CN208183951U - 一种含竹条结构板 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种含竹条结构板，所述结构板是有不少于二个表面和若干个连接结合面的可承受外力的扁平体，所述竹条与条状物组成格栅状的骨架；所述圆竹段不露出结构板表面；所述结构板为结构楼板或结构墙板。本实用新型的含竹条结构板利用竹代替钢筋和部分混凝土，在保证建筑性能同时，实现建筑轻量化、减少建筑工程的碳排放。

Description

一种含竹条结构板

技术领域

本实用新型涉及一种低碳环保的建筑构件，具体涉及一种含竹条结构板。

背景技术

目前世界性的气候变化—温室效应，我国的大气环境质量(雾霾)现象，因而提出“绿水青山、就是金山银山”的发展理念；而我国的建筑业的水泥和钢材是世界最大的生产国，对大气环境的治理带来不利影响。

为了改善环境，对建筑的全寿命周期(从建材生产到建筑使用、再到建筑报废拆除)的能耗实现低碳是人类追求的目标。竹——弹性和韧性很高，顺纹抗拉强度达170MPa，顺纹抗压强度达80MPa。特别是刚竹，其顺纹抗拉强度最高竟达280MPa，几乎相当于同样截面尺寸普通钢材的一半，竹子容重500-800km/m³。按平均值顺纹抗拉强度达150MPa，钢材600MPa，但若按单位质量计算抗拉强度，则竹材单位质量的抗拉强度是钢材的3倍左右。顺纹抗压65MPa，钢材600MPa，竹材单位质量的抗压强度是钢材的1.5倍左右；与C60混凝土相比，混凝土几乎不能用作受拉构件，受压强度60MPa，容重2400km/m³，竹材单位质量的抗压强度是混凝土的3.5倍左右；对建筑轻量化非常有利；能耗方面：竹子是混凝土的1/8,是钢材的1/50；如果计算竹子生长吸收CO₂放出O₂。因此竹是一种低碳环保的建材(甚至为零排放建材)。

目前出现过的技术作为受力构件是利用竹的受力纤维抗拉能力替代部分钢筋，或利用竹的受拉性能做为不受力的建筑构件防止开裂，没有充分发挥竹的性能。

另一方面含竹的结构承载力也没有明确的确定和计算方法，如果有也都是经验方法。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种含竹条结构板，利用竹代替钢筋和部分混凝土，在保证建筑性能同时，实现建筑轻量化、减少建筑工程的碳排放。

本实用新型的另一个目的在于提供含竹条结构板的设计方法，该设计方法包括含竹条结构板中的竹条性能值确定方法、含竹混凝土结构板性能值确定方法以及含竹混凝土结构板中竹条数量的确定方法，以便于设计推广、确保结构的安全可靠度。

本实用新型的目的通过以下的技术方案实现：

一种一种含竹条结构板，所述结构板是有不少于二个表面和若干个连接结合面的可承受外力的扁平体混凝土结构，所述竹条与条状物组成格栅状的骨架；所述竹条不露出结构板表面；所述结构板为结构楼板或结构墙板。

本实用新型的一种改进方案，所述含竹条结构板中，所述竹条与条状物组成格栅状的骨架四周包含在由型钢或钢筋构成的骨架内。该改进方案可以使竹条更好实现连接，使建筑更加安全。

优选地，所述条状物为竹条或金属条或木棍或合成化工纤维条；构成所述条状物的竹条包括圆竹段、竹片、竹篾及竹篾制品。好处是多种材料组合的板，因地制宜、发挥材料各自长处。

优选地，所述的混凝土结构板由竹、钢和混凝土构成；所述钢为型钢或钢筋；所述混凝土包括普通混凝土、加气混凝土和陶粒混凝土。其作用是使结构多样性，可以根据需要采用不同材料。

