CN108952011A - 一种仿生竹木组合结构及制作方法 - Google Patents

一种仿生竹木组合结构及制作方法 Download PDF

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Abstract

一种仿生竹木组合结构，由复合竹筒(1)和横隔板(2)共同构成，复合竹筒(1)由一层以上纵向竹材(11)和一层以上横向竹材(12)通过胶合而复合形成，复合竹筒(1)的内部空心，空心率不小于64％，复合竹筒(1)的内部设有横隔板(2)，横隔板(2)外侧与复合竹筒(1)内侧紧密贴合，并沿着复合竹筒(1)纵向间隔布置，横隔板(2)与复合竹筒(1)采用胶粘结、销钉、企口或金属件连接组合为一体，复合竹筒(1)的轴线为直线或曲线。该结构为组合结构，截面抗弯刚度大，结构的尺寸不受限制，具有良好的可设计性，可根据实际使用情况进行结构尺寸设计，且充分利用了竹材和木材的各自优点。

Description

一种仿生竹木组合结构及制作方法
技术领域
本发明涉及一种组合结构，尤其是一种仿生竹木组合结构，属于土木建筑结构技术领域。
背景技术
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。竹子具有坚硬、柔韧、通直、抗压、抗拉、耐腐蚀等多方面的特性，是理想的建筑材料。将竹材应用于现代建筑，是发展绿色建筑的一大亮点，符合全球可持续发展理念和我国当前发展低碳经济与低碳建筑的主题。
原竹价格低廉，但力学性能具有局限性，对建筑的适用性受到很大限制。现代复合竹材性能优越，但现代复合竹材的造价较高。现代复合竹材作为建筑中的竖向受力构件，能够达到设计的使用要求，可根据实际使用情况进行结构尺寸设计，但竹材材料消耗大，经济性差。
另外，我国木材资源匮乏，杨木、杉木、桉木、松木、桐木等速生木材由于生长快，成材周期短，具有一定的种植储备。如何利用竹木复合发挥竹材和木材的各自优点，促进竹材资源的优化利用是研究者需要积极思考的难题。如中国专利第“CN 203854068 U”号，公开了一种竹木柱，所述一种竹木柱包括中心柱，中心柱外包裹外周部，外周部为由若干竹条顺序叠加组成的封闭式结构，竹条沿中心柱外周辐射分布。该结构设计简单、经济美观、安全环保，且不易开裂，但结构自重较大，且截面尺寸受到限制，不宜过大。
发明内容
本发明的目的是提供一种仿生竹木组合结构及制作方法，该结构具有良好的可设计性，截面空心，截面刚度大，承载力高，综合性能好，材料用量省，且充分利用竹材和木材的优点，可根据实际使用情况进行结构尺寸设计，可适用于土木建筑的柱结构等。
本发明的技术方案为：一种仿生竹木组合结构，由复合竹筒和共同构成，其特征在于复合竹筒由一层以上纵向竹材和一层以上横向竹材通过胶合而复合形成，纵向竹材和横向竹材采用竹帘、编制竹条或竹纤维薄片为原料，纵向竹材和横向竹材的竹材纤维方向分别沿着构件的纵向和横向，至少一层横向竹材布置于复合竹筒的最外侧，复合竹筒的内部空心，空心率不小于64％，复合竹筒的内部设有，截面外缘尺寸与复合竹筒的截面內缘尺寸相同，外侧与复合竹筒内侧紧密贴合，并沿着复合竹筒纵向间隔布置，布置间距不大于复合竹筒的横截面最小尺寸，与复合竹筒采用胶粘结、销钉、企口或金属件连接组合为一体，复合竹筒的轴线为直线或曲线，采用杨木、杉木、桉木、松木、桐木木材制作。
所述的复合竹筒是圆形、椭圆形、矩形或边数大于4的正多边形的一种。
所述的厚度为5-50mm，其中部实心或设有一个及一个以上中部孔洞。
所述的与复合竹筒之间通过粘结胶连接，粘结胶为环氧树脂胶、乙烯基树脂或聚氨酯树脂，四周外侧面涂抹粘结胶，将复合竹筒粘贴在外侧面组合为一体。
