鋼—竹組合結構的研究現狀與前景分析★

張秀華 鄂 婧 盧 佳 馮耀恒

(東北林業大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

·結構·抗震·

鋼—竹組合結構的研究現狀與前景分析★

張秀華 鄂 婧 盧 佳 馮耀恒

(東北林業大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

分別對重組竹、冷彎薄壁型鋼、鋼—竹組合結構的特點進行了介紹，分析了三者的發展及應用現狀，指出在提倡發展綠色節能建筑的背景下，綠色生態的鋼—竹組合結構具有一定的發展優勢。

鋼—竹組合結構，冷彎薄壁型鋼，特點，綠色建筑

1 重組竹的研究與發展

重組竹以重組木制造工藝為基礎，通過對原材料竹的加工而成。重組竹，即是先將竹基材通過重組形成通長的、交錯排列的纖維狀材料，再通過干燥、加膠、熱壓而成，主要為板狀形式的材料[1]。

1.1 重組竹的特點

重組竹作為建筑材料有其他材料不能比擬的特點[2，3]：

1)重組竹具有輕質高彈、韌性好等特點，故其具有良好的抗震性能。2)重組竹消除竹子的內在構造影響，加強其機械性能。重組竹較之于竹材利用率更高。3)相較于竹材、木材，重組竹的材質均勻且其抗拉強度高。4)竹子的生長周期短，因此其具有成材早、產量高的特點，在我國有大面積栽植。5)竹材作為綠色環保建筑材料，可回收再利用。相對于混凝土、鋼材，能耗低，污染小。6)自動化、標準化加工工廠，可在工廠完成大部分試件工作，提高施工進度與質量。7)重組竹傳承中華文化，將古人筆下的“寧可食無肉，不可居無竹”實現于現代建筑中。

1.2 重組竹的應用和發展

在可持續發展觀帶動下的建筑用木材需求量遞增，而木材的產量有限導致其供應量不足、銷售價頗高，以此為基礎，重組竹在建筑產業應運而生。近年來重組竹的研究應用方向主要有：由重組竹良好的外觀性能，制成裝飾裝修用材、家具用材，比如竹地板、竹制桌椅、高檔仿紅木家具；由重組竹優良的力學性能，可制成梁、柱等承重構件及外墻、屋面板等以及一些圍護構件；由重組竹經高溫熱處理而具有良好的耐腐蝕性，廣泛應用于包裝材料。

重組竹的一個應用實例就是桐廬竹楠木，在2010年的上海世博會上，竹楠木房屋憑借其綠色環保優勢亮相，并受到大眾廣泛肯定。以竹楠木為原材料打造的重組竹房，擺脫傳統砌體結構、鋼筋混凝土結構而自成一派，其房屋不僅外觀美觀、內部的配套措施齊全，更是能夠通過自動調節溫濕度從而達到冬暖夏涼的效果。

2 冷彎薄壁型鋼的研究與發展

從1889年迄今，鋼結構廣泛應用于各國的建筑、工業建設之中，近年來，冷彎薄壁型鋼作為一種具有特殊截面形式、高效經濟的材料而備受關注，冷彎薄壁型鋼是制作輕型鋼結構的主要材料，它主要是用普通碳素鋼板或帶鋼在冷狀態下(室溫條件下)經輥壓或沖壓成型的各種截面形狀的型材[4]。

2.1 冷彎薄壁型鋼的特點

冷彎薄壁型鋼具有如下優點：

1)截面形式靈活，并能在保持材料用量基礎上，其截面形式被優化，故被稱之為高效鋼材。2)輕質高強、剛度大，具有良好的抗震性能。3)材料經濟，成本低。4)利于生產與施工。冷彎薄壁型鋼作為預制構件，能按要求進行批量生產。5)保溫、隔熱性好。6)使用后可回收利用。

2.2 冷彎薄壁型鋼的應用和發展

近年來，國內外對冷彎薄壁型鋼進行深入研究與生產應用，冷彎薄壁型鋼有如下的兩個發展方向：由冷彎薄壁型鋼做主要承重構件，比如：梁、柱、框架、鋼架、桁架等，主要應用于單層、多層住宅、輕鋼別墅、工業廠房、加工車間、大型庫房等；由冷彎薄壁型鋼做次要受力構件、圍護結構，主要出現在我國南方地區的多層民用建筑。

冷彎型鋼在我國始于20世紀50年代中期，并主要以農機業使用為主；60年代，上海等地興建冷彎型鋼結構房屋的試點工程；70年代，采用冷彎型鋼屋架；在80年代，冷彎型鋼進入繁榮發展時期，建成18 m跨倉庫及36.8 m跨設備層；90年代后期，壓型鋼板在我國普遍使用。如今，我國香港亦陸續建成多棟冷彎薄壁型鋼結構的多層住宅，而由于我國的市場的供需關系、國家的調控政策影響，可以說此體系在我國的內陸地區也穩步應用中。

3 鋼—竹組合結構

鋼—竹組合結構是將冷彎薄壁型鋼與重組竹/人造竹板通過有效界面結合形成的新型高性能組合結構，其結合方式有：高強結構膠進行粘結，自攻螺釘/燕尾釘進行釘接。

3.1 鋼—竹組合結構的特點

此組合結構可發揮鋼、竹兩者優勢，并使其協同工作，其組合特點如下：

1)截面形式靈活。工廠可依據需要進行構件的加工，二者可采用不同截面形式以滿足不同構件需要。2)承載力高。此組合結構將冷彎薄壁型鋼作為骨架，重組竹作為面板，兩者結合構件有更高的承載力。3)變形性能好、延性好。具有良好的抗震性能。4)協同工作。有效解決鋼材在使用時易失穩、重組竹本身承載力相對不足，且目前二者造價過高的缺陷，二者結合整體性好。5)工廠化程度高，保證施工質量、進度，并減少施工過程造成的各種污染。6)節約材料，經濟性好。7)可回收再利用。鋼、竹二者均是綠色材料，且其回收利用率高。

