Бамбуковая конструкция - Bamboo construction

дом от Bambou Habitat
Дом полностью из бамбука

Бамбук может использоваться как строительный материал за строительные леса, мосты, дома и постройки. Бамбук, как дерево, это естественный композитный материал с высоким отношением прочности к весу, пригодным для конструкций.[1] Отношение прочности к весу у бамбука такое же, как у древесины, а его прочность в целом аналогична прочной древесине хвойных или твердых пород.[2][3]

Бамбук - одно из самых быстрорастущих растений в мире.[4] благодаря уникальному корневище -зависимая система. Некоторые виды бамбука могут вырасти на 89 см за 24 часа со скоростью 0,00003 км / ч (рост примерно на 1 миллиметр (или 0,02 дюйма) каждые 2 минуты).[5]

Историческое использование бамбука для строительства

В естественном виде бамбук как строительный материал традиционно ассоциируется с культурами Южной Азии, Восточной Азии, южной части Тихого океана, Центральной и Южной Америки. В Китае и Индии бамбук использовался для удержания простые подвесные мосты либо путем изготовления кабелей из расколотого бамбука, либо путем скручивания целых стеблей достаточно гибкого бамбука вместе. Об одном таком мосте в районе Цянь-Сянь упоминается в письменных источниках, датируемых 960 годом нашей эры, и, возможно, он существовал еще в третьем веке до нашей эры, в основном благодаря постоянному обслуживанию.

Бамбук также издавна использовался в качестве строительных лесов; эта практика была запрещена в Китае для зданий более шести этажей, но до сих пор постоянно используется для небоскребов в Гонконге.[6] На Филиппинах хижина нипа является довольно типичным примером самого основного вида Корпус где используется бамбук; стены разделены и сотканы из бамбука, в качестве опоры могут использоваться бамбуковые рейки и шесты. В Японская архитектура, бамбук используется в основном в качестве дополнительного и / или декоративного элемента в зданиях, таких как ограды, фонтаны, решетки и водостоки, в основном из-за наличия в наличии качественной древесины.[7]

Бамбуковые леса может достичь больших высот.

В некоторых частях Индии бамбук используется для сушки одежды в помещении, как в качестве прута высоко под потолком, чтобы вешать одежду, так и в качестве палки, которой владеют с приобретенными навыками, чтобы поднимать, раскладывать и снимать одежду, когда она высыхает. Из него также обычно делают лестницы, которые, помимо своей обычной функции, также используются для переноски тел на похоронах. В Махараштра, бамбуковые рощи и леса называются Велувана, имя велу для бамбука, скорее всего, из санскрита, а вана означает лес. Кроме того, из бамбука делают флагштоки для шафран -цветный, Индуистский религиозные флаги, которые можно увидеть развевающимися по всей Индии, особенно в Бихар и Уттар-Прадеш.

В Центральной и Южной Америке бамбук является важной частью строительной культуры.[8] Народные формы жилья, такие как Bahareque разработали, что используют бамбук в очень сейсмических районах. Было обнаружено, что в хорошем состоянии они на удивление хорошо справляются с землетрясениями.[9]

Современное использование бамбуковых круглых столбов для строительства

За последние несколько десятилетий наблюдается рост интереса к использованию круглых бамбуковых столбов для строительства, в первую очередь из-за их устойчивости. Известные бамбуковые архитекторы и строители включают Симон Велес, Марсело Вильегас, Оскар Идальго-Лопес, Йорг Штамм, Во Чонг Нгиа, Элора Харди и Джон Харди. На сегодняшний день самые громкие строительные проекты из бамбука, как правило, происходят во Вьетнаме, Бали (Индонезия), Китае и Колумбии. Наибольшие успехи в структурном использовании бамбука были достигнуты в Колумбии, где университеты проводили значительные исследования в области проектирования элементов и соединений, и были построены большие высокопрофильные здания и мосты.[8] В Бразилии бамбук изучается более 40 лет в Папском католическом университете Рио-де-Жанейро PUC-Rio для структурных применений. Некоторые важные результаты: бамбуковые велосипеды, бамбуковая космическая конструкция с жесткими стальными соединениями, складывающиеся павильоны из бамбуковой конструкции. [10] и конструкция амфитеатра из бамбука с активным изгибом с гибкими шарнирами [11]

Коды структурного проектирования

Первые коды структурного проектирования для круглого бамбука были опубликованы ISO в 2004 году (ISO 22156 Bamboo - структурное проектирование, ISO 22157-1 Bamboo - Determination of Physical and Mechanical Properties Part 1 and ISO 22157-2 Bamboo - Determination of Physical и Механические свойства, часть 2: Лабораторное руководство. Колумбия была первой страной, опубликовавшей специфические для страны коды структурного использования бамбука (NSR-10 G12). С тех пор все опубликованные коды были опубликованы в Эквадоре, Перу, Индии и Бангладеш.[12] однако колумбийский кодекс по-прежнему считается наиболее надежным и всеобъемлющим.

