■肖岩

现代竹结构建筑工程案例 沈杨/供图

面对建筑节能减排的挑战，作为生物质材料的竹材具有极大地优势和潜力，使用工程竹材替代一部分常规的建筑材料，对于减少建筑材料生产过程中产生的碳排放具有重要意义。

竹材原材料来源广，具有良好的物理力学性能和加工性能，外观美观，耐久性较好。发展新型工程竹结构体系，极有希望成为土木工程领域变革的新突破点。

竹木结构研究日渐活跃

建筑业的碳排放主要产生在建造阶段和运维使用阶段。尽管近十年来装配化建筑的发展对节能减排起到了很好的作用，但是碳排放较高的传统材料仍然占据建筑材料的主流。而在工业化发达的西方国家，生物质材料中的木材在建筑结构中的使用占有很高的比例，是当地建筑主流结构体系之一。

近二十年来，随着我国经济的发展和生活水平的提高，以及人们对可持续建筑材料的逐步重视，木结构建筑得到越来越多的关注。

目前，我国已经成为世界最大的木材进口国。据海关总署数据统计，2020年我国原木和锯材进口额为160亿美元，2021年增长为194亿美元。尽管进口木材并非主要用作结构材，但在此大背景下，木结构相关研究在国内也逐渐变得活跃。

与此同时，基于我国目前本土森林资源相对匮乏而竹材资源丰富的现实，我国在工程结构与建筑中利用竹材逐渐成为了一个新的研究和工程应用领域，并逐渐在国际上产生了较大影响。

工程竹结构是以我国科学家和工程技术人员为主发展起来的一种新型绿色零碳结构体系，可以媲美欧美等工业化国家和地区广泛应用的工程木结构。笔者的研究团队于17年前就已开展了相关研究，并获得了国家自然科学基金委重点项目的资助。

二次胶合工艺占据主流

竹结构所用的工程竹材是通过绿色加工技术将竹纤维胶合而成的一种天然生物质纤维复合材料。目前的工程竹材大致可分为薄篾胶合竹、厚篾胶合竹及高密度胶合竹（也称重竹或从组竹）。

将工程竹材制成工程结构构件尺度一般需要二次胶合，这种二次胶合的竹结构，笔者团队称之为“glubam”，与胶合木“glulam”相对应。第一次胶合一般为热压工艺，受热传导梯度影响，胶合厚度受到一定的限制，而制成一定厚度的板材。二次胶合是根据结构构件尺寸要求，将第一次胶合热压制成的板材按设计裁剪、接长，然后通过冷压工艺压制成构件。

有趣的是，与工程木结构相比，工程竹结构第一次的热压工艺是将出材率较低的竹材（竹篾或竹条）集成化，而木材是将体积较庞大的树干分解（锯成）尺寸较小的木方（规格材）；而两者的二次胶合工艺则非常类似。

如今，业界已研发出微波加温热压胶合工艺，可以实现一次性将竹材压制成较大的厚度。但考虑到结构设计和构件的多样性，二次胶合生产工艺仍可能会继续呈主导地位。

正交胶合竹木开拓绿色建材多样性

近二十年来，国外木结构发展出现了新的趋势，主要是向高层化发展。其中一个关键技术创新是正交胶合木（Cross-laminated timber, CLT）。两大国际著名学术杂志《Nature》和《Science》几年前都分别发表学术论文，介绍了木结构高层和超高层化的发展及CLT技术。国内同济大学、南京工业大学及多所林业大学相继开展CLT相关研究，并取得了很好的成果。

笔者团队在以往有关竹结构研究的基础上，结合国外CLT技术进展，在国家自然科学基金的资助下研发了正交胶合竹木结构，并通过力学、热工及传声试验，验证了这种竹材和木材组合结构体系的力学和物理性能优势。

未来，正交胶合竹木结构有望将我国优势森林资源的竹材与近年来已经形成了可用资源的速生人工林资源结合，在一定程度上减少我国对于进口木材的依赖，为生物质绿色建材的多样性开拓新的可能性。

〔作者系浙江大学（宁海）生物质材料与碳中和联合研究中心主任，长江学者〕

本文原载于《中国建材报》10月31日11版《工程竹结构为生物质绿色建材开拓新赛道》

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