòu)件上多個方向的鉆孔鋼(肋)板通過長桿高強(qiáng)螺栓,螺帽、金屬墊圈、鐵箍等與各根竹子連接,形成原竹建筑鋼板連接節(jié)點(diǎn)。 節(jié)點(diǎn)的鋼板連接中,中心構(gòu)件為預(yù)制裝配,當(dāng)節(jié)點(diǎn)是鉸接時,可根據(jù)竹子開口朝向進(jìn)行調(diào)節(jié),便于拆裝,可循環(huán)利用,適用于較為復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的連接。但這樣的連接方式同樣也存在著一些問題。 (1)采用一個肋板加固時,需要對竹子進(jìn)行切割開口,竹子兩側(cè)開口越長,則與構(gòu)件結(jié)合的越緊密,加固的穩(wěn)定性越高

9、;而對于竹構(gòu)件自身而言,開口越短對其自身整體性的削弱越小,這個矛盾需要妥善解決。 (2)采用兩個肋板進(jìn)行固定時,由于竹子的直徑大小不一,在與肋板進(jìn)行裝配加固時,很難保證兩個預(yù)制肋板間的距離與竹子直徑的統(tǒng)一相符性,往往會出現(xiàn)縫隙,加固效果不佳。許多竹子房屋用處理過或天然的竹材來建造，必要時輔以木材、泥漿、磚塊及混凝土等其它材料，可增加耐用性并豐富造型。竹材有一般木材所不及的優(yōu)點(diǎn)：收縮量小，高度的割裂性、彈性和韌性 ，很好的順紋抗壓力和抗拉力 我國的傳統(tǒng)竹子建筑我國在 2000 多年前，竹子就已用于民間房屋的建造，迄今南方各省仍多采用竹子建造一些半永久性或臨時性的房屋、棚舍等。竹子在江南民居建筑中一般做夯土墻的骨料使用，可以使夯土墻更加堅(jiān)固耐用，也可以把竹子剖成長條編成竹笆作為圍墻、外墻，竹子還可以編織成窗間墻的防護(hù)網(wǎng)、護(hù)墻板或者做成框釘竹條用作護(hù)窗板b。在云南，傣家竹樓屬熱帶雨林竹樓形式，包括德宏、景頗、西雙版納一帶。傣族民居以木柱承重，四周圍竹墻，為了通風(fēng)和防潮，房屋整個架空。竹構(gòu)架歇山頂，坡度很大，屋面覆以小平瓦或排草。濕熱帶的太陽眩光很強(qiáng)，所以墻體不能開窗，但又要保證通風(fēng)。竹編的墻透光柔和，既排除了眩光又可以通風(fēng)Mj。景頗族的竹樓是長脊短檐、架空低矮的干欄式建筑，竹樓的