用竹子来搭建生态节能型建筑.doc

用竹子来搭建生态节能型建筑陈锦椿，陈沂（福州大学 建筑学院，福州）摘要目前我国无论是城市还是乡镇都在以惊人的速度发展建设,与之相伴而来的是能源、资源消耗和环境污染。由于竹子的自然属性,其可以作为一种生态建筑材料,本文首先介绍了竹子的世界分布、生长条件及物理特性;其次从建筑学的角度出发,阐述了竹子的建筑特性,介绍并分析了一座具有典型性的竹子建筑。文章旨在倡导将竹子作为生态建筑材料,促进其在我国的开发利用。关键词生态建筑材料;竹子;竹建筑To Build Ecological and Energy Saving Architecture by BambooChen Jinchun，Chen Yi（Architecture College，Fuzhou University，Fuzhou，China）Abstract Today, cities and countries are developing in an astonishing speed in China. However, the development brought outenvironment pollution and depletion of energy sources. In this paper, the distribution, growing conditions and physical properties of bamboowere introduced. In addition, from the viewpoint of architecture, the architectural characteristics of bamboo and a building made of bamboowere presented. The purpose of this paper was to promote the application of bamboo as one kind of architectural material in China.Keywords ecological architectural material;bamboo;bamboo building1. 引言钢材、水泥、玻璃、砂石、粘土砖及其它金属、化工材料,其原料都是不可再生的矿物资源。我国在建筑材料制造过程中,约消耗近百亿t的矿物资源,造成严重的资源短缺和环境破坏。同时,建筑材料的制造过程,还要消耗占全国总能耗15%的能源并造成惊人的环境污染。建筑材料的全球性紧缺是十分令人担忧的问题,特别在发展中国家。木材及其它传统建筑材料的短缺及相应的价格上涨迫使人们必须去寻找一种价格低廉又能满足建造要求的建筑材料。1竹子因其属于草科植物,所以常被称作高大的“草”,与塑料、木材和石头等材料建造的房屋相比,廉价的竹子建筑不但经济,耐久性和安全性也很好。许多竹子房屋用处理过或天然的竹材来建造,必要时辅以木材、泥浆、砖块及混凝土等其它材料,可增加耐用性并丰富造型。竹子在我国的产量非常丰富,中国人对竹子的使用有几千年的历史,但是,一直都局限在传统的用法上,作为生态建筑材料的巨大价值却被忽视了。本文从建筑学的角度对竹子进行分析和说明,旨在揭示我国开发竹子这种生态建筑材料所具有的深远意义。2. 竹材的价值(1)竹子的经济效益价值 对于生态林的重建模式，一般有两种:人工林的建设和天然林的改造。无论是何种模式，竹林与其他树种相比，其经济效益方面的优势是很明显的。首先，在成本投入方面，根据竹子生长发育的特性，其所要求的定植间距(7mX7m或IOmxIOm)比一般的森林树种要大(2mx2m或3mx3m)，因此营造竹林的种苗费相对较低。其次，竹林在一次营造后可以不断地自然更新发展，实现一次种植，长期收获。再则，竹子的生长周期较一般树木短，一般来说，材用竹4一5年后就可以收获，可有效填补木材短缺所造成的资源缺口。另外，竹林抚育管理和生产经营操作实施相对简单，其维持费用也比较低廉。所以，从经济角度来看，与其他生态林的建设相比，建设竹林投入较低，收获较高，回收周期短，经营成本低，整个投入产出比值远高于一般林木。2 (2)竹子的生态效益价值 而从生态效益来看，竹林也是具有相当大的优势的。与一般林木相比，竹子对环境条件的适应能力强，对地形地势的要求不高，房前屋后，山上田边，都可以见缝插针的生长，能耐干旱，四季常绿，枝叶茂盛，可比同样面积的树林多释放35%的氧气。此外，竹子的地下根系发达，盘根错节，能有效防止土壤的冲刷和流失，一株竹子可固定6耐的土壤，每公顷竹林可蓄水1000t，其固土能力为马尾松林的1.5倍、杉木林的1.3倍。2(3)竹子的人文价值 “不刚不柔，非草非木，小异空实，大同节目”。古人戴凯之对竹子的形容生动地揭示这种禾本科植物的形态特征，竹子有节、虚心、不畏霜雪严寒的外观特征，使得许多文人都以它作为刚正高洁，秉性刚强的象征，进而赋予了竹子更深层次的内涵，使其在中国文化中具有特殊的地位。从咏竹的外形的“凤尾森森半已舒，砒纹滴沥画谁如”(方伯漠斑竹)，到咏竹的性格的“欲识凌冬性，惟有岁寒知”(虞世南赋得临池竹)，自古以来这样的诗文不胜枚举。竹子特殊的形态决定了其在中国文化中的特殊地位。竹子己经成为中国文化中的有机组成部分，无论是象征着不畏严酷环境的岁寒三友“松、竹、梅”，还是象征着清雅高洁的四君子“梅、兰、竹、菊，竹子都在其中占有一席之地。可见，它不仅反映了我国人民的高尚情趣，也在一定程度上反映了我国民族性格中的刚毅、坚强的内涵。3. 