现代竹结构建筑体系的研究模式与应用途径（可编辑）

1、现代竹结构建筑体系的研究模式与应用途径 学校代号:学 号:密 级:普通湖南大学硕士学位论文现代竹结构建筑体系的研究模式与应用途径.,湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后栗由本人承担。吼劢墀月夕日储签名:韵牡学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文

2、被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于、保密口,在?年解密后适用本授权书。、不保密翻。请在以上相应方框内打“”作者签名:日期:劢年月夕日导师签名:日期:硎年月臼现代竹结构建筑体系的研究模式与应用途径摘 要中国正处于快速城市化与工业化的进程中,这一过程还将在未来的至年中持续。社会与科技的飞速发展给我们带来了生活的便利,但同时也带来了各式各样的危机与日益严峻的挑战。在工业化与人口激增的影响下,人们深刻体会到环境污染、资源短缺的危害。在城市化进程中,建筑业无疑是资源和能源消耗最大的领

3、域。面对这一亟待解决的问题,现代建筑业呼唤新型非传统建筑体系的发展和研究模式的更新。本文将基于一般系统论与建筑科学体系探讨现代竹结构建筑体系的研究模式与应用途径。运用系统论思想分析建筑科学系统,指出非常规建筑体系是基于常规建筑体系的创新;材料与技术作为建筑体系的物质基础,其进步将推进建筑体系的发展。现代竹结构建筑作为一种新型的非常规建筑体系,其绿色、环保以及可持续发展的特性,符合未来建筑业的发展要求。本文从竹结构的研究价值,材料和技术的发展,建筑的构造与连接技术三个方面系统分析现代竹结构建筑体系。结合国内外竹结构建筑的发展与应用情况,探索现代竹结构建筑体系发展中的存在的问题。竹结构的材料与技术

4、必须与非传统的研究模式紧密结合才能够得到充分地运用,从而获得更好的社会与经济效益。运用系统论思想分析建筑系统中建筑与结构、建筑师与工程师、材料与技术等内在因素对建筑系统的影响。在现代建筑系统中,建筑师与工程师作为材料与技术的应用者与研发者应紧密配合,才能促进非常规材料与技术的更新。从环境、经济素、科学技术、社会文化四个方面分析外界因素对现代竹结构建筑体系发展的影响,并总结在各因素影响下现代竹结构建筑体系的发展趋势。提出现代竹结构建筑体系作为一种非常规建筑体系必须采用新的研究模式,即降低其应用技术的复杂性,缩小与常规建筑体系的差异性,缩短学习与应用时间性。探索现代竹结构建筑在绿色生态建筑体系、地

5、域性建筑、抗震建筑中的应用。提出规范化、标准化、模式化、生态化的应用模式。关键词:现代竹结构建筑体系;一般系统论;建筑科学系统;非常规材料与技术;非常规研究模式硕士学位论文 ,.,. , ,. , . ,. , . ,. ,., ,. , , . , ,现代竹结构建筑体系的研究模式与应用途径 ,. , ., , . ?, ,.:;硕士学位论文目 录学位论文原创性声明和学位论文版权使用授权书?摘要?.插图索引?一附表索引?.第章绪论?.背景研究及问题提出.中国的城市化与工业化.建筑工业化.绿色、可持续发展的建筑体系.选题的目的与意义?.研究内容与框架?.研究方法与创新点?.课题来源?.第章基于一

6、般系统论的现代建造体系?.一般系统理论回顾?.科学系统与建筑科学体系?.现代建造体系.现代常规建造体系与非常规建造体系.非常规建筑材料与技术?一第章竹结构建筑体系?.竹结构建筑体系的研究价值?.竹材的文化特性?.竹材的艺术表现力?.竹材的绿色、可持续性?.竹结构体系中材料与技术发展?.原竹材料的发展?.现代技术下的新型竹材?一.现代竹结构体系的构造与连接技术?.原竹结构构造节点?.复合竹结构构造节点.现代竹结构建筑体系的研究模式与应用途径.传统竹结构建筑体系?.现代竹结构建筑体系?.现代原竹结构建筑体系?一.现代集成竹材建筑体系?一.小结第章现代竹结构体系的研究模式?.影响现代竹结构建筑系统发

