INVESTIGATING LAMINATED BAMBOO LUMBER AS A VIABLE STRUCTURAL MATERIAL IN ARCHITECTURAL APPLICATIONS
Illinois Institute of Technology Graduate School of Architecture Philosophy
Copyright by SUPREEDEE RITTIRONK
Issuing time：Chicago, Illinois May 2009
1.1 Bamboo Overview
1.1.1 History of Bamboo. Bamboo has been used in China for over 5,000 years. In ancient China, bamboo was used to make books, food, paper, containers, and many other items. In the Jin Dynasty, a special book on bamboo was written in AD265-316, in which many of Chinas bamboo species were recorded in detail. Strips of bamboo bound together with strings were used as books. Sections of large stems closed by the joint at one end have been used as containers to hold water. A bundle of large stems tied together constitutes a small vessel used for fishing on the rivers of southern China. Even fireworks were originally made from bamboo. Later, in the last Chinese dynasty to rule the empire, the Ming Dynasty (1368 and 1644) used bamboo as bedding and flooring and many complicated tools. Some historians state that early Ming Dynasty was the most advanced nation on Earth at the time. However, in China today, bamboo is still in popular use. The scaffoldings for building high-rises and other building materials are produced by bamboo
through local manufactures in China.
In 1735, Carl von Linne (Corolus Linnaeus in Latin), considered a father of Botany and a Swedish naturalist, tried to systemize the names of animals and plants by using simple binomials. It was published in his book called Systema Naturae (The System of Nature). The format levels are species, genus (plural: genera), family, order, class, phylum (plural: phyla), and kingdom. Bamboo is in the family of the Gramineae or grasses. Rice, corn and sugar cane are also in the Gramineae family, but Bamboo is considered the largest of the grasses. There are many genera of bamboo, such as, Bambusa, Fargesia, Indocalamus, Phyllostachys, Plieoblastus, Sasa, Yoshania, etc. Within each genus, there are many species in it. For example, Bambusa Arundinacea is in the genera of Bambusa and the species of Arundinacea. There are over 1600 species of bamboo in total around the world. Sixty-four percent are native to Southeast Asia. Thirty-three percent grow in Latin America. In North America there are only three nativespecies of bamboo as opposed to the 440 species native to Latin America.
1.1.2 Bamboo Terminology
1) Culm is the bamboo stem mostly referred to the upper part of the bamboo which extends above the ground, and holds the branches. Sometimes it is called cane or stalk.
2) Branch is a limb arising from the nodes of the bamboo culm.
3) Wall is made of layers of cells and vascular bundles to constitute to the tube of bamboo .stem. Wall is varied in thickness throughout the length and in different species.
4) Cavity is a hollow space inside a culm between two nodes.
5) Internode is a segment of culm or rhizome, located between two nodes.
6) Node is the joint between the hollow segments of a bamboo culm and also the point at which the branches spring from. It is shown as a ring around the culm where the branches are located.
7) Diaphragm is a thin layer inside each node spanning across the stem inside the cavity.Sometimes, they broke off when dry after harvested.
8) Rhizome is a root-like underground stem. This area stores food and has buds for new culms to emerge above ground.
The term bamboo describes all bush-like grasses having a durable woody or branched stem. The cell structure of the bamboo tissue and its technological properties are also very similar to wood tissue properties. Therefore, sometimes bamboo is categorized as wood by construction material retailers. This may be an acceptable case for the sellers because bamboo and wood products are comparable. Moreover to them, bamboo is not yet legitimately recognized as a commercial construction material. The fact is that there are so many distinctions between the two, and bamboo should not be confused with wood when it comes to structural materials Rhizomes Rhizomes play role in Bamboo reproduction process. Bamboo is typically characterized by the type of rhizome and the formation of upright canes. There are three main groups of bamboo.
1. The first group is called monopodial bamboos. They form long and thin extensions of the rhizome whose buds produce single shoots at regular intervals. They are mostly temperate-climate bamboos.
2. The second group is the sympodial bamboos. They have short, thick rootstocks the tips of which produce the canes. They are mostly tropical-climate bamboos.