Изогнутые структурные формы

Тепло и давление иногда традиционно используются для формирования изогнутых форм бамбука.[13]

Структурное поведение

Кривая напряжения и деформации бамбука

Типичный бамбук демонстрирует нелинейное поведение напряжения-деформации - он может сдерживать деформацию до 0,05, пока не сломается, при этом уровень напряжения может составлять около 300 МПа.[14]

Долговечность

Бамбук более подвержен гниению, чем древесина, из-за отсутствия естественных токсинов. [15] и его обычно тонкие стенки, что означает, что небольшое разрушение может означать значительное процентное изменение емкости. Существует три причины гниения: нападение жуков, нападение термитов и поражение грибами (гниль).[16][17] Необработанный бамбук может храниться 2–6 лет внутри помещения и менее года при контакте с водой.[16][15]

Чтобы уберечь бамбук от гниения, необходимы два принципа конструкции:[16]

  1. Бамбук необходимо поддерживать в сухом состоянии на протяжении всей жизни, чтобы защитить его от гниения (грибы ). Этот фундаментальный архитектурный принцип называется «долговечность по дизайну» и включает поддержание бамбука в сухом состоянии с помощью надлежащих методов проектирования, таких как поднятие конструкции над землей, использование влагонепроницаемых мембран, наличие хорошей защиты от капель, хорошие свесы крыши, использование водонепроницаемых покрытий для стены и т. д.
  2. Бамбук необходимо обработать, чтобы защитить его от насекомых (а именно жуков и термитов). Наиболее распространенным и подходящим химическим веществом для обработки бамбука является бор, обычно это смесь бура и борная кислота, но он также входит в состав одного соединения (декагидрат тетрабората натрия).

Оба принципа должны применяться к конструкции, чтобы защитить бамбук. Сам по себе бор недостаточен для защиты от гниения, и он вымывается под воздействием воды.[16]

Современные фиксированные консерванты могут использоваться в качестве альтернативы бору, например, азол меди Однако до настоящего времени этими методами было надежно протестировано небольшое количество бамбука. Кроме того, они, как правило, более опасны для лечебных работников и конечного пользователя и поэтому менее подходят для развивающихся стран, где в настоящее время в основном используется бамбук.[16]

Естественные формы обработки бамбука, такие как замачивание в воде и воздействие дыма, могут обеспечить некоторую ограниченную защиту от жуков, однако мало доказательств того, что они эффективны против термитов и гнили, и поэтому обычно не используются в современном строительстве.[18]

Современное использование ламинированного бамбука в строительстве

Бамбук можно разрезать и ламинировать на листы и доски. Этот процесс включает в себя разрезание стеблей на тонкие полоски, их строгание и сушку; затем их склеивают, прессуют и обрабатывают. Давно использовавшийся в Китае и Японии, предприниматели начали разрабатывать и продавать ламинат. бамбуковые полы на Западе в середине 1990-х; изделия из бамбукового ламината, включая полы, шкафы, мебель и даже украшения, в настоящее время набирают популярность, переходя от рынка бутиков к основным поставщикам, таким как Home Depot. Ожидается, что к 2012 году производство бамбуковых товаров (которое также включает мелкие товары, ткани и т. Д.) Будет стоить 25 миллиардов долларов.[19] Качество бамбукового ламината варьируется в зависимости от производителя и зависит от зрелости растения, с которого он был собран (оптимальным считается шесть лет).

Распространенные мифы и заблуждения об использовании бамбука для строительства

Существует ряд распространенных мифов и заблуждений относительно использования бамбука в строительстве.

Миф 1: "Бамбук прочнее стали."

Это очень распространенное утверждение, полученное из двух источников:[3]

  1. Поскольку бамбук имеет отношение прочности к весу, подобное мягкой стали, некоторые люди связывают это с реальной прочностью.
  2. Несколько лабораторных испытаний показали, что некоторые части некоторых видов некоторых стеблей имеют предел прочности на растяжение, приближающийся к низкоуглеродистой стали (250 Н / мм2).

