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什么是竹钢?新型绿色建筑材料

媒体:材料公社  作者:材料公社
专业号:开远市林草局 2024/2/21 9:24:26
在绿色、环保等概念盛行的当下,“竹钢”成为近几年新兴的一款建筑材料,它的出现一定程度上推动了我国新型、绿色建筑的进一步发展。

 

“以竹代木 以竹代钢”让人们对其充满了好奇与不解,今天我们来看看这一新型建筑材料——竹钢。

 

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实景图 ©畎亩建筑

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实景图 ©唐康

 

“竹钢”是一种高性能竹基纤维复合材料,主要是指以竹基纤维帘为基本构成单元按顺纹理方向经热(冷)压胶合而成的板材,因此,“竹钢”也叫做高性能竹基纤维复合材料

 

该材料以我国南方地区大量生长的竹材资源为原料,把竹子中含有例如糖、水等易氧化腐化的成分去掉,只留下竹纤维和树脂,并把竹子高温高压合成,强度比普通钢材高很多。

 

尤其是其拉伸强度,是同等重量的钢材的3倍,而其批量生产的成本则基本相当,寿命可长达50年,因此被称作“竹钢” 。

 

(通过权威检测:竹钢抗弯强度≥350MPa,抗拉强度达≥360MPa,抗压强度≥140MPa,弹性模量≥30GPa,水煮膨胀率≤5%。由于竹钢强度高、密度大,各项指标均已达到或超过了叶片基材和户外板材的性能指标要求。)

 

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实景图

 

竹钢性能优势非常明显,现已被广泛运用于建筑结构、工业设计、室外装饰等性能要求高的领域。

 

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材料特性

Performance

1、产品性能

 

① 高强度、高密度
竹钢的“强重比”比钢还要高,强度是紫檀的两倍,密度能达到1.2g/m³。

 

② 阻燃性强
经检测竹钢属于有机材料B1级(难燃),在燃烧碳化后一定时间内保有一定强度,且无烟无毒气。

 

③ 耐受性强

户外,材料经28h循环试验(4h水煮+20h烘干+4h水煮),厚度膨胀率≤5%,宽度膨胀率≤1%,比普通木材防潮防蛀,耐候性更好,且成本仅相当于中档木材,后期维护成本低。

 

④ 低碳环保

甲醛释放量仅为0.1mg/L,符合E1级环保标准 ,属于绿色可再生材料。

⑤ 易于加工
可锯切、可拼接、可连接、可砂刨、可着油/漆。

 

⑥ 可回收性
竹钢的主要原材料慈竹,因径小、壁薄,工业利用价值偏低,除竹编、造纸外,再无其它工业利用,造成大量资源闲置,且利用后可降解,对环境没污染。

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实景图  © 时差影像

2、常用参数

 

建筑结构的竹钢板材的厚度有10mm、20mm、30mm3个规格,大板面设计:2500L*1280W*20T(25、30、35),可自由裁切,出材率可达100%。

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生产工艺及施工工艺

Technic

 

1、生产工艺

 

竹钢基本工艺流程:压制→干燥、浸胶→二次干燥→热压、砂光等。
首先,利用设备压制成竹片:
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经浸胶、二次干燥后的竹片:
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经热压、砂光等处理后的半成品:
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最后,裁剪后的“竹钢”成品:
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以上四张图片来源竹元科技

可锯切:虽然竹钢板材非常坚硬,但一样可以运用现有的木材锯切设备任意锯切加工。

可拼接:板材厚度虽然只有20~35mm,长度虽然只有2500mm,但是借用优异的双组份拼板胶,可采用直拼、叠拼、错逢拼、指接、螺接等,可轻易地获取到厚达几米,长达几十米的方材。
可连接:竹钢材因为过于坚硬,所以不方便采用钉接,可以先铣空后再用自攻钉固定连接,因其优秀的握钉性能,连接非常结实。
可砂刨:竹钢材可以像普通木材一样,可砂光,亦可刨光,也可以铣型,加工面可以非常光洁,如没有木材的虫蛀和结疤,加工面会非常完整,无需补腻。
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实景图 ©杨超英
2、施工工艺
“竹钢”表面具有良好的附着性:
可上色
竹钢亦可采用常规的木材着色剂,调出任意色彩。
可着油、漆
竹钢材饰面可根据具体需要,表面可喷涂、擦刷各类木油、木蜡油、水性清漆、硝基清漆、醇酸清漆以及已调色后的木蜡油和调和漆等等,易于施工。
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示意图