3. The third group is called climbing bamboos. They can grow very irregularly and may form impenetrable thickets.
1.1.3 Differences between Bamboo and Wood.
bull; Bamboo has no rays or knots. This makes bamboo more evenly stressed throughout the stem than woods.
bull; Bamboo is hollow and has thin walls. This makes bamboo light and provides ease of use with simple manpower. There are no industrial tools needed.
bull; Bamboos outer skin does not contain bark. It has a smooth, hard, and shiny surface containing silica as major components.
1.1.4 Natures Advantages and Disadvantages of Raw Bamboo. Advantages
bull; The hollow and light nature of Bamboo makes it easy to work with and split with simple hand tools.
bull; Bamboos surface is durable and clean. It provides beauty in natural color and texture without finish treatment.
bull; Bamboo is considered a renewable material: easy to grow, fast to harvest.
bull; Bamboo has nodes in its culm providing greater stiffness while bending, so it behaves well with wind and earthquake forces.
bull; Bamboo is considered a low-cost material.
Disadvantages
bull; Bamboo culms are not straight. They are tapered. They vary in diameter wit
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研究层压竹木材作为建筑应用中可行的结构材料
作者： SUPREEDEE RITTIRONK
伊利诺伊理工大学建筑哲学研究生院
发表时间：伊利诺伊州芝加哥2009年5月
1.1竹简介
1.1.1竹的历史
竹子在中国已经使用了5000多年。在中国古代，竹子被用来制作书籍，食品，纸张，容器等等项目。在金代，一本关于竹子的专着在公元265 - 1616年写成许多中国的竹子都有详细记录。竹条绑定连同字符串一起被用作书籍。大关节的部分由关节处关闭一端已被用作容器来盛水。捆绑在一起的一大捆大茎构成中国南部河流上用于捕鱼的小船。即使是烟花最初是用竹子制成的。 后来，在统治帝国的最后一个中国王朝，明朝（1368年和1644年）用竹子作为床上用品和地板等等复杂的工具。 一些历史学家认为，明朝初期是最先进的国家。 在今天的中国，竹子仍然很受欢迎。该用竹子生产用于建筑高楼和其他建筑材料的脚手架通过中国的当地制造商。
