CN108582299B - 一种竹木异向组合结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种竹木异向组合结构，由横向木材(1)、纵向竹材(2)、销栓(3)共同组成，纵向竹材(2)分别集中布置于结构截面的上部受压区域(101)和截面的下部受拉区域(102)，一层以上的横向木材(1)分层布置于竹材(2)的受压区域(101)和受拉区域(102)之间的截面中部区域(103)，销栓(3)在结构截面高度方向垂直或倾斜穿过横向木材(1)与纵向竹材(2)并与其复合为一体。本发明结构具有强度高、绿色环保、成本低、材料利用率高等优点，可充分发挥竹材力学性能高、木材价格便宜的各自优点，用于工程结构的梁、板等受弯构件。
Description
技术领域
本发明涉及一种竹木结构，尤其是一种竹木异向组合结构，属于土木建筑结构技术领域。
背景技术
在以钢筋混凝土为主的现代建筑中，木材作为一种旧式的建筑材料正以全新的形式成为建筑界的新宠，甚至可能改变建筑业的现状，把这个领域的生产力提高到全新的高度。但实木具有硬度低、易长虫发霉、耐腐蚀性差等缺点，若用大块整木作为结构的一部分，对其强度及性能要求高，造价高，经济性较低。
我国森林资源虽然贫乏，但竹类资源相对十分丰富，其面积和产量均居世界首位。竹木复合材料的研究和开发促进了竹类资源的优化利用和竹产品性能的提高及用途的扩大，在一定程度上缓解了木材供应的短缺。
竹材是较木材更为新颖的绿色环保材料，竹材具有生长周期短，强度高，韧性大，耐磨性好，生产使用过程污染极低等特点，与木材相比其性能更加优越。有研究表明，竹材或竹结构有着以下优点：(1)竹材资源再生产容易，节约能源、产生的污染少；(2)竹材导热系数低、热传导速度慢，保温、隔热性能好；(3)竹材结构重量轻、抗震性能好；(4)竹结构易于定型化、标准化，实现构件的工厂预制和现场装配化施工，缩短施工周期，可以大大提高资金的投资效益。但竹结构存在弹性模量低，结构截面刚度小，挠度变形大等缺陷，且竹结构大多采用刚度控制设计，造成材料的强度利用率较低，若全部使用竹结构，会使得竹结构的截面较大，材料用量较大的浪费，降低了其经济性。
为了进一步提高竹结构的力学性能，改善其在土木工程领域的适用性，采用多种材料相互组合常常获得优于单一材料的综合性能。如中国专利第“CN 205167120U”号，公开了一种竹木复合板，所述一层竹木复合板包括依次层叠设置的：第一竹板层、纤维层、第二竹板层以及木皮层，该结构表面平整、质量轻，减重效果明显，硬度、抗折、抗压等性能良好，但制作工艺较为复杂，对竹板整体性要求高，无法克服原材料尺寸上的缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种竹木异向组合结构，该结构具有强度高、绿色环保、成本低、材料利用率高等优点，可充分发挥竹材力学性能高、木材价格便宜的各自优点，同时设计方案灵活，可根据需要进行竹材与木材的组合，用于工程结构的梁、板等受弯构件，具有很好的工程应用前景。
本发明的技术方案为：本发明提供一种竹木异向组合结构，由横向木材、纵向竹材、销栓共同组成，其特征在于纵向竹材分别集中布置于结构截面的上部不超过1/4截面高度的受压区域和截面的下部不超过1/5截面高度的受拉区域，其纤维方向沿着结构的纵轴线方向，纵向竹材与结构等长、等宽，其布置厚度在受压区域与受拉区域相同或不同，一层以上的横向木材分层布置于竹材的受压区域和受拉区域之间的截面中部区域，横向木材的纤维方向统一一致，其纤维方向与结构的纵轴线方向成0～90度任意，横向木材的纤维方向与纵向竹材的方向相异，横向木材的叠合木材单层厚度不超过100mm，在截面高度方向大于等于一层叠合，在结构的纵轴线方向多块零缝隙对接充满截面中部区域，横向木材、纵向竹材自身及相互之间通过胶黏剂粘合成整体，销栓在结构截面高度方向垂直或倾斜穿过横向木材与纵向竹材并与其复合为一体，销栓的两端与纵向竹材的顶、底面齐平，销栓沿着结构的纵轴线方向呈离散间隔布置，布置间距小于等于结构截面的宽度与高度。