 

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材料造价

Price

竹钢工程材约18000元每平方米,竹钢装饰材12000元每平方米 。

 

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应用案例

Application case

 

1、建筑装饰应用

 

据了解,竹钢因其自身独特的物理性能,可实现大跨度梁、柱、楼板结构而成为很好的建筑结构用材,同时也因其均匀的质感、自然的观感,可作为独特的装饰材料,而广泛应用于各种环境。

 

上海竹藤馆的设计希望整个建筑消解墙体、屋顶、结构等建筑要素,以一种连续的、均质表达的界面围合出形态与空间,使建筑器物化、雕塑化,以获得类似竹藤手工艺品的艺术表现力。

 

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实景图  © 时差影像

 

所以经过多种竹藤类材料的编织试验,最终选用了新型环保的可再生复合竹材——高强度竹基纤维复合材料(俗称“竹钢”)。

 

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实景图  © 时差影像

 

在建造方式上,选取30mm宽、5mm厚,2.5m长的竹钢片单元,竖向上在双层索网之间垒叠填充成面,曲面展开方向则沿钢索拼接成与之等长的“经纬线”。

 

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实景图  © 时差影像

 

同时,每根“经纬线”采用平行排列的双层竹钢片,间隔设置加固条,并在交叉节点处开企口固定,完成两个方向竹钢片与索网连接节点的咬合固定,形成一体化的建构表皮,既展现了张拉索网的结构美感又显示出新型绿色竹材在当代建筑中的创新应用。

 

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竹钢节点 © 华建集团科创中心创作研究中心

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竹钢加固节点 ©华建集团科创中心创作研究中心

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竹钢收边节点及钢结构撑杆节点 © 华建集团科创中心创作研究中心

 

北京銮庆胡同37号葫芦院整体是一套不完整的三合院,曾经做过日本医院的宿舍,如今已经改造修复完成。

 

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实景图 ©杨超英

 

进入隐匿在小胡同之中的新北门,在两侧灰砖山墙的中部填充了一道竹钢院墙,中间是一大扇通透的竖向隔栅推拉门。

 

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实景图 ©杨超英

 

拉开之后是一个狭窄的门道,把人引进一处豁然开朗的圆形庭院,曲墙上设有一系列可开合的竹钢屏门,连续的竖向隔栅过滤了院中强烈的阳光也提供了相对私密的内部空间。

 

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实景图 ©杨超英

 

两道曲墙向南延伸抵达另一个狭窄的开口,从这儿进入第二进位于倒座房内的屋中庭院。南房中部两间的屋顶用原先木架尺寸的竹钢梁架搭接,椽子采用十字交叉竹钢构件组合,在小院的正上方勾勒出葫芦形的轮廓。

 

图片实景图 ©杨超英

 

通透的竹钢板屋面一方面呼应了原有屋瓦的尺度,又形成屋面中间更为通透的效果,给屋中小院引入充足的阳光,便于树木生长。

 

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轴测拆解图 ©URBANUS都市实践

 

湖南平江的双溪书院,在建造上,除了常规的混凝土框架作为基础结构,还使用了大量的竹钢、铝板金属屋面、和一部分GRC(玻璃纤维加强混凝土)材料。

 

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实景图 ©金伟琦

 

其中接待堂,为了达到更轻薄的形体效果,建筑主体采用竹钢搭建,竖向的立柱每根都为承重住,从而达到均匀受力的效果。

 

还有三折别墅,整个建筑随着山谷地形走势呈现折线关系布置。

 

