一種預製竹建築中圓竹竿結構件的製造及連接方法

2023-12-01 04:36:31

專利名稱：一種預製竹建築中圓竹竿結構件的製造及連接方法
技術領域：
本發明涉及一種竹構件的製造及連接技術，尤其涉及一種預製竹建築中圓竹竿結 構件的製造及其相互間連接的方法。
背景技術：
我國有利用和加工竹子的悠久傳統，在南方少數民族中的竹結構民居(簡稱竹 樓)，就是以竹子為建築材料，歷史源遠流長，至今還在應用，隨處可見。但因竹子的天然特 性——中空，易破裂、彎曲，體態細小瘦長，尖削度大，過於原始的建築方式，造成居住極不 舒適、使用年限很短，發展受到極大的限制。若將其合理加工利用，提高建築安全和節能檔 次，將有助於現代竹建築的發展和應用。竹子是我國重要的、可持續利用的森林資源。由於其具有一次種植永續利用，3 6年即可成材、以及生長速度是木材的2 3倍等優勢，是最具碳匯功能的生物質材料。在我國目前各類建築體系中，竹結構建築是發展潛力較大的低碳木建築體系之 一。在人們對低碳經濟和二氧化碳減排技術日益重視的今天，大力發展竹結構建築，開展高 性能竹建築材料的研製開發，用具有儲碳功能的生物質材料建築替代(或部分替代)高耗 能、高二氧化碳排放，高環境汙染的鋼材混凝土、粘土磚等建築模式，將成為我國建築領域 低碳技術的發展方向。

發明內容
本發明的目的是提供一種預製竹建築中圓竹竿結構件的製造及連接方法，利用該 方法，可以實現建築結構部件的預製化與模塊化，提高現場施工速度，將更多的竹材用來建 造高品位且穩固、環保的竹建築產品。為實現上述目的，本發明採取以下設計方案—種預製竹建築中圓竹竿結構件的製造及連接方法，該預製竹建築中的圓竹竿結 構件用圓竹竿原材加工製成；各結構件間以金屬連接件連接。所述圓竹竿選取竹齡3年以上，竹竿長度7m以上，竹竿下端竹徑為8 11cm，竹竿 上端竹徑為5 8cm，無開裂、腐朽和蟲蛀的大型竹種的竹竿。所述的圓竹竿結構件包括有竹建築中的圓竹梁、圓竹檁條、圓竹椽、圓竹立柱、圓 竹桁架承重構件。所述的金屬連接件包括用於連接相接結構部件的金屬箍及用於鎖緊用的螺栓組 成的正8字型、異8字型、U型金屬箍，也包括垂直平面間採用的L型金屬連接件。所述圓竹 梁、圓竹檁、圓竹椽和圓竹立柱承重構件中的竹竿杆件以將兩根或兩根以上圓竹竹竿用「正 8字型金屬箍_螺栓」鎖緊連接件緊綁合加固來實現。所述的圓竹桁架製造方法是其各部 位的組合杆件由兩根或兩根以上圓竹竹竿用「正8字型金屬箍_螺栓」鎖緊連接件緊綁合 加固而成，桁架中組合杆件的排列按受力方向為立向組合排列，桁架中各組合杆件的相交 結點處採用硬質夾板與螺栓共同作用穿透夾緊圓竹竹竿的方式；在螺栓加壓的圓竹竹竿下方加有金屬防裂箍。全部承重構件及圓竹桁架預製完成。所述桁架中的上弦杆與檁條間的加固連接採用「異8字型金屬箍」鎖緊連接件綁 固方式。所述的圓竹檁條與竹建築中的屋面板材採用「U型金屬箍_螺栓」連接件加固連接。所述的圓竹立柱與竹建築中的複合牆體板採用「U型金屬箍_螺栓」連接件加固連 接製成複合承重牆體，其中複合牆體板具有內、外牆板，內牆板為防火石膏板，內外牆板間 加礦棉或膨脹珍珠巖；該複合承重牆體承重框架預製完成；所述的圓竹桁架與竹建築中復 合牆體板用L型金屬連接件固定連接。