基于渐进结构优化的竹结构设计及静力试验研究

为推动竹结构的发展,展开基于拓扑优化的竹结构设计新方法开发及相应的静力对比试验研究。首先,探讨了运用渐进结构优化指导竹结构设计的系统性方法;然后结合工程实例,选用面向承压型结构和受拉型结构进化的两种优化可行域,分别开展双车道桥梁结构优化设计并完成静力对比试验。结果表明:基于优化设计的桥梁结构与Michell型桁架结构较吻合,同体积下结构刚度显著高于经验设计构件;在正常使用状态下,承压型的拓扑拱结构刚度约为受拉型的拓扑悬索结构的3倍,但承载力相较略低。可见,基于渐进结构优化的新设计方法,可以针对不同的承载力和刚度设计要求,构建合适的优化可行域以指导设计出不同的方案,为工程竹结构提供了一种可自动化分析计算的最优化设计方法。

竹结构住宅全生命周期碳排放分析

为了深入了解竹结构住宅的碳排放特性,基于全生命周期方法评价南京林业大学校园内一栋2层示范性竹结构住宅的碳排放量,提出相应的降碳策略,对比分析相同体量木结构(轻型木结构、胶合木结构)和钢结构住宅的碳排放差异。结果表明,竹结构住宅在运行阶段的碳排放量最多,约占其全生命周期碳排放总量的89.8%,竹材自身碳储量占建筑碳排放总量的8.8%。不同结构体系的竹木结构住宅全生命周期净碳排放量相差不大,而相同体量的钢结构住宅则因建材生产能耗高、保温隔热性能差的劣势,其碳排放量比3种竹木结构住宅碳排放量平均值高约89.9%。

多高层工程竹结构的研究与应用进展

基于格鲁斑工程竹的力学及加工方法的研究成果,参照现有木结构设计方法,完成了两栋多高层工程竹结构的结构设计与施工建造。其中一栋为3层办公楼,总高度105m,总建筑面积约1500m^(2)。另一栋为6层办公楼,总高度203m,总建筑面积约800m^(2)。两栋建筑均以重型工程竹框架构成结构主体,并设置了抗侧力斜撑及剪力墙。通过计算设计了结构构件的尺寸,并进行了抗震和抗风分析,结果表明竹结构满足现有规范要求。在施工建造过程中,采用北美木结构的“框架式”和“平台式”相结合的方法进行竹结构的搭建,有效保证了施工效率。

预制装配式圆竹结构房屋的试验与应用

选用我国丰富的毛竹作为结构材料,对圆竹的主要物理力学指标进行了试验与分析.研究结果表明,圆竹的基本力学指标高于TC13级针叶木材,可以作为结构材料使用.设计了几种圆竹构件和结构的金属连接件,基本实现了圆竹构件加工的标准化和施工的预制化.设计了基于墙板模数的圆竹墙体单元,并对2片墙体进行了抗侧力试验,圆竹墙体的抗侧力性能与U型连接件密切相关,抗侧向能力约为同类型轻型木结构墙体的65%.进行了3个圆竹屋架的静载试验,结果表明屋架的极限承载力由变形控制,平均值为12.3kN.根据试验结果和木结构设计规范,设计和建造了一个约50m2的预制装配式圆竹房屋示范建筑,验证了该技术的可行性和适用性.示范建筑已使用3年多,目前状况良好.

现代竹结构抗震安居房的设计与施工

我国竹材资源丰富,竹结构具有与木结构相似的优良品质,可实现"以竹代木"。结合抗震安居房构件的选用,介绍了相关的竹材产品及其力学性能,竹材在力学性能方面优于普通木材,在竹结构设计时应根据构件特点综合考虑竹材产品类型;同时,系统地论述了现代竹结构抗震安居房的设计与施工技术,采用梁柱结构体系为主的结构体系及金属节点的节点形式,实现了竹结构的快速集成装配施工。

现代竹结构在汶川地震灾后重建中的应用

竹结构安置房经济合理,安全舒适,符合环保要求。现代竹结构本身也是一种新型的绿色可持续建筑技术。采用竹结构抗震安置房可以利用包括四川灾区的丰富竹资源,因地制宜抗震救灾,恢复灾区的生活。文章提出试制经济、安全和实用的竹木住宅用于灾后重建家园。

竹结构材连接件的承载能力

对竹结构材螺栓连接件的承载力和破坏形态进行了静载实验研究,结果表明:用竹结构材连接件的结构具有较高的强度、刚度,以及很好的延性。竹结构材连接件的夹板与螺栓同时达到弯曲变形破坏状态,具有较好的整体受力特征,能够保证剪力的可靠传递。

