竹结构的形式与技术研究——记一次竹构筑物课程设计

万　方数据竹结构的形式与技术研究——记一次竹构筑物课程设计ＡＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＦｏｒｍａｎｄＴｅｃｈｎｉｑｕｅｏｆＢａｍｂｏｏＳｔｒｕｃｔｕｒｅ——ＲｅｃｏｒｄｉｎｇａＣｏｕｒｓｅＤｅｓｉｇｎｏｆＢａｍｂｏｏＬａｎｄｓｃａｐｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅ陈晓扬赵军ＣｈｅｎＸｉａｏｙａｎｇＺｈａｏＪｕｎ摘要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。关键词竹竹结构形式技术竹连接课程设计ＡＢＳＴＲＡＣＴＴｈｉｓｉｓａｃｏｕｒｓｅｄｅｓｉｇｎａｉｍｉｎｇｔｏｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｆＯｒｍａｎｄｔｅｃｈｎｉｑｕｅｏｆｂａｍｂｏｏａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅＴｈｒｏｕｇｈｓｔｕｄｙｉｎｇｏｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｃｏｕｒｓｅ，ｔｈｅａｒｔｉｃｌｅｐｒｏｂｅｓｉｎｔｏｔｈｅｍｏｄｅｒｎｄｅｓｉｇｎｃｏｎｃｅｐｔｉｏｎａｎｄｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｏｆｂａｍｂｏｏｗｈｉｃｈｉｓｒｅｇａｒｄｅｄａｓｇｒｅｅｎｂｕｉｌｄｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌＦｉｒｓｔ，ｔｈｅｂａｃｋｇｒｏｕｎｄａｎｄｃｏｎｔｅｎｔｏｆｔｈｅｃｏｕｒｓｅａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄＴｈｅｎｔｈｅｄｅｓｉｇｎｗｏｒｋｓｏｆｓｔｕｄｅｎｔｓａｒｅａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｃｌａｓｓｉｆｉｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｉｔｓｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｆＯｒｍ．ｗｈｉｃｈｃａｎｂｅｇｒｏｕｐｅｄｉｎｔｏｓｔｙｌｅｓｏｆｇｒｉｄｆｒａｍｅ．ｃｕｒｖｅｄｆｒａｍｅａｎｄｗｅａｖｅｄｆｒａｍｅＴｈｅｔｅｃｈｎｉｃａｌｉｓｓｕｅｏｆｂａｍｂｏｏ’Ｓｊｏｉｎｔｉｓｆｕｒｔｈｅｒｅｘｐｌｏｒｅｄｗｈｉｃｈｃａｎｂｅｇｒｏｕｐｅｄｉｎｔｏｍｏｄｅｓｏｆｃｏｌｌｉｇａｔｉｏｎ，ｔｅｎｏｎ，ｂｏｌｔ，ｃａｎｎｕｌａａｎｄｎｏｔｃｈＩｎｔｈｅｅｎｄ，ａｃｏｍｐｌｅｔｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆａｗｏｒｋｉｓｒｅｃｏｒｄｅｄｉｎｄｅｔａｉｌｓｆｒｏｍｄｅｓｉｇｎｔｏｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＫＥＹＷＯＲＤＳｂａｍｂｏｏ，ｂａｍｂｏｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｆｏｒｍ，ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，ｂａｍｂｏｏ’Ｓｊｏｉｎｔ，ｃｏｕｒｓｅｄｅｓｉｇｎ中图分类号ＴＵ３９８文献标识码Ｂ文章编号１０００—３９５９（２００９）０６一０１１１—０５竹，是一种相当有潜力的绿色建材。首先，Ｈｅｉｎｓｄｏｒｆｆ）担任课程设计指导。课程内容不仅有竹比木材成材时间快得多。竹的成熟期一般为几常规设计课程的调研一构思一设计一表达流程，还年．而木材成熟期为６０～８０年，竹被砍伐后的成有实际动手环节。学生不仅要制作整体模型和１’１熟期只要１年，而木材被砍伐后还需要６０～８０年的节点模型，还要动手搭建作品。此次教学具有一才能成材”］。其次，竹的力学性能优越，它截面定研究性，并充满了探索的趣味性。为管状，质轻高强。已经有越来越多人认识到，下面对此课程设计在如下几个方面进行归纳竹作为一种绿色建材，在当代依然有很大的潜力总结。可挖，越来越多的竹建筑问世并引起关注。在本课程设计中，将竹作为主要材料来设计一景观构一结构与形式筑物，让学生熟悉竹这种传统材料，并通过创造学生们首先通过文献调研和参观的方式来性的设计来发现竹的当代表现力。