7、展的内部因素?.系统中建筑与结构的关系?一.系统中建筑师与工程师的关系?.系统中建筑材料与技术的关系?.建筑师和工程师对材料与技术的作用和影响机制?.影响现代竹结构建筑体系发展的外部因素?.环境因素?.经济因素?.科学技术因素.社会文化因素.现代竹结构建筑体系的发展趋势.现代竹结构体系的研究模式?.降低构造与施工的复杂性.缩小与常规建筑体系的差异性.缩小材料与技术应用的时间性第章现代竹结构建筑体系的应用途径一.现代竹结构体系的应用途径?.绿色生态建筑体系?一.现代技术下的地域性建筑?一.抗震建筑?.现代竹结构建筑体系的发展模式.结论?.参考文献附录攻读学位期间发表的学术论文?附录攻读学位期间参

8、与学术会议及竞赛获奖情况?附录攻读学位期间参与项目一致谢?.硕士学位论文插图索引图. 年全国城镇人口比重?.图.可持续发展建筑设计体系?一图.竹林与竹亭?图.竹板材的纹理图.马德里市政住房图.长城脚下的竹屋图. 建筑事务所设计的住宅.图.竹材的曝晒与烘干?图.竹材人造板?图.传统榫卯连接方式一图.传统搭接连接方式.图.传统捆绑连接方式一图.螺栓连接示意图?.图.螺栓连接实例?.图.预埋螺栓连接节点一图.柱与梁钢筒连接节点示意图?一图.套筒连接节点示意图?一图.套筒连接节点实例一图.金属箍连接节点实例?一图.金属箍连接示意图一图.伦佐?皮亚诺的竹结构节点?一图.竹材与钢板的连接方式示意图?一图.

9、马库斯“中德同行”展馆节点?一图.竹材与基础构造节点?一图.复合板材构造节点示意图一图.轻型木结构体系构造图?一图.传统傣家竹楼?.图.汉诺威博览会“零排放馆一图.墨西哥游牧博物馆外观?一现代竹结构建筑体系的研究模式与应用途径图.墨西哥游牧博物馆内部?一图. 十字水度假村竹桥?图.十字水度假村竹构屋顶?一图.哥斯达黎加竹结构民居?一图. 度假别墅项目图.“水与风”咖啡馆外观?一图.“水与风”咖啡馆内部?一图.竹子的翅膀图.竹子的翅膀?一图.泰国儿童活动中心一图.环保学校.图.环保学校.图.上海世博会印度馆穹顶?一图.世博会越南馆外立面?.图.世博会越南馆内部结构?.图.上海方塔园何陋轩一图.上

10、海世博会“中德同行之家?.图.“中德同行”系列展馆?一图.多层复合竹结构住宅?.图.四川毕马威社区俯视?一图.四川毕马威社区?.图.东南大学竹结构安居房?一图.湖南大学快速装配式竹结构房屋.图.蓬皮杜国家艺术中心图.伦敦滑铁卢火车站?图.单向生产模式图.循环生产模式图.外部因素对现代竹结构建筑体系的推动作用?.图.湖南大学竹结构住宅图.上海世博会马德里生态馆?图.不同建筑材料建造每房屋排放量对比.附表索引表.竹材与其他建筑材料导热系数列表表.环境问题与其影响?表.竹材与其他建筑材料对环境的影响列表?.表.建筑经济耐久年限?硕学位论文论第章绪.背景研究及问题提出上世纪年代以来,中国大吼。 姐。归