上述的複合承重牆體兩側安裝竹質方形柱，採用凹凸結構將相鄰牆體排列，採用 螺栓連接件加固實現。所述的硬質夾板選用竹質膠合板或金屬板；所述的金屬防裂箍為寬度1.0 2. 5cm，直徑和緊固度可調節的金屬制箍。本發明是以大型竹種的竹竿為主要建築材料，通過採用竹竿組合、金屬連接件加 固連接等新型竹建築結構材料製造技術和方法，將圓竹竿製成梁、檁、柱和桁架等建築承重 構件，將圓竹和竹質板材為主要原料製造複合承重牆體，實現房屋主要部件的模塊化、組裝 化和系列化，並實現一種新型圓竹結構竹質預製建築的建造方法。本發明的優點是1)我國有豐富的竹材資源，用圓竹竿為原料製造竹建築中的圓竹竿結構件，原料 來源充足，價格便宜。2)提高了傳統竹建築的檔次，部件設計更加合理，可快速搭建高品質的竹建築，適 應新農村建設需求，尤其在地震頻發地區適用。3)竹材是環保可再生資源，可以替代(或部分替代)高耗能、高二氧化碳排放，高 環境汙染的鋼材混凝土、粘土磚等建築材料，大幅減少碳排放，保護環境。4)建築結構部件可以模塊化、組裝化和系列標準化，提高了建築搭建速度，減少了 現場勞動強度，又能保證建築的品質。5)該發明為我國新型低碳建築技術體系的建立，以及我國現代建築領域中低碳制 造技術的形成和完善提供技術基礎。


圖1為本發明方法中兩根圓竹竿捆綁連接示意圖。圖2為本發明方法中四根圓竹竿捆綁連接示意圖。圖3為本發明方法中呈十字交叉連接的兩圓竹竿捆綁連接示意圖。圖4為本發明方法中圓竹組合杆件與圍護結構板材的連接示意圖。圖5為本發明方法中帶有防裂箍的圓竹竿杆件結構示意圖。圖6為本發明方法中圓竹桁架的構建示意圖。圖7為本發明方法中複合承重牆體的的構建示意圖。圖8為本發明方法中圓竹桁架與圓竹檁條及屋面板的連接示意圖。圖9a為本發明方法中圓竹桁架與複合承重牆體的連接示意圖(主視)。
圖9b為本發明方法中圓竹桁架與複合承重牆體的連接示意圖(側視)。圖10為本發明方法中複合牆體板與地面基礎的連接示意圖。下面結合附圖及具體實施例對本發明做進一步詳細說明
具體實施例方式本發明預製竹建築中圓竹竿結構件的製造及連接方法的具體實施步驟如下1)本發明預製竹建築中圓竹竿結構件用的圓竹竹竿的選擇與處理竹竿應選用 胸徑6cm以上、尖稍度小的大型竹種，竹材高度7m以上，竹齡在3年以上(4 6年為佳)， 竹竿下端竹徑為8 11cm，竹竿上端竹徑為5 8cm，無開裂、腐朽和蟲蛀。國內可滿足以 上要求的常用竹種為毛竹、麻竹、黃竹、青皮竹或龍竹等。採集下來的竹竿需要進行以下處 理從竹竿根部約Im的部位開始向上截取6m長的1段竹竿，要求竹竿下端的竹徑8 Ilcm 之間，竹竿上端的竹徑應在6 8cm之間。若竹竿彎曲，還應進行竹竿烤直處理。將截取和 烤直處理後的竹竿整齊碼放在氣幹棚內，進行氣幹處理。為了防止在乾燥天氣下氣幹過快 而導致開裂，還需在一定時間內用塑料布覆蓋，控制竹材內水分的蒸發速度。為了防止竹材 發黴，可以在塑料布覆蓋處理前適當噴灑一定量的水基防黴劑。竹材必須達到平衡含水率 (一般在8 16% )後才能使用。在已經選定竹種、竹齡、竹材採集地和達到竹材平衡含水 率的條件下，需要對竹竿進行力學性能的測定，取得竹竿的抗壓、抗彎、抗拉和抗剪等力學 性能數據和竹竿受力結點的破壞性能數據，為圓竹竿建築的結構設計提供基本數據。