CN116940463A - 竹建筑元件 - Google Patents

竹建筑元件 Download PDF

Info

Publication number
CN116940463A
CN116940463A CN202180085891.3A CN202180085891A CN116940463A CN 116940463 A CN116940463 A CN 116940463A CN 202180085891 A CN202180085891 A CN 202180085891A CN 116940463 A CN116940463 A CN 116940463A
Authority
CN
China
Prior art keywords
bamboo
layer
building element
layers
sub
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202180085891.3A
Other languages
English (en)
Inventor
张贺忻
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Edinburgh Napier University Court
Original Assignee
Edinburgh Napier University Court
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Edinburgh Napier University Court filed Critical Edinburgh Napier University Court
Publication of CN116940463A publication Critical patent/CN116940463A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B3/00—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form
    • B32B3/10—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a discontinuous layer, i.e. formed of separate pieces of material
    • B32B3/18—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a discontinuous layer, i.e. formed of separate pieces of material characterised by an internal layer formed of separate pieces of material which are juxtaposed side-by-side
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B21/00—Layered products comprising a layer of wood, e.g. wood board, veneer, wood particle board
    • B32B21/04—Layered products comprising a layer of wood, e.g. wood board, veneer, wood particle board comprising wood as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B32B21/042—Layered products comprising a layer of wood, e.g. wood board, veneer, wood particle board comprising wood as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of wood
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B21/00—Layered products comprising a layer of wood, e.g. wood board, veneer, wood particle board
    • B32B21/13—Layered products comprising a layer of wood, e.g. wood board, veneer, wood particle board all layers being exclusively wood
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B37/00—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding
    • B32B37/12—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by using adhesives
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B7/00—Layered products characterised by the relation between layers; Layered products characterised by the relative orientation of features between layers, or by the relative values of a measurable parameter between layers, i.e. products comprising layers having different physical, chemical or physicochemical properties; Layered products characterised by the interconnection of layers
    • B32B7/03—Layered products characterised by the relation between layers; Layered products characterised by the relative orientation of features between layers, or by the relative values of a measurable parameter between layers, i.e. products comprising layers having different physical, chemical or physicochemical properties; Layered products characterised by the interconnection of layers with respect to the orientation of features
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B7/00—Layered products characterised by the relation between layers; Layered products characterised by the relative orientation of features between layers, or by the relative values of a measurable parameter between layers, i.e. products comprising layers having different physical, chemical or physicochemical properties; Layered products characterised by the interconnection of layers
    • B32B7/04—Interconnection of layers
    • B32B7/08—Interconnection of layers by mechanical means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B7/00—Layered products characterised by the relation between layers; Layered products characterised by the relative orientation of features between layers, or by the relative values of a measurable parameter between layers, i.e. products comprising layers having different physical, chemical or physicochemical properties; Layered products characterised by the interconnection of layers
    • B32B7/04—Interconnection of layers
    • B32B7/12—Interconnection of layers using interposed adhesives or interposed materials with bonding properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B9/00—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00
    • B32B9/02—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising animal or vegetable substances, e.g. cork, bamboo, starch
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B9/00—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00
    • B32B9/04—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising such particular substance as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B32B9/042—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising such particular substance as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of wood
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C2/00—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels
    • E04C2/02—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials
    • E04C2/10—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials of wood, fibres, chips, vegetable stems, or the like; of plastics; of foamed products
    • E04C2/12—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials of wood, fibres, chips, vegetable stems, or the like; of plastics; of foamed products of solid wood
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2250/00—Layers arrangement
    • B32B2250/03—3 layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2250/00—Layers arrangement
    • B32B2250/05—5 or more layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/50—Properties of the layers or laminate having particular mechanical properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/50—Properties of the layers or laminate having particular mechanical properties
    • B32B2307/514—Oriented
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/50—Properties of the layers or laminate having particular mechanical properties
    • B32B2307/54—Yield strength; Tensile strength
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/50—Properties of the layers or laminate having particular mechanical properties
    • B32B2307/542—Shear strength
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/50—Properties of the layers or laminate having particular mechanical properties
    • B32B2307/546—Flexural strength; Flexion stiffness
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/70—Other properties
    • B32B2307/732—Dimensional properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2419/00—Buildings or parts thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2607/00—Walls, panels

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Rod-Shaped Construction Members (AREA)
  • Chemical And Physical Treatments For Wood And The Like (AREA)

Abstract

本发明涉及一种建筑元件，该建筑元件包括第一竹层、第二竹层以及夹在第一竹层和第二竹层之间的芯层，其中，第一竹层和第二竹层中的至少一个制造为具有残余应力。本发明还涉及制造所述建筑元件的方法。

