研究開發
淺談竹子與土木工程
竹與“鬆”、“梅”並稱“歲寒三友”，向來是堅勁高潔的君子的象征。我國國畫家李苦禪在他畫的竹子畫上題詞說：“木出土時先有節，長到淩雲還虛心”，“節”、“虛心”、四季常青這幾種品質，使其成為天然的合理力學結構。一直以來，由於竹子本身具有質輕、高強、韌性好等多種優點，自古就用於建築及受力結構。而近年來隨著科學技術的發展，人們不但將竹材廣泛用於土建行業，對竹子的仿生結構也有了新的研究，許多竹子仿生建築應運而生。
顯然竹子在土木工程有著重要的作用。
一．竹材在土木工程中的應用。
竹子是良好的天然建築材料，有以下優點：1)強度高、韌性好、耐磨性佳、不易開裂；2)光澤淡而柔和、亮而均勻、外型美觀、格調清新高雅；3)防腐防潮性能好，不發黴，不易生蟲和變形；4)結構別致新穎，外觀美觀大方精致、經久耐用、裝飾效果好；5)生產過程中竹材利用率高，對環境影響小。而且成本不高。因而是良好的天然材料。
我國2000多年前，即已廣用於民間房屋和橋梁的建造。迄今南方各省仍多采用竹子蓋一些半永久性或臨時性的房屋、棚舍和倉庫等。在庭園中以竹建亭謝和走廊相聯，更有東方別致之感。
竹材還被人們巧的用於現代大型高層建築，和高荷載的橋梁建設。如昆明市建築設計院和昆明建築公司曾設計了油竹材建成的大型竹樓，並於1984年在瑞士蘇黎世舉行的"自然奇觀"展覽會上展出，為各方麵所注目。1985年又重建在荷蘭鹿特丹，該樓高22.5m，分為五層，慰為壯觀，是我國傳統竹工藝的處理手法和現代設計技術相結合的產物。1988年．他們又在德國巴登符騰堡州第九屆花園博覽會上用竹子建造了一座高7.7m，全長55m的兩跨竹橋．再一次引起轟動，被稱為"歐洲第一竹橋"。2007年，由湖南大學土木工程學院研究建成的耒陽的潯江河上在竹橋正式通車，成為世界第一座可行車竹橋。
在國外一些盛產竹材的國家．如孟加拉國農村房屋90％用竹材建造。國外有關竹材在這方麵應用的文獻頗多，如美國學者F.A.McClure曾把中南美竹建材建房的基本方法加以總結，於1953年出版了《竹子建材》（Bamboo as a Building Material）一書，聯合國社會節務和經濟部於1972年出版了《竹子和蘆葦在建築上的應用》。一直以來人們關於竹材的理論研究為其在建築等行業在應用打下了堅實的理論基礎。
竹材在土建工程中用途很多，大致可分為以下幾類：基柱、建築推架、腳手架、地麵材料（地板）。屋麵材料（竹瓦）、牆壁（竹板牆、籬笆牆）、桁架、土竹結構、室內裝飾、竹水管、竹筋混泥土竹橋等。下具體介紹幾種竹材料的應用。
(一)竹地板
隨著森林資源的不斷減少，竹子作為一種可以在較短期間內再生的資源在日常生活中得以廣泛應用，其中在家庭裝修方麵也被嚐試用於製作地板。竹地板一般用速生雜木作為基層，麵層用竹子，都鋸成小塊黏合而成。
竹地板相對傳統的木地板有明顯的優點。竹地板收縮和膨脹要比實木地板小，所以其穩定性比木地板好很多。
竹子導熱係數低，讓人無論在什麼季節都可以舒適地赤腳在上麵行走，可以說是冬暖夏涼。比一般的地板磚要舒適。
(二)竹/玻璃鋼複合建築材料結構
竹/玻璃鋼複合建築材料結構是一種超混合複合材料結構，該材料結構以天然竹子為主要承力構件，加玻璃纖維增強複合材料、添加劑和填充材料等，經特殊工藝過程複合而成的一種新型三維複合材料結構。在各種結構中竹子為主要承力構件，玻璃纖維增強複合材料起到美觀、裝飾、防主成型等作用，填充材料起到粘接、強化結點、保溫隔熱、降噪等功能。該結構具有三維增強作用，良好的組合、分支和補強功能，達到以竹代木、以竹代鋼，替代其它材料的目的，具有廣泛的應用價值。
由於該材料結構可替代部分鋼材和木材及其它材料，減少木材的砍伐，使中國森林資源得以保護，有利於維持生態平衡，減少水土流失，降低自然災害的發生，所以其社會效益更為顯著。
(三)土建中的竹結構
用竹材製成的結構。在中國南方盛產竹材的地方，用竹材建造房屋（見彩圖）由來已久。利用竹蔑編成的竹索做成能跨越20～30米的吊橋，稱為竹索橋，這種橋梁在中國的應用也有悠久的曆史。
2007年由湖南大學土木工程學院設計建造的第一座可行車竹橋，利用的也是竹結構。此橋得到國內外業內人士的一致好評。
總之，竹材具有資源豐富、成長周期短、能耗低、材料性能良好等特點,將其應用於中小型土木工程的建築或橋梁建設,不僅經濟、減少消耗,且符合生態環保及可持續發展要求,將具有廣闊的應用發展前景.