11、兴城市数量的增长、老城的新开: 融 蔼麓淼黧 发区、卫星城的建设和旧城的改强 秽 妒.州坑琴碴至最为惊心动魄的一幕。年经;麓疆 曩日济学诺贝尔奖获得者,美国经济爆 曩置一巍慕墓育“钥著.% 圉展将是影响世纪人类社会发图片来源:砒,四/现代竹结构建筑体系的研究模式与应用途径后开始渐渐复苏,城市化进程逐渐开始恢复发展。年,党中央和国务院为加快城市发展与城市经济体制改革的步伐,拟定了一系列措施,促使我国城市化进程在?年间稳步发展,并在年后步入快速发展的时期。据国家统计局年月日发布的中国 年国民经济和社会发展统计公报数据显示,截至 年末,我国总人口数达到 万人,其中万人为城镇人口,首次超过了农村人口数

12、,城镇化比率达到 .%。城镇化率过半,标志着中国社会结构将引来一个历史性的转折。广义的城市化理解不仅仅是城市人口的比重问题,还包括基础设施的城市化、土地的城市化、人的城市化、就业方式的城市化、产业结构的城市化等等【】。快速的城市化为中国经济持续发展提供了大量的潜在内需和强劲持久的动力,缩小了中国与发达国家的差距,加快了与世界的融合,同时在中国的城市化进程中也出现了各种问题与隐患。表现如下:土地城市化明显超于人口城市化。北京大学国家发展研究院院长周其仁提出,“城市”由密度来定义。当人口和其他经济资源在空间上聚集,达到一定的密度就是城市。人口的城市化程度被认为是衡量城市化发展水平的主要标准,当其明

13、显滞后于城市的空间扩张,将对城市化的未来发展产生负面影响。中国城市化明显滞后于工业化。人口是重要的生产力要素,当城市人口不能满足工业化对劳动力的大量需求,则导致每年两亿多的劳动力流动在各个城市之间,形成壮观的“候鸟式”人口流动大潮。社会现状表明,社会保障、医疗保障、劳动报酬、住房与子女教育等许多方面政策,在城镇人口与生活在城市的农村人口之间都存在着不平等的待遇和权力,这一现象导致生活在城市的部分人群不能正式融入城市社会,构成了“半城市化”的社会群体。农村中青年人群进城务工数量的不断增多,导致很多农村纷纷出现空心现象,留守老人与未成年人群的数量正逐年递增。适龄劳动力的匮乏,使农村缺乏竞争力与生产

14、力,加大了农村与城市发展之间的差距。中国的城市化偏重城市的数量和规模,忽略了经济、资源与环境的协调发展,给城市带来了不可忽视的负面效应,过快的城市化节奏引发了环境污染,交通拥堵,资源短缺等“城市病”。.中国的工业化道路及存在的问题工业化始于世纪中叶起源于英国的工业革命,机械化代替了手工劳动力,工业生产成为带动国民经济增长的主要动力。工业化的过程包括劳动力由从事农业活动逐步转向工业生产,资本与资源的逐步积累,以及科学技术与文化的发展等方面,是一个具有复杂性的社会系统。硕士学位论文中国是后发型工业化国家,起步时间晚,发展速度迅猛。近几十年来,我国国力与整体经济水平得到了极大的提升,国民财富增长和人

15、民生活大大改善,逐步实现由农业国到工业国的转变。我国仅用几十年时间完成其他国家近多年的工业化进程,是我国特有国情,特殊社会结构以及特殊时期所决定的。但在快速崛起的辉煌成就下仍不能忽视我国尚在发展中国家行列的事实,我国仍处于并将长期处于社会主义初级阶段的基本国情并未改变。中国整体上已经步入工业化中期阶段,正处于加速发展时期,但与世界其他工业强国相比还有很大差距。快速工业化给我国带来了强有力的国际竞争力,但同时也出现了资源紧缺、环境污染、科技创新不足等问题,呈现出发展“不协调、不平衡、不可持续”的现象。中国不能像其他先行工业化国家依靠对外掠夺解决工业化过程中出现的资源紧张和能源短缺的问题,因此我们