Description

竹建筑元件
技术领域
本发明涉及一种建筑元件及其制造方法。
背景技术
最近，使用更可持续的建筑材料的趋势已经见证了建筑材料对结构木材产品不断增长的需求。胶合层压木材(胶合木)因其优异的性能、可持续性和美学特性而成为最受欢迎的材料之一。然而，人们日益增加的对与砍伐森林对环境和生态的影响有关的忧虑凸显了对传统木材替代品的需求。
在寻找非木材林业产品替代木材的过程中，竹子已成为主要的候选产品。特别是，现在已被广泛认识到，与普通树木相比，板状的竹子因其具有与现代结构材料相当的强度、易于加工和快速生长的特性，因此在一些应用中可能是木材的理想替代品。竹子的快速生长和可再生性是建筑中使用的理想特性。然而，原竹在建筑中的广泛使用受到其几何和机械性能的固有可变性以及标准化缺乏的限制。工程竹材旨在减少原材料的可变性，并被加工和制造成层压复合材料。工程竹材最常见的形式是竹重组材和层压竹材。竹重组材，也被称为股编或平行股竹，由浸透树脂并压缩成致密块的碎纤维束组成。层压竹材是将竹竿劈开、刨平、加工(漂白或焦糖化)成条或板条，并将其叠层在一起后压制形成的板制品。这些条或板条可以水平(平压)或垂直地(侧压)粘合在一起。层压竹材既保留了纵向纤维，也保留了原始秆基质的一部分。
尽管在同等重量下竹子和木材的强度与钢的强度相当，但由于竹子和小尺寸木材在实际应用中的强度较低，因此这些材料在结构应用中的广泛使用受到了限制。
预应力结构广泛应用于高层建筑、大跨度结构和桥梁中，以便由于主动应力而提高材料的硬度和刚度。然而，人们很少关注预应力木结构。承载强度和与时间相关的应力松弛阻碍了传统预应力技术直接应用于木结构。此外，现有技术通常涉及在木梁内安装钢筋，然后将其张紧，以在梁内产生预应力。然而，安装和灌浆钢筋可能很困难。此外，一旦安装，木梁就不能在原地切割成合适的尺寸。木材的承载能力也将限制能够施加的预应力荷载的水平。
因此，仍然需要生产由可持续的、环境友好的和经济有利的建筑材料制备的高强度、多用途的建筑元件，特别是用于大跨度和高层建筑结构。
发明内容
第一方面，提供一种建筑元件，包括：第一竹层和第二竹层以及夹在其间的芯层，其中，第一竹层与第二竹层中的至少一个制造为具有残余应力。
有利的是，这样的建筑元件可以具有更大的抗挠度性并表现出改进的动态响应，这对于木结构来说通常是具有挑战性的设计考虑。
建筑元件可以是桁架、墙板、地板、柱或柱状物或梁，可选地，可以是夹层梁、工字梁或双腹板梁。第一层和第二层的厚度可以为10mm至600mm，并且可以彼此不同。芯层的厚度可以为100mm到3000mm。建筑元件沿着两个相邻边缘的长度可以为100mm到16000mm，并且在每个方向上可以不同。其他合适的尺寸对于本领域技术人员来说是显而易见的。
在本发明的上下文中，残余应力应理解为表示锁定在第一层和/或第二层中的内部应力分布。残余应力是指在去除原始应力原因后仍留在固体材料中的应力。在建筑元件的后续组装过程中，第一层和第二层被压在芯层上，以将预应力状态引入建筑元件。预应力抵消了外部载荷，降低了挠度和动态响应。尤其是通过具有预应力的第一层和第二层来加固芯，以通过增加整个结构的强度来提供更好的结构刚度、更小的挠度和动态响应。
有利的是，预应力在结构元件中连续分布，以避免在锚定点处应力集中，并缓解与时间相关的应力松弛问题。此外，由于预应力是在不需要张紧钢筋的情况下引入的，因此可以在原地开孔或将建筑元件本身切割成合适的尺寸。特别地，在一些实施例中，第一竹层和第二竹层可以包括或由竹材及(可选地)胶粘剂或其他类似的粘合剂组成。
通过这种方式利用预应力技术，使芯层与第一竹层和第二竹层之间的应力重新分布。当建筑元件受到外部载荷作用时，具有预应力的第一层和/或第二层中的应力将在预应力的基础上继续增加，以进一步提高竹材的强度。芯层中的预应力与外部载荷抵消，使得芯层中最终应力小于其他等效的非预应力建筑元件。这反过来又允许在制造芯层组件时使用快速生长的低等级木材，以生产更环保、经济和高强度的复合材料建筑元件。
因此，本发明允许使用快速增长的经济的天然材料(竹材和软木)来生产高强度建筑材料。此外，该建筑元件具有吸引人的木制外观、卓越的可持续性，并由环保和建筑师青睐的建筑材料制成。