В действительности, однако, даже если некоторые волокна некоторых видов демонстрируют относительно высокую прочность, в соответствии с международной практикой расчетная прочность, которую можно безопасно использовать, приближается к 5–10% от этого значения, чтобы учесть вариативность прочности.

Миф 2: "Бамбук нужно только обработать, чтобы защитить его от гниения."

Как описано выше, бамбук также необходимо держать в сухом состоянии, чтобы защитить его от гниения, и многие существующие бамбуковые конструкции демонстрируют признаки гниения, потому что они не соответствуют принципам долговечности по своей конструкции.[20]

Миф 3: "Бамбук хорошо переносит землетрясения, потому что он «качается» и «поглощает энергию»."

Бамбук - хрупкий материал, поэтому сам по себе не может поглощать энергию землетрясений. Также нет преимущества его низкой жесткости с точки зрения характеристик бамбуковых построек при землетрясениях. Вместо этого бамбуковые конструкции в первую очередь хороши при землетрясениях, потому что:

[21]

  1. Они, как правило, легкие.
  2. Стыки в бамбуковых зданиях могут поглощать некоторую энергию.

Миф 4: "Болтовые соединения нельзя использовать в бамбуковых конструкциях."

Простые болтовые соединения могут проявлять хрупкость из-за продольного раскола бамбуковых стеблей. Ограничение бамбуковых стеблей в зонах соединения увеличивает устойчивость к этому режиму разрушения и значительно улучшает прочность и пластичность.

Что еще более важно, болтовые соединения демонстрируют предсказуемую податливость. Это жизненно важно для выполнения рационального инженерного проектирования.[22][23][24] Болты также широко доступны, просты в использовании и универсальны.[25]

Миф 5: "Бамбук можно использовать как замену стали в арматуре."

Это заблуждение проистекает из первоначальной идеи, что бамбук прочнее стали и, следовательно, может просто заменить сталь в железобетоне.

На самом деле бамбук не может служить заменой стали в бетоне по следующим причинам:[26]

  • Бамбук ≈1/30-е емкости стали с высоким пределом текучести, которая сейчас наиболее часто используется в строительстве, поэтому потребуется 30-кратный дополнительный материал. В железобетоне для этого нет места.
  • Чтобы обеспечить надлежащее соединение бамбука и бетона, необходимо использовать дорогостоящие химические вещества для образования связи, что вредно для окружающей среды.
  • Бетон не может защитить бамбук от грибков и термитов.
  • Бамбук - хрупкий материал, поэтому сам по себе не может поглощать энергию при землетрясении, в отличие от стали.
  • Если учесть все вышеперечисленное, бетон, армированный бамбуком, оказывает более сильное воздействие на окружающую среду, чем бетон, армированный сталью.

Тематические исследования

Бамбук был использован для конструктивных элементов Павильон Индии в Экспо 2010 в Шанхае. Павильон представляет собой самый большой в мире бамбуковый купол диаметром около 34 м (112 футов) с бамбуковыми балками / элементами, перекрытыми железобетонной плитой, гидроизоляцией, медной пластиной, солнечными фотоэлектрическими панелями, небольшой ветряной мельницей и живыми растениями. Всего было использовано 30 км (19 миль) бамбука. Купол опирается на стальные сваи длиной 18 м и серию стальных кольцевых балок. Бамбук обработали бурой и борной кислотой в качестве антипирена и инсектицида и согнули до нужной формы. Бамбуковые секции были соединены арматурными стержнями и бетонным раствором для получения необходимой длины.[27]

Бамбук успешно использовался для строительства жилья в Коста-Рике, Эквадоре, Сальвадоре, Колумбии, Мексике, Непале и на Филиппинах.[2][20][28] Подходящим способом использования бамбука в качестве жилья считается «bahareque encemendato» или «улучшенный bahareque» / «спроектированный bahareque». />[29] Этот метод использует народную систему построения Латинской Америки. Bahareque (производная от мазанка и разрабатывает его, делая его значительно более прочным и устойчивым к землетрясениям и тайфунам.

Выращивание

Бамбуковый лес в Киото, Япония

Сбор урожая

Бамбук, используемый в строительных целях, необходимо собирать, когда стебли достигают максимальной прочности и когда уровень сахара в сок находятся на самом низком уровне, так как высокое содержание сахара увеличивает легкость и скорость вредитель заражение.