竹材用在建筑方面的优势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(Gutierez,1998),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23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。14.竹材的构造竹材主要是指竹子的竹秆,是竹类植物地上茎的主干,为竹子中利用价值最大的部分。竹秆外形多为圆锥形体或椭圆锥形体,为有节壳体。竹秆由竹节和节间两部分构成。节间竹秆圆筒外壳称为竹壁,竹壁的厚薄一般在根处最厚,至上部逐渐减薄。竹壁分为竹青、竹肉、竹黄三部分。竹青是竹壁的外侧部分,组织紧密、质地坚韧、表面光滑而呈现绿色。竹黄在竹壁内侧,组织疏松、质地脆弱,一般呈黄色。竹壁中部,位于竹青和竹黄之间,称为竹肉。竹肉中愈近竹青,质地致密,力学强度较大;而愈近竹黄,质地疏松,其力学强度低。竹肉占竹壁厚度的绝大部分,是竹材物理力学性质的主要体现者,同时也是生产竹材改性板可供利用的最好和最多的部分。35. 竹材的力学性能竹材有一般木材所不及的优点:收缩量小,高度的割裂性、弹性和韧性,很好的顺纹抗压力和抗拉力。竹材在外力作用下的抵抗力称为竹材的力学强度,单位为MPa。竹材的抗拉强度约为木材的225倍,抗压强度为木材的1.52倍。表1列出了竹材的各种力学强度。表1 竹材各种力学强度 MPa项目 顺纹 横纹 横纹挤压抗 抗 挤 径向 劈 径向 弦向 抗 切 径向 径向拉 压 压 抗压 裂 抗压 抗压 弯 向 内边 外边强度 150 65 59 11.5 2.3 10.6 20 1157 22.6 154 22.8表2、3将竹子的性质同其它建筑材料进行了比较,可明显看出竹子的优势。表2竹材与其它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钢 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钢 210000 7800 27木材 11000 600 18竹子 20000 600 33从表中可以看出,竹子的抗压和抗拉性能都很好。而且生长在斜坡的竹子比生长在山谷的竹子结实,在贫瘠干旱的土地上生长的竹子比在肥沃的土壤中生长的竹子结实。这些在选用竹子时也要作为考虑因素。16. 竹节构的应用实例Simon Velez的ZERI竹亭将“竹”作为结构元素的探索，除了何陋轩，影响最广的有哥伦比亚的建筑师西蒙维列(Simon Velez)。在包括哥伦比亚在内的热带和亚热带，竹材在传统观念中是穷人才会用的建材，因为它遍地都是，被看作贫穷与廉价的象征。近20 年来，西蒙维列一直致力于竹化建筑的研究，其项目包括住宅、办公楼甚至工厂，成功的发掘了竹材的众多优点，诸如吸收二氧化碳、保温、耐久、轻质、美观、廉价、环保等等，他告诉人们穷并不意味着就只能住得简陋破烂，用廉价的竹材同样可以造出最漂亮的房子。他的建成项目中包括与马赛罗维勒迦(Marcelo Villegas)合作的咖啡公园瞭望塔，高18m，并有7m 的悬挑端，在经历了1999 年哥伦比亚地震后，成为少数几个完好无损的高建筑之一。另一个更有影响力的项目是ZERI竹亭(ZERI pavilion)。 ZERI 竹亭是为2000 年德国汉诺威博览会而设计的，之前先在哥伦比亚马尼赛勒斯(Manizales)建起以做性能研究。竹亭采用当地植物竹藤等建成，发掘了新的建造技术，以廉价而又环保的材料建造出坚固、轻质的建筑，同时又创造出令人惊叹的美，为解决贫困者和因灾难而无家可归的人的居住问题进行了有益探索。其设计充分体现了EXPO2000的主题“人自然技术”和可持续发展的精神。竹亭平面为直径40m的十边形，其中外檐悬挑达7m，从而不仅使内部空间，同时也使主体结构免受雨淋；竹Simon Velez的ZERI竹亭亭底层面积达1650m2，二层为500m2。它是一个用生态材料建造的“生态建筑”，一个可以“循环建造”的建筑，没有开始，没有结束它的材料被拆除后可以再用于建造( 而其拆运也是非常便捷的) 。ZERI竹亭证明了过去完全由人工材料(钢、混凝土等)建造会花费巨大且建造困难的问题，现在完全有可能通过与天然材料的结合来解决 1988年，昆明市建筑工程管理局在德国毕梯海市恩茨河上建造了一座全竹结构的供行人及观赏的两跨拱型吊桥，桥面长55m，跨22m，高7.Zm。竹桥建成后进行了静载实验，桥面在超过合同规定(300kgm一2)的压力下达到33k0gm一2;主拱最大变形未超出理论计算值，残余变形几乎为零，即使在大幅度超载情况下，拱桥仍处于良好的工作状态。从这个角度提示了在合理的结构条件下，全竹结构的承载能力是很强的。该桥似海鸥展翅欲飞的优美姿态展现在德国巴登符腾堡州第九届花园展览会上，从未见过粗大竹子的欧洲人惊叹:“中国人用巨大的草为我们建造了一座漂亮的桥。”此桥后被称为“欧洲第一竹桥”。7. 用竹材来搭建生态节能建筑这是福州大学学生毕业设计的作品，用竹材来搭建建筑。8.结语 “竹”作为一种天然材料，轻质、柔软，同时给人以视觉的美感和易于亲近的感受，这是许多人造建材所无法达到的。竹材与其他许多材料相比，还具有耐久、吸水率低、强度较高(竹胶合板以及竹杆延长度方向)、廉价、保温等优点。特别是，如果将竹材与其他人造建材相结合，更能够相得益彰，满足经济、结构、视觉等多方面的要求。“竹”对于可持续发展和环保的意义也格外重要，竹材无污染，甚至可以吸收二氧化碳，而引入到建筑中的活竹子更能起到调节微气候的作用。此外，在东方，“竹”所具有的特殊的文化意义是不可忽视的。所有这些“竹”的特性，使得它越来越多的被建筑师们所注目。而另一方面，建筑师们自身为了突破既有的形式和范围，也需要不断的尝试新的材料和建造方式，因而“竹