广州大学 广东广州 510006
摘要：文章对我国重组竹应用于结构工程的优点、不足与常见结构形式进行了细致梳理与分析，总结了重组竹轻质高强、抗震性能好、可再生、可预制等特点，浅析了当前重组竹在建筑结构应用过程中存在的工艺设备、耐久性和规范标准等主要问题，介绍了重组竹结构、钢竹组合结构和竹木组合结构三种结构形式。
关键词：重组竹；绿色建筑；工程材料
引言
木材的应用在我国已有几千年历史，作为四大基础材料的木材，环保低碳，为宜居环境的首选建筑材料，而木材供应紧张，需运用价值工程探索出替代品。重组竹的出现有望缓解我国目前木材资源短缺的问题。目前重组竹材大量应用于室内家具、室外装饰、室内地板和栈道铺装等方面，也有少量优质重组材料用于建筑结构；但因其相关研究较木材滞后，加之我国木结构规范的限制，使其未见在结构工程中大量应用。近年来，通过我国科研人员的不断努力，重组竹建筑得以问世，位于安吉县递铺镇竹园区的科技竹楼，从地板家具至屋顶瓦片均采用重组竹材料，为绿色建筑的典型代表。
1.重组竹作为结构用材的优势
重组竹是典型的绿色低碳环保建筑材料，易降解且可循环利用。重组竹自身拥有良好的物理力学性能，在设计与建筑中有较好的灵活性、抗震性能，其性能甚至超过木结构；竹质工程材料不仅符合当代建筑工程需求，还适宜规模化推广发展。重组竹作为结构用材的优势可总结为以下几点：
（1）轻质高强，力学性能优良。研究表明以毛竹为原料的重组竹材的顺纹抗拉强度、顺纹抗压强度、顺纹剪切强度、横纹局部和横纹全部抗压强度等物理力学性能均一稳定且远高于普通木材，完全满足建筑结构用材的力学强度要求。采用重组竹作为结构材，其重量最轻；由于其重量最轻，故在地震作用下，吸收的地震力也最小，截面尺寸在不考虑构造要求的情况下亦可更小，从而建筑的总体重量更小。说明采用重组竹作为结构材建造房屋，其结构比较合理，更加节省资源。
（2）弹塑性、韧性好，抗震性能优异。重组竹作为有机竹材的加工产物，具有大量的纤维，在冲击荷载作用下不易发生脆性断裂，韧性较好。采用重组竹作为结构用材的建筑在震动破坏时属于塑性破坏，危害较小。重组竹作为受压构件，同样破坏之前存在较大弹性变形，接近破坏时有较小的塑性区。重组竹材料的延性、耗能能力较好，部分变形可恢复，震后残余变形较小。这些均说明了重组竹具有优异的抗震性能。
（3）资源丰富，伐后可再生，固碳能力强，能耗低。就减排而言，竹林比其他树种的森林可吸收更多的二氧化碳，具有超强的固碳能力。在加工过程中竹材能耗低，建造同样面积的建筑，竹材的能耗是木材的1/3、钢筋混凝土的1/8、钢材的1/50，材料利用率高。
（4）构件工厂预制，可应用于装配式建筑。目前重组竹建筑一般是在工厂将竹材制成各种重组竹构件，在工厂进行预拼装，满足要求后，通过运输设备将各种重组竹构件运输至现场；在施工现场按照施工组织设计的要求利用起重设备进行起吊并临时固定，用各种仪器进行检测矫正，最后作最终固定。
2.重组竹作为结构用材的不足
建筑结构用材料在性能上有着特殊的要求。目前，建筑结构用竹木产品重要性能有力学、耐老化、防腐防霉等性能。而重组竹作为结构用材的不足体现在以下方面：
（1）加工工艺与设备
重组竹的压制成型工艺分为普通热压、高频热压和冷压三种成型工艺，普通热压工艺压制的构件一般厚度不超过50mm，高频热压目前还属于初试阶段。重组竹作为结构材，其截面要满足强度、刚度、稳定性的多方面要求，截面一般较大，目前普通热压、高频热压较难满足大截面的要求，使用较多的是冷压工艺。成型工艺尚存很大的改善空间。如热压、冷压工艺铺装的均匀性，脱模工艺以及原材料连续快速计量不稳定，且需要施以高压，竹丝易被简单机械压溃，导致力学性能降低；冷压槽钢材变形，上口边变大，脱模养生后开锯，梯型断面裁剪成正边板，浪费资源；冷压成型后热固化时间长，热压铺装自动化程度低，热能损耗大，热压时间长，热压效率低。同时生产材料所用胶粘剂不能兼具低成本和高胶合强度的特点。
（2）耐水、耐久性能不佳