3.2 鋼—竹組合結構的發展現狀

近年來，我國各大科研院校對鋼—竹組合結構進行深入研究，試驗研究取得的成果如下：

1)鋼—竹組合樓板。目前研究有以下兩種形式[5-7]：壓型鋼板—竹膠板組合樓板、冷彎薄壁C型鋼—竹膠板組合樓板，如圖1所示。分別有單純膠結型、膠結螺栓復合型、側板加強膠結螺栓復合型，抗彎試驗結果表明，螺栓的使用可防止局部脫膠，而側板起到骨架作用。組合樓板均表現出較高的承載力和剛度、整體性好，鋼、竹二者在正常使用階段處于彈性階段，可以滿足建筑對樓板使用要求。

2)鋼—竹組合柱。類型有[8-10]：冷彎薄壁C型鋼—竹板組合柱、薄壁方鋼管—竹膠板組合柱，如圖2所示。通過對組合柱的軸心受壓試驗分析，破壞形式有外圍竹板破壞、膠結面開膠破壞、整體失穩破壞三種，得到軸壓比對組合柱的極限承載力、延性起決定性作用。鋼、竹二者可良好協同工作，整體性能好，承載力可滿足建筑對柱子的要求。

3)鋼—竹組合梁。類型有[11-13]：冷彎薄壁槽鋼—竹膠板組合梁、方鋼管—竹膠板組合梁，如圖3所示。通過彎曲性能試驗表明，兩種材料共同參與工作，組合效應突出，整體性好，其破壞類型為延性破壞。通過變化組合，得到可應用于工程的承載力、剛度表現良好的鋼—竹組合梁。

4 結語

相比較于鋼筋混凝土結構建筑，綠色生態是鋼—竹組合結構在建筑發展的優勢。然而鋼—竹組合結構的研究尚有許多空白，關于鋼—竹組合結構協調變形、截面形式優化、組合方式都需要進一步探索，且目前研究范圍僅停留在樓板、梁、柱這些構件上，并沒有鋼—竹組合體系的理論擴展，這些都是亟待解決的關鍵問題。隨著我國國民經濟的提高及公眾對綠色建筑、居住舒適度的更高要求，鋼—竹組合結構在建筑業勢必進入其發展的新階段。

[1] 趙仁杰，喻云水.竹材人造板工藝學[M].北京:中國林業出版社，2002.

[2] 王海鵬，鄧曉宇.竹材在大跨空間結構中的前景[J].科協論壇(下半月),2009(8):3- 4.

[3] Jayanetti D L, Foollet P R. Bamboo in Constriction: an introduction[J].TRADA and Concrete Composites，2005，27(3):637- 649.

[4] 曲鵬遠，劉永娟，孫長江，等.冷彎薄壁型鋼的應用與研究現況[J].中國建筑金屬結構，2008(12):60- 61.

[5] 李玉順，單 煒，黃祖波，等.壓型鋼板—竹膠板組合樓板的力學性能試驗研究[J].建筑結構學報，2008，29(1):96-102.

[6] 李玉順，張王麗，沈煌瑩，等.復合膠結型壓型鋼板—竹膠板組合樓板受彎性能試驗研究[J].建筑結構學報，2009，30(S2):176-181.

[7] 韓添石，李玉順，張王麗，等.薄壁型鋼—竹膠板組合樓板抗彎性能研究[J].森林工程，2010，26(3):54-57.

[8] 蔣天元，李玉順，單 煒.薄壁C型鋼—竹膠板組合箱型柱抗震性能試驗[J].東北林業大學學報，2011，39(12):82-85.

[9] 丁健偉.冷彎薄壁型鋼—竹木復合板工字型組合柱軸壓性能研究[D].南京:南京林業大學，2013.

[10] 趙衛鋒，張武東，周 靖，等.薄壁方型鋼管—竹膠板組合空芯柱軸心抗壓性能[J].農業工程學報，2010(3)：26.

[11] 沈煌瑩，李玉順，張王麗，等.冷彎薄壁型鋼—竹膠板組合梁受彎性能試驗研究[J].建筑結構學報，2009(S2):171-174.

[12] 趙佳遙.矩形鋼管—竹材膠合板組合梁抗彎性能試驗研究[D].石家莊：河北工程大學，2011.

[13] 王羨農，趙佳遙，梁 珺，等.矩形鋼管—竹膠合板組合梁抗彎性能分析[J].四川建材，2011，37(1):47- 49.

The research status and prospects of steel-bamboo combined structure★

Zhang Xiuhua E Jing Lu Jia Feng Yaoheng

(CollegeofCivilEngineering,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China)

The paper introduces the features for the re-combined bamboo timber, thin-walled cold-formed steel and steel-bamboo combined structure, analyzes their development and application status, and points out the green steel-bamboo combined structure has its advantages under the background of advocating the green and energy-saving architecture.

steel-bamboo combined structure, thin-walled cold-formed steel, feature, green architecture

2015-06-30★：國家級大學生創新項目

張秀華(1970- )，女，博士，碩士生導師，副教授； 鄂 婧(1990- )，女，在讀碩士； 盧 佳(1995- )，女，在讀本科生； 馮耀恒(1993- )，男，在讀本科生

1009-6825(2015)25-0030-02

TU398

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