Бамбуковая конструкция

Бамбуковое строительство предполагает использование бамбука в качестве строительного материала для строительных лесов , мостов , домов и построек. Бамбук, как и дерево , представляет собой натуральный композитный материал с высоким соотношением прочности и веса, полезный для конструкций. [1] Соотношение прочности и веса бамбука аналогично древесине , а его прочность обычно аналогична прочной древесине хвойных или лиственных пород. [2] [3]
Историческое использование бамбука в строительстве
[ редактировать ]В своей естественной форме 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 поддержания простых подвесных мостов , либо путем изготовления тросов из расщепленного бамбука, либо путем скручивания вместе целых стеблей достаточно гибкого бамбука. Один из таких мостов в районе Цянь-Сиань упоминается в записях, относящихся к 960 году нашей эры, и, возможно, простоял еще в третьем веке до нашей эры, во многом благодаря постоянному техническому обслуживанию.
Бамбук также издавна использовался в качестве строительных лесов; эта практика запрещена в Китае для зданий выше шести этажей, но все еще постоянно используется для небоскребов в Гонконге. [4] На Филиппинах хижина нипа является довольно типичным примером самого простого жилища , в котором используется бамбук; стены сделаны из расколотого и плетеного бамбука, а в качестве опоры можно использовать бамбуковые рейки и шесты. В японской архитектуре бамбук используется в основном в качестве дополнительного и/или декоративного элемента в зданиях, таких как ограждения, фонтаны, решетки и желоба, во многом из-за обилия качественной древесины. [5]

В некоторых частях Индии бамбук используется для сушки одежды в помещении: как стержень высоко под потолком, на который можно повесить одежду, так и как палка, которой с приобретенными навыками владеют, чтобы поднимать, раскладывать и снимать сухую одежду. Из него также изготавливают лестницы, которые, помимо своей обычной функции, также используются для переноски тел на похоронах. В Махараштре бамбуковые рощи и леса называются Велувана, название бамбука велу , скорее всего, заимствовано из санскрита , а вана означает лес. Кроме того, бамбук также используется для изготовления флагштоков.
В Центральной и Южной Америке бамбук стал неотъемлемой частью строительной культуры. [6] народные формы жилья, такие как бахареке В районах с высокой сейсмичностью были разработаны , в которых используется бамбук. Было обнаружено, что при хорошем обслуживании и хорошем состоянии они удивительно хорошо справляются с землетрясениями. [7]
Современное использование бамбуковых круглых столбов в строительстве.
[ редактировать ]За последние несколько десятилетий возрос интерес к использованию бамбуковых круглых столбов в строительстве, прежде всего из-за их устойчивости. Среди известных бамбуковых архитекторов и строителей — Симон Велес , Марсело Вильегас, Оскар Идальго-Лопес, Йорг Стамм, Во Тронг Нгиа , Элора Харди и Джон Харди . На сегодняшний день наиболее громкие строительные проекты из бамбука, как правило, реализуются во Вьетнаме , Бали (Индонезия) , Китае и Колумбии . Наибольшие успехи в использовании бамбука в строительстве были достигнуты в Колумбии, где университеты проводят значительные исследования в области проектирования элементов и соединений, а также были построены большие громкие здания и мосты. [6] В Бразилии бамбук уже более 40 лет изучается в Папском католическом университете Рио-де-Жанейро (PUC-Rio) с целью его применения в строительстве. Некоторыми важными результатами являются бамбуковые конструкции тенсегрити, бамбуковые велосипеды, бамбуковая космическая конструкция с жесткими стальными соединениями, раздвижные павильоны из бамбуковой конструкции с гибкими соединениями. [8] [9] и бамбуковая активная изгибно-пантографическая конструкция амфитеатра. [10] [11] разработан компанией Bambutec Design.
Нормы структурного проектирования
[ редактировать ]Первые нормы проектирования конструкций для круглого бамбука были опубликованы ISO в 2004 году (ISO 22156 Бамбук – структурное проектирование, ISO 22157-1 Бамбук – Определение физических и механических свойств, часть 1 и ISO 22157-2 Бамбук – Определение физических свойств). и Механические свойства, часть 2: Лабораторное руководство. Колумбия была первой страной, опубликовавшей специальные правила использования бамбука в конструкциях (NSR-10 G12). С тех пор все опубликованные правила были приняты в Эквадоре, Перу, Индии и Бангладеш. [12] однако колумбийский кодекс по-прежнему считается наиболее надежным и всеобъемлющим.