优选地，所述含竹条结构板中，所述圆竹段保留圆竹空心和有节的结构，形成有空心率的混凝土结构板。这样可以减轻建筑重量，使建筑更加安全节能。

优选地，所述竹条为经过碳化处理或防腐处理的竹制品。使竹条达到与建筑同寿命。

进一步改进，所述格栅状的骨架为平面状，其厚度大于等于结构板的板厚的一半。其好处是控制空心率，实现真正减轻和节能。

优选地，所述格栅中的条状物为竹条，竹条和竹条的交点用钉连接，所述钉露出竹条表面一定长度。好处充分利用竹条结构，减少其他材料(如减少钢筋)，钉露出一定长度可以增加混凝土与竹条连接力防止它们之间相对活动。

本实用新型与现有技术相比具有以下的有益效果：

1、实现低碳减排：含竹建筑，采用竹替代部分钢筋和混凝土，可绿色建筑；竹为速生林3-5年成材，可以说取之不尽的绿色材料，其生长过程是吸收CO₂放出O₂；而钢筋和混凝土材料整个生产过程都消耗大量资源(包括能源、消耗O₂和H₂O)放出CO₂和废H₂O，另化学矿物开采加工都会或多或少污染环境、地球温室气体排放。

2、使建筑轻量化，使建筑成本更低(轻量化减少地震作用、从而减少成本)，使建筑更易工业化(装配建筑的吊装运输容易)。

3、竹建材有更好的隔热(热传导系数比混凝土和钢材低)，使建筑在使用阶段更节能低碳。使建筑物在整个生命周期更低碳节能。

4、竹子是速生植物、主要产于农村和山区，带动农民致富、有利于国家的共同富裕政策。

5、本实用新型的竹是被混凝土包裹起来、不露出表面，保证建筑的耐久性。

6、本实用新型采用圆竹段与其他条状物组成的格栅，其本身就是一个很好的受力体系，与混凝土结合能更加充分把各自性能充分发挥；更好的利用圆竹中空、有节、外刚的优越结构性能，既代替钢筋又减少混凝土(可以减少板构件的混凝土量最大的40％，钢筋量减少一半以上)，又具有很好结构性能、还能够减轻构件(以致于建筑)重量；更利于节能减排、实现建筑业的装配工业发展。

7、本实用新型采用圆竹段，既简化竹的加工、又能充分发挥柱的抗压和抗剪性能。利用圆竹段的抗压和抗剪结构板是原创结构。以前和现有使用的都是竹片，且结构形式不相同。

8、本实用新型对含竹条的混凝土板构件的竹条的性能值确定提出方法，即提出材料性能值(材料标准值或设计值)的确认原则，其以一个竹条单元(如一根竹片、一根圆竹段或一皮竹篾)为受力的计算单元；如N/根，即性能单元的单位为根，受力竹条的截面积也是一整根断面计算、不扣除圆竹中心的空洞。其弹性模量和剪切模量就是按单根竹条的总横切面的面积计算；另一特点是每一批次、每一级别都有不同的性能值。此方法与目前建筑材料性能有本质区别，(目前建材性能值是单位面积的性能值、如钢筋和混凝土其抗拉值N/mm²、且全国同一种材料都是相同的性能值，与大小、产地没有关系；而竹条是与大小、产地、批次等都有关)是首创的性能值确定的方法，为推广竹子作为受力建材提供基础依据。

9、本实用新型在确定竹条性能基础上，进一步对本实用新型的含竹的混凝土板构件承载力的确定提出了明确的设计计算原则；其以一个竹条单元(如一根竹片、一段圆竹或一皮竹篾)为受力的计算单元(如N/根，即性能单元，这是现有建筑结构设计技术没有系统的提出过，现有技术是以单位面积的性能值(如N/mm²))，并提出材料性能值(材料标准值或设计值)的确认原则，该确定原则符合《工程结构可靠性设计统一标准B50153-2008》规范的材料性能值确认原则；同时提出含竹条结构板的承载力设计计算原则，(这是以前没有或没有那么系统的提出过)；为推广含竹的生态建筑建立基础理论依据。