16、不能沿用传统工业化道路,而必须另外探索一条新型的工业化之路。根据包括中国在内的世界各国经济发展的历史经验和现代经济学的研究成果,慎重选择适合于时代潮流和我国国情的工业化道路和增长模式,是一个关乎我国今后长期经济社会发展成败利钝的关键决策。党的十六大报告指出:“坚持以信息化带动工业化,以工业化促进信息化,走出一条科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少,人力资源优势得到充分发挥的新型工业化路子”。党的十八大报告中再次提出:“坚持走中国特色新型工业化、信息化、城镇化、农业现代化道路,推动信息化与工业化深度融合、工业化和城镇化良性互动、城镇化和农业现代化相互协调,促进工业化、信息化、城镇化、农

17、业现代化同步发展”。.建筑工业化建筑工业化是现代建筑体系的重要组成部分,是现代建筑体系的发展方向。建设部于年颁发的建筑工业化发展纲要中指出,建筑工业化是指建筑业要从传统的以手工操作为主的小生产方式逐步向社会化大生产方式过渡,即以技术为先导,采用先进、适用的技术和装备,在建筑标准化的基础上,发展建筑构配件、制品和设备的生产,培育技术服务体系和市场的中介机构,使建筑业生产、。建筑工业化为建筑系统的发展提供了经营活动逐步走上专业化、社会化道路【一套以规范化的设计为基础,标准化的部件生产为手段,机械化的建造施工为核心,系统化管理方式为保障的现代科学建筑生产模式。第二次世界大战后,欧洲建筑业现代化建造模

18、式的产生与发展,开启了建筑工业化的进程。世纪年代随着建筑大规模建设的展开,建筑工业化这一概念开始在我国出现并被广泛提及。建筑业是我国国民经济的支柱产业之一,被称为国民经济的先行。我国传统建筑体系的产业模式存在着能源与资源耗损大,工程施工质量较低,安全隐患频发等诸多问题;同时建筑市场劳动力成本逐渐升高,现代竹结构建筑体系的研究模式与应用途径建筑业科技含量少、生产效率低等缺陷也成为建筑业发展的绊脚石。随着全球化与快速城市化的进程,使得传统的建筑生产方式难以适应经济建设下的大规模生产要求,实现建筑工业化成为推动建筑业进步的必经之路,对促进建筑业可持续发展具有重要的意义:首先,建筑工业化带来的机械化装

19、配式生产模式,大大提高了建设效率,减少了人力资源消耗,能够更好地满足快速城市化下的城市空间扩张的建设需求。其次,建筑工业化带来的新技术有助于建筑行业的能源节约与污染排放,为贯彻绿色、可持续建筑的发展策略提供了技术支持。有效减少了传统建造模式下施工过程中所产生的大量固体垃圾、资源耗损、噪声与粉尘污染等问题。第三,建筑工业化所倡导的采用现代科学的管理方法,实现资源的优化配置,有助于建筑行业产业结构的提升,更好的适应市场经济的发展需要。.绿色、可持续发展的建筑体系世界的飞速发展给我们带来了生活的便利,但同时也带来了各式各样的危机与日益严峻的挑战。在工业化与人口激增的影响下,人们深刻体会到环境污染、资

20、源短缺的危害。毫无疑问,人类自身的生存与不断发展仍然是我们目前面临的主要问题,所以注重人、自热与社会的可持续发展,倡导绿色、低碳的生活方式,将成为未来社会发展的重要方向,我们需要一种新的、环境友好型与资源可持续型的发展模式。党的十八大报告提出,大力推进生态文明建设,是关系人民幸福生活与民族未来发展的长远策略。我们应自觉地爱惜和保护自然环境与资源,积极地维护地球生态平衡,努力建设可持续发展的生态文明社会。在全球化与城市化进程中,建筑业是消耗资源和能源最大的领域,每年消耗全球近%的能源与%的自然资源,同时也是最主要的污染源,建筑造成的固体废弃物约占人类活动所产生垃圾总量的%数据来自中国建筑材料科学