适当地，第一竹层和第二竹层中均可以制造为具有残余应力。
适当地，第一竹层和/或第二竹层均可以具有处于压缩状态的第一表面和处于拉伸状态的第二表面。
适当地，第一层和/或第二层可以相对于预先形成的曲率半径偏置。在本发明的上下文中，曲率半径应当理解为表示最匹配相应的第一层和/或第二层的法向截面的圆的半径。曲率半径可以定制或调整，以产生具有所需预应力水平的建筑元件。
适当地，第一层和/或第二层可以相对于预先形成的曲率半径偏置。在本发明的上下文中，曲率半径应当理解为指最匹配相应的第一层和/或第二层的法向截面的圆的半径。可以定制或调整曲率半径，以产生具有所需预应力水平的建筑元件。
适当地，第一竹层和/或第二竹层可以由竹制的多个子层叠置形成。通过这种方式，子层是单独生产的，使得每个子层的曲率半径可以根据需要定制。这也为制造提供了优势，因为每个子层可以在较低的压力下单独弯曲。
适当地，子层可以由工程竹材形成，例如层压竹材或竹重组材。这可能是有利的，因为已知工程竹材可以减少原竹中遇到的可变性，并且可以加工和制造成层压复合材料。层压复合材料可以水平排列(平压)或垂直排列(侧压)粘合在一起。工程竹材可以是直的或弯曲的工程竹材。
适当地，多个子层可以设置为每个子层中的竹纤维平行于相邻子层的竹纤维。这种设置可用于在最终的建筑元件中产生单向预应力状态。
适当地，多个子层可以设置为每个子层中的竹纤维垂直于相邻子层中竹纤维。这种设置将在最终的建筑元件中产生双向预应力状态。
适当地，芯层可以包括竹制材料，例如工程竹材。在一些示例中，芯层可包括层压竹材和/或竹重组材。适当地，芯层可以包括交叉层压竹材。适当地，芯层可以包括层压竹材和竹重组材的交替层。在一些示例中，当芯层包括竹制材料时，建筑元件可以基本不含或完全不含木制品。在这种情况下，基本不含应被理解为表示建筑元件可以包括重量小于5％的非竹材料。例如，在一些实施例中，建筑元件可以包括或由竹制材料和(可选地)粘合剂或其他类似的粘合剂和/或机械固定件组成。在一些示例中，当芯层包括层压竹材时，第一竹层和/或第二竹层可以由竹重组材形成。
可替换地或附加地，芯层可以包括木材产品，例如层压木材。层压木芯层的组成可以定制，以生产更经济的产品，同时满足工程和建筑要求。例如，芯层可以包括交叉层压木材夹层或交叉层压的工程竹材和木材的夹层(即交替的工程竹材与木材的夹层的混合物，每个夹层垂直于相邻夹层)。工程竹材可以是直的工程竹材。由于木材通常能比工程竹材更好地容纳未预钻孔的金属固定件，并且工程竹材通常具有更高的强度，因此由工程竹材和木材组合的芯层可以利用这两种材料的优点。混合的工程竹材和木材的层还可能比交叉层压木材(cross-laminated timber,CLT)具有更好的声学性能，后者通常具有更好的降噪水平。层压木芯层的其它组成和构造对于本领域技术人员来说是将是显而易见的。
适当地，芯层可以包括至少一个垂直于第一竹层和第二竹层布置且在两者之间延伸的支撑构件。例如，支撑构件可以是腹板。支撑构件(或腹板)可以由工程竹材形成。第一层和第二层之间支撑构件的存在有利于形成坚固的支架。特别地，第一层和第二层通过支撑构件将彼此隔开，以形成大的杠杆臂，这增加了建筑元件的弯曲能力。因此，支撑构件增强了整个建筑元件的抗剪能力。
适当地，上述至少一个支撑构件可以通过抵接连接与第一竹层和第二竹层连接。抵接连接简单，便于制造。附加地或可替换地，第一竹层和第二竹层可以各自包括至少一个凹槽，该至少一个凹槽被构造为以榫槽布置接收至少一个支撑构件。榫槽连接增加了支撑构件与第一层和第二层之间的连接强度。这样可以降低连接处早期失效的风险，并增加整个建筑元件的整体强度。
适当地，芯层可以包括多个支撑构件。例如，如果预计外部负载不高，则支撑构件之间的空间可以不填充。或者，木材或绝缘材料可以布置在所述支撑构件之间。绝缘泡沫的存在可以改善建筑元件的热性能和/或其他性能。例如，绝缘材料可以包括温度绝缘材料、声音绝缘材料和/或湿度绝缘材料中的至少一种。