Сбор бамбука обычно проводится в соответствии со следующими циклами:

Жизненный цикл стебля
Как каждый человек стебель проходит 5–7-летний жизненный цикл, в идеале необходимо дать стеблям достичь этого уровня зрелости до сбора урожая на полную мощность. Расчистка или прореживание стеблей, особенно старых гниющих стеблей, помогает обеспечить достаточный свет и ресурсы для нового роста. Ухоженные кусты могут иметь продуктивность в 3–4 раза выше, чем у неубранных диких групп. В соответствии с описанным выше жизненным циклом бамбук собирают от двух-трех до пяти-семи лет, в зависимости от вида.
Годовой цикл
Поскольку весь рост нового бамбука происходит во время влажный сезон, нарушение комка на этом этапе потенциально может повредить будущий урожай. Также в этот период обильных дождей уровни сока достигают максимума, а затем уменьшаются к сухой сезон. Сбор непосредственно перед влажным сезоном / сезоном роста также может повредить новые побеги. Следовательно, сбор урожая лучше всего за несколько месяцев до начала сезона дождей.
Суточный цикл
В разгар дня фотосинтез находится на пике, производя самый высокий уровень сахара в соке, что делает это время наименее идеальным для сбора урожая. Многие традиционные практики считают, что лучшее время для сбора урожая - рассвет или закат на убывающей луне.

Дополнительные изображения

  • Бамбук издавна использовался в качестве сборочного материала в Гонконг из-за своей универсальности

