建筑结构丨竹集成材的结构可能性

　　来源：BezierArchi，作者：藕节宝宝

　　竹子

　　中国最广阔的天然建材，成材周期比木材短。是一种负碳可再生材料。

　　竹钢

　　顾名思义，像钢一样的竹，由天然竹子经过收割，碾压成纤维，并用酚醛树脂胶将竹纤维压制胶合而成的竹集成材。其力学性能堪比钢材，单位重量的强度可达到钢材的约2.5倍，并且具有较好的韧性及变形能力，属于延性材料。

　　竹钢梁表面

　　竹钢梁横截面

　　为了更好地推动天然材料-竹材及竹材的衍生产品在各行业的应用，宜宾云集竹行业精英召开了首届国际竹产业发展峰会，响应了“绿水青山就是金山银山”的发展宗旨。

　　“山水竹城”艺术装置概念设计简述

　　“山水竹城”艺术装置采用简洁抽象的方式来构建一个具有吸引力，并具有自然和传统风韵且面向未来的艺术装置。

　　带金属节点的竹钢柱林、竹钢户外地板，弯曲的竹钢梁以及钢环和金属基础架作为主要搭建材料将造就一个象征性和标志性的“山水竹城”艺术装置。我们取8mx8m的网格象征10kmx10km的宜宾城区截取面积，100km2网格外接圆即为天空的面积，截取区域中心点即为三江汇流之处。水平地面由1mx1m的户外竹地板模块拼合而成，穹顶天空则由一个拼接而成的钢环和弯曲的竹钢梁共同组成，竹钢梁根据宜宾环绕城区的山脉的起伏数据变化得来。三江的形状则化身为流线型的长桌置于其间。

　　天地之间支撑则由竹钢方柱实现，而且这些柱林大多倾斜立于地面之上，在顶部它们则通过钢件与钢环连接。竹柱端部的钢件能够使柱子固定而且让整个装置产生了一种近乎悬浮“竹林”的感觉。艺术装置完全向公众开放，任何人皆可由各个方向进入竹林并任意在其间游走，如同在自然的竹林中一般。

　　“山水竹城”艺术装置用当代艺术和设计的手法塑造了一种连接自然与人类、山水与城市、传统与未来的联系，也必将成为公众喜悦、爱慕和体验的精神场所。

　　概念方案模型

　　结构方案的演进

　　1. 圆管单钢环+竹钢薄片+钢索侧向支撑

　　特点：外侧单钢环，抗平面内变形能力差，竹钢薄片，竖向变形较大。

　　2. 圆管单钢环+竹钢薄片+扁钢侧向支撑+下弦拉索

　　特点：扁钢带与顺竹钢方向拉索形成的整体能有效降低竖向变形，但施工安装较复杂，拉索造价较高。

　　3. 方管双环+竹钢梁+倒T型钢侧向支撑+竹钢圆柱

　　特点：外侧双钢环，抗平面内变形能力较好，且与双方向竹柱连接方便；竹钢梁抗竖向变形能力较好；竹钢圆柱需用方料打磨，造价高。

　　4. 方管双环+竹钢梁+钢索侧向支撑+竹钢方柱+门洞处钢管柱+地面钢架

　　特点：侧向钢索支撑仅能起到提高竹钢梁侧向稳定，对屋面竖向刚度贡献较小，竹钢梁截面较大；地面架空钢架用钢量大，不经济。

　　5. 方管双环+竹钢梁+钢索侧向支撑+竹钢方柱+门洞处钢管柱+简化地面钢架

　　特点：竹钢方柱可直接采用成料，仅需四角打磨倒角，简化后地面钢架仅起到支撑斜柱林支座之用，增加结构整体性，地面竹地板另外采用龙骨铺装。

　　6. [Ultimate]方管双环+竹钢梁+山形空腹钢架+竹钢方柱+四角十字形钢柱（包竹钢）+简化地面钢架

　　最终方案

　　特点：

　　由两道平面的山形空腹钢架与弯曲竹钢梁连接形成整体受力体系，空腹钢架具有一定的抗竖向变形能力，且两者互为侧向支撑，结构整体性较好。从视觉层面，山形钢架上弦弯曲管形成山脊线，下弦直管形成地平线，从另外一个维度诠释了山水意向。

　　竹钢的弹性与韧性

　　竹钢强度测试

　　四角的十字钢柱（嵌竹钢），在结构上形成倒V形支撑，提高结构整体抗扭转变形能力。在视觉上，四角嵌入竹钢的十字钢柱具有线条层次感，是对整个现代艺术装置的一种细部勾勒，提高了装置的精致程度。

　　方案多版本模型计算，全过程采用参数化辅助建模，提高模型修改的效率。

　　参数化建模

　　恒载下结构竖向变形等值线图

　　合作方：

　　建筑师：GNA Architecture 集纳建筑 - 童凌峰

　　结构师及参数化建构：Bezier Archi 上海贝齐尔建筑设计有限公司 - 李荣鑫

　　其他主要设计师：Markus Sick （慕尼黑）、阚骋

　　钢结构施工：上海恒臣金属装饰配套有限公司 - 朱华伟

　　竹集成材供应：竹元科技（竹钢曲梁）、宏宇竹业（竹钢竹及地板）

　　上海贝齐尔建筑设计有限公司

　　上海北喆建筑设计工程有限公司

　　Bezier Archi

　　编辑

　　左丹丹

　　审核

　　时娇娇

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