可替换地或附加地，当芯层包括多个支撑构件时，竹制材料可以布置在所述支撑构件之间。例如，竹制材料可以包括工程竹材，例如层压竹材或竹重组材。在一些示例中，当竹制材料设置在所述支撑构件之间时，建筑元件可以基本不含或完全不含木制品。在这种情况下，基本不含应被理解为表示建筑元件可以包括重量小于5％的非竹材料。例如，在一些实施例中，建筑元件可以包括或由竹制材料以及(可选地)粘合剂或其他类似的粘合剂和/或机械固定件组成。适当地，支撑构件也可以由竹重组材形成。在一些示例中，当层压竹子设置在所述支撑构件之间时，第一竹层和/或第二竹层可以由竹重组材形成。
第二方面，提供一种制造上述建筑元件的方法，包括：对第一竹层和第二竹层与夹在第一竹层与第二竹层之间的芯层进行组装，其中，第一定竹层和第二竹层中的至少一个具有残余应力。
第一层、第二层以及芯层可以通过粘合剂或机械固定件(如钉子、螺钉、螺栓、销钉等)结合在一起。此外，在第一层和第二层与芯层之间可以使用任何合适的连接。例如，第一层和第二层可以通过榫槽连接或抵接连接与芯层连接。
适当地，所述组装可以包括：
提供第一竹层和第二竹层，其中，第一竹子层和/或第二竹子层中的至少一个具有预先形成的曲率半径；
提供芯层；和
将第一竹层、第二竹层以及芯层压在一起，使第一竹层和/或第二竹层相对于预先形成的曲率半径基本上被拉直，以产生残余应力。
也就是说，在制造过程中，例如在压制过程中，当第一层和第二层相对于芯层的外表面被拉直或基本上被拉直时，预应力状态被引入建筑元件。当压力松开时，预应力保持在第一层和第二层中，并与建筑元件的其他部分相互作用。如上所述，具有预应力的第一竹层和第二竹层通过抵消外部载荷并减少挠度和动态响应来增加整个结构的强度，从而提供更好的结构刚度。
适当地，该方法可以包括以下初始步骤：
(i)提供竹制的多个子层；
(ii)在子层上施加粘合剂；
(iii)按压，以及可选地，加热子层，直至粘合剂固化，以形成具有预先形成的曲率半径的第一竹层；以及
(iv)可选地，重复步骤(i)至(iii)以形成所述第二竹层；
以提供第一和/或第二竹层。
也就是说，以弯曲模式，按压子层，可选地，加热子层。当压力松开时，第一层和/或第二层保持曲率半径。这个过程会产生残余应力。适当地，步骤(i)中的多个子层可以具有预先形成的曲率半径。适当地，第一竹层和第二竹层中均制造为具有残余应力。
适当地，子层可以由工程竹材形成，例如层压竹材或竹重组材。工程竹材可以是直的或弯曲的工程竹材。
适当地，多个子层可以设置为每个子层中的竹纤维平行于相邻子层的竹纤维，以产生单向预应力建筑元件。
或者，多个子层可以设置为每个子层中的竹纤维垂直于相邻子层中竹纤维，以产生双向预应力建筑元件。
可选地，该方法可以进一步包括在第一竹层和第二竹层的表面形成榫槽通道。
应当理解，本文中所描述的适合于结合本申请的一个或多个方面或实施例的任何特征，旨在可推广至本公开的任何方面或实施方式中。
附图说明
附图示出了本公开当前的示例性实施例，并且与上面给出的一般描述和下面给出的实施例的详细描述一起，用于通过示例的方式解释本公开的原理。
图1是根据本发明一实施例提供的建筑元件的示意图；
图2显示了本发明一实施例提供的第一层和第二层；
图3显示了一实施例提供的具有榫槽通道的第一层和第二层；
图4A是本发明一实施例提供的第一层或第二层的展开图，其中，子层沿相同方向排列；
图4B是本发明一实施例提供的第一层或第二层的展开图，其中，子层垂直排列；
图5是本发明一实施例提供的建筑元件的示意图，其中，芯层包括交叉层压的工程竹材层和木材层；
图6是本发明一实施例提供的建筑元件的示意图，其中的芯层包括层压竹材和竹重组材的交替层；
图7是本发明一实施例提供的具有芯层的建筑元件的示意图，其中，芯层包括木材以及多个支撑构件，支撑构件通过抵接连接与第一层和第二层连接；
图8是图7所示的建筑元件的展开图；
图9是本发明一实施例提供的具有芯层的建筑元件的示意图，其中，芯层包括木材以及多个支撑构件，支撑构件通过榫槽连接与第一层和第二层连接；
图10是图9所示的建筑元件的展开图；
图11是本发明一实施例提供的具有芯层的建筑元件的示意图，其中，芯层包括布置在多个支撑构件之间的层压竹材，支撑构件通过抵接连接与第一层和第二层连接；
图12是图11所示的建筑元件的展开图；
图13是本发明一实施例提供的具有芯层的建筑元件的示意图，其中，芯层包括布置在多个支撑构件之间的层压竹材，支撑构件通过榫槽连接与第一层和第二层连接；
图14是图13所示的建筑元件的展开图；