此景观构筑物了解竹的基本常识。在对竹材料特性和文化背景可以有具体的功能，如展览、休息等，也可以是的调研中，有了对竹结构与形式的初步认识，了纯粹的景观亭。本课程为联合教学，德国的竹解了传统工艺与现代创新手法。以此为基础，对艺术设计专家马尔库斯·海因斯道夫（ＭａｒｋｕＳ构筑物进行概念性设计，在此阶段关注的重心应作者单位：东南大学建筑学院（南京，２１００９６建筑教育标准化立方体２三角锥网架３直线双曲面４圆筒形通道空间５竹加索膜结构当是结构与形式。刚开始时可能主要关注形式概弹性力以及竹蔑编织的塑性张力。１直网架型这种类型主要是利用整竹的轴向力。竹的圆筒形截面可以承受较强的垂直应力，这一点与木和钢的材料特性类似。不同的是，竹的质量更轻，而抗弯矩能力有所不及，当整竹受垂直荷载的时候，容易劈裂。直网架类型中有很多可能性。图１显示的是一个用竹实现的标准化立方体，框架和围护墙是两套体系，可以实现装配化施工。图２显示的是一个典型的三角锥组合网架景观万　方数据１２ＮＥＷＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ６／２００９亭，界面是采用竹编方式。图３的景观亭是用直线条形成双曲面的例子，主体框架是三角形网架，界面用细竹的双曲面排列来实现韵律感（在模型制作中用细木条或竹蔑来表现整竹，以下同）。图４是用直线来构成圆形通道空间的例子，主体结构是六边形，圆形的细竹作为附加结构与主体结构区分开来。图５的例子将竹和索膜结构结合在一起，用直线来构成圆形展览和休息空间，界面采用了半透明膜。图３、４、５的例子都是用直线条表现曲线，其中，图３的例子是利用细材排列来表现双曲面，图４、５是用折线渐变来构造曲线型空间。它们的受力杆件都是直竹，故称之为直网架型。２曲线型整竹的另一个重要材料特性就是弹性，将之弯曲可以产生弹性应力，这让它有一种不同于木材的表现力。图８的例子将弯竹交错组合，形成一种类似哥特尖券的通道空间。图７的例子中将每三根一组竹两端固定，中间用圆盘在不同高度上撑开，组合形成了孩童攀爬的游乐设施。图８的例子中，用两根整竹弯曲构成圆圈，再将圆圈进行空间组合形成休息亭，界面是膜和细竹排列。图９的例子中，弯曲成半圆的整竹两端固定在地面圆环上，倾斜角度可调节，形成了一个空间可变的休息亭结构。它们由于主要受力构件都是弯曲的竹杆，故称之为曲线型。３编织型竹篾编织多为手工艺产品的生产方式，而它同样也可作为一种特殊的竹建筑结构方式。图１０的例子中，用竹篾编织的界面通过弯曲固定，利用自身的张力来形成构筑物的整体结构。在编织结构内部有加强筋。图１１的例子也是利用编织结构的自身张力，将一种编织单元进行组合，形成连串的趣味空间。利用编织体或单元作为受力构件，其结构的基本原理就是以线性材料形成面，再将面变形组合形成空间，这样的界面具有连续性，适合表现塑性的空间，称为编织型。二竹的连接在概念设计结束时，整体结构形式已生成，进入深入设计阶段，开始详细考虑结构细节。竹的连接就是具体的构造环节。学生们日常认知的竹连接方式多为传统型，如绑扎和榫卯。此时需要让学生打开思路。首先进行广泛的资料收集，通过案例分析让他们了解当代竹连接方式，归纳竹连接类型，发现竹连接的规律，然后结合自己的方案选取适当的连接类型、进行创新设计。在１念。结构概念比较模糊甚至可能不合理，而后才逐渐完善起来，实现形式与结构概念的相互解释。结构与形式是不可分的，在概念设计阶段，技术要素起到的作用是启发形式和模糊地解释形式，并不强调它的严谨性。教学中需要思考的是：竹作为建筑材料时，它的哪些特性能启发设计，以何种方式启发设计。学生们提交的方案中，构筑物结构形式大概可以分为直网架型、曲线型和编织型，它们分别利用了整竹的轴向力、１６尖券通道空间７儿童攀爬设施８圆圈休息亭９空间可变的环形休息亭１０编织结构１１１编织结构２在他们的作品中，竹连接大致有绑扎、榫卯、螺栓、套筒、槽１３等方式。１绑扎型绑扎方式一般为双股铁丝绞紧，所使用工具为老虎钳和一根绞棒（图１２）。绑扎可选方式还有多种，比如传统的藤条绑扎、绳索绑扎以及现代的成品尼龙锁扣等。绑扎的技术要点就是“绞”。２榫卯型竹榫卯一般是在较粗竹子上凿口，将细竹榫入，一般还要用螺栓或者穿铁丝加固（图１３）。传统的竹榫卯中，一般是以竹钉固定。３螺栓型螺栓固定是最基本的方式，几乎在所有连接方式中都有螺栓固定作为辅助手段。图１４显示的是竹并列连接时的螺栓固定方式（为图８例的节点设计）。图１５显示的是竹垂直连接时的螺栓固定方式，这里的螺栓交叉连接处有一预制件（为图４例的节点设计）。