Изогнутые структурные формы
[ редактировать ]Тепло и давление иногда традиционно используются для формирования изогнутых форм из бамбука. [13]
Структурное поведение
[ редактировать ]
Типичный бамбук демонстрирует нелинейное поведение при растяжении и деформации. Он может сдерживать деформацию до 0,05, пока не сломается, при этом уровень напряжения может составлять около 300 МПа. [14]
Долговечность
[ редактировать ]Бамбук более подвержен гниению, чем древесина, из-за отсутствия естественных токсинов. [15] и его обычно тонкие стенки, а это означает, что небольшое разрушение может означать значительное процентное изменение емкости. Есть три причины гниения: нападение жуков, нападение термитов и грибковое поражение (гниль). [16] [17] Необработанный бамбук может храниться 2–6 лет внутри помещения и менее года при воздействии воды. [16] [15]
Чтобы защитить бамбук от гниения, необходимы два принципа проектирования: [16]
- Бамбук необходимо хранить в сухом состоянии на протяжении всей его жизни, чтобы защитить его от гниения ( грибков ). Этот фундаментальный архитектурный принцип называется «долговечность за счет дизайна» и предполагает поддержание бамбука сухим с помощью хороших методов проектирования, таких как подъем конструкции над землей, использование влагонепроницаемых мембран, наличие хороших деталей для капель, хороших свесов крыши, использование водонепроницаемых покрытий для защиты от влаги. стены и т. д.
- Бамбук необходимо обрабатывать, чтобы защитить его от насекомых (а именно жуков и термитов). Наиболее распространенным и подходящим химическим веществом для обработки бамбука является бор, обычно это смесь буры и борной кислоты , но он также бывает в виде одного соединения (декагидрат тетрабората натрия).
Оба принципа должны применяться к конструкции, чтобы защитить бамбук. Бор сам по себе недостаточен для защиты от гниения, и при воздействии воды он вымывается. [16]
Современные фиксированные консерванты могут использоваться в качестве альтернативы бору, например азол меди , однако на сегодняшний день мало бамбука было надежно протестировано с использованием этих методов. Кроме того, они, как правило, более опасны для работников очистки и конечного пользователя и, следовательно, менее подходят для развивающихся стран, где в настоящее время бамбук в основном используется. [16]
Естественные формы обработки бамбука, такие как замачивание в воде и воздействие дыма, могут обеспечить некоторую ограниченную защиту от жуков, однако имеется 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
[ редактировать ]Бамбук можно разрезать и ламинировать на листы и доски. Этот процесс включает в себя нарезку стеблей на тонкие полоски, их строгание и сушку полосок; затем их склеивают, прессуют и обрабатывают. давно используемый в Китае и Японии, Ламинированный бамбуковый пол, в середине 1990-х годов предприниматели начали разрабатывать и продавать на Западе; Продукция, изготовленная из бамбукового ламината, включая напольные покрытия, шкафы, мебель и даже украшения, в настоящее время приобретает все большую популярность, переходя от рынка бутиков к основным поставщикам, таким как Home Depot . Ожидается, что к 2012 году объем производства бамбуковых товаров (который также включает в себя мелкие товары, ткани и т. д.) составит 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 при использовании бамбука в строительстве
[ редактировать ]![]() | этого раздела Тон или стиль могут не отражать энциклопедический тон , используемый в Википедии . ( июнь 2021 г. ) |
Существует ряд распространенных мифов и заблуждений, связанных с использованием бамбука в строительстве.
Миф 1: « Бамбук прочнее стали » .
[ редактировать ]Данное недоразумение могло возникнуть по следующим причинам: [3]
- Поскольку бамбук имеет соотношение прочности к весу, такое же, как и у мягкой стали, некоторые люди путают это с реальной прочностью.
- Несколько лабораторных испытаний показали, что некоторые части некоторых видов некоторых соломинок имеют предельную прочность на растяжение, приближающуюся к мягкой стали (250 Н/мм). 2 ).
Если некоторые волокна некоторых видов демонстрируют относительно высокую прочность, согласно международной практике, расчетная прочность, которую можно безопасно использовать, составляет около 5–10% от этого значения, чтобы учесть изменчивость прочности.
Миф 2: « Бамбук нужно обрабатывать только для того, чтобы защитить его от гниения » .