  • Дом из бамбука и пальмовой соломы в Эквадор

  • Женщина-чакма плетет на балконе бамбукового дома, Читтагонгские горные районы

  • Бамбуковый дом в Индонезия

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Лаккад; П. (июнь 1981 г.). «Механические свойства бамбука, натурального композита». Волоконная наука и технология. 14 (4): 319–322. Дои:10.1016/0015-0568(81)90023-3.
  2. ^ а б Камински, С .; Лоуренс, А .; Трухильо, Д. (2016). «Структурное использование бамбука. Часть 1: Введение в бамбук». Структурный инженер. 94 (8): 40–43.
  3. ^ а б Камински, С .; Лоуренс, А .; Trujillo, D .; Feltham, I .; Фелипе Лопес, Л. (2016). «Структурное использование бамбука. Часть 3: Расчетные ценности». Структурный инженер. 94 (12): 42–45.
  4. ^ Фаррелли, Дэвид (1984). Книга Бамбука. Книги Сьерра Клаб. ISBN  0-87156-825-X.
  5. ^ Гиннесс. «Самое быстрорастущее растение». Получено 22 августа 2014. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  6. ^ Ландлер, Марк (27 марта 2002 г.). "Гонконгский журнал; за возведение небоскребов, бамбук делает хорошо". Нью-Йорк Таймс. Получено 12 августа 2009.
  7. ^ Нэнси Мур Бесс; Биби Вейн (1987). Бамбук в Японии. Kodansha International. п. 101. ISBN  4-7700-2510-6.
  8. ^ а б Трухильо, Д. (2007). «Бамбуковые постройки в Колумбии». Структурный инженер.
  9. ^ López, M .; Bommer, J .; Мендес, П. (2004). «Сейсмические характеристики жилых домов в стиле бахарек в Сальвадоре». Труды 13-й Всемирной конференции по сейсмологической инженерии, Ванкувер, Канада, документ 2646.
  10. ^ Seixas, M .; Ripper, JLM .; Гавами, К. (2016). «Сборные бамбуковые конструкции и павильоны из текстильного полотна». Журнал Международной ассоциации оболочек и пространственных конструкций. 57 (Том 57 (2016)): 179–188. Дои:10.20898 / j.iass.2016.189.782.
  11. ^ Seixas, M .; Bina, J .; Stoffel, P .; Ripper, JLM .; Moreira, LE .; Гавами, К. (2017). "Активный изгиб и растяжение пантографическая гибридная структура бамбукового амфитеатра". Журнал Международной ассоциации оболочек и пространственных конструкций. 58 (Том 58 (2017)): 239–252. Дои:10.20898 / j.iass.2017.193.872.
  12. ^ Gatóo, A .; Sharma, B .; Bock, M .; Mulligan, H .; Рэймидж, М. (2014). «Устойчивые конструкции: стандарты и строительные нормы для бамбука». Труды института инженеров-строителей: инженерная устойчивость. 167 (ES5): 189–19. Дои:10.1680 / ensu.14.00009. S2CID  55205294.
  13. ^ Кассандра адамс. «Бамбуковая архитектура и строительство с Оскаром Идальго». Коллоквиум по естественному строительству. Получено 11 августа 2009.
  14. ^ Ли, Хунбо; Шена, Шэнпин (2011). «Механические свойства бамбуковых и сосудистых пучков». J. Mater. Res. 26 (21).
  15. ^ а б Янссен, Дж. (2000). «Технический отчет ИНБАР № 20: Проектирование и строительство с использованием бамбука». ИНБАР: Пекин, Китай. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  16. ^ а б c d е Камински, С .; Лоуренс, А .; Trujillo, D .; Кинг, К. (2016). «Структурное использование бамбука. Часть 2: Долговечность и сохранение». Структурный инженер. 94 (10): 38–43.
  17. ^ Liese, W .; Кумар, С. (2003). «Технический отчет INBAR 22: Сборник по сохранению бамбука». ИНБАР: Пекин, Китай. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  18. ^ Arup; Сектор жилья / NFI (2018). «Лагеря и места для беженцев рохинджа, регион Кокс-Базар, Бангладеш: Техническая инструкция 03: Долговечность и обработка бамбука в Кокс-Базаре». Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  19. ^ Джонатан Барделлин (9 июля 2009 г.). «Рост будущего продуктов из бамбука». GreenBiz.com. Получено 11 августа 2009.
  20. ^ а б Камински, С. (2013). «Спроектированные бамбуковые дома для общин с низким доходом в Латинской Америке». Структурный инженер. 91 (10): 14–23.
  21. ^ Drunen, N; Cangas, A .; Rojas, S .; Камински, С. (2016). «Отчет о бамбуковых постройках после землетрясения и рекомендации по реконструкции с использованием бамбука на побережье Эквадора». ИНБАР: Кито, Эквадор. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  22. ^ Параскева, Темелина; Pradhan, Nischal P.N .; Stoura, Charikleia D .; Димитракопулос, Элиас Г. (март 2019 г.). «Монотонное испытание под нагрузкой и определение характеристик новых многослойных соединений бамбука и стали». Строительные и строительные материалы. 201: 473–483. Дои:10.1016 / j.conbuildmat.2018.12.198.
  23. ^ Ван, Фейлян; Ян, Цзянь (ноябрь 2019 г.). «Экспериментальные и численные исследования несущей способности бамбуковых соединений дюбельного типа». Инженерные сооружения. 209: 109952. Дои:10.1016 / j.engstruct.2019.109952.
  24. ^ Pradhan, Nischal P.N .; Параскева, Темелина С .; Димитракопулос, Элиас Г. (январь 2020 г.). «Квазистатическое обратное циклическое испытание многостоловых бамбуковых элементов со стальными соединителями». Журнал строительной техники. 27: 100983. Дои:10.1016 / j.jobe.2019.100983.
  25. ^ Трухильо, Дэвид J.A .; Малковская, Доминика (февраль 2018 г.). «Эмпирически полученные свойства конструкции соединения для бамбука Гуадуа». Строительные и строительные материалы. 163: 9–20. Дои:10.1016 / j.conbuildmat.2017.12.065.
  26. ^ Archila, H .; Камински, С .; Trujillo, D .; Zea Escamilla, E .; Харрис, К. (2018). «Бамбуковый железобетон: критический обзор». Материалы и конструкции. 51 (4). Дои:10.1617 / с11527-018-1228-6.
  27. ^ Сони, доктор К. М. (2011). «Павильон Индии на выставке World Expo 2010». NBM Media. Получено 7 июля 2011.
  28. ^ Камински, С .; Лоуренс, А .; Трухильо, Д. (2016). «Недорогой просторечный улучшенный дизайн жилья». Труды Института инженеров-строителей - Гражданское строительство. 169 (5): 25–31. Дои:10.1680 / jcien.15.00041.
  29. ^ Камински, С .; Лоуренс, А .; Трухильо, Д. (2016). «Технический отчет INBAR № 38: Руководство по проектированию инженерных домов бахареки». ИНБАР: Пекин, Китай. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)

внешняя ссылка

СМИ, связанные с Бамбуковые домики в Wikimedia Commons