螺栓连接一般要先用钻枪打孔，如果荷载较大时，还需要在螺栓部位的竹腔内灌注水泥，以加强节点、防止竹崩裂。４套筒型套筒是用筒形预制件来嵌套竹子的做法。图１６例子中采用的是内嵌套的做法，将预制钢筒嵌入竹腔内，然后以螺栓固定（为图２例的节点设计）。图１７的例子采用的是外嵌套方式，没有采用螺栓而是用拉索将竹与套筒拉紧（为图５例的节点设计）。套筒连接方式可以解决各种角度连接的问题，然而要求竹的直径尺寸统一，这在实际选材中有较大难度。图１８的例子中尝试对此进行改良，设计中采用开槽的薄钢套筒（ＰＶＣ模拟钢套筒）来实现筒口的调节余地，再以成品管道箍加固（为图１例的节点设计）。这种方式对竹的直径要求略有放宽。套筒方式也可以用于竹的垂直连接，如图１９的例子中，用成品ＰＶＣ管道箍嵌套竹子，然后用长螺栓固定每两根竹子和两个箍（为图６例的节点设计）。因为箍可以绕螺栓转动，所以这种方式也可以解决多角度连接问题。５槽口型槽１３型一般是在竹端头开槽，插入预制钢片万方数据　建筑教育万　方数据１１４ＮＥＷＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ６／２００９节点，然后用螺栓、铁丝或钢箍加固。图２０显示的是一个多根竹子相交接地的节点，底座是预制的焊接钢板（木板模拟钢板），为防止竹槽１３崩裂，有必要用铁丝箍紧（为图３例的节点设计）。图２１的例子中，也是用钢板焊接预制件解决连接问题，柱子采用的是槽口加钢箍的方式。三从设计到搭建设计完成之后，搭建是检验和延续设计的关键步骤。这一环节对教学的促进效果非常明显。首先是通过搭建的实践环节，能发现设计中的不合理因素，比如受力不合理、对材料估计不准确等等。其次，可以进一步深化设计，因为搭建会检验到每一个设计细节，很多原来设计中未考虑的因素在搭建过程中都要一一解决。再次，可以让学生接触到施工，因为搭建时问较短，需要学１２铁丝绑扎１３榫卯１４平行构件螺栓固定１５垂直构件螺栓固定１６套筒内嵌套方式１７套筒外嵌套方式１８开槽套筒方式１９套环连接方式２０槽口加钢板连接方式２１柱的槽口加钢板连接方式２２设计模型２３基座节点２４开槽２５开孔２６定位放基座２７搭主体结构支架２８固定竹篾圆拱２９在圆拱上固定细竹３０基座节点３１竹篾与毛竹以及基座的连接３２中心基座的拉索３３最终整体效果３４内部效果１３５内部效果２万　方数据生们预先计算备料，并进行详细的施工工序设计，而且在施工过程中要动手操作。有了搭建环节，教学才真正实现了全过程设计。下面是一个搭建例子。它从图纸到现实就经历了反复调整。１设计设计者将三角形支架与半圆拱结合，在每两个圆拱上形成双曲面，以细竹来表现双曲面，形成了极具韵律感的竹结构形式（图２２）。在搭建过程中，限于场地与经费，选取其中一个标准单元来实现。２备料和初加工根据方案计算竹子用量并备料。竹构件类型包括毛竹、细竹和竹篾，其中竹篾利用毛竹劈得，每根毛竹可劈得６根竹篾。毛竹以及细竹去两头，根据设计截取合适长度。基座钢制节点和拉接杆件根据设计在五金加工点订做，基座预先穿好螺栓孔（图２３）。另外。还要备齐的辅助材料有螺栓、铁丝、成品绳拉索以及加工工具。结构毛竹底部预先开槽（图２４ｊ，榫接部位预先开子Ｌ（图２５）。３搭建搭建采取工人和学生组合的方式。首先在基地上将基座定位好，以拉接杆件连接各基座（图２６）：然后开始固定三角形结构支架（图２７）；再在支架上固定竹篾圆拱（图２８）；最后在圆拱上绑扎细竹（图２９）。毛竹与基座是槽口型连接并用铁丝绑扎以防止开裂（图３０）；毛竹之间的连接为榫卯型连接（图１３）和螺栓连接；竹篾圆拱和毛竹以及基座的连接为螺栓连接（图３１）；细竹和圆拱竹篾的连接为铁丝绑扎（图１２）；为加强结构整体稳定性，在中心基座和两端顶点之间以拉索固定（图３２）。最终完成效果如图所示（图３３～３５）。口参考文献［１］伊丽莎白Ｌ，亚当斯Ｃ新乡土建筑——当代天然建造方法吴春苑译北京：机械工业出版社，２００５收稿日期２００９—０７—１３６／２００９ＮＥＷＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ１１５竹结构的形式与技术研究——记一次竹构筑物课程设计

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：

陈晓扬， 赵军

东南大学建筑学院,南京,210096新建筑

NEW ARCHITECTURE2009(6)

参考文献(1条)

1.伊丽莎白 L;亚当斯 C;吴春苑 新乡土建筑--当代天然建造方法 2005

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