所述的一种仿生竹木组合结构，与复合竹筒之间通过销钉连接，销钉沿着复合竹筒四周穿过侧壁订于四周。
所述的一种仿生竹木组合结构，与复合竹筒之间通过企口连接，横隔板四周加设榫头，复合竹筒周围对应位置预先开设榫接孔洞，榫头插入榫接孔洞使与复合竹筒组合为一体。
所述的一种仿生竹木组合结构，与复合竹筒之间通过金属件连接，金属件一端固定于顶面或底面，另一端固定于复合竹筒的内侧面，金属件使得与复合竹筒组合为一体。
所述的一种仿生竹木组合结构的制作方法，采用竹帘、编制竹条或竹纤维薄片为原料，依次涂胶缠绕纵向竹材、横向竹材养护固化形成复合竹筒，采用胶粘结、销钉、企口或金属件连接，将与复合竹筒组合为一体，形成一种仿生竹木组合结构，具体包括以下步骤：
A.模具准备：根据复合竹筒的设计形状与尺寸，准备相应形状与尺寸的模具，模具外形尺寸与复核竹筒的內缘尺寸一致。
B.复合竹筒加工：采用竹帘、编制竹条或竹纤维薄片为原料，将一层以上纵向竹帘、编制竹条或竹纤维薄片浸渍胶黏剂并缠绕于模具表面形成纵向竹材，竹材纤维方向沿着构件轴线方向，再将一层以上横向竹纤维薄片浸渍胶黏剂并缠绕于纵向竹材外侧形成横向竹材，竹材纤维方向沿着构件横向，养护固化形成复合竹筒，所述胶黏剂为环氧树脂胶、乙烯基树脂或聚氨酯树脂。
C.横隔板制作：采用杨木、杉木、桉木、松木、桐木木材制作，根据复合竹筒的形状，相应制作为圆形、椭圆形、矩形或边数大于4的正多边形。
D.横隔板固定：采用胶粘结、销钉、企口或金属件连接，将与复合竹筒组合为一体。
横隔板固定采用企口连接时，横隔板制作预先于复合竹筒加工步骤，横隔板提前间隔固定，竹帘、编制竹条或竹纤维薄片浸渍胶黏剂并缠绕于横隔板四周表面形成纵向竹材和横向竹材，进而养护固化形成复合竹筒，复合竹筒周围对应榫头位置预先开设榫接孔洞。
本发明优点显著，具有以下有益效果：
(1)相比于普通实心竹材构件，该结构截面空心，降低了材料用量，提高了竹材的截面抗弯刚度，改变了竹材刚度控制设计的不利局面，大大减小构件在弯曲荷载作用下的变形。
(2)相对于原竹，结构的尺寸不受限制，具有良好的可设计性，可根据实际使用情况进行结构尺寸设计，可满足结构的大荷载需求。
(3)竹材与木材组合，合理布置竹材和木材，形成组合结构，充分利用竹材和木材的各自优点，整体性好。
(4)充分利用竹材这种生态性环保材料，缓解了钢材、木材等资源的紧缺，制作过程简单，固体废弃物少，污染小，能源消耗低，环境效益高，经济效益好。
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1一种仿生竹木组合结构构造为胶粘结连接的结构立体示意图；
图2一种仿生竹木组合结构构造为胶粘结连接的结构纵截面图；
图3一种仿生竹木组合结构构造为胶粘结连接的结构A-A截面图；
图4一种仿生竹木组合结构构造为胶粘结连接的横隔板示意图；
图5一种仿生竹木组合结构构造为销钉连接的结构立体示意图；
图6一种仿生竹木组合结构构造为销钉连接的结构纵截面图；
图7一种仿生竹木组合结构构造为企口连接的结构立体示意图；
图8一种仿生竹木组合结构构造为企口连接的结构纵截面图；
图9一种仿生竹木组合结构构造为金属件连接的结构立体示意图；
图10一种仿生竹木组合结构构造为金属件连接的结构纵截面图；
图11一种仿生竹木组合结构构造为胶粘结连接的横隔板设置一个中部孔洞的结构立体示意图；
图12一种仿生竹木组合结构构造为胶粘结连接的设置一个中部孔洞的横隔板示意图；
图13一种仿生竹木组合结构构造为胶粘结连接的设置多个中部孔洞的横隔板示意图；
图14纵向竹材复合示意图；
图15纵向竹材和横向竹材复合示意图；
图16一种仿生竹木组合结构制作方法流程图。