图15所示为本发明一实施例提供的制造建筑元件的方法的示意图；以及
图16所示为本发明一实施例提供的制造建筑元件的替代方法的示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种具有灵活配置的轻质、高强度、多用途的建筑元件，以适应不同的工程和建筑要求，尤其是对于大跨度和高层建筑结构。
一实施例提供的建筑元件10如图1所示。建筑元件10具有第一层12、第二层14和介于其间的芯层16。换言之，第一层12和第二层14是外层，芯层16是夹在外层之间的中间层。每一层都是单独制造的，可以根据不同的最终用途进行定制，详情如下所述。
第一层12和第二层14由多个叠置的工程竹材子层形成。例如，工程竹材可以是层压竹材或竹重组材。每个子层的厚度可以独立地选择，并且可以是6mm至200mm。第一层12和第二层14均可制造为具有残余应力。在一个实施例中，工程竹条以弯曲模式被挤压并粘合在一起，以形成第一层和第二层的每个子层。通过这种方式，每个子层的曲率都是可调整的，以产生预先配置的曲率半径。在所示的实施例中，每个子层的曲率半径是相同的。然而，应当理解，在其他实施例中，子层可以各自具有不同的曲率半径。类似地，第一竹层的子层可以形成为具有与第二竹层的子层不同的曲率半径。
如图4中最佳示出的，多个子层12a至12d叠置在彼此的顶部，并以其弯曲形状挤压和粘合在一起，以形成第一层12。然后重复该过程以形成第二层14。组装好的第一层和第二层如图2和图3所示。在建筑元件10的组装过程中，第一层12和第二层14在固化胶水或施加机械固定件的同时被按压并压平到芯层16上。以这种方式，将预应力状态引入到建筑元件10中。多个子层12a至12d可以设置为每个子层中的竹纤维平行于相邻子层的竹纤维，以制造单向预应力构件，从而产生单向预应力(图4a)。换言之，相邻子层在相同方向上弯曲，使得相邻子层的弯曲边缘叠加彼此的表面上。或者，多个子层12a至12d可以设置为每个子层中的竹纤维垂直于相邻子层中竹纤维，以产生双向预应力(图4b)。换言之，相邻子层被正交地布置，使得相邻子层的弯曲边缘彼此垂直。预应力的类型可根据工程规范在结构分析和设计的基础上进行选择。
芯层16的组成可以选择，以满足工程应用的规范。图5所示为建筑元件100的一个实施例，其中芯层16包括多个交叉层压的夹层。在该示例中，夹层包括直的工程竹材(即层压竹材或竹重组材)夹层18和木板夹层20的交替层的混合物，每个夹层的方向垂直于相邻层。然而，如本领域技术人员所理解的，工程竹材层和木材层的精确设置是灵活的，并且能够适应复杂结构中的不同的建筑和工程规范。
或者，芯层可以包括层压竹材夹层32和竹重组材夹层34的交替层，如图6所示。在图6所示的示例中，第一层12和第二层14由竹重组材制成。这样就提供了一种基本上或完全由竹制材料，特别是工程竹材形成的建筑元件。也就是说，本发明的建筑元件可以基本上不含或完全不含木制品。因此，可以提供一种完全由快速生长且经济的竹子制成的轻质、高强度的建筑元件。无论它们的组成如何，芯层16的夹层可以通过粘合剂或机械固定件结合在一起。
在图7和图8中，示出了具有芯层16的建筑元件200，该芯层16包括多个支撑构件22。在图示的实施例中，支撑构件是腹板，该腹板可以由工程竹材或本领域已知的任何其他合适材料制成。在该实施方案中，腹板通过抵接连接24与第一层12和第二层14结合。简单的抵接连接可能是有利的，因为它们通常易于制造。图9和图10所示为建筑元件300的替代实施例，其中多个支撑构件(即多个腹板)通过榫槽连接26与第一层12和第二层14结合。如图3所示，如果需要，可以在组装建筑元件300之前，在第一层12和第二层14中制作榫槽通道28。榫槽连接以较高的加工成本为代价，提供了更安全的连接。然而，榫槽连接可能是需要的，以防止连接处的早期失效，并增加整个建筑元件的整体强度。在图7至图10所示的示例性建筑元件中，相邻腹板之间的区域填充有木制品30，例如传统木材或工程木材。腹板和木材或工程木材可以通过粘合剂或机械固定件或任何其他合适的方式进行粘合。