本发明中，通过横向木材、纵向竹材的交错组合充分利用木材竹材的材料特点，竹材受拉、受压强度都远高于普通木材，将纵向竹材布置于截面的上部不超过1/4截面高度的受压区域和截面的下部不超过1/5截面高度的受拉区域，即将好钢用在刀刃上，上部的最大压应力和下部的最大拉应力由强度较高的竹材承担，在截面的中部，拉、压应力较小，采用尺寸和力学性能要求不高的木材，其纤维方向与结构的纵轴线方向成0～90度任意，在截面高度方向大于等于一层叠合，可充分发挥小规格尺寸或力学性能较低的木材作用，同时，通过销栓的间隔布置防止结构发生滚动的剪切破坏。
作为一种优选，一层以上纵向竹材沿着截面高度分层分散间隔布置于结构截面中部区域，横向木材满充于纵向竹材的相邻两层之间，纵向竹材的纤维方向沿着结构的纵轴线方向，与结构等长、等宽。
本发明中，当截面较高时，在结构截面中部区域增设沿着截面高度分层分散间隔布置的纵向竹材，可大幅度加强结构的整体性，同时，可根据需要在结构截面中部区域灵活增设纵向竹材，如在截面中性轴附近剪应力较大区域。
所述的一种竹木异向组合结构，其特征在于其截面形式为矩形、T形、工字形、空心箱形中的一种。
所述的横向木材为实木、胶合木的一种或多种混合，纵向竹材为竹帘胶合板、竹材集成材、竹材层积材或竹材重组材中的一种或多种混合。
所述的销栓为木材、竹材、塑料或金属，其通过在结构钻孔植入，与横向木材和纵向竹材之间依靠摩擦或胶黏剂连接。
所述的胶黏剂为脲醛胶、酚醛胶、三聚氰胺胶、环氧树脂胶中的一种或多种。
本发明可充分发挥竹材力学性能高、木材价格便宜的各自优点，同时设计方案灵活，可根据需要进行竹材与木材的组合，优点显著，具有以下有益效果：
(1)承载能力高。将受拉、受压强度优异的竹材布置于截面上部的最大压应力和下部的最大拉应力处，承载力高。
(2)可设计性好。截面由木材和竹材两种材料组成，且木材的纤维方向与结构的纵轴线方向成0～90度任意，可根据性能需要自由设计。
(3)稳定性好。间隔布置的销栓防止结构发生滚动的剪切破坏，结构整体稳定性好。
(4)成本低。结构大量利用小规格尺寸或力学性能较低的木材，材料来源广泛便宜。
(5)隔音、保温性能好，低碳环保。竹材和木材导热系数低、热传导速度慢，可保证建筑良好的气密性和隔音保温隔热效果，生产加工及安装过程均不会产生大量二氧化碳等温室气体。
(6)建造快和噪音低。与钢筋混凝土结构相比，该结构可在工厂实现模块化生产，使得建筑现场噪音低、无污染、无建筑垃圾产生。
本发明承载力高、绿色环保，可根据需要进行竹材与木材的组合，用于工程结构的梁、板等受弯构件。
附图说明：
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。
图1一种竹木异向组合结构两层竹材、垂直销栓的纵向剖面图；
图2一种竹木异向组合结构两层竹材、垂直销栓的截面A-A图；
图3一种竹木异向组合结构两层竹材、垂直销栓的截面B-B图；
图4一种竹木异向组合结构两层竹材、倾斜销栓的纵向剖面图；
图5一种竹木异向组合结构三层竹材、垂直销栓的纵向剖面图；
图6一种竹木异向组合结构四层竹材、垂直销栓的纵向剖面图；
图7一种竹木异向组合结构倾斜木材的截面A-A图；
图8一种竹木异向组合结构矩形横向剖面图；
图9一种竹木异向组合结构T形横向剖面图；
图10一种竹木异向组合结构工字形横向剖面图；
图11一种竹木异向组合结构空心箱形横向剖面图。
在附图中，1为横向木材，2为纵向竹材，3为销栓，101为截面的受压区域，102为截面的受拉区域，103为截面的中部区域。
具体实施方式：
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