在附图中，1为复合竹筒，2为横隔板，21为中部孔洞，11为纵向竹材，12为横向竹材，101为销钉，201为榫头，202为榫接孔洞，301为金属件。
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。
如附图所示，本发明提供一种仿生竹木组合结构，由复合竹筒1和横隔板2共同构成，其特征在于复合竹筒1由一层以上纵向竹材11和一层以上横向竹材12通过胶合而复合形成，纵向竹材11和横向竹材12采用竹帘、编制竹条或竹纤维薄片为原料，纵向竹材11和横向竹材12的竹材纤维方向分别沿着构件的纵向和横向，至少一层横向竹材12布置于复合竹筒1的最外侧，复合竹筒1的内部空心，空心率不小于64％，复合竹筒1的内部设有横隔板2，横隔板2截面外缘尺寸与复合竹筒1的截面內缘尺寸相同，横隔板2外侧与复合竹筒1内侧紧密贴合，并沿着复合竹筒1纵向间隔布置，布置间距不大于复合竹筒1的横截面最小尺寸，横隔板2与复合竹筒1采用胶粘结、销钉、企口或金属件连接组合为一体，复合竹筒1的轴线为直线或曲线，横隔板2采用杨木、杉木、桉木、松木、桐木木材制作。
所述的复合竹筒1是圆形、椭圆形、矩形或边数大于4的正多边形的一种。
所述的横隔板2厚度为5-50mm，其中部实心或设有一个及一个以上孔洞21。
所述的横隔板2与复合竹筒1之间通过粘结胶连接，粘结胶为环氧树脂胶、乙烯基树脂或聚氨酯树脂，横隔板2四周外侧面涂抹粘结胶，将复合竹筒1粘贴在横隔板2外侧面组合为一体。
所述的一种仿生竹木组合结构，横隔板2与复合竹筒1之间通过销钉连接，销钉101沿着复合竹筒1四周穿过侧壁订于横隔板2四周。
所述的一种仿生竹木组合结构，横隔板2与复合竹筒1之间通过企口连接，横隔板四周加设榫头201，复合竹筒1周围对应位置预先开设榫接孔洞202，榫头201插入榫接孔洞202使横隔板2与复合竹筒1组合为一体。
所述的一种仿生竹木组合结构，横隔板2与复合竹筒1之间通过金属件连接，金属件301一端固定于横隔板2顶面或底面，另一端固定于复合竹筒1的内侧面，金属件301使得横隔板2与复合竹筒1组合为一体。
所述的一种仿生竹木组合结构的制作方法，采用竹帘、编制竹条或竹纤维薄片为原料，依次涂胶缠绕纵向竹材11、横向竹材12养护固化形成复合竹筒1，采用胶粘结、销钉、企口或金属件连接，将横隔板2与复合竹筒1组合为一体，形成一种仿生竹木组合结构，具体包括以下步骤：
A.模具准备：根据复合竹筒的设计形状与尺寸，准备相应形状与尺寸的模具，模具外形尺寸与复核竹筒的內缘尺寸一致。
B.复合竹筒加工：采用竹帘、编制竹条或竹纤维薄片为原料，将一层以上纵向竹帘、编制竹条或竹纤维薄片浸渍胶黏剂并缠绕于模具表面形成纵向竹材11，竹材纤维方向沿着构件轴线方向，再将一层以上横向竹纤维薄片浸渍胶黏剂并缠绕于纵向竹材11外侧形成横向竹材12，竹材纤维方向沿着构件横向，养护固化形成复合竹筒1，所述胶黏剂为环氧树脂胶、乙烯基树脂或聚氨酯树脂。
C.横隔板制作：横隔板2采用杨木、杉木、桉木、松木、桐木木材制作，根据复合竹筒1的形状，相应制作为圆形、椭圆形、矩形或边数大于4的正多边形。
D.横隔板固定：采用胶粘结、销钉、企口或金属件连接，将横隔板2与复合竹筒1组合为一体。
横隔板固定采用企口连接时，横隔板制作预先于复合竹筒加工步骤，横隔板提前间隔固定，竹帘、编制竹条或竹纤维薄片浸渍胶黏剂并缠绕于横隔板四周表面形成纵向竹材11和横向竹材12，进而养护固化形成复合竹筒1，复合竹筒1周围对应榫头201位置预先开设榫接孔洞202。
本发明提供了一种组合结构，相比于普通实心竹材和原竹，截面抗弯刚度大，结构的尺寸不受限制，具有良好的可设计性，可根据实际使用情况进行结构尺寸设计，且充分利用了竹材和木材的各自优点。