2)圓竹竿結構件用的連接件的設計為了滿足竹結構建築設計的承重要求，有時 需要將兩根或多根竹竿捆綁在一起。另外圓竹結構件之間的固定連接，圓竹杆件與圍護結 構板材(指屋面材和牆體板等)之間的固定連接也是需要解決的問題之一。本發明所舉實 施例中，通過採用「金屬箍-螺栓」連接件來實現這些要求。本發明實施例中的金屬連接件 主要有以下幾種方式①杆件加寬、加長用「正8字型金屬箍-螺栓」序列，可以是單8、雙8 或疊8 (相當於兩個8字中的一個環重疊在一起)等等，或以多個8字型平行排列通過將 兩竹或四根竹竿捆綁在一起，達到杆件加長加寬的目的。如圖1所示實施例中，兩竹竿1捆 綁的連接件採用0. 5 3mm厚的不鏽鋼片製成的「正8字型金屬箍-螺栓」 2，將兩根竹竿 箍住，中間用螺栓緊固而成。四根竹竿捆綁連接採用Imm厚度的不鏽鋼片製成的「雙正8字 型金屬箍-螺栓」2將四根圓竹竹竿1箍住，通過在箍中穿過緊固螺栓完成緊固連接(見圖 2)。杆件的加長可以採用相同方式在不同的部位加捆綁緊固箍來實現。②對一些圓竹構件 之間的連接件採用「異8字型金屬箍-螺栓」，是由兩組互相垂直的金屬箍連接構成(各組 中的環又可以其中一組是單環或雙環正8字型金屬箍)在圓竹建築構件之間的連接中，如 圓竹桁架與檁條之間的連接結點一般呈十字相交，可採用將兩個單環金屬箍相套(垂向相 接的雙箍)，形成異8字型金屬箍21來完成此類連接。其中每個單環金屬箍採用螺栓緊固 方式，見圖3。③杆件與圍護結構板材的連接件圓竹結構杆件1與牆體板材、屋面板材等 圍護板材4之間的連接可採用U型金屬箍連接件22，連接件與圍護板材的緊固採用螺栓緊 固(見圖4)。④結點防裂緊固環(金屬防裂箍)在圓竹桁架杆件的相交結點，採用竹夾板 與螺栓穿透緊固連接。為了防止在結點受力時穿透竹竿的螺栓位移導致竹竿的順紋和側向 劈裂，需在圓竹中螺栓穿透點的上下方加由單環可調金屬箍構成的防裂箍3 (見圖5)。3)竹建築房屋的承重構件(圓竹梁、圓竹檁、圓竹椽、圓竹立柱等)的製造竹建築承重構件全部由大型竹竹竿製造，構件中各圓竹杆件尺寸的增加以將兩個或多個圓竹竹 竿用「金屬箍_螺栓」連接件綁合加固來實現。圓竹承重構件可以全部在工廠預製而成。4)竹建築房屋的桁架製造技術，參見圖6，構成桁架各部位的杆件(包括兩斜向的 圓竹上弦杆5及橫向下弦杆6)由兩根或兩根以上圓竹以「正8字型金屬箍-螺栓」 2緊固 連接件綁合加固而成，桁架中組合杆件的排列按受力方向為立向組合排列。桁架中各組合 杆件的相交結點採用硬質夾板7與螺栓穿透竹竿的緊固連接方式，緊固夾板可為竹質膠合 板或金屬板。為防止桁架結點在受力時螺栓將竹竿劈裂，在圓竹竿螺栓受力的下方需加有 金屬防裂箍。桁架可以在工廠預製而成。5)竹建築屋梁的桁架結構件與做為檁條的圓竹竹竿的連接，其加固連接採用上述 的異8字型金屬箍21綁固方式。6)如圖8所示，竹建築的圓竹檁條1與屋面板4的連接採用「U型金屬箍_螺栓」 連接件22加固連接，屋面板可選用竹質膠合板、單板覆面碎料板、木質膠合板、定向刨花板 等結構用人造板材。7)承重圓竹立柱及其與牆體板材的連接，複合承重牆體的製造參見圖7，以圓竹 立柱1為房屋的承重立柱，同時作為牆體龍骨，與以竹質人造板4為承重牆板連接，構成復 合承重牆體。