或者，相邻腹板之间的区域可以填充工程竹材，例如层压竹材和/或竹重组材。例如，图11至图14所示为一个示例性建筑元件，其具有芯层，该芯层包括设置在多个支撑构件22之间的层压竹材36。在图11和图12所示的示例性建筑元件400中，支撑构件22通过抵接连接24连接到第一层12和第二层14。图13和图14所示为一个类似的示例性建筑元件500，此建筑元件500包括芯层，该芯层包括设置在多个支撑构件22之间的层压竹材36，这些支撑构件通过榫槽连接26连接到第一层和第二层。在这些实例中，支撑构件22也可以由工程竹材(例如竹重组材)形成，以提供基本上或完全由竹制材料，尤其是工程竹材，形成的建筑元件。
在图7至图14所示的实施例中，腹板在芯层16内等距分布。然而，对本领域技术人员来说，其他合适的布置将是显而易见的。例如，支撑构件22的分布在不同的位置可以变化。支撑构件22的数量可以为1至160。然而，根据特定的建筑和工程规范，可以使用任意数量的支撑构件22。每个支撑构件的厚度可以是10mm至300mm。支撑构件的中心到中心的距离可以是100mm至4000mm。
在一些实施例中，例如，如果预计建筑元件上的外部载荷相对较低，则可能不需要在支撑构件之间设置木材或工程竹材。在这样的实施例中，腹板之间的空间可以不填充或填充有绝缘泡沫，以提高结构构件的热性能。
一旦芯层16制成，第一层12和第二层14可以通过例如粘合剂或机械固定件(钉子、螺钉、螺栓、销钉等)结合到芯层的相对侧。有利的是，在建筑元件组装后，用于窗户、门和楼梯井的开口可以根据建筑规范切除。最终饰面(未显示)，如木板、瓷砖等，可固定在外表面上。
参考图15和图16，现在描述根据本发明的制造夹层梁的两种示例性方法。然而，组装建筑元件的其他方式对本领域技术人员来说将是显而易见的。为了清楚起见，以下方法与仅第一层被预应力的建筑单元有关。在存在多个预应力层的情况下，可以采用叠加法来评估整体结构响应的总和。
在第一种方法中，示意性地如图15A所示，弯曲的工程竹材第一层设置为凸面与木材芯层的外表面相邻。然后第一层被按压并粘合到木材芯层上。压制过程中，当第一层相对于芯层的外表面被拉直或基本上被拉直时，产生预应力状态。当压力松开时，内部应力保持在第一层内部，并与建筑元件的其他部分相互作用。简化的分析模块如图15B所示。如本领域技术人员所理解的，图15B是结构模型的简化和近似。
在图16A所示方法的替代实施例中，弯曲的工程竹材第一层被设置为凹面与木材芯层的外表面相邻。也就是说，第一层通过两端固定到木材芯层上。然后，如上面第一种方法所述，将第一层挤压并粘合到木材芯层上。这种方法的不同之处在于，压制过程中，在等效预应力力矩的基础上，还产生了预应力轴向力。简化的分析模块如图16B所示。如本领域技术人员所理解的，图16B是结构模型的简化和近似。
根据本发明的一个实施例，用于竹木复合梁结构分析的实例方案如下所示。为了清楚起见，下面的分析包括一个假设，即只有一个竹层制造为具有残余应力。如本领域技术人员所理解的，在第一竹层和第二竹层均制造为具有残余应力的情况下，可以采用叠加的方法来评估整体结构响应的总和。
在具有施加在其整个跨度L上均布荷载w的简单的支撑梁中，工程竹材层中的最大应力可定义如下：
木材层中的最大应力可以定义如下：
在等式(1)和(2)中，
[EI]为竹木复合梁的均匀等效弯曲刚度，可以从欧拉-伯努利梁理论中导出；
EB为工程竹材的杨氏模量；
ET为芯层的杨氏模量；
hT为木材层的厚度；
hB为工程竹材层的厚度；
MP为预应力引起的等效反作用弯矩。
如等式(1)和(2)所示，由于预应力效应，MP的负贡献降低了最大应力的大小。
用于分析结构响应的替代方法对于本领域技术人员来说是显而易见的。
示例
对夹层竹木梁(示例1)、工型骨复合竹木梁(实施例2)和传统胶合木梁(比较示例)等试样的断裂模量(modulus of rupture,MOR)进行测量。在示例1和2中，根据本发明的一个实施例，第一竹层和第二竹层均制造为具有残余应力。按照BS EN 408:2010+A1:2012对试样进行四点弯曲和剪切现场测试。如表1所示，这两种经济、快速生长的天然材料的组合可以达到与硬木胶合木梁相同的强度。
表1四点弯曲测试中测量的断裂模量的比较
本领域技术人员可以理解，以上实施例仅作为示例而非任何限制意义上的描述，并且，可以在不脱离所附权利要求所定义的本发明范围的情况下，进行各种改变和修改。

