竹韵徐歇——竹材料的空间与构造设计研究(二)开题报告

 2021-08-14 17:52:00

1. 研究目的与意义(文献综述包含参考文献)

摘要

木,给人自然、温暖和生命的感觉,是生活中不可或缺的元素。然而在全球森林资源锐减的大环境之下,欧洲的木材资源日益紧缺。在这样的情况下,寻找木材的替代品成了一个被广泛关注的话题。竹子,由于其极短的生长周期和良好的材料性能走进了人们的视野,而中国又被誉为竹乡,所以此次课题将根据竹材料的空间及构造进行研究并实际运用。

关键词: 竹材、建筑、结构、空间

前言

竹正成为许多建筑师关注的一个热点,它以不同的方式成为构建建筑的一个要素。本文从竹材建筑已有的物理和化学研究基础,竹材在建筑中的优势及现实案例的分析三个方面来阐述竹材作为建筑上的一种可持续发展材料对将来的建筑发展产生一定的影响。

一.竹建筑研究基础

1.竹材的力学性能

竹材具有相当好的力学性能,就强度和成本而言,竹材是自然界中效能最高的材料。竹材的抗拉强度约为木材的2倍,抗压强度约为木材的1.5倍,竹材的比强度高于木材和普通钢材。

表1 竹材各种力学强度 MPa

项目

顺纹

横纹

横纹挤压

抗拉

抗压

挤压

径向抗压

劈裂

径向抗压

弦向抗压

抗弯

切向

径向内边

径向外边

强度

150

65

59

11.5

2.3

10.6

20

1157

22.6

154

22.8

表2 竹材与其他材料的强度比较

材料

耐压强度/(N/mm2)

密度(kg/m3

比率

混凝土

8

2400

0.003

160

7800

0.020

木材

7.5

600

0.013

竹子

10

600

0.017

表3 竹材与其它材料的硬度比较

材料

扬系数(N/mm2

密度(kg/m3

比率

混凝土

25000

2400

10

210000

7800

27

木材

11000

600

18

竹子

20000

600

33

2.竹材作为结构体系研究

2.1竹材作为框架结构

同济大学参加2010年6月在西班牙马德里举行的首届欧洲太阳能十项全能竞赛的作品阳光旅馆就是竹材作为框架结构的实例。该竹屋的建筑面积为72㎡,主要用材为竹子;该竹屋由直径为12㎝的毛竹两支或四只为一组组合而成梁或柱,以铸铁铰接点连接形成钢配体系的结构框架。连接没有从内部破坏竹结构、使竹材本身作为类似杆件的承重能力得到利用;同时也利用连接点的金属构件设计避免了传统竹材连接点的朴素做法,不会在连接处破损而安全可靠,还减少了胶合的高能耗处理方法。最终人所能接触到的界面几乎全由竹材构成,外立面的6cm的竹管构成。

2.2竹材作衍架结构

2001年建成的杰克逊瑞格酒厂,结构材料以集成板材出现、葡萄园有4000平方米、位于加拿大南安大略湖上的尼亚加拉、由KPMB设计,是世界上第四大的葡萄酿酒厂,屋顶采用析架设计的配合建筑的大空间特征很好的满足了酒厂大型设备及经常出入的车辆。

2.3竹材作为悬索结构

澳大利亚公司Bambuco和工程公司Faber Maunsell联手在英国泰恩河上架起100米长的主桥。这座竹桥是悬索结构的典型代表。泰恩河上的这座桥梁用25米高的塔门支撑,并用20吨竹子做成的部件手工搭建起来。采用三维分析软件进行设计并保证它能够达到英国标准。Bambuco的竹桥秉承传统,将成为泰恩河下游的第一座悬索桥,也是千年桥和泰恩桥抛物线拱对应的地方。这座桥梁即使将来在拆除后,竹子部分还将再利用。