重组竹的耐水性能差主要体现在其干在湿交替环境中容易出现力学性能下降问题，特别是在潮湿的南方地区，在经历数年的干湿循环条件之后，部分重组竹结构出现开裂、弯曲、破损等情况，需及时加固改善，否则影响其结构安全性。木结构规范规定对于某些建筑物或构筑物，当采用设计或施工方法不能保证木结构构件的使用耐久性的时候，例如对于长期暴露在室外的木结构构件，就必须采用天然耐腐或防腐剂处理的木材。而重组竹材料作为人造板，防腐防霉性能受外界保护措施影响大，对防腐剂的选取与使用要求高，重组竹材料应用于结构中时应进行严格的防腐防霉措施。
（3）无相关的规范标准
目前国内的一些重组竹结构房屋在进行设计时，绝大多数是参照国内的木结构设计规范标准。竹材规范尚未成熟，现有的竹材规范主要有《建筑用竹材物理力学性能试验方法》（JGT 199—2007）、《重组竹地板》（GBT 30364—2013）。木材规范比较成熟，所以在竹材试验过程中一般参照木材规范，相应的规范主要有国内的《木结构试验方法标准》（GBT 50329—2012）、《木结构设计规范》（GB50005—2017）[19]和美国材料试验标准ASTM D143、ASTM D7078等。
3.结构形式
现代木结构的主要结构形式包括“梁柱结构体系”和“轻型木结构体系”2种，两者各有特点，为充分发挥重组竹轻质高强的特点，借鉴这2种结构体系成功的经验，在实际工程应用中多采用钢-竹、竹-木符合重组结构，在临时或低矮建筑中则采用单一重组竹结构形式。
（1）重组竹结构。
由于原竹的特殊结构形式，其承受荷载的能力较小，而且连接构造也比较困难，不利于施工。而重组竹因其特殊的制作工艺以及原料本身的特性，其力学特性明显优于原木和工程木材。密度在1.1 g /cm3左右的重组竹板材，其平均静曲强度可达到120MPa，弹性模量达到1.6×104 MPa，大大超过其他木材人造板和普通人造板。研究表明，重组竹的硬度、强度、耐水性、防蛀性和耐久性都优于天然木材，并且已经在我国的浙江、江苏、福建、江西和湖北等地方广泛生产。
（2）竹木复合重组结构。
竹木复合重组结构材是在重组木和重组竹研究的基础上，运用混杂复合材料理论将重组木的构成单元—木束和重组竹的构成单元—竹束，通过科学合理的设计得到一种具有高强度，又具有很好韧性和加工性，兼有重组木和重组竹双重优点的新型结构材。它既具有重组竹优良的物理力学性能，纵向强度高，尺寸稳定性好、不开裂、材质均匀，长度、密度可根据需要任意控制，又具有重组木更好的可加工性，可方便地对其进行开孔、打眼、安装铆钉等处理。
（3）钢-竹组合结构
此组合结构可发挥钢、竹两者优势，并使其协同工作。其截面形式灵活、承载力高、变形性能好、延性好、具有良好的抗震性能。工厂可依据需要进行构件的加工，二者可采用不同截面形式以满足不同构件需要。此组合结构将冷弯薄壁型钢作为骨架，重组竹作为面板，两者结合构件有更高的承载力。有效解决钢材在使用时易失稳、重组竹本身承载力相对不足，且目前二者造价过高的缺陷，二者结合整体性好。并且钢-竹组合结构工厂化程度高，保证施工质量、进度，并减少施工过程造成的各种污染。节约材料，经济性好，可回收再利用。钢、竹二者均是绿色材料，且其回收利用率高。
4.结论
我国木、竹重组材制造技术取得了阶段性成果，实现了产业化生产，且产品已成功地应用到地板、家具、风电桨叶基材、集装箱底板和水泥模板等领域，但将重组竹大量应用于建筑结构仍然存在一些问题有待有效解决。不过，随着整个行业的技术进步，未来木、竹重组材的生产技术与装备必将得到快速发展，重组竹的发展前景必将十分广阔。
参考文献：
[1]马芳，张苏俊，刘昊天. 浅谈重组竹作为新型建筑材料的优势和不足[J]. 建筑，2021（09）：74–76.
[2]于文吉. 我国重组竹产业发展现状与机遇[J]. 世界竹藤通讯，2019，17（03）：1–4.
[3]王馨笛，陈浩楠，呼梦洁. 重组竹研究现状及发展趋势[J]. 建筑技术开发，2018，45（14）：4–5.