Claims (27)

1.一种建筑元件，包括：第一竹层、第二竹层以及夹在第一竹层和第二竹层之间的芯层，其特征在于，所述第一竹层和所述第二竹层中的至少一个制造为具有残余应力。
2.根据权利要求1所述的建筑元件，其特征在于，所述第一竹层和/或所述第二竹层具有处于压缩状态的第一表面和处于拉伸状态的第二表面。
3.根据权利要求1或2所述的建筑元件，其特征在于，所述第一层和/或所述第二层相对于预先形成的曲率半径偏置。
4.根据权利要求1所述的建筑元件，其特征在于，所述第一竹层和/或所述第二竹层由竹制的多个子层叠置形成。
5.根据权利要求4所述的建筑元件，其特征在于，所述子层由层压竹材或竹重组材形成。
6.根据权利要求4或5所述的建筑元件，其特征在于，所述多个子层设置为每个子层中的竹纤维平行于相邻子层的竹纤维。
7.根据权利要求4或5所述的建筑元件，其特征在于，所述多个子层设置为每个子层中的竹纤维垂直于相邻子层中的竹纤维。
8.根据前述权利要求中任一项所述的建筑元件，其特征在于，所述第一竹层和所述第二竹层均制造为具有残余应力。
9.根据前述权利要求中任一项所述的建筑元件，其特征在于，所述芯层包括层压木材。
10.根据权利要求9所述的建筑元件，其特征在于，所述芯层包括交叉层压木材。
11.根据权利要求10所述的建筑元件，其特征在于，所述芯层包括交叉层压的工程竹材和木材的夹层。
12.根据权利要求1至8中任一项所述的建筑元件，其特征在于，所述芯层包括工程竹材，可选地，所述芯层包括层压竹材。
13.根据权利要求1至8中任一项所述的建筑元件，其特征在于，所述芯层包括至少一个支撑构件，其中，所述至少一个支撑构件设置为垂直于所述第一竹层和所述第二竹层布置，且在所述第一竹层和所述第二竹层之间延伸。
14.根据权利要求13所述的建筑元件，其特征在于，所述至少一个支撑构件通过抵接连接与所述第一竹层和所述第二竹层连接。
15.根据权利要求13所述的建筑元件，其特征在于，所述第一竹层和所述第二竹层各自包括至少一个凹槽，所述至少一个凹槽设置为以榫槽布置接收所述至少一个支撑构件。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的建筑元件，其特征在于，所述芯层包括多个支撑构件，可选地，还包括在所述多个支撑构件之间的木材材料或绝缘材料。
17.根据权利要求13至15中任一项所述的建筑元件，其特征在于，所述芯层包括多个支撑构件和所述多个支撑构件之间的工程竹材，可选地，所述工程竹材为层压竹材。
18.根据权利要求12至17中任一项所述的建筑元件，其特征在于，所述支撑构件为腹板。
19.根据前述权利要求中任一项所述的建筑元件，其特征在于，所述建筑元件为桁架、墙板、地板、柱或柱状物或梁，可选地，所述建筑元件为夹层梁、工字梁或双腹板梁。
20.一种制造根据前述权利要求中任一项所述的建筑元件的方法，其特征在于，包括：对第一竹层和第二竹层与夹在所述第一竹层与所述第二竹层之间的芯层进行组装，其特征在于，所述第一竹层和所述第二竹层中的至少一个制造为具有残余应力。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述组装包括：
提供所述第一竹层和所述第二竹层，其中，所述第一竹层和第二竹层中的至少一个具有预先形成的曲率半径；
提供所述芯层；以及
将所述第一竹层、所述第二竹层以及所述芯层压在一起，使所述第一竹层和/或第二竹层相对于所述预先形成的曲率半径基本上被拉直，以产生所述残余应力。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述提供所述第一竹层和所述第二竹层包括初始步骤：
(i)提供竹制的多个子层；
(ii)在所述子层上施加粘合剂；
(iii)按压以及，可选地，加热所述子层，直至所述粘合剂固化，以形成具有预先形成的曲率半径的所述第一竹层；以及
(iv)可选地，重复步骤(i)至(iii)以形成所述第二竹层。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述子层由层压竹材或竹重组材形成。
24.根据权利要求22或23所述的方法，其特征在于，所述多个子层设置为每个子层中的竹纤维平行于相邻子层的竹纤维。
25.根据权利要求22或23所述的方法，其特征在于，所述多个子层设置为每个子层中的竹纤维垂直于相邻子层中的竹纤维。
26.根据权利要求20至25中任一项所述的方法，其特征在于，还包括：在所述第一竹层和所述第二竹层的表面形成榫槽通道。
27.根据权利要求20至26中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一竹层和所述第二竹层均制造为具有残余应力。
CN202180085891.3A 2020-12-18 2021-12-17 竹建筑元件 Pending CN116940463A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB2020124.0 2020-12-18
GBGB2020124.0A GB202020124D0 (en) 2020-12-18 2020-12-18 Bamboo construction element
PCT/GB2021/053350 WO2022129936A1 (en) 2020-12-18 2021-12-17 Bamboo construction element