21、研究院,。因此,创建一项建筑行业的绿色、可持续的发展策略,将是未来建筑产业发展的重要内容。绿色、可持续发展的建筑体系包括原材料的开发与利用、建筑的设计与管理、结构与工程技术的革新、建筑使用过程中的维护与能源消耗、周围环境保护等多方面问题;同时还应考虑社会、经济和文化因素,以实现可持续发展为最终目的。建筑设计应遵循以人为本和绿色建筑的理念,用建筑语言对引导和建立合理、适度、节约的消费模式做出诠释【。随着对可持续概念的关注与认识,全球很多国家都先后建立了可持续发展建筑评价体系,例如美国的评估体系、英国的.评估体系、德国生态建筑导则、日本建筑物综合环境性能评价体系等。绿色可持续建筑将成为建筑设计与技

22、术研发的主导标准。年美国出版的可持续发展设计指导原则一书,列出了可持续发展的三项基本原则:、资源的经济利用一一能源节约,水资源保护,材料保护;、依生命周期设计一一建筑前期阶段,建筑中期阶段,建硕士学位论文筑后期阶段;、人性的设计一一自然条件保存,都市设计基地规划,为人类福祉设计。图.可持续发展建筑设计体系图片来源:作者自绘现代建造体系以钢筋混凝土结构、钢结构、砌体结构、木结构为主,其中混凝土、钢作为常规建造体系中应用最为广泛的建筑材料,其生产、加工以及应用均是高耗能、能高污染的过程。材料是建筑的物质基础,是衡量建筑物能否达到可持续的标准的重要条件,除考虑材料自身性能外,还包括生产加工、运输、建

23、造、维护以及废弃处理整个过程中的能源消耗。因此,发展低耗能、可持续的新型材料与结构体系成为现代建造业发展的重要组成部分。.选题的目的与意义现代建筑体系的发展,应当按照可持续发展的基本原则,以人与自然环境的和谐共处为核心,运用建筑设计的基本原理和现代科学的技术手段,创造出舒适健康的人居环境;力争完成建筑工业化、智能化的同时,将对资源的消耗及对环境的污染降到最低限度。材料是建筑的物质基础,新材料、新技术的研发与应用不断给建筑的血液注入新鲜动力,推动建筑体系的改革与更新。木材是建筑中使用最多的天然、可再生资源。近年来,全球可用木材资源日益减少,出于节约天然森林、保护生态环境的需要,人们开始探索新型可

24、再生材料。竹材作为另一种可再生并拥有悠久历史的建筑材料,有着与木材相似的物理特性;从可持续发展角度而言,竹子生长速度快、成材时间短、分布面积广,在木材资源紧缺的情势下,更加符合可持续发展的要求。因此,竹材在建筑领域的广泛应用有助于实现绿色生态建筑建设,以及社会与经济的可持续发展。目前,竹材的加工与建造技术并未同木材一样形成一套科学、完整的研究模式与建造系统。对于现代竹结构建筑体系的研究模式与应用途径的探讨,有利于带动竹材产业面向更加科学、绿色、环保的方向发展;促进既有自然资源的合理现代竹结构建筑体系的研究模式与应用途径利用,实现建筑业的可持续发展;有利于推动建筑理论的创新和发展。现代竹结构体系