如附图，本发明提供一种竹木异向组合结构，由横向木材1、纵向竹材2、销栓3共同组成，其特征在于纵向竹材2分别集中布置于结构截面的上部不超过1/4截面高度的受压区域101和截面的下部不超过1/5截面高度的受拉区域102，其纤维方向沿着结构的纵轴线方向，纵向竹材2与结构等长、等宽，其布置厚度在受压区域101与受拉区域102相同或不同，一层以上的横向木材1分层布置于竹材2的受压区域101和受拉区域102之间的截面中部区域103，横向木材1的纤维方向统一一致，其纤维方向与结构的纵轴线方向成0～90度任意，横向木材1的纤维方向与纵向竹材2的方向相异，横向木材1的叠合木材单层厚度不超过100mm，在截面高度方向大于等于一层叠合，在结构的纵轴线方向多块零缝隙对接充满截面的中部区域103，横向木材1、纵向竹材2自身及相互之间通过胶黏剂粘合成整体，销栓3在结构截面高度方向垂直或倾斜穿过横向木材1与纵向竹材2并与其复合为一体，销栓3的两端与纵向竹材2的顶、底面齐平，销栓3沿着结构的纵轴线方向呈离散间隔布置，布置间距小于等于结构截面的宽度与高度。
作为一种优选，一层以上纵向竹材2沿着截面高度分层分散间隔布置于结构截面的中部区域103，横向木材1满充于纵向竹材2的相邻两层之间，纵向竹材2的纤维方向沿着结构的纵轴线方向，与结构等长、等宽。
所述的一种竹木异向组合结构，其特征在于其截面形式为矩形、T形、工字形、空心箱形中的一种。
所述的横向木材1为实木、胶合木的一种或多种混合，纵向竹材2为竹帘胶合板、竹材集成材、竹材层积材或竹材重组材中的一种或多种混合。
所述的销栓3为木材、竹材、塑料或金属，其通过在结构钻孔植入，与横向木材1和纵向竹材2之间依靠摩擦或胶黏剂连接。
所述的胶黏剂为脲醛胶、酚醛胶、三聚氰胺胶、环氧树脂胶中的一种或多种。
Claims (6)
1.一种竹木异向组合结构，由横向木材(1)、纵向竹材(2)、销栓(3)共同组成，其特征在于纵向竹材(2)分别集中布置于结构截面的上部不超过1/4截面高度的受压区域(101)和截面的下部不超过1/5截面高度的受拉区域(102)，其纤维方向沿着结构的纵轴线方向，纵向竹材(2)与结构等长、等宽，其布置厚度在受压区域(101)与受拉区域(102)相同或不同，一层以上的横向木材(1)分层布置于竹材(2)的受压区域(101)和受拉区域(102)之间的截面中部区域(103)，横向木材(1)的纤维方向统一一致，其纤维方向与结构的纵轴线方向成0～90度任意，横向木材(1)的纤维方向与纵向竹材(2)的方向相异，横向木材(1)的叠合木材单层厚度不超过100mm，在截面高度方向大于等于一层叠合，在结构的纵轴线方向多块零缝隙对接充满截面的中部区域(103)，横向木材(1)、纵向竹材(2)自身及相互之间通过胶黏剂粘合成整体，销栓(3)在结构截面高度方向垂直或倾斜穿过横向木材(1)与纵向竹材(2)并与其复合为一体，销栓(3)的两端与纵向竹材(2)的顶、底面齐平，销栓(3)沿着结构的纵轴线方向呈离散间隔布置，布置间距小于等于结构截面的宽度与高度。
2.根据权利要求1所述的一种竹木异向组合结构，其特征在于一层以上纵向竹材(2)沿着截面高度分层分散间隔布置于结构截面的中部区域(103)，横向木材(1)满充于纵向竹材(2)的相邻两层之间，纵向竹材(2)的纤维方向沿着结构的纵轴线方向，与结构等长、等宽。
3.根据权利要求1所述的一种竹木异向组合结构，其特征在于其截面形式为矩形、T形、工字形、空心箱形中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种竹木异向组合结构，其特征在于所述的横向木材(1)为实木、胶合木的一种或多种混合，纵向竹材(2)为竹帘胶合板、竹材集成材、竹材层积材或竹材重组材中的一种或多种混合。
5.根据权利要求1所述的一种竹木异向组合结构，其特征在于所述的销栓(3)为木材、竹材、塑料或金属，其通过在结构钻孔植入，与横向木材(1)和纵向竹材(2)之间依靠摩擦或胶黏剂连接。
6.根据权利要求1所述的一种竹木异向组合结构，其特征在于所述的胶黏剂为脲醛胶、酚醛胶、三聚氰胺胶、环氧树脂胶中的一种或多种。
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| CN108582299A (zh) | 2018-09-28 |
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