轻型竹结构房屋抗震性能的试验研究

为研究轻型竹结构房屋的抗震性能,通过对足尺2.44 m×3.66 m×2.6 m的竹结构模型的振动台实验和推覆实验,讨论竹结构模型房屋的动力特性,确定竹结构房屋在地震作用下的破坏机理,研究了结构动力特性及地震反应的变化规律。试验结果表明:在0.3g以下的地震中,模型处于弹性状态;即使经过多次重复地震,模型结构仍然不会发生倒塌,而且破坏也很轻微。模型结构在0.1g、0.3g、0.4g和0.5g的地震中,模型结构的最大层间位移角小于规范中的限值。试验研究表明,轻型竹结构房屋能够满足我国建筑抗震设计规范中的8度抗震设防要求。

现代竹结构技术在人行天桥中的研究与应用

提出了一种以胶合竹板为基本材料的现代竹结构人行桥梁,并通过3根足尺试件的试验,研究了短薄胶合竹板制成长梁的成型工艺和构件的力学性能.试验显示竹梁的破坏是由受压区竹材分层导致对接头错位引起的,FRP增强层对竹梁的强度有所提高.试验结果表明,采用短板拼接、整体胶合成型的大尺寸竹梁刚度和承载力均能满足人行桥建设的要求.根据试验和分析结果,作者们采用预制装配方式建造了一座现代竹结构人行天桥,并在建造中对竹结构人行桥采取了整体防水处理.该桥经过一年多的使用,主体结构正常.

雷竹保护地栽培林分立竹结构的初步研究

在浙江省临安市高虹镇、东天目乡调查的４４个样地材料表明：竹林的平均立竹度为１．７万株·ｈｍ－２，变异系数为３１．１％，各样地间立竹度变异极大；连续实施覆盖栽培时间越长，竹林开花越严重，覆盖３ａ或３ａ以上竹林高达１１％的立竹开花。为使覆盖栽培竹林具有良好的竹林结构，保持雷竹的持续丰产，应采用２ａ覆盖１ａ休闲的方法留养母竹，覆盖年份少留养，休闲年份多留养，并使雷竹立竹度保持在１．６５万株·ｈｍ－２左右。

现代竹结构的研究与工程应用

竹材是世界上为数不多的可再生资源,是建筑行业的理想材料。随着经济社会的发展、科学技术的进步、国家政策的推动,全生命周期均可实现与生态环境协调共存的竹结构是未来发展方向之一。虽然从基本方法与手段上,竹结构的研究可以从已经较为成熟的传统结构研究中汲取经验,但是,竹材的特殊使得竹结构在构件、节点以及体系构成上与传统结构存在显著差别,且目前针对竹结构的研究尚缺乏统一材料本构,手段也较为单一,节点连接形式局限性大,均限制了竹结构在工程中的广泛应用。结合已有成果,对竹结构中所涉及的竹材、竹构件、节点的力学性能作出分析;结合现代科技,对竹结构体系进行研究、总结。提出一种喷涂复合砂浆-原竹骨架组合结构体系,其整体力学性能好,功能性和适应能力强,施工速度快,可代替传统砖混结构,在低层房屋及村镇建筑中应用,具有较高的推广价值。

基于锤击法的新型竹结构房屋动力特性测试

发生在2008年的5.12汶川大地震给我国造成了重大的人员伤亡和财产损失,使得广大工程人员与科研工作者对于建筑结构的抗震性给予了更高的关注。相比于混凝土、钢材等传统建筑材料,竹(木)质材料具有低碳、绿色、可再生等特点。我国是竹资源大国,竹材数量众多且分布广泛。目前,基于竹质基材,可以通过现代化的处理技术和加工手段,得到材质均一、强度高、刚度大性能优异的竹质深加工产品。研究团队将竹胶合板、竹重组材、竹层积材等作为建筑材料,采用新型结构形式建造了一栋全竹质结构二层单体小楼。为了研究该竹质结构房屋的动力特性以及抗震性能,根据竹结构房屋的特点,笔者通过锤击激振法对其进行动力学模态测试,得到了该房屋的主振频率、阻尼、振型等数据。分析后认为该新型结构房屋结构平面规整,阻尼特性合理,符合抗震规范的要求。为了工程应用与推广,研究了国内外相关木结构规范和标准,结合我国抗震规范要求给出了竹结构房屋抗震设计参数的取值建议:即该类型的竹结构房屋可参考木结构设计规范进行工程设计,两种结构能体现相似的动力特性;在考虑抗震设计时,房屋的地震影响系数α可直接取η_2α_(max)。

