一种预制竹建筑中圆竹竿结构件的制造及连接方法 技术领域 本发明涉及一种竹构件的制造及连接技术， 尤其涉及一种预制竹建筑中圆竹竿结 构件的制造及其相互间连接的方法。
背景技术 我国有利用和加工竹子的悠久传统， 在南方少数民族中的竹结构民居 ( 简称竹 楼 )， 就是以竹子为建筑材料， 历史源远流长， 至今还在应用， 随处可见。但因竹子的天然特 性——中空， 易破裂、 弯曲， 体态细小瘦长， 尖削度大， 过于原始的建筑方式， 造成居住极不 舒适、 使用年限很短， 发展受到极大的限制。若将其合理加工利用， 提高建筑安全和节能档 次， 将有助于现代竹建筑的发展和应用。
竹子是我国重要的、 可持续利用的森林资源。由于其具有一次种植永续利用， 3～ 6 年即可成材、 以及生长速度是木材的 2 ～ 3 倍等优势， 是最具碳汇功能的生物质材料。
在我国目前各类建筑体系中， 竹结构建筑是发展潜力较大的低碳木建筑体系之 一。 在人们对低碳经济和二氧化碳减排技术日益重视的今天， 大力发展竹结构建筑， 开展高 性能竹建筑材料的研制开发， 用具有储碳功能的生物质材料建筑替代 ( 或部分替代 ) 高耗 能、 高二氧化碳排放， 高环境污染的钢材混凝土、 粘土砖等建筑模式， 将成为我国建筑领域 低碳技术的发展方向。
发明内容 本发明的目的是提供一种预制竹建筑中圆竹竿结构件的制造及连接方法， 利用该 方法， 可以实现建筑结构部件的预制化与模块化， 提高现场施工速度， 将更多的竹材用来建 造高品位且稳固、 环保的竹建筑产品。
为实现上述目的， 本发明采取以下设计方案 ：
一种预制竹建筑中圆竹竿结构件的制造及连接方法， 该预制竹建筑中的圆竹竿结 构件用圆竹竿原材加工制成 ； 各结构件间以金属连接件连接。
所述圆竹竿选取竹龄 3 年以上， 竹竿长度 7m 以上， 竹竿下端竹径为 8 ～ 11cm， 竹竿 上端竹径为 5 ～ 8cm， 无开裂、 腐朽和虫蛀的大型竹种的竹竿。
所述的圆竹竿结构件包括有竹建筑中的圆竹梁、 圆竹檩条、 圆竹椽、 圆竹立柱、 圆 竹桁架承重构件。
所述的金属连接件包括用于连接相接结构部件的金属箍及用于锁紧用的螺栓组 成的正 8 字型、 异 8 字型、 U 型金属箍， 也包括垂直平面间采用的 L 型金属连接件。所述圆竹 梁、 圆竹檩、 圆竹椽和圆竹立柱承重构件中的竹竿杆件以将两根或两根以上圆竹竹竿用 “正 8 字型金属箍 - 螺栓” 锁紧连接件紧绑合加固来实现。所述的圆竹桁架制造方法是 ： 其各部 位的组合杆件由两根或两根以上圆竹竹竿用 “正 8 字型金属箍 - 螺栓” 锁紧连接件紧绑合 加固而成， 桁架中组合杆件的排列按受力方向为立向组合排列， 桁架中各组合杆件的相交 结点处采用硬质夹板与螺栓共同作用穿透夹紧圆竹竹竿的方式 ； 在螺栓加压的圆竹竹竿下
方加有金属防裂箍。全部承重构件及圆竹桁架预制完成。
所述桁架中的上弦杆与檩条间的加固连接采用 “异 8 字型金属箍” 锁紧连接件绑 固方式。
所述的圆竹檩条与竹建筑中的屋面板材采用 “U 型金属箍 - 螺栓” 连接件加固连 接。
所述的圆竹立柱与竹建筑中的复合墙体板采用 “U 型金属箍 - 螺栓” 连接件加固连 接制成复合承重墙体， 其中复合墙体板具有内、 外墙板， 内墙板为防火石膏板， 内外墙板间 加矿棉或膨胀珍珠岩 ； 该复合承重墙体承重框架预制完成 ； 所述的圆竹桁架与竹建筑中复 合墙体板用 L 型金属连接件固定连接。
上述的复合承重墙体两侧安装竹质方形柱， 采用凹凸结构将相邻墙体排列， 采用 螺栓连接件加固实现。