[ редактировать ]Как описано выше, бамбук необходимо сохранять сухим, чтобы защитить его от гниения, и многие существующие бамбуковые конструкции имеют признаки гниения, потому что они не соответствуют принципам долговечности по своей конструкции. [20]
Миф 3: « Бамбук хорошо справляется с землетрясениями, потому что он «качается» и «поглощает энергию». »
[ редактировать ]Бамбук — хрупкий материал и поэтому сам по себе не способен поглощать энергию землетрясений. Также нет никаких преимуществ его низкой жесткости с точки зрения устойчивости бамбуковых построек при землетрясениях. Вместо этого бамбуковые конструкции в первую очередь эффективны при землетрясениях, потому что:
- Они имеют тенденцию быть легкими.
- Соединения в бамбуковых зданиях способны поглощать некоторую энергию.
Миф 4: « В бамбуковых конструкциях нельзя использовать болтовые соединения » .
[ редактировать ]Простые болтовые соединения могут проявлять хрупкость из-за продольного раскола бамбуковых стеблей. Закрепление бамбуковых стеблей в зонах соединения повышает устойчивость к этому виду разрушения и значительно повышает прочность и пластичность.
Что еще более важно, болтовые соединения демонстрируют предсказуемую текучесть. [22] [23] [24] Это жизненно важно для выполнения рационального инженерного проектирования. [25] Болты также широко доступны, просты в использовании и универсальны. [26]
Миф 5: « Бамбук можно использовать вместо стали в арматуре » .
[ редактировать ]Это заблуждение проистекает из первоначальной идеи о том, 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: [27]
- Бамбук имеет ≈ 1 / 30- я емкость высокопрочной стали, которая сейчас чаще всего используется в строительстве, поэтому потребуется в 30 раз больше материала. В железобетоне этому нет места.
- Чтобы обеспечить правильное соединение бамбука с бетоном, необходимо использовать дорогие химикаты для образования связи, что вредно для окружающей среды.
- Бетон не способен защитить бамбук от грибков и термитов.
- Бамбук — хрупкий материал и не может поглотить энергию при землетрясении, в отличие от стали.
- Бетон, армированный бамбуком, оказывает более сильное воздействие на окружающую среду, чем бетон, армированный сталью.
Тематические исследования
[ редактировать ]Бамбук использовался для структурных элементов павильона Индии на выставке Expo 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 поддерживается стальными сваями длиной 18 м и рядом стальных кольцевых балок. Бамбук обработали бурой и борной кислотой в качестве антипирена и инсектицида и согнули в нужную форму. Бамбуковые секции были соединены арматурой и бетонным раствором для достижения необходимой длины. [28]
Бамбук успешно использовался для строительства жилья в Коста-Рике, Эквадоре, Сальвадоре, Колумбии, Мексике, Непале и на Филиппинах. [2] [20] [29] Подходящим способом использования бамбука для строительства жилья считается «бахареке энмендато», или «улучшенный бахареке»/«инженерный бахареке». [30] В этом методе используется латиноамериканская строительная система бахареке (производная от плетня и мазни ) и разрабатывается ее, что делает ее значительно более прочной и устойчивой к землетрясениям и тайфунам.
Выращивание
[ редактировать ]
Сбор урожая
[ редактировать ]Бамбук, используемый в строительных целях, необходимо собирать, когда стебли достигают наибольшей прочности и когда уровень сахара в соке становится самым низким, поскольку высокое содержание сахара увеличивает легкость и скорость заражения вредителями .
Сбор бамбука обычно осуществляется в соответствии со следующими циклами:
- Жизненный цикл стебля
- Поскольку каждая отдельная солома проходит жизненный цикл 5–7 лет, в идеале стеблям необходимо достичь этого уровня зрелости до сбора урожая на полную мощность. Расчистка или прореживание стеблей, особенно старых, разлагающихся, помогает обеспечить достаточное освещение и ресурсы для нового роста. Ухоженные комки могут иметь продуктивность в 3–4 раза выше, чем неубранные дикие комки. В соответствии с описанным выше жизненным циклом бамбук собирают от двух-трех лет до пяти-семи лет, в зависимости от вида.
- Годовой цикл
- Поскольку весь рост нового бамбука происходит в сезон дождей , нарушение комка на этом этапе потенциально может повредить будущий урожай. Кроме того, в период обильных дождей уровень сока достигает максимума, а затем снижается к сухому сезону . Сбор непосредственно перед сезоном дождей/роста может также повредить новые побеги. Следовательно, собирать урожай лучше всего за несколько месяцев до начала сезона дождей.