25、的研究和开发有着不可忽视的理论意义和工程价值。.研究内容与框架.研究方法与创新点运用一般系统论思想,研究建筑科学系统,分析现代竹结构体系在非常硕士学位论文规建筑系统中的位置,以及与现代木结构体系、轻钢结构体系和混凝土结构体系等其它结构体系之间的相互关系,思考结构建筑师、工程师以及消费者对竹结构体系的影响。通过文献研究法,了解竹结构体系、现代木结构体系、钢结构体系和混凝土结构体系的历史和现状,掌握其材料和技术的发展现状和趋势。从资源、技术、文化、经济、社会需求五方面着手,定性分析现代竹结构体系的相关联的影响因素,指出影响现代竹结构体系发展模式的关键因素,现存问题及改善方法。通过将现代竹结构体系与

26、其他现有的、已经逐步趋于成熟的结构体系木结构体系、钢结构体系、混凝土结构体系进行比对分析,通过对其他结构体系发展历程的借鉴,探索现代竹结构体系的研究模式与应用途经。.课题来源本研究为国家自然科学基金重点项目:新型竹结构的设计理论和应用基础研究的前期研究成果。已完成小论文非传统材料、技术与非传统的研究模式,在 年国际会议上宣读,收录于.,并被检索。现代竹结构建筑体系的研究模式与应用途径第章基于一般系统论的现代建造体系.一般系统理论回顾系统概念产生于古代人类社会的实践经验,在古希腊语中“系统”一词是由部分构成整体的意思。随着社会的发展人们的认识发生根本转变,对系统的认识从经验上升到哲学。 世纪末,

27、自然与社会科学的同步发展,促进了系统思想由哲学理论概括到具有广泛指导意义的科学思维与分析方式的进步。到世纪中叶系统被确立为一种科学概念,如今这一概念已经普及到一切科学领域中。学术界迄今为系统一次下的定义有很多种,公认最普适的定义是一般系统论的创始人贝塔朗菲在一般系统理论基础、发展和应用一书中所给出的,他把系统定义为“处于相互作用中的诸多组分或元素的集合”。最具实用性的则是钱学森的定义:系统是“由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合成的具有特定功能的有机整体。从系统的定义中我们归纳出系统思想中的三个重要因素:个体、联系、整体。伟大的哲学家亚里士多德的一句话,恰当地表明了系统科学的基本思想:“整体

28、大于部分之和”。系统主要有如下特性:多元性:一个系统至少由两个或两个以上元素组分组成,组成系统的每个元素之间都存在差异性,因此我们可以说系统是一个多样性的统一体。多元性是系统形成的基础。关联性:系统中各个元素并不是孤立存在的,它们之间必定相互作用、相互关联。从马克思主义自然辩证观角度而言,系统是一种相关要素之间的联系方式。元素之间的相关联性是系统形成的必要条件。整体性:贝塔朗菲认为,一般系统论就是对整体以及整体性的科学探索,就是关于整体的一般科学【。物质世界是由无数相互联系、相互依赖、相互制约、相互作用的事物和过程所形成的统一的整体【】。系统的整体性包含了多元性与关联性。层次性:任何系统都有层

29、次性,所谓层次是系统内部各组织结构之间的等级次序。层次性决定了系统中各要素之间的差异性,同时层次的分化与相互协调推动着系统的发展。每个系统都有一个与其他系统的层次关系。从这个意义上讲,系统包括一个子系统集,并通过其转换,成为一个更大系统的子系统【。结构性:所有系统都有结构,结构是系统的构架。系统中各要素之间内部联硕士学位论文系的方式或秩序,即是系统的结构。不同的结构方式,使各个要素在相互作用中产生不同的结果,同时也导致其所属系统具备功能的多样性。复杂性:复杂性是由系统中各个相关因素之间相互作用引起的。系统的复杂性,导致其处理信息的方式以及内部结构的发展和变化,都与其涉及的周边环境有特殊的关系【