1735年，Carl von Linne（拉丁语中的Corolus Linnaeus）被认为是植物学和瑞典博物学家的父亲，试图通过使用简单的二项式系统化动植物名称。它发表在他的名为Systema Naturae（自然系统）的书中。格式级别是物种，属（复数：属），家庭，秩序，阶级，门（复数：门）和王国。竹子在禾本科或禾本科中。稻米，玉米和甘蔗也在禾本科中，但竹被认为是草中最大的。竹子有许多属，如Bambusa，Fargesia，Indocalamus，Phyllostachys，Plieoblastus，Sasa，Yoshania等。在每个属中，有许多种。例如，Bambusa Arundinacea属于Bambusa属和Arundinacea属。全世界共有1600多种竹子。百分之六十四是东南亚本地人。拉丁美洲增长了33％。在北美，只有三种当地的竹子，而不是拉丁美洲原生的440种。
1.1.2竹术语
1）秆竹是竹子的主要部分，它指的是竹子的上部延伸到地面以上，并保持分支。有时它被称为甘蔗或茎。
2）分支是由竹秆节点产生的肢体。
3）墙壁由细胞层和维管束组成，构成竹筒管。整个长度和不同物种的壁厚都是不同的。
4）空腔是两个节点之间的秆中的空心空间。
5）节间是茎或茎的一部分，位于两个节点之间。
6）节点是竹秆中空部分的连接点，也是枝条从中弹出的点。它被显示为围绕分支所在的茎的环。
7）隔膜是在每个节点内部的一个薄层，跨过空腔内的茎。有时，它们在收获后干燥时断裂。
8）根状茎是一种根状的地下茎。这个地区储存食物，并有新的芽茎秆高出地面。
术语竹描述了所有类似灌木的草，具有耐久的木质或木质分枝茎。竹组织的细胞结构及其技术特性也与木材组织特性非常相似。所以，有时候竹子是被建筑材料零售商归类为木材。这可能是一个可以接受的情况,对于卖家来说，因为竹木产品具有可比性。而且对他们来说，
竹子尚未被合法地认定为商业建筑材料。该事实上两者之间有很多区别，竹子不应该是这样
当涉及到结构材料Rhizomes Rhizomes在竹子繁殖过程中发挥作用时，与木材混淆。竹子的典型特征是根茎类型和直立手杖的形成。有三种主要的竹子组。
1.第一组叫做单轴竹子。它们形成了细长的延伸芽的芽按定期产生单芽。他们主要是
温带气候的竹子。第二组是丛生的竹子。它们有短而厚的砧木其中的提示会生成手杖。他们大多是热带气候的竹子。第三组叫攀爬竹。他们可以非常不规律地生长，可能形成不可逾越的丛林。
1.1.3竹子和木材的区别
bull;竹子没有光线或结。这使得整个竹子的压力更加均匀茎比树林。
bull;竹子是空心的，墙壁很薄。这使竹轻，并提供了方便使用简单的人力。没有工业工具需要。
bull;竹子的外皮不含树皮。它有光滑，坚硬，有光泽的表面含有二氧化硅为主要成分。
1.1.4生竹的性质优势和劣势
优点
bull;竹子的中空和轻盈特性使其易于使用和拆分简单的手工具。
bull;竹子的表面耐用且干净。它提供自然色彩和质地的美丽没有完成处理。
bull;竹被认为是可再生材料：易于生长，收获快。
bull;竹子的节点在弯曲时提供更大的刚度，因此它表现得很好以及风力和地震力量。
bull;竹子被认为是一种低成本材料。
缺点
bull;竹竿不直。它们是锥形的。它们与直径不同不同的物种。节间长度各不相同。有时候，竹子是弯曲的。如果按照特定尺寸进行规定，它们在施工中更难以使用。
bull;生竹的标准化是不可能的。工具和配件需要灵活尺寸。
bull;竹子易受火，昆虫和白蚁的侵害。治疗是必需的。
bull;由于潮湿和白蚁，竹子不能接触土壤。
bull;干燥的竹子会导致分裂。
2.1竹子和建筑
这次审查提供了各地的重要建筑项目样本利用竹子作为建筑材料的世界。架构是为特定目的而设计的人造对象，不仅仅是用户的庇护所。竹子已经用了很多个世纪来建造建筑。然而，这次评论特别关注的是今天的建筑和21世纪的多种技术。建筑师和设计师在使用这种材料时表现出高水平的创造力和完整性。大多数设计通过创建结构形式为建筑形式来具体展现竹子的结构特性。
2.1.1 Zeri Pavillion（2000）
建筑师：Simon Velez
地点：哥伦比亚马尼萨莱斯