二．竹子仿生結構在土木中的應用
竹子不僅本身可以作為建築材料用於土木工程，其形態結構更是天然的合理力學結構，在建築仿生學中也有著重要的作用。
竹子的莖杆很特別，每隔一段就會長有竹節。從力學角度考慮，每個竹節相當於一個橫向抗扭箱，抵抗水平方向上的扭矩，同時能大大提高竹子橫向抗擠壓和抗剪切的能力。竹子在風載作用下各段抵抗彎曲變形能力基本相同，相當於一種階梯狀變截麵杆，是一種近似的“等強度杆”。而其下粗上細的特點也剛好適應於下部彎矩大、上部彎矩小的需要。所以其在風雨中也不會折斷受損。
我們可以這樣想象，竹的纖維相當於混泥土中的鋼筋，其他木質部相當於混泥土。這樣可以將竹子的結構仿生到建築混泥土結構。
竹子的這種結構是良好的力學模型，人們引用仿生學原理，將這種結構應用於高層建築設計。這種結構的高層建築穩定性強，抗風能力和抵抗地震橫波的衝擊能力較好。
隨著現代建設的飛速發展，建設用地越來越緊張。為了在較小的土地範圍內建造更多的建築麵積，建築物不得不向高層發展。但是在高層建築，特別是超高層建築的設計中人們遇到了各種各樣的問題。其中主要一點就是高空強風引起建築物的搖晃，特別是強台風地區，更為嚴重。如“台北101”，其采用的就是設置“協調質塊阻尼器”的方法。
又如馬來西亞檳城88層的雲頂大廈，當今世界有名的高層建築之一，高達452m，是一個典型的“仿竹”傑作。它底部寬大，到一定的高度就變細一節，是一種階梯狀等強度管狀結構。正由於它具有合理的力學結構，才被大膽地建在一個多台風的海邊城市。
竹子多生長在河邊，河邊多為砂性土。那麼竹子為何能完好地在那裏成長，而不會被河邊的大風吹倒，甚至洪水衝走呢？其實它的根係也很特別，仔細觀察，我們可以發現其根有的在土中，有的露在上麵。和莖杆一樣，竹的根也有分節（原因和作用現在還不清楚）它的須根係分布很有特點。這樣就使得其根部更牢固。我們可以把這點利用仿生學原理，應用到建築基礎的設計和處理中。
雖然如此，對於竹的研究依然有尚未解決的許多問題。如果能更好地分析其潛在的力學特性，則更能有助於“仿竹”結構的應用，特別是在高層建築中的應用。這既能緩解土地緊缺的壓力，同時更有助於提高建築物抵抗風載、地震等不良因素的能力，具有深遠的意義。
總之竹子在土木工程中重要的應用。其潛在利用價值非常之大，值得我們去深入研究。
土木工程發展史上的每次革命性的突破都是建立在新型土建材料的發展基礎上。而結構的創新是解決如何將這些材料更有效更合理地利用到土木工程中。
竹正具備這樣的特點，良好的天然綠色材料，良好的力學結構等都是可以好好利用的。也許竹子還有潛在的價值可以挖掘，我們都可以將其合理地用於土木工程。土木的廣闊的發展前景是不可估量的.
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