所述的硬质夹板选用竹质胶合板或金属板 ； 所述的金属防裂箍为宽度 1.0 ～ 2.5cm， 直径和紧固度可调节的金属制箍。
本发明是以大型竹种的竹竿为主要建筑材料， 通过采用竹竿组合、 金属连接件加 固连接等新型竹建筑结构材料制造技术和方法， 将圆竹竿制成梁、 檩、 柱和桁架等建筑承重 构件， 将圆竹和竹质板材为主要原料制造复合承重墙体， 实现房屋主要部件的模块化、 组装 化和系列化， 并实现一种新型圆竹结构竹质预制建筑的建造方法。 本发明的优点是 ：
1) 我国有丰富的竹材资源， 用圆竹竿为原料制造竹建筑中的圆竹竿结构件， 原料 来源充足， 价格便宜。
2) 提高了传统竹建筑的档次， 部件设计更加合理， 可快速搭建高品质的竹建筑， 适 应新农村建设需求， 尤其在地震频发地区适用。
3) 竹材是环保可再生资源， 可以替代 ( 或部分替代 ) 高耗能、 高二氧化碳排放， 高 环境污染的钢材混凝土、 粘土砖等建筑材料， 大幅减少碳排放， 保护环境。
4) 建筑结构部件可以模块化、 组装化和系列标准化， 提高了建筑搭建速度， 减少了 现场劳动强度， 又能保证建筑的品质。
5) 该发明为我国新型低碳建筑技术体系的建立， 以及我国现代建筑领域中低碳制 造技术的形成和完善提供技术基础。
附图说明
图 1 为本发明方法中两根圆竹竿捆绑连接示意图。 图 2 为本发明方法中四根圆竹竿捆绑连接示意图。 图 3 为本发明方法中呈十字交叉连接的两圆竹竿捆绑连接示意图。 图 4 为本发明方法中圆竹组合杆件与围护结构板材的连接示意图。 图 5 为本发明方法中带有防裂箍的圆竹竿杆件结构示意图。 图 6 为本发明方法中圆竹桁架的构建示意图。 图 7 为本发明方法中复合承重墙体的的构建示意图。 图 8 为本发明方法中圆竹桁架与圆竹檩条及屋面板的连接示意图。 图 9a 为本发明方法中圆竹桁架与复合承重墙体的连接示意图 ( 主视 )。图 9b 为本发明方法中圆竹桁架与复合承重墙体的连接示意图 ( 侧视 )。 图 10 为本发明方法中复合墙体板与地面基础的连接示意图。 下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明 ：具体实施方式
本发明预制竹建筑中圆竹竿结构件的制造及连接方法的具体实施步骤如下 ：
1) 本发明预制竹建筑中圆竹竿结构件用的圆竹竹竿的选择与处理 ： 竹竿应选用 胸径 6cm 以上、 尖稍度小的大型竹种， 竹材高度 7m 以上， 竹龄在 3 年以上 (4 ～ 6 年为佳 )， 竹竿下端竹径为 8 ～ 11cm， 竹竿上端竹径为 5 ～ 8cm， 无开裂、 腐朽和虫蛀。国内可满足以 上要求的常用竹种为毛竹、 麻竹、 黄竹、 青皮竹或龙竹等。采集下来的竹竿需要进行以下处 理： 从竹竿根部约 1m 的部位开始向上截取 6m 长的 1 段竹竿， 要求竹竿下端的竹径 8 ～ 11cm 之间， 竹竿上端的竹径应在 6 ～ 8cm 之间。若竹竿弯曲， 还应进行竹竿烤直处理。将截取和 烤直处理后的竹竿整齐码放在气干棚内， 进行气干处理。为了防止在干燥天气下气干过快 而导致开裂， 还需在一定时间内用塑料布覆盖， 控制竹材内水分的蒸发速度。 为了防止竹材 发霉， 可以在塑料布覆盖处理前适当喷洒一定量的水基防霉剂。竹材必须达到平衡含水率 ( 一般在 8 ～ 16％ ) 后才能使用。在已经选定竹种、 竹龄、 竹材采集地和达到竹材平衡含水 率的条件下， 需要对竹竿进行力学性能的测定， 取得竹竿的抗压、 抗弯、 抗拉和抗剪等力学 性能数据和竹竿受力结点的破坏性能数据， 为圆竹竿建筑的结构设计提供基本数据。