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示意图

 

一层有三个独立的单体“盒子”,主要为公共活动空间;二层为卧室等私密空间,成线状排布成一条通长的“廊桥”结构,连续的竹钢格栅立面增加了“廊桥”在结构视觉上的整体性。

 

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实景图 ©金伟琦

 

2、建筑立面应用

 

计家墩村。这里曾是一座典型的江南水乡,后依托原有乡村风光,引入文化创意产业,吸引了一批城市来的“新村民”,形成了一个新的乡村理想生活社区。

 

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实景图 ©夏至

 

总体布局上,设计师用一个连续的大空间,串联起10个独立的“盒子”,形成了建筑的平面。在建筑材质的选择上,也呼应了建筑空间的概念。

 

以连续的大屋面为划分,上下两层采用了不同的材质。

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实景图 ©夏至

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建筑外观 ©夏至

 

在一层外立面上采用了竹钢作为主要材质。竹钢作为自然材料不仅从质感上让建筑与环境更加融合,触感上也更加柔和有温度,给人一种放松且温暖的感受。同时,竹钢的耐候性也能很好的适应水乡的潮湿

 

位于秦皇岛文创小镇的阿那亚唐舍酒店,是一座围合式的小建筑群落。

 

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实景图 © Eiichi Kano

 

一层整体由通透的玻璃幕墙构成,主要作为酒店的公共空间。二三层由八栋高矮不一的小楼错落有致的聚合而成,坐落在玻璃幕墙之上的大平台上,主要是客房空间。

 

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实景图 © Eiichi Kano

 

建筑外立面使用了三种不同规格的白色压型钢板,其中穿插其中的几个原色竹钢的小房子给整体洁白纯净的建筑带来些许自然温暖的感受,给整体外立面增添了一丝动感和节奏。

 

3、景观装置应用

 

上海临港新片区的骑行驿站是上海城市空间艺术季·临港样本展的参展作品之一。

 

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实景图 © 畎亩建筑

 

因未来生活态与绿色城市建设的低碳体系的全方面覆盖是临港新片区的目标之一,所以骑行驿站的结构体系从一开始就以钢木结构来降低碳的排放量,从主要材料的生产加工、材料设备运输、建造过程以及建筑运营考虑低碳绿色建造。

 

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实景图 © 畎亩建筑

 

骑行驿站是以竹木结构为主体的装配式建造,并通过下料优化和构件重复利用提高材料利用率。采用200mm的工字钢作为基础,通过20mm的锚栓固定在地面上。摒弃传统需现场灌浇混凝土大板做基础,减少在施工与材料生产过程中产生的碳排放。

 

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实景图 © 畎亩建筑

 

在《清明上河图3.0》数码艺术香港展上,有一个以“彩楼欢门”为原型的空间装置,长6m、宽3m、高3m,其结构大量使用了中国传统木作营造体系中不多见的斜撑、三角支撑以及绳索绑缚等方式。

 

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实景图 ©唐康硕

 

最终所呈现的空间装置是将小型的竹钢构件通过螺栓上下交错连接成为一丛悬浮于地面的“云”,云的中间留出通道以悬挂北语北宋东京城市开放布局研究的绘图成果。

 

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实景图 ©唐康硕

 

最后的实施过程是在工厂将竹钢构建成榀组装好之后,在展览现场做纵向连接和斜撑连接,既提高了工厂预搭建的精确度,也节省了展览之前的现场作业时间。

 

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实景图 ©唐康硕

 

结语:

随着全球气候变暖,环境压力日益加剧,森林资源愈发显得弥足珍贵,“竹钢”通过“以竹代木”、“以竹代钢”,能有效地保护森林资源。

 

且正是有了竹钢,我国大量被闲置的小径竹林得到了科学的管理和利用,非常有利于提高竹资源的利用率、补充木材资源的不足及生态环境的改善。

所以,随着“竹钢”的适用范围越来越广,未来将在多个领域存在着巨大的市场潜力和机遇。
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