附图说明

图1为本实用新型实施案例一的楼板透视图；

图2为本实用新型实施案例一的图1的I-I剖面图；

图3为本实用新型实施案例一的图1的Ⅱ-Ⅱ剖面图；

图4为本实用新型实施案例二的楼板结构平面图；

图5为本实用新型实施案例二的图4的I-I剖面图；

图6为本实用新型实施案例二的图4的Ⅱ-Ⅱ剖面图；

图7为本实用新型实施案例三的墙板立面结构图；

图8为本实用新型实施案例三的图7的I-I剖面图；

图9为本实用新型实施案例三的图7的Ⅱ-Ⅱ剖面图；

图10为本实用新型实施案例三的型钢透视示意图；

图11为本实用新型实施案例四的墙板结构立面图；

图12为本实用新型实施案例四图10的I-I剖面图；

图13为本实用新型实施案例四图10的Ⅱ-Ⅱ剖面图；

图中：1-结构板、其中1a-结构楼板、1b-结构墙板，2-竹片，3-混凝土，4-圆竹段，5-钢筋，6-型钢；h-格栅厚度,H-板厚度，L-结构墙板的长度。

由于竹纤维有方向性，其表示方式与纤维的断面和顺向有所区别，同时圆竹段为中空和有节形态。

具体实施方式

本实用新型所述混凝土结构板是以混凝土为主要材料、配置有圆竹段的楼板和受力结构墙板。

实施案例一：

如图1-3所示，该案例的楼板1a为有上下两个表面和四个连接面的扁平体，其含有圆竹段4、竹片2、钢筋5和混凝土3构成，具体为楼板的短方向(即I-I剖面方向)采用圆竹段4受力，楼板的长方向(即Ⅱ-Ⅱ剖面方向)采用竹片2+钢筋5受力，所述的结构楼板四周的连接结合处含有钢筋5，并且钢筋5组成箍筋骨架，构件含有圆竹段4和竹片2+钢筋5组成格栅为正方形格栅、格栅置于靠近板底留有保护层厚度内，被混凝土3包裹起来、不露出表面，并且圆竹段与竹片2组成格栅骨架四周包含在由钢筋构成的骨架内。需要说明的是：图1中所示，该楼板的圆竹段4虽然穿出连接面，但不出表面(连接面外侧最后还要浇筑混凝土将楼板1a连接起来)，最终竹条是封闭在混凝土内的。

该楼板由于采用圆竹段4，圆竹段4保持中空和有节形态，使楼板存在一定的空心率(圆竹的直径约为板厚一半为宜，圆竹段4和竹片2+钢筋5组成格栅的厚度h大于等于板厚度H的一半，h≥H/2)，能减轻楼板重量、又能节省混凝土，竹既替代了部分钢筋也替代了混凝土(楼板的代替混凝土量一般大于10％)，即充分利用圆竹的抗弯和抗剪能力。

作为结构受力的竹条性能值确定：

由于竹的种类很多，产地、生长期、甚至砍伐季节等诸多因素对其性能都有影响。因此竹条性能采取批次进行确定，就是把具体截面面积以同一产地、竹生长期相近的同类竹条作为批次，并按直径大小、且壁厚一定范围内的圆竹段分出各个等级，把厚度、大小不同的竹片分出各个等级；即把具有相近外观物理特征和几何特征的竹条分成一批次，进行试验和概率统计确定性能值。

该楼板的生产方式生产可以是现场现浇楼板或在预制工厂生产；其与钢筋混凝土楼板相同，只是把楼板生产是的钢筋绑扎变成竹格栅绑扎和钢筋绑扎；更方便的是竹格栅可以提前制作好、减少现场施工设计，竹格栅具体制作为圆竹段4和竹片2的交点可以绑扎、也可以用钉把竹片2钉到圆竹段4，并可以让钉头露出一定长度，增加竹条与混凝土之间的结合力；这是本领域技术人员都会的生产制作。

实施案例二：

如图4-6所示，该案例的楼板1a有上下两个表面和四个连接面的扁平体，其含有圆竹段4、竹片2、钢筋5和混凝土3构成，具体为楼板的短方向(即I-I剖面方向)采用圆竹段4受力，楼板的长方向(即Ⅱ-Ⅱ剖面方向)采用竹片2受力，所述的结构楼板四周的连接结合处含有钢筋5，并且钢筋5组成箍筋骨架，构件含有圆竹段4+竹片2组成格栅为正方形格栅、格栅置于靠近板底留有保护层厚度内，被混凝土3包裹起来、不露出表面，并且圆竹段与竹片2组成格栅骨架四周包含在钢筋构成骨架内。

该楼板由于采用圆竹段4，使楼板存在一定的空心率(圆竹的直径约左右为板厚一半为宜，格栅的厚度h大于等于板厚度H的一半，h≥H/2)，能减轻楼板重量、又能节省混凝土，竹即替代了部分钢筋也替代了混凝土，即充分利用圆竹的抗弯和抗剪能力。

该楼板的生产方式生产可以是现场现浇楼板或在预制工厂生产；其与钢筋混凝土楼板相同，只是把楼板生产是的钢筋绑扎变成竹格栅绑扎和钢筋绑扎；本领域技术人员都会的生产制作。(另更方便的是竹格栅可以提前制作好、减少现场施工设计)，竹格栅具体制作为圆竹段4、竹片2和钢筋的交点可以绑扎，也可以用钉把竹片2钉到圆竹段4。

实施案例三：

如图7-9所示，该案例的墙板1b有前后两个表面和四个连接面的扁平体，其含有圆竹段4、竹片2、钢筋5、型钢6和混凝土3构成，具体为墙板的竖向方向配置有圆竹段4代替钢筋和混凝土(作用是受压和抵抗水平剪力、防止墙板开裂)，墙板的水平方向在竖向竖向的圆竹段4的两外侧靠近表面配置水平的竹片2(共二层竹片)代替钢筋抗拉和防止开裂，所述的结构墙板四周的连接结合处含有钢筋5，并且钢筋5组成骨架，构件含有圆竹段4和竹片2组成格栅为正方形格栅(全竹条格栅)、格栅置于墙板中心使其在保护层厚度内，被混凝土3包裹起来、不露出表面，并且由一层圆竹段4与二层竹片2组成格栅骨架四周包含在钢筋构成骨架内；其中圆竹段4的上部还穿入型钢6(具体为槽钢)骨架内，槽钢如图10所示，其腹板穿有与圆竹段4直径匹配的圆洞，型钢6的作用增加墙板横向刚度(如预制墙板可以防止吊装运输横向断裂)和作为上部结构的支承梁的一部分，同时更好固定格栅端部整体性更好。

该墙板由于竖向圆竹段4，使墙板存在一定的空心率(圆竹的直径约左右大于板厚一半以上，圆竹段4和竹片2组成格栅的厚度h大于等于板厚度H的一半)，能减轻墙板重量、又能节省混凝土，竹即替代了部分钢筋也替代了混凝土(如果H＝200mm，h＝160mm，圆竹间距200mm，竹代替置换混凝土量可达35％、墙板重量可以减轻20％以上)，即充分利用圆竹的抗压和抗剪能力。

本实施例的混凝土结构墙板的设计计算原则：

一、竹条性能值确定：

竹条由于竹的种类很多，产地、生长期、甚至砍伐季节、等诸多因素对其性能都有影响。因此竹条性能采取批次进行确定，就是把具体截面面积以同一产地、竹生长期相近的同类竹条作为批次，并按直径大小、且壁厚一定范围内的圆竹段分出各个等级、把厚度、大小不同的竹片分出各个等级，进行试验和概率统计确定性能值；

本墙板的竹为承受竖向荷载压力为主，因为竹的弹性非常好，比钢筋好、也没有如钢筋的明显塑性变形段；下面以抗拉压性能为例说明竹条圆竹段4的性能值确定方法(竹片在墙体内部不考虑受压作用)：