2.4竹材作为拱结构

Jrg Stamm是国际公认大型竹结构设计师,一直致力于原竹建筑的研究,在泰国曾设计长达60m竹桥,在多个国家都有他现代竹建筑设计作品。该竹桥位于哥伦比亚佩雷拉的厄瓜多尔、原竹作为建筑的结构材料。于2000年9月建成,该桥横跨52米,竹桥桥面底部两侧呈弯曲的形状的两个曲线、是整个竹桥的主要构成要素、承受着整个桥梁的主要压力,两个拱结构分别由12竹管捆绑组成,两端收敛地固定在两个钢筋混凝土支座上,利用地基基本直接承受水平推力。桥面水平处则以交错的斜撑材提供水平面的稳定刚度,合理的工程设计呈现出和谐、简洁的结构美学,令人赞赏不已。

二.竹材在建筑方面的优势

1.经济性:竹子建筑最重要的优点是成本低廉但不降低建筑质量,而且经久耐用,占用空间少。根据哥斯达黎加PNB的统计,竹房屋比普通材料住宅的成本便宜20%。

2.灵活性:竹子建筑的设计和建造更具灵活性,优点之一就是能够通过更换损坏部分得到经常性的维护。

3.低技术:竹建筑的技术要求不高。大多数竹房屋的建造基于当地的技术水平,无需高技术的指导,另外,竹建筑比较容易与先进技术结合使用。

4.安全性:由于质量轻、弹性好,竹子的抗震功能非常突出。据报道,在哥斯达黎加的7.6级地震中,位于震中的30座竹房屋保存完好,而周边许多混凝土房屋和旅馆全部倒塌。

5.舒适性:热带农区夏季气温很高,中国云南南部地区,人们至今仍然喜欢建造竹楼来避暑,享受竹楼的凉爽。

6.耐用性:经过适当处理的竹材使用寿命可达30年之久,而且,竹材种类的精心选择、防腐处理、辅助材料的使用以及老化或损坏部分的定期更换等等都能增加竹房屋的耐用性。

7.可持续性:社会、经济和环境的可持续性是当前发展领域中日益重要的问题。竹子本身所具备的特点符合可持续性发展的所有指标。竹子在2~3年即可成材,而木材至少需要25年。竹子是世界上生长最快的植物,只需利用当地的主要原材料和工具就足以建造简单经济的竹房屋。

三. 总结

1.新的竹建筑能够合理组织功能分区。满足交流与人流组织等多种实际功能需要。空间利用基本合理,空间组合达到顺理成章,尺度规模等都需与空间功都能相适应。

2.分区要求布局合理,空间的衔接与过渡、引导与暗示、渗透与流通、韵律与节奏、对比与变化等方面的综合处理将是本课题设计研究与解决的重中之重。

3.合理的运用水体、硬质景观、微气候的组建,植物造景的搭配,最大程度的辅助场地整体风格的完成。

参考文献

[1]潘毅,李家佳,李玲娇,秦楠,唐丽娜,现代竹材在建筑结构中的应用现状,土木建筑与环境工程,2011.12,Vol.33, 文章编号:1674-4764(2011)S2-0115-04

[2]李 能,陈玉和,包永洁,吴再兴, 国内外竹材防腐的研究进展,中南林业科技大学学报,2012.6,Vol.32 No.6

[3]李艳华,王晓,现代竹建筑形态特征研究,武汉理工大学硕士论文,2012.6

[4]李 慧,张玉坤, 生态建筑材料竹子浅析,建筑科学,2007.08,Vol.23 No.8, [文章编号]1002-8528(2007)08-0020-07

[5] 隈研吾[日] 陈菁 译. 自然的建筑[M].山东人民出版社,2010. 10.2

[6] 郑曙旸.室内设计思维方法[M].北京:中国建筑工业出版社,2005.

[7] 彭一刚著,1992年,《建筑空间组合论》,中国建筑工业出版社

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

一.研究问题:

本题致力于研究竹建筑的空间与构造,从竹材的类别性能到对现实竹建筑案例的空间与构造的剖析,完成新的竹建筑的构思与搭建。

二.设计内容:

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