建筑师Simon Velez获得了一个委托，在德国汉诺威建立一个代表哥伦比亚参加2000年博览会的展馆。他决定建立和建设真正的一个前测试原型哥伦比亚馆。该项目展示了在现代设计中使用生竹的工艺，这种材料在建造时将这种传统材料的极限推向了一个新的水平。通过用混凝土和钢螺栓填充空腔，将生竹捆绑在一起并连接在一起，以增强结构连接器的容量。这是建筑师Simon Velez设计中最突出的部分之一。他还在整个中美洲以类似的方式创造了许多建筑物和建筑物。
2.1.2结构节点上的竹节连接
世界知名建筑师之一伦佐·皮亚诺对结合轻质材料感兴趣。 他在1997年开发了这种钢 - 竹连接作为他的车间实验之一。他不使用通孔螺栓和灌浆连接，而是使用钢框架和钢丝捆绑在竹竿上的通孔。 如果连接在项目中进行了测试或使用，由于细线可能不支持大负载，因此没有报告。
2.1.3大竹屋（2002）
建筑师：隈研吾
地点：北京，中国
日本建筑师隈研吾在天然材料方面做了大量工作，尤其是木材。 他建造了许多公共建筑以及着名的房屋。 大竹墙屋由中国大亨潘石屹委托。 它以中国长城命名，因为它位于附近。 随着戏剧性的景观，库马使用两层竹竿作为主要立面来提取垂直性。 他对光影的迷恋通过这面竹墙占据了空间。 为了达到这一效果，请使用一系列生竹秆。 原竹被仔细挑选并用作轻质框架，而不是主要结构组件。
2.1.4奈州社区中心和托儿所（1994）
建筑师：Shoei Yoh
地点：日本福冈
日本福冈市奈州社区中心的屋顶由Shoei Yoh负责（图像礼貌ofjapan-archtects.com）Yoh着迷于建筑使用天然材料，木材。 他被委托建造这个学校，当局不再允许木结构超过3,000平方米。 （0.74英亩），所以他搜索了一种替代材料，并选择了当地丰富的竹子。 这种设计从一个平面图开始，折叠起来并在中心上升。 折叠竹架的网格是用临时立柱架设的，然后用混凝土浇筑而成。 然后删除列。 由于混凝土外壳的刚度，结构保持在一起。竹模板保留下来，并提供详细的细节。 没有竹结构的交织模板，这种建筑形式就不存在。它展示了整合材料属性，技术和工艺方面的优秀范例。
2.1.5森林公园馆（2004）
建筑师：Shigeru Ban
地点：密苏里州圣路易斯
日本知名建筑师Shigeru Ban以他的名字而闻名对用于创建建筑的不寻常天然材料（如纸管，纸板和竹子）充满迷恋。 禁令是在建筑中使用竹子的先驱之一。 在这个项目中，他受到与Frei Otto合作的柳条制作模式的启发。于是，他设计了一种名为“Ajiro”的编织图案，这种图案在日本房屋的天花板图案中也很常见。他选择了层压竹子作为这种编织结构的材料。 编织网格的一段是2.4米（8英尺）。它们与PVC膜分层，用于防雨和承认光线。
2.2生竹的结构性能
竹子已经显示出它在整个人类中使用的卓越结构品质历史。在这种情况下，竹子是指天然竹子或生竹子。有时很多人称竹竿或竹竿为竹秆，竹秆是指采用同一种材料生产的竹子或竹子，未经任何改造。许多从过去到现在的研究人员都对竹子的结构性质感兴趣，特别是Jules J.A.博士。埃因霍温科技大学的詹森荷兰。他已经对生竹进行了广泛的测试。根据Jules Janssen博士的发现，与木材相比，生竹在极端轻微的情况下表现出了结构特性。竹子的强度是木材的1.5倍。生竹的密度与原材料密度的比值表示为材料效率，是木材和三倍钢材的两倍半。这表明竹子是如何非常高效的，因为它结合了轻盈和高强度。云杉，松木和杉木是结构中常用的软木物种在北美构筑。比较结构木材时，结构性能似乎比较相似。竹子的特性基于Jules Janssen博士的测试。竹子无法完成的一项措施就是垂直于谷物的压缩。竹子是空心的，如果施加垂直于节间的力，它会被压碎。然而，生竹在张力和剪切方面显示出其卓越的性能，是张力的六倍和道格拉斯冷杉的三倍。弯曲时，生竹比道格拉斯冷杉好将近3.5倍。当涉及到硬度时，生竹的弹性模量比所有结构木材好1至1.5倍。这种比较证实，生竹作为过去的结构材料是优秀的，并且已经超过了普通结构木材的结构性能。这种见证将引领生竹的潜力，如果它能够将其卓越品质转化为新产品，层压竹木材（LBL）。
2.3层压竹材
2.3.1定义