- Дневной цикл
- В разгар дня фотосинтез достигает своего пика, производя самый высокий уровень сахара в соке, что делает это время суток наименее идеальным для сбора урожая. Многие традиционные практики считают, что лучшее время для сбора урожая — рассвет или закат на убывающей луне.
Дополнительные изображения
[ редактировать ]- Бамбук издавна использовался в Гонконге в качестве сборочного материала из-за его универсальности.
- Дом с соломенной крышей из бамбука и пальм в Эквадоре
- Женщина чакма плетет на балконе бамбукового дома, Читтагонг Хилл Трактс
- Бамбуковый дом в Индонезии.
- Хижина нипа или бахай кубо — это тип дома на сваях на Филиппинах.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Лаккад; П. (июнь 1981 г.). «Механические свойства бамбука — природного композита». Волоконная наука и технология . 14 (4): 319–322. дои : 10.1016/0015-0568(81)90023-3 .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Каминский, С.; Лоуренс, А.; Трухильо, Д. (2016). «Структурное использование бамбука. Часть 1: Знакомство с бамбуком». Инженер-строитель . 94 (8): 40–43.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Каминский, С.; Лоуренс, А.; Трухильо, Д.; Фелтэм, И.; Фелипе Лопес, Л. (2016). «Структурное использование бамбука. Часть 3: Дизайнерские ценности». Инженер-строитель . 94 (12): 42–45.
- ^ Ландлер, Марк (27 марта 2002 г.). «Hong Kong Journal; бамбук отлично подходит для возведения небоскребов» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 12 августа 2009 г.
- ^ Нэнси Мур Бесс; Биби Вейн (1987). Бамбук в Японии . Коданша Интернэшнл. п. 101. ИСБН 4-7700-2510-6 .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Трухильо, Д. (2007). «Бамбуковые конструкции в Колумбии». Инженер-строитель .
- ^ Лопес, М.; Боммер, Дж.; Мендес, П. (2004). «Сейсмические характеристики жилищ бахареке в Сальвадоре». Материалы 13-й Всемирной конференции по сейсмостойкому проектированию, Ванкувер, Канада, документ 2646 .
- ^ Сейшас, М.; Риппер, JLM.; Гавами, К. (2016). «Сборные бамбуковые конструкции и павильоны из текстильного полотна». Журнал Международной ассоциации оболочечных и пространственных конструкций . 57 : 179–188. дои : 10.20898/j.iass.2016.189.782 .
- ^ Сейшас, М.; Морейра, штат Луизиана; Стоффель, П.; Бина, Дж.; Риппер, JLM.; Феррейра, младший; Гавами, К. (2021). «Анализ самонесущей бамбуковой конструкции с гибкими соединениями». Международный журнал космических конструкций . 36 (2): 137–151. дои : 10.1177/09560599211001660 . S2CID 233669710 .
- ^ Сейшас, М.; Бина, Дж.; Стоффель, П.; Риппер, JLM.; Морейра, штат Луизиана; Гавами, К. (2017). «Активный изгиб и растяжение пантографической бамбуковой гибридной конструкции амфитеатра». Журнал Международной ассоциации оболочечных и пространственных конструкций . 58 : 239–252. дои : 10.20898/j.iass.2017.193.872 .
- ^ Сейшас, М.; Морейра, штат Луизиана; Стоффель, П.; Бина, Дж. (2021). «Формопоиск и анализ активной изгибно-пантографической пространственной структуры бамбука». Журнал Международной ассоциации оболочечных и пространственных конструкций . 62 : 206–222. дои : 10.20898/j.iass.2021.005 . S2CID 234920038 .
- ^ Гатоо, А.; Шарма, Б.; Бок, М.; Маллиган, Х.; Рэймидж, М. (2014). «Экологичные конструкции: бамбуковые стандарты и строительные нормы и правила». Труды Института инженеров-строителей - инженерная устойчивость . 167 (ES5): 189–19. дои : 10.1680/ensu.14.00009 . S2CID 55205294 .
- ^ Кассандра Адамс. «Бамбуковая архитектура и строительство с Оскаром Идальго» . Коллоквиум по природному строительству . Проверено 11 августа 2009 г.