複合承重牆體的周邊四框(上框41、側框42和下框43)可由竹質人造板材 構成。該複合承重牆體中圓竹龍骨(圓竹立柱)與牆體板的固定採用「U型金屬箍-螺栓」 連接件加固連接。圓竹複合牆體的內牆板為防火石膏板44。內外牆板間加礦棉或膨脹珍珠 巖或經過阻燃處理的竹纖維發泡板45做為保溫材料。圓竹複合牆體的兩側裝有由竹質膠 合板材構成方形柱，用於牆體之間的橫向連接。圓竹複合牆體上下兩端，裝有厚竹質人造板 43，用於與地基或桁架的相互固定連接，參見圖10，通過地腳螺栓8與地基9牢固連接。圓 竹複合牆體可以在工廠預製完成。8)參見圖9a、圖％，圓竹桁架與圓竹複合承重牆體的連接，採用L型金屬連接件 23，分別用螺栓固定在桁架結點的硬質夾板7和牆體上框固定連接。上述各種用於實現圓竹的連接件僅僅是示出了本發明較佳的實施方式，對於其他 材料及其他結構形式的連接件，在能滿足本發明方法的要求條件下，亦可使用。下面以三個 具體實施例來詳細說明實施例1 圓竹桁架的製造以一個由兩個上弦杆和一個下弦杆構成的三角形竹建築房屋桁架為例，構成桁架 的三個杆件由雙根圓竹綁固構成。綁固件為「正8字型金屬箍-螺栓」緊固連接件。桁架 杆件中圓竹的排列按受力方向為立向組合排列。桁架中各杆件的相交結點採用竹質夾板與 螺栓穿透竹竿的緊固連接，緊固夾板為竹質膠合板。為防止桁架穿孔結點在受力時螺栓將 竹竿劈裂，在圓竹竿螺栓受力的下方需加有金屬防裂箍(如圖6所示)。桁架在工廠預製而 成。實施例2 複合承重牆體的製造預製複合承重牆體的製造是以圓竹為竹建築的承重立柱，同時也作為承重組合牆 體的龍骨。複合承重牆體的外牆板為竹質膠合板。該複合牆體中圓竹龍骨(立柱)與外牆 板的固定採用「U型金屬箍-螺栓」連接件固定連接。複合牆體的內牆板為防火石膏板。內 外牆板間加礦棉或發泡珍珠巖為保溫材料。複合牆體的兩側裝有由竹質膠合板材構成的方形柱，用於牆體之間的橫向連接。複合牆體上下兩端，裝有厚竹質膠合板，用於與地基或屋 面桁架的相互固定連接(如圖7)。複合牆體在工廠預製完成。實施例3 圓竹預製建築屋架與其他承重部件的連接與固定桁架與檁條的連接用異8字型金屬箍分別箍住桁架的上弦杆中的一根圓竹和圓 竹檁條，用螺栓將金屬箍擰緊。檁條與屋面望板的連接用U型箍箍住圓竹檁條，用螺栓將 望板與金屬箍擰緊。圓竹立柱(龍骨)與牆體板材的連接用U型箍箍住圓竹立柱，用螺栓 將金屬箍與牆體板擰緊(如圖8)。圓竹桁架與圓竹複合承重牆體的連接採用L型金屬箍 片，分別用螺栓固定在桁架結點的夾板和複合牆體的上框固定連接(如圖9)。複合承重牆 體與地基的連接複合承重牆體的下框板43用地腳螺栓8與地基9固定連接(如圖10)。上述各實施例可在不脫離本發明的範圍下加以若干變化，故以上的說明所包含及 附圖中所示的結構應視為例示性，而非用以限制本發明申請專利的保護範圍。
權利要求
一種預製竹建築中圓竹竿結構件的製造及連接方法，其特徵在於該預製竹建築中的圓竹竿結構件用圓竹竿原材加工製成；各結構件間用金屬連接件連接。
2.根據權利要求1所述的預製竹建築中圓竹竿結構件的製造及連接方法，其特徵在 於所述圓竹竿選取竹齡3年以上，竹竿長度7m以上，竹竿下端竹徑為8 11cm，竹竿上端 竹徑為5 8cm，無開裂、腐朽和蟲蛀的大型竹種的竹竿。