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116940463A true CN116940463A (zh) 2023-10-24

Family

ID=74221244

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202180085891.3A Pending CN116940463A (zh) 2020-12-18 2021-12-17 竹建筑元件

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20240052632A1 (zh)
EP (1) EP4263206A1 (zh)
CN (1) CN116940463A (zh)
CO (1) CO2023007905A2 (zh)
GB (1) GB202020124D0 (zh)
MX (1) MX2023007235A (zh)
WO (1) WO2022129936A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114197655B (zh) * 2021-12-29 2023-08-18 山东建筑大学工程鉴定加固研究院有限公司 一种竹木结构梁柱节点及方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8747987B2 (en) * 2008-12-24 2014-06-10 Research Institute Of Wood Industry, Chinese Academy Of Forestry Ultra thick bamboo-wood composite panel, ultra thick solid wood composite panel and manufacturing methods thereof
CN104015234B (zh) * 2014-04-02 2016-03-16 中南林业科技大学 一种曲竹家具的生产制作方法及弯曲竹杆件
CN104772798B (zh) * 2015-04-08 2017-12-15 北京林业大学 预应力frp增强竹木结构用集成材及其制造方法
CN211736192U (zh) * 2020-01-10 2020-10-23 杭州庄宜家具有限公司 一种地板

Also Published As

Publication number Publication date
GB202020124D0 (en) 2021-02-03
CO2023007905A2 (es) 2023-10-30
US20240052632A1 (en) 2024-02-15
MX2023007235A (es) 2023-09-11
EP4263206A1 (en) 2023-10-25
WO2022129936A1 (en) 2022-06-23
WO2022129936A9 (en) 2022-09-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Dauletbek et al. A review of mechanical behavior of structural laminated bamboo lumber
US5565257A (en) Method of manufacturing wood structural member with synthetic fiber reinforcement
Lam Modern structural wood products
CN110228111B (zh) 一种竹木复合正交胶合木的加工方法及所得产品
JP2004514076A (ja) 木製梁の製造方法、建物の建設のための木製梁および木造骨組
Xiao Engineered bamboo
CN210238892U (zh) 一种复合结构正交胶合木楼盖
US20240052632A1 (en) Bamboo construction element
US20200181905A1 (en) Multi-story building construction using long strand timber panels
US20110209437A1 (en) Reinforced composite panel for building floors, walls, beams and pillars
Li et al. Bending performance of nail-laminated bamboo-timber panels made with glubam and fast-grown plantation Chinese fir
GB2106561A (en) Wooden girder
CN113152759A (zh) 一种装配式预应力增强正交胶合木楼板
CN108582299B (zh) 一种竹木异向组合结构
US20230271399A1 (en) Bamboo-hybrid structural panels and structural section
CN108247771B (zh) 一种木结构建筑用预制楼面板及其制作方法
CN115680177A (zh) 一种组合木结构楼板
CN108748456B (zh) 具有隐式增强条带的木基结构板材及其制备方法和组合墙体
CN112482186A (zh) 一种高强方便制作施工的胶合木梁桥及其制作和施工方法
EP4074912A1 (en) Floor beam for buildings and bridges
EP1811097B1 (en) Building element
CN211073956U (zh) 一种轻质隔音复合板板芯
CN111485672B (zh) 平行弦木桁架及其制作方法
CN118110299A (zh) 一种竹木钢塑组合楼面板及生产方法
JP2020125652A (ja) 木質建材

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination