[发明专利]高强竹集成材空心柱及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种可应用于建筑工程结构及大跨结构的高强竹集成材空心柱及制备方法，属于工程技术领域。

背景技术

环境与资源问题已迫在眉睫，寻求合适的生物质可再生结构材料是当代土木工程领域的一个新方向，越来越多的建筑师把目光投向了竹木材料，竹木建筑给人们带来了亲近大自然的温馨感。

当代竹木建筑也不再局限于小面积房屋、普通住宅，越来越多的公共建筑、大跨建筑、桥梁结构倾向于采用竹木材料，而原竹与原木因尺寸不规范及力学性能的多样性，不能直接满足这些需求，必须对原竹、原木进行工业加工，但我国森林资源，尤其是优质树种紧缺，树的生长期也非常长，满足不了如此庞大的需求，而我国是世界上最主要的产竹国，素有“竹子王国”之誉。竹材生长期为3~5年，竹材的短周期、高强、高产，让人们有了“以竹代木”的想法，原竹的薄壁、尖削度大等特点，及市场对竹材的需求、要求日益升高，促进了工业竹的发展。

目前工业竹主要用在装修、装饰材料、生活用品等领域，很多学者都在积极探索如何将工业竹大量用在建筑结构领域，竹集成材是其中的一种工业竹产品，是由原竹经剖篾加工、低温干燥，浸胶、组坯、加压、固化、砂光平整、裁边、指接等多种工艺制成的一种力学性能优异的竹质复合材料，经过近30 年的研究与发展，其生产工艺已经标准化；目前生产的竹集成材纵向（顺纤维方向）抗拉强度和抗压强度分别可达100~120MPa 和50~60MPa，弹性模量可达1000~12000MPa；其力学性能和阻燃性均优于木材，环保指标已达欧洲E1 级标准；因此，竹集成材可以满足现代建筑结构对材料的力学、环保、耐久性等方面的性能要求，研究表明，竹集成材结构在节能环保、工业化生产、装配式施工等方面有着传统材料不可替代的优势，而在建筑结构中使用柱作为承重构件时，柱往往不是承受理想的轴心压力，经常处于偏心受压，即压弯或拉弯状态，因此需要增大柱的抗弯能力，空心柱能满足此要求，抗弯能力大大提高。

然而现阶段我国竹木结构设计理论不完善，设计手段落后，在可持续发展的引领下，日益紧缺劳动力的形势下，发展装配式、工厂标准化生产的竹结构建筑，非常有意义，同时大跨结构也越来越多地涌现，需要各种型式适用于大跨竹结构的构件，因此依据现代结构分析技术与结构设计原理进行装配式、大跨竹结构分析与设计是十分必要的。

目前以混凝土和钢材为主要原料的装配式结构，其缺点有以下几点：（1）自重较大；（2）运输不便；（3）构件尺寸根据设计需要确定，不具有通用性，不利于标准化生产；（4）能耗高、污染大，成本相对较高；本发明能有效改善以上状况。

发明内容

本发明的目的在于提出一种高强竹集成材空心柱及制备方法，其目的旨在发展绿色、环保、可再生、装配式、工厂标准化生产的高强生物质建筑结构构件，满足越来越多的大跨结构，为克服现有技术所存在的上述缺陷，该柱可以提供足够的强度（即承载力）与刚度（即变形）、稳定性，满足大跨工程设计要求，并且具有自重小、绿色环保、可再生、可降解、低能耗、污染小、可标准化生产等特点。

本发明的技术解决方案：高强竹集成材空心柱，其结构包括高强竹集成材侧板1、高强竹集成材侧板2、低密度竹集成材横隔板3、钻尾自攻螺钉4，其中高强竹集成材侧板1与高强竹集成材侧板2通过钻尾自攻螺钉4连接围成空心柱，低密度竹集成材横隔板3在空心柱内每间隔500mm与高强竹集成材侧板1、高强竹集成材侧板2通过钻尾自攻螺钉4连接；工作时，高强竹集成材空心柱因其空心截面抗弯刚度很大，同时因低密度竹集成材横隔板3的作用，提高了其稳定性；受到荷载作用时，高强竹集成材空心柱一侧受压，同时受到偏心弯矩，柱发生弯曲，另一侧受拉；同时，低密度竹集成材横隔板3与连接高强竹集成材侧板1、高强竹集成材侧板2的钻尾自攻螺钉4提供抗剪承载力及稳定性，钻尾自攻螺钉4将高强竹集成材的侧板1、高强竹集成材的侧板2与低密度竹集成材横隔板3连接成具有承载能力和稳定性的柱。

高强竹集成材空心柱的制备方法，包括如下步骤：

（1）装配各部件；

（2）制备侧板；

(3) 横隔板的制备；

（4）横隔板与侧板的连接。

本发明的优点：

1）采用高强竹集成材生物质材料制作空心柱，在保证柱承载力、变形能力及稳定性的基础上，充分利用了我国天然竹资源，能耗低、污染小，减轻了建筑生产对环境的负荷；