该墙板的生产方式生产可以是现场现浇墙板或在预制工厂生产；其与钢筋混凝土墙板相同，只是把墙板生产是的钢筋绑扎变成竹格栅绑扎和钢筋绑扎；(另更方便的是竹格栅可以提前制作好、减少现场施工设计)，竹格栅具体制作为圆竹段4和竹片2的交点可以绑扎、也可以用钉把竹片2钉到圆竹段4；本领域技术人员都会的生产制作。

实施案例四：

如图11-13所示，该案例的墙板1b是受力承重墙板或剪力墙板(抗震墙板)、其有三个表面和三个连接面的扁平体。该实施案例与实施案例3的不同之处在于所述墙板1b由竹片2(或竹篾)、直筋5组成，所述竹片2组成菱形格栅状的骨架，该骨架的二层格栅组成厚度大于等于墙板的板厚的一半.所述菱形格栅状的骨架中的竹条2和竹条2之间的交点用钉连接，所述钉露出竹条表面一定长度。所述钢筋筋5设置在所述墙板内，且沿着该墙板的水平方向和竖直方向伸出到所述墙板的其中三个侧面外(在图13中，所述箍筋没有从墙板的左侧延伸出来，该墙板的左侧为边缘构件，钢筋一端锚固在墙板板里)。延伸出墙板外的直筋和箍筋构成所述连接件，从而实现与该墙板周边的建筑构件之间连接。

如图11-13所示，所述竹片2(或竹篾)插入由箍筋和直筋组合的骨架内，且组成斜向格栅的竹片2均没有伸出所述墙板1b的连接节点处，即不进入连接节点的连接范围内。通过混凝土将所述竹片2编织成的斜向格栅包裹起来，使其不与外部环境接触，从而增加竹材的耐久度。

本实施例中的墙板1b由于采用由竹片2(或竹篾)编织的斜向格栅，使其代了大部分钢筋，从而充分利用竹片7(或竹篾)的抗拉能力，因此，本实施例中的墙板4具有很好的抗开裂性和抗剪能力。

该墙板的生产方式生产可以是现场现浇墙板或在预制工厂生产；其与钢筋混凝土墙板相同，只是把墙板生产是的钢筋绑扎变成竹格栅绑扎和钢筋绑扎；(另更方便的是竹格栅可以提前制作好、减少现场施工时间)，竹格栅具体制作为竹片2和钢筋的交点可以绑扎、也可以用钉把竹片2钉到另竹片2；本领域技术人员都会的生产制作。

上述为本实用新型的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种含竹条结构板，所述结构板是有不少于二个表面和若干个连接结合面的可承受外力的扁平体混凝土结构，其特征在于，所述竹条与条状物组成格栅状的骨架；所述竹条不露出结构板表面；所述结构板为结构楼板或结构墙板。

2.根据权利要求1所述的含竹条结构板，其特征在于，所述含竹条结构板中，所述竹条与条状物组成格栅状的骨架四周包含在由型钢或钢筋构成的骨架内。

3.根据权利要求1或2所述的含竹条结构板，其特征在于，所述条状物为竹条或金属条或木棍或合成化工纤维条；构成所述条状物的竹条包括圆竹段、竹片、竹篾及竹篾制品；所述的混凝土结构板由竹、钢和混凝土构成；所述钢为型钢或钢筋；所述混凝土包括普通混凝土、加气混凝土和陶粒混凝土。

4.根据权利要求3所述的含竹条结构板，其特征在于，所述含竹条结构板中，所述圆竹段保留圆竹空心和有节的结构，形成有空心率的混凝土结构板；所述竹条为经过碳化处理或防腐处理的竹制品。

5.根据权利要求1所述的含竹条结构板，其特征在于，所述格栅状的骨架为平面状，其厚度大于等于结构板的板厚的一半。

6.根据权利要求3所述的含竹条结构板，其特征在于，所述格栅中的条状物为竹条，竹条和竹条的交点用钉连接，所述钉露出竹条表面一定长度。