Claims (9)

1.一种仿生竹木组合结构，由复合竹筒(1)和横隔板(2)共同构成，其特征在于复合竹筒(1)由一层以上纵向竹材(11)和一层以上横向竹材(12)通过胶合而复合形成，纵向竹材(11)和横向竹材(12)采用竹帘、编制竹条或竹纤维薄片为原料，纵向竹材(11)和横向竹材(12)的竹材纤维方向分别沿着构件的纵向和横向，至少一层横向竹材(12)布置于复合竹筒(1)的最外侧，复合竹筒(1)的内部空心，空心率不小于64％，复合竹筒(1)的内部设有横隔板(2)，横隔板(2)截面外缘尺寸与复合竹筒(1)的截面內缘尺寸相同，横隔板(2)外侧与复合竹筒(1)内侧紧密贴合，并沿着复合竹筒(1)纵向间隔布置，布置间距不大于复合竹筒(1)的横截面最小尺寸，横隔板(2)与复合竹筒(1)采用胶粘结、销钉、企口或金属件连接组合为一体，复合竹筒(1)的轴线为直线或曲线，横隔板(2)采用杨木、杉木、桉木、松木、桐木木材制作。
2.根据权利要求1所述的一种仿生竹木组合结构，其特征在于复合竹筒(1)是圆形、椭圆形、矩形或边数大于4的正多边形的一种。
3.根据权利要求1所述的一种仿生竹木组合结构，其特征在于横隔板(2)厚度为5-50mm，其中部实心或设有一个及一个以上中部孔洞(21)。
4.根据权利要求1所述的一种仿生竹木组合结构，其特征在于横隔板(2)与复合竹筒(1)之间通过粘结胶连接，粘结胶为环氧树脂胶、乙烯基树脂或聚氨酯树脂，横隔板(2)四周外侧面涂抹粘结胶，将复合竹筒(1)粘贴在横隔板(2)外侧面组合为一体。
5.根据权利要求1所述的一种仿生竹木组合结构，其特征在于横隔板(2)与复合竹筒(1)之间通过销钉连接，销钉(101)沿着复合竹筒(1)四周穿过侧壁订于横隔板(2)四周。
6.根据权利要求1所述的一种仿生竹木组合结构，其特征在于横隔板(2)与复合竹筒(1)之间通过企口连接，横隔板四周加设榫头(201)，复合竹筒(1)周围对应位置预先开设榫接孔洞(202)，榫头(201)插入榫接孔洞(202)使横隔板(2)与复合竹筒(1)组合为一体。
7.根据权利要求1所述的一种仿生竹木组合结构，其特征在于横隔板(2)与复合竹筒(1)之间通过金属件连接，金属件(301)一端固定于横隔板(2)顶面或底面，另一端固定于复合竹筒(1)的内侧面，金属件(301)使得横隔板(2)与复合竹筒(1)组合为一体。
8.根据权利要求1所述的一种仿生竹木组合结构的制作方法，其特征在于采用竹帘、编制竹条或竹纤维薄片为原料，依次涂胶缠绕纵向竹材(11)、横向竹材(12)养护固化形成复合竹筒(1)，采用胶粘结、销钉、企口或金属件连接，将横隔板(2)与复合竹筒(1)组合为一体，形成一种仿生竹木组合结构，具体包括以下步骤：
A.模具准备：根据复合竹筒的设计形状与尺寸，准备相应形状与尺寸的模具，模具外形尺寸与复核竹筒的內缘尺寸一致。
B.复合竹筒加工：采用竹帘、编制竹条或竹纤维薄片为原料，将一层以上纵向竹帘、编制竹条或竹纤维薄片浸渍胶黏剂并缠绕于模具表面形成纵向竹材(11)，竹材纤维方向沿着构件轴线方向，再将一层以上横向竹纤维薄片浸渍胶黏剂并缠绕于纵向竹材(11)外侧形成横向竹材(12)，竹材纤维方向沿着构件横向，养护固化形成复合竹筒(1)，所述胶黏剂为环氧树脂胶、乙烯基树脂或聚氨酯树脂。
C.横隔板制作：横隔板(2)采用杨木、杉木、桉木、松木、桐木木材制作，根据复合竹筒(1)的形状，相应制作为圆形、椭圆形、矩形或边数大于4的正多边形。
D.横隔板固定：采用胶粘结、销钉、企口或金属件连接，将横隔板(2)与复合竹筒(1)组合为一体。
9.根据权利要求8所述的一种仿生竹木组合结构的制作方法，其特征在于横隔板固定采用企口连接时，横隔板制作预先于复合竹筒加工步骤，横隔板提前间隔固定，竹帘、编制竹条或竹纤维薄片浸渍胶黏剂并缠绕于横隔板四周表面形成纵向竹材(11)和横向竹材(12)，进而养护固化形成复合竹筒(1)，复合竹筒(1)周围对应榫头(201)位置预先开设榫接孔洞(202)。
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