2) 圆竹竿结构件用的连接件的设计 ： 为了满足竹结构建筑设计的承重要求， 有时 需要将两根或多根竹竿捆绑在一起。另外圆竹结构件之间的固定连接， 圆竹杆件与围护结 构板材 ( 指屋面材和墙体板等 ) 之间的固定连接也是需要解决的问题之一。本发明所举实 施例中， 通过采用 “金属箍 - 螺栓” 连接件来实现这些要求。本发明实施例中的金属连接件 主要有以下几种方式 ： ①杆件加宽、 加长用 “正 8 字型金属箍 - 螺栓” 序列， 可以是单 8、 双8 或叠 8( 相当于两个 8 字中的一个环重叠在一起 ) 等等， 或以多个 8 字型平行排列 ： 通过将 两竹或四根竹竿捆绑在一起， 达到杆件加长加宽的目的。如图 1 所示实施例中， 两竹竿 1 捆 绑的连接件采用 0.5 ～ 3mm 厚的不锈钢片制成的 “正 8 字型金属箍 - 螺栓” 2， 将两根竹竿 箍住， 中间用螺栓紧固而成。四根竹竿捆绑连接采用 1mm 厚度的不锈钢片制成的 “双正 8 字 型金属箍 - 螺栓” 2 将四根圆竹竹竿 1 箍住， 通过在箍中穿过紧固螺栓完成紧固连接 ( 见图 2)。杆件的加长可以采用相同方式在不同的部位加捆绑紧固箍来实现。②对一些圆竹构件 之间的连接件采用 “异 8 字型金属箍 - 螺栓” ， 是由两组互相垂直的金属箍连接构成 ( 各组 中的环又可以其中一组是单环或双环正 8 字型金属箍 ) ： 在圆竹建筑构件之间的连接中， 如 圆竹桁架与檩条之间的连接结点一般呈十字相交， 可采用将两个单环金属箍相套 ( 垂向相 接的双箍 )， 形成异 8 字型金属箍 21 来完成此类连接。其中每个单环金属箍采用螺栓紧固 方式， 见图 3。③杆件与围护结构板材的连接件 ： 圆竹结构杆件 1 与墙体板材、 屋面板材等 围护板材 4 之间的连接可采用 U 型金属箍连接件 22， 连接件与围护板材的紧固采用螺栓紧 固 ( 见图 4)。④结点防裂紧固环 ( 金属防裂箍 ) ： 在圆竹桁架杆件的相交结点， 采用竹夹板 与螺栓穿透紧固连接。 为了防止在结点受力时穿透竹竿的螺栓位移导致竹竿的顺纹和侧向 劈裂， 需在圆竹中螺栓穿透点的上下方加由单环可调金属箍构成的防裂箍 3( 见图 5)。
3) 竹建筑房屋的承重构件 ( 圆竹梁、 圆竹檩、 圆竹椽、 圆竹立柱等 ) 的制造 ： 竹建筑承重构件全部由大型竹竹竿制造， 构件中各圆竹杆件尺寸的增加以将两个或多个圆竹竹 竿用 “金属箍 - 螺栓” 连接件绑合加固来实现。圆竹承重构件可以全部在工厂预制而成。
4) 竹建筑房屋的桁架制造技术， 参见图 6， 构成桁架各部位的杆件 ( 包括两斜向的 圆竹上弦杆 5 及横向下弦杆 6) 由两根或两根以上圆竹以 “正 8 字型金属箍 - 螺栓” 2 紧固 连接件绑合加固而成， 桁架中组合杆件的排列按受力方向为立向组合排列。桁架中各组合 杆件的相交结点采用硬质夹板 7 与螺栓穿透竹竿的紧固连接方式， 紧固夹板可为竹质胶合 板或金属板。为防止桁架结点在受力时螺栓将竹竿劈裂， 在圆竹竿螺栓受力的下方需加有 金属防裂箍。桁架可以在工厂预制而成。
5) 竹建筑屋梁的桁架结构件与做为檩条的圆竹竹竿的连接， 其加固连接采用上述 的异 8 字型金属箍 21 绑固方式。
6) 如图 8 所示， 竹建筑的圆竹檩条 1 与屋面板 4 的连接采用 “U 型金属箍 - 螺栓” 连接件 22 加固连接， 屋面板可选用竹质胶合板、 单板覆面碎料板、 木质胶合板、 定向刨花板 等结构用人造板材。
7) 承重圆竹立柱及其与墙体板材的连接， 复合承重墙体的制造 ： 参见图 7， 以圆竹 立柱 1 为房屋的承重立柱， 同时作为墙体龙骨， 与以竹质人造板 4 为承重墙板连接， 构成复 合承重墙体。复合承重墙体的周边四框 ( 上框 41、 侧框 42 和下框 43) 可由竹质人造板材 构成。该复合承重墙体中圆竹龙骨 ( 圆竹立柱 ) 与墙体板的固定采用 “U 型金属箍 - 螺栓” 连接件加固连接。 圆竹复合墙体的内墙板为防火石膏板 44。 内外墙板间加矿棉或膨胀珍珠 岩或经过阻燃处理的竹纤维发泡板 45 做为保温材料。圆竹复合墙体的两侧装有由竹质胶 合板材构成方形柱， 用于墙体之间的横向连接。 圆竹复合墙体上下两端， 装有厚竹质人造板 43， 用于与地基或桁架的相互固定连接， 参见图 10， 通过地脚螺栓 8 与地基 9 牢固连接。圆 竹复合墙体可以在工厂预制完成。 8) 参见图 9a、 图 9b， 圆竹桁架与圆竹复合承重墙体的连接， 采用 L 型金属连接件 23， 分别用螺栓固定在桁架结点的硬质夹板 7 和墙体上框固定连接。
上述各种用于实现圆竹的连接件仅仅是示出了本发明较佳的实施方式， 对于其他 材料及其他结构形式的连接件， 在能满足本发明方法的要求条件下， 亦可使用。 下面以三个 具体实施例来详细说明 ：
实施例 1 ： 圆竹桁架的制造
以一个由两个上弦杆和一个下弦杆构成的三角形竹建筑房屋桁架为例， 构成桁架 的三个杆件由双根圆竹绑固构成。绑固件为 “正 8 字型金属箍 - 螺栓” 紧固连接件。桁架 杆件中圆竹的排列按受力方向为立向组合排列。 桁架中各杆件的相交结点采用竹质夹板与 螺栓穿透竹竿的紧固连接， 紧固夹板为竹质胶合板。为防止桁架穿孔结点在受力时螺栓将 竹竿劈裂， 在圆竹竿螺栓受力的下方需加有金属防裂箍 ( 如图 6 所示 )。 桁架在工厂预制而 成。
实施例 2 ： 复合承重墙体的制造
预制复合承重墙体的制造是以圆竹为竹建筑的承重立柱， 同时也作为承重组合墙 体的龙骨。复合承重墙体的外墙板为竹质胶合板。该复合墙体中圆竹龙骨 ( 立柱 ) 与外墙 板的固定采用 “U 型金属箍 - 螺栓” 连接件固定连接。复合墙体的内墙板为防火石膏板。内 外墙板间加矿棉或发泡珍珠岩为保温材料。 复合墙体的两侧装有由竹质胶合板材构成的方
形柱， 用于墙体之间的横向连接。复合墙体上下两端， 装有厚竹质胶合板， 用于与地基或屋 面桁架的相互固定连接 ( 如图 7)。复合墙体在工厂预制完成。
实施例 3 ： 圆竹预制建筑屋架与其他承重部件的连接与固定
桁架与檩条的连接 ： 用异 8 字型金属箍分别箍住桁架的上弦杆中的一根圆竹和圆 竹檩条， 用螺栓将金属箍拧紧。檩条与屋面望板的连接 ： 用 U 型箍箍住圆竹檩条， 用螺栓将 望板与金属箍拧紧。圆竹立柱 ( 龙骨 ) 与墙体板材的连接 ： 用 U 型箍箍住圆竹立柱， 用螺栓 将金属箍与墙体板拧紧 ( 如图 8)。圆竹桁架与圆竹复合承重墙体的连接 ： 采用 L 型金属箍 片， 分别用螺栓固定在桁架结点的夹板和复合墙体的上框固定连接 ( 如图 9)。复合承重墙 体与地基的连接 ： 复合承重墙体的下框板 43 用地脚螺栓 8 与地基 9 固定连接 ( 如图 10)。
上述各实施例可在不脱离本发明的范围下加以若干变化， 故以上的说明所包含及 附图中所示的结构应视为例示性， 而非用以限制本发明申请专利的保护范围。