30、 。德国社会学家尼克拉斯?卢曼?认为:“同一个系统中,复杂性意味着可能性要多于实现性”。世界是一个在各种相互关联、相互制约的元素的共同作用下所形成的多样化、复杂化的系统。任何事物作为系统中的组成部分,可以反应该事物与外在的联系;同时该事物也可以作为一个单独的系统,反应其内在联系。科学创新是世界发展的动力,科学的思维方式则是创新的基础与核心。系统思想和方法为现代科学的发展提供了科学的理论基础和思维方式,有助于人们更好的认识世界和改造世界。.科学系统与建筑科学体系科学与哲学是人类认识世界的两种既相区别又相联系的重要形式。科学作为知识体系,需要哲学理论思维的引导;哲学作为世界观和方法论,又不断从科学

31、中汲取营养,伴随科学一同发展。现代科学发展有两个重要趋势,即分支化和一体化的趋势【】。世纪以来,现代社会对科学系统的影响和制约越来越明显,随着社会分工的明细与科学的迅速发展,科学体系产生和形成众多分支学科与领域。另一方面,许多学科不再单一存在,而是与其他学科相互关联、互相渗透、共同发展,逐渐形成一个严谨的知识结构体系,科学的整体化,综合化日趋增强。系统科学“是从部分与整体、局部与全部、微观与宏观间关系的角度去研究客观世界的,包括系统结构与功能、系统演化与协同、系统控制与管理等基本规律【】。不管哪一门学科,都离不开基于系统理论的研究,运用系统科学的思维方式可以帮助人们更加深入、整体的认识各门学科

32、,同时也有助于不同学科之间的相互渗透,共同促进现代科学的发展。钱学森系统思想认为,建筑科学的对象是一个具有复杂性、开放性和大科学性质的开放的复杂巨系统】。建筑科学可分为三个层次:基础理论、技术科学和工程技术应用技术。其中,基础理论包括建筑哲学、设计理论、美学基础等方面;技术科学包括材料技术、结构技术、给排水技术等方面;工程技术包括建造施工、建筑维护等方面。任何系统都具有整体性,整体性是系统思想中重要组成部分和特点,整体并不等同于各个元素的简单叠加,而是元素之间的有机组合。在建筑系统中,按照建筑结构类型可将建筑体系分为:竹结构建筑体系、木结构建筑体系、砖混结构建筑体系、钢结构建筑体系以及其他非常

33、规建筑体系。按照学科类别可将其分为:建筑设计、建筑结构、建筑材料、建筑物理、建筑施工以及项目监理等子系统。现代竹结构建筑体系的研究模式与应用途径建筑系统作为一个复杂的有机整体,只有在这些子系统的共同作用下建筑系统才能发挥其功能。表.建筑科学体系结构划分表格来源:作者自绘人作为社会上物质与精神的创造者与使用者,是任何系统中的主导因素。从人的角度分析,在建筑系统中包含如下要素:管理者、投资者、建筑师、工程师、施工者、使用者等,其中建筑师是各要素之间的主要协调者;建筑结构与材料子系统中包含结构工程师、材料专家等要素,与建筑工程师合作共同构筑建筑的框架;建筑设备子系统中包括电器工程师、给排水工程师等要

34、素,与建筑师合作为使用者提供舒适、方便、安全的设备环境;建筑施工子系统中包含施工管理者、建造者等要素,按照建筑师绘制的图纸完成建筑的建造过程;在这些人的相互协作与共同努力下,赋予了建筑可以居住、使用的基本功能。总的来讲,建筑主要反了应建筑师的直觉与认识,建筑师是贯穿整个系统的主要设计者和协调者。在建筑设计过程中,设计师必须处理建筑的空间形式,满足建筑的功能需求;设计者的任务要将一个建筑物的多种性能组织在一起,以满足使用活动、建筑构造、。心里感受三方面的需求,而且应该是最优化的集合.现代建造体系.现代常规建造体系与非常规建造体系世界上的任何事物都必然经历一个复杂的、长久的发展过程,由产生时的初始