装配式圆竹结构螺栓连接节点的力学性能

近年来,随着新型结构和绿色建材的推广和发展,竹材作为结构材料用于建造新型竹结构建筑开始得到越来越多的关注。针对装配式圆竹结构螺栓组合节点,采用单螺栓、双螺栓和节点域高强度砂浆强化处理3种形式进行静力加载试验研究,分析其承载力和破坏形态。试验结果表明:装配式圆竹结构螺栓组合节点在保证一定构造条件后,可以有效避免脆性破坏,同时使竹材和螺栓的力学性能均能得到充分发挥并形成延性破坏,节点整体受力性能良好。采用双螺栓节点设计及节点域高强度砂浆强化措施可以明显提高螺栓组合节点的承载能力。基于试验建立了力学模型,并推导出组合节点的理论求解公式。通过结果比较发现,解析值和实测值的平均比值可达0.98,表明解析方法具有可适用性。该理论模型可以作为圆竹结构螺栓组合连接节点承载力计算的参考公式。

竹结构建筑外墙热工性能测试与分析

为了对已建成竹结构建筑外墙的热工性能进行评价,采用控温箱-热流计法对现代竹结构抗震安居房外墙(抹灰和挂板两种饰面)传热阻进行了实测与分析。结果表明:控温箱-热流计法测试竹材墙体传热阻时误差较大,影响墙体传热阻的主要因素为竹材墙体内部结构组成及测试位置;抹灰饰面外墙平均实测传热阻为1.52(m2.K)/W,传热系数为0.66 W/(m2.K),可应用在夏热冬冷、夏热冬暖地区,4层及以上建筑可达到节能65%标准;挂板饰面外墙平均实测传热阻为2.71(m2.K)/W,传热系数为0.37 W/(m2.K),可以应用在夏热冬冷、寒冷地区和严寒地区,并达到节能65%的标准。

碳化重组竹在竹结构建筑中的应用

近年来，人们对建筑与装饰环保建材的认可和推崇，使得水材、竹子等生态环境材料重新进入人们的视野；竹结构、木结构建筑在保温、节能、环保、舒适、抗震、材料再生及循环利用等方面与传统钢筋混凝土结构、砖混结构相比所具有的无可比拟的优越性，引起了许多专家学者、建筑师、建造商和广大民众的积极关注。

现代竹结构房屋室内空气品质的实测与研究

首次对湖南大学现代竹木及组合结构研究所肖岩教授课题组研发的一栋现代竹结构房屋室内空气品质在竹材板裸露的最不利状况下进行了实测。利用甲醛分析仪检测和大气采样仪采样及气相色谱仪分析,可以判断常见的有害物质有无并测得浓度。结果表明,这种建筑在竹板材裸露而没有粘贴防火石膏板材的条件下,室内空气中含有微量的污染物质,而且根据房间的大小和通风状况有显著性差异。但即使在竹胶合板材裸露而没有内装修的条件下,各种有机污染物质的浓度都很低,完全满足国家相关空气质量标准的要求。

“德中同行”竹结构展馆的材料试验与结构分析

竹材作为建筑结构材料在我国有着悠久的历史,由于种种历史原因,对竹结构的研究和应用停滞了几十年;"德中同行"活动是在中德领导人共同支持下举行的,旨在向中国公众介绍德国的文化、科学、经济和生活方式,这次活动的主题为促进可持续发展。为此,"德中同行"活动首站展馆均采用可装拆的环保材料。文中通过其中竹结构展馆中的竹材试验及其竹结构展馆设计,介绍了竹材基本性能和竹结构的受力性能。竹结构展馆的设计实践表明:竹材相比木材具有良好的力学性能;鉴于我国竹材资源丰富、价格低廉,加上采用合理的结构体系,现代竹材结构是可以大有作为的。

竹结构建筑的可呼吸性保温隔热围护研究

介绍了日本的“壁工法”技术特点和用“壁工法”建造的竹结构房子采用的墙体保温措施以及优点.

竹结构的形式与技术研究——记一次竹构筑物课程设计

这是一个研究竹建筑形式与技术问题的课程设计,通过对此课程过程与结果的研究归纳,以期探索竹作为绿色建材在当代的创新设计理念和技术方法。首先介绍了课程的相关背景与内容;然后就结构与形式问题对设计作品进行阐述与归纳,其类型可分为直网架型、曲线型和编织型;接着就竹连接的技术问题进行深入探讨,类型有绑扎、榫卯、螺栓、套筒、槽口等方式。最后翔实记录了一个作品从设计到实际搭建的全过程。

现代竹结构建筑在我国的发展前景

简要介绍了国内现代竹结构建筑的发展状况,结合实际国情分析了我国发展现代竹结构建筑的优势以及存在的问题。再者我国已日趋成熟的竹材人造板加工技术和重组竹加工技术,为现代竹结构在我国的发展奠定了一定的基础。虽然我国发展现代竹结构建筑的市场潜力很大,但要真正实现开发并投入市场尚需相当长的一个过程,有许多问题有待解决。