3.根據權利要求1所述的預製竹建築中圓竹竿結構件的製造及連接方法，其特徵在 於所述的圓竹竿結構件包括有竹建築中的圓竹梁、圓竹檁條、圓竹椽、圓竹立柱、圓竹桁架 承重構件。
4.根據權利要求1所述的預製竹建築中圓竹竿結構件的製造及連接方法，其特徵在 於所述的金屬連接件包括用於連接相接結構部件的金屬箍及用於鎖緊用的螺栓組成的 「正8字型」、「異8字型」、「U型」金屬箍，也包括垂直平面間採用的L型金屬連接件。
5.根據權利要求3所述的預製竹建築中圓竹竿結構件的製造及連接方法，其特徵在於所述圓竹梁、圓竹檁、圓竹椽和圓竹立柱承重構件中的竹竿杆件以將兩根或兩根以上 圓竹竹竿用「正8字型金屬箍-螺栓」鎖緊連接件緊綁合加固來實現；所述的圓竹桁架製造方法是其各部位的組合杆件由兩根或兩根以上圓竹竹竿用「正 8字型金屬箍_螺栓」鎖緊連接件緊綁合加固而成，桁架中組合杆件的排列按受力方向為立 向組合排列，桁架中各組合杆件的相交結點處採用硬質夾板與螺栓共同作用穿透夾緊圓竹 竹竿的方式；在螺栓加壓的圓竹竹竿下方加有金屬防裂箍； 全部承重構件及圓竹桁架預製完成。
6.根據權利要求5所述的預製竹建築中圓竹竿結構件的製造及連接方法，其特徵在 於所述桁架中的上弦杆與檁條間的加固連接採用「異8字型金屬箍」鎖緊連接件綁固方 式。
7.根據權利要求3所述的預製竹建築中圓竹竿結構件的製造及連接方法，其特徵在於所述的圓竹檁條與竹建築中的屋面板材採用「U型金屬箍-螺栓」連接件加固連接； 所述的圓竹立柱與竹建築中的複合牆體板採用「U型金屬箍-螺栓」連接件加固連接制 成複合承重牆體，其中複合牆體板具有內、外牆板，內牆板為防火石膏板，內外牆板間加礦 棉或膨脹珍珠巖；該複合承重牆體承重框架預製完成；所述的圓竹桁架與竹建築中複合牆 體板用L型金屬連接件固定連接。
8.根據權利要求7所述的預製竹建築中圓竹竿結構件的製造及連接方法，其特徵在 於所述的複合承重牆體兩側安裝竹質方形柱，採用凹凸結構將相鄰牆體排列，採用螺栓連 接件加固實現。
9.根據權利要求5所述的預製竹建築中圓竹竿結構件的製造及連接方法，其特徵在 於所述的硬質夾板選用竹質膠合板或金屬板；所述的金屬防裂箍為寬度1. 0 2. 5cm，直 徑和緊固度可調節的金屬制箍。
全文摘要
本發明公開了一種預製竹建築中圓竹竿結構件的製造及連接方法。其中，房屋的承重構件如梁、檁、椽、柱，以及桁架等全部由大型竹種的竹竿製造。構件中各圓竹杆件尺寸的增加以將兩個或多個竹竿用「金屬箍-螺栓」連接件綁合加固來實現。各圓竹承重構件間的連接，以及圓竹構件與圍護結構覆面板(牆體、屋頂望板等)之間的連接以不同形式的金屬連接件連接來實現。主要結構部件可在工廠預製完成。利用該方法，可以實現結構部件的預製化與模塊化，提高現場施工速度，將更多的竹材用來建造高品位且環保的竹建築產品。
文檔編號E04B2/56GK101914975SQ201010247308
公開日2010年12月15日 申請日期2010年8月6日 優先權日2010年8月6日
發明者王戈, 王正, 程海濤, 高黎 申請人:中國林業科學研究院木材工業研究所;國際竹藤網絡中心