层压竹材是一种竹工程材料，用于许多应用中。“叠层竹木材”这个术语并不完全在西方国家很常见，但它在中国和日本广泛使用，主要生产在中国和日本。有时候，人们使用不同的术语，例如;胶合竹，工程竹，Glubamreg;和竹层压板。这项研究使用层压竹木材或LBL，因为它是一个通用术语。在使用术语“木材”时也存在差异，大多数人使用该术语来指代木材，但竹子不是木材，而是草。木材或木材的定义尤其是穿着使用时。它也被定义为以类似于木材的形式准备的各种结构材料中的任何一种。这清楚地表明，木材产品不一定只是木质产品。他们只需要处理诸如木材的规划，切割和修剪过程。非木材产品的例子是塑料木材，聚木材，复合木材和层压竹材。因此，即使不是木制品，也可以合理使用“层压竹材”这个术语。LBL由一系列层叠在一起的竹条组成。它是用胶水或树脂层压而成，粘接强度高。密度要重得多比普通的木材或胶合层压木材。 LBL约为50磅/厘米。 （800公斤/立方米）。根据结构应用的要求，LBL可制成许多截面几何形状因为它由许多小条组成。图2.9展示了生竹是如何的转化为LBL。
LBL与其他木质工程产品相比，如层压单板木材（LVL），平行木材（PSL）和定向木材（OSL）。它也必须像其他木制品一样对待火和昆虫。生产高质量好看的LBL，有两个关键部件，竿径和墙壁厚度。因为竹秆被切成小条来生产LBL，所以更大带会产生更高质量的LBL。更大的带将来自物种大直径和厚壁。LBL也可以与胶合板材等工程木制品相媲美和层压单板木材（LVL）。其他类型的胶合层压木材和LVL与LBL具有相似制造工艺的工程木材。 LVL更类似因为LVL使用薄层，所以在外观上比层压木材更适合LBL处理。胶合层压木材由与木材相比较的小木材部分制成LBL比竹条大得多。由于其大部分，胶层压木材可以制造成任何大型定制设计的结构部分，这可以提供更大的跨度。然而，LBL可能更适用于规模较小，跨度较短的情况。两者都是工程产品，其目标是提高结构能力，而且他们这样做。然而，在生态友好方面，LBL通过快速再生材料制造而成为其优势。
6.1成就
层压竹材被证明是结构中可行的材料参数。发现LBL比文献综述中预期的要柔软。它有工程木材的硬度比较相似，但绝对比硬木更硬三维结构木材。然而，使LBL成为可行的一个因素是许可压力。它可以接受两倍以上的负荷，而不是所有尺寸的木材，比工程木材多45％。与Glulam相比时，很难确定确切的资产，因为它的性质许多不同的物种和复合配置放在一起可以提供不同的实力。使用的Glulam标本杨树，因为它的可用性，这是硬木。结果高出15-30％而不是NDS中的Glulam软木[1]，这使得Glulam杨树不是最现实的数。因此，与本研究中的NDS Glulam相比，LBL的许用应力已超过Glulam的25％。在结论中，尽管LBL柔软并且可以比其他变形更多木材产品，它可以比其他工程木材多承受25-45％的负荷产品，比二维木材多出两到三倍，这使得LBL成为可能结构可行。
B.建筑参数
在所有变量进行调查后，LBL比其他变量密度更大三维木材和一点点比工程木材。这使得LBL在简单的人力或简单的轻型机械上具有较小的可操作性。中等或更大设备可能需要与LBL一起工作。LBL具有更多的密度，也会更具有比重。这个变量通过使用人力锤帮助LBL难以穿透或钉。简单LBL可能需要电动工具，如钉枪或钻头来钉钉或钉钉。LBL能够使用常规的电动工具，例如与其他木材产品一起使用。一个典型的木钻头可用于螺母和螺栓连接。如果生产的LBL不易产生裂纹，则会产生更多的水分，从而导致更多的SG，并需要使用更大的电动工具。由于LBL尚未在商业上用作结构材料，所以材料是仍处于产品生命周期的开始阶段。 LBL及其项目的成本仍然很高。它是LVL的五倍，是二维木材的20倍以上。但是，那里是减少成本的积极方面，如减少材料使用，减少劳动力成本，普及使用，本地种植的原材料等。它们可以有助于降低LBL的成本，而成本则是建筑评估的最大缺陷。 LBL具有与其他材料不同的特性，从它的性质来看它是逐渐变细的。如果通过创建LBL的过程保持
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