- ^ Ли, Хунбо; Шена, Шэнпин (2011). «Механические свойства бамбука и сосудистых пучков». Дж. Матер. Рез . 26 (21): 2749–2756. Бибкод : 2011JMatR..26.2749L . дои : 10.1557/jmr.2011.314 .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Янссен, Дж. (2000), Технический отчет INBAR 20: Проектирование и строительство из бамбука , INBAR: Пекин, Китай .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д и Каминский, С.; Лоуренс, А.; Трухильо, Д.; Кинг, К. (2016). «Структурное использование бамбука. Часть 2: Долговечность и сохранение». Инженер-строитель . 94 (10): 38–43.
- ^ Лизе, В.; Кумар, С. (2003), Технический отчет INBAR 22: Справочник по сохранению бамбука , INBAR: Пекин, Китай .
- ^ Аруп; Сектор убежища/НПТ (2018 г.), Лагеря и места проживания беженцев рохинджа, регион Кокс-Базар, Бангладеш: Техническое руководство 03: Долговечность и обработка бамбука в Кокс-Базаре .
- ^ Джонатан Барделлин (9 июля 2009 г.). «Выращивание будущего бамбуковых изделий» . GreenBiz.com . Проверено 11 августа 2009 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Каминский, С. (2013). «Спроектированные бамбуковые дома для общин с низкими доходами в Латинской Америке». Инженер-строитель . 91 (10): 14–23.
- ^ Друнен, Н; Кангас, А.; Рохас, С.; Камински, С. (2016), Отчет о бамбуковых конструкциях после землетрясения и рекомендации по реконструкции с использованием бамбука на побережье Эквадора , ИНБАР: Кито, Эквадор .
- ^ Параскева, Темелина; Прадхан, Нишал П.Н.; Стура, Хариклея Д.; Димитракопулос, Элиас Г. (март 2019 г.). «Испытание монотонной нагрузкой и определение характеристик новых многослойных стеблей бамбука и стальных соединений». Строительство и строительные материалы . 201 : 473–483. doi : 10.1016/j.conbuildmat.2018.12.198 . S2CID 139383345 .
- ^ Ван, Фейлян; Ян, Цзянь (ноябрь 2019 г.). «Экспериментальные и численные исследования несущей способности бамбуковых соединений дюбель-болтового типа». Инженерные сооружения . 209 : 109952. doi : 10.1016/j.engstruct.2019.109952 . S2CID 213488278 .
- ^ Прадхан, Нишал П.Н.; Параскева, Темелина С.; Димитракопулос, Элиас Г. (январь 2020 г.). «Квазистатическое обратное циклическое испытание многослойных бамбуковых элементов со стальными соединителями». Журнал строительной техники . 27 : 100983. doi : 10.1016/j.jobe.2019.100983 .
- ^ Прадхан, Нишал П.Н.; Димитракопулос, Элиас Г. (1 мая 2021 г.). «Пилотное исследование по проектированию многоствольных бамбуковых осевых элементов с учетом емкости с дюбельными соединениями» . Журнал строительной техники . 147 (5): 04021040. doi : 10.1061/(ASCE)ST.1943-541X.0002995 .
- ^ Трухильо, Дэвид Дж.А.; Мальковска, Доминика (февраль 2018 г.). «Расчетные свойства соединений бамбука Гуадуа, полученные эмпирическим путем» (PDF) . Строительство и строительные материалы . 163 : 9–20. дои : 10.1016/j.conbuildmat.2017.12.065 .
- ^ Арчила, Х.; Каминский, С.; Трухильо, Д.; Зеа Эскамилла, Э.; Харрис, К. (2018). «Бамбуковый железобетон: критический обзор» . Материалы и конструкции . 51 (4). дои : 10.1617/s11527-018-1228-6 .
- ^ Сони, доктор К.М. (2011). «Павильон Индии на Всемирной выставке ЭКСПО-2010» . НБМ Медиа . Проверено 7 июля 2011 г.
- ^ Каминский, С.; Лоуренс, А.; Трухильо, Д. (2016). «Недорогой народный улучшенный дизайн жилья». Труды Института инженеров-строителей - гражданское строительство . 169 (5): 25–31. дои : 10.1680/jcien.15.00041 .
- ^ Каминский, С.; Лоуренс, А.; Трухильо, Д. (2016), Технический отчет INBAR № 38: Руководство по проектированию инженерного жилья в Баареке , INBAR: Пекин, Китай .
Внешние ссылки
[ редактировать ] СМИ, связанные с бамбуковыми домами, на Викискладе?