35、形态到逐渐趋于成熟不断地演变的过程。建筑作为人类生活中必须的物质条件,伴随人类文明的进程共同发展。人类从古代开始采集石块、木头、粘土垒砌简单的“房子”来遮风挡雨,到利用人工烧制的粘土砖、瓦、木材搭建房屋延续了数千年时间;直至十八、十九世纪,随着工业的发展、钢铁和水泥的出现与普及,形成了现代常规建造体系。现代常规建造体系是相对成熟的建造系统,有完善的硕士学位论文设计理论、工程技术规范和施工流程 。随着建筑产业分工的细化,建造体系趋向与标准化、规范化的生产模式,既保证了设计与施工的效率,也便于成本和效果的控制,使常规建造体系成为目前应用最为广泛的建造方法。在现代常规建造体系中,由建筑师依靠设计理论

36、和规范,融入美学概念进行空间设计;结构工程师依靠对混凝土、钢和木材等建筑材料性能的了解,结合力学知识进行结构设计;水电暖等工程师依靠各项专业知识进行技术配套设计;最后应用现代施工技术建造完成整个建筑或场所空间。非常规与常规建筑体系是相对的概念,两者并不是孤立存在的,而是互相联系、相互作用的,是建造系统中处在不断调整和转换的过程中,具有延续性与共生性的两个组成部分。非常规与常规建筑体系之间的界限并不清晰,它们的范畴也并非一成不变,比如世纪的欧洲,钢铁才开始逐步试验性地应用于建筑中,当时的钢铁建造体系是非传统的。如今钢结构的普遍应用与各类建筑中,钢结构建造体系也由非常规转化为常规建筑体系。总的来讲

37、,非常规建造体系是对常规建造体系的探索和改进,包括对新型材料技术、结构技术的实验以及建造观念的创新。非常规建筑体系于相对成熟的常规建筑体系的区别在于,它可能是也可能是开放性的、非正式的、临时性的,可以看成是常规建筑体系的补充和扩展,以及对新建筑体系的探索与研究。现代竹结构建筑体系作为一种非常规建筑体系,是基于传统竹结构建筑体系、木结构建筑体系以及轻型钢结构建筑体系之上发展而成的。在现代竹结构建筑体系中,对竹子这一传统建筑材料的性能、竹建筑的构造方式以及建造技术等方面做了进一步的探索与改进。其发展可以借鉴常规建筑体系的经验与技术,结合现代建筑设计理念,采用工业化的生产模式与管理体制,弥补传统竹结

38、构建筑体系中的不足。.非常规建筑材料与技术所谓非常规材料,既将新技术融入常规材料的结合,赋予了材料新的性能,扬长避短,弥补常规材料的局限;既要适合现代建筑的要求,还应具有时代价值以及符合现代人类的审美观。与常规材料相比非常规材料具有更加节能、保温、轻质、高轻度、装饰性强以及利于快速装配施工等特点。以木材为例,传统的木结构体系以梁柱体系为主,采用独特的榫卯连接方式,但由于木材的尺寸、防腐与耐火性能等问题,限制了木结构建筑的规模与跨度。随着材料加工技术的进步,非常规木材克服了原始材料在防腐、耐火性能上的缺陷,大大提高了力学性能,形状与尺寸也更加自由,例如:复合木材、集成板材、木工字梁、轻型木桁架等

39、。非常规材料与技术的发展使木结构从早期的应用于小型住宅,发展到多层建筑和大跨度建筑。现代竹结构建筑体系的研究模式与应用途径非常规建筑材料与技术的广泛应用不仅可以减少对钢材、混凝土等高耗能建筑材料的需求,减少资源、能源的消耗和对环境的污染;更具有人性化、经济合理、可循环利用等特点。非常规建筑材料与技术的潜在能量将伴随现代建筑体系的发展日益显现出来,其发展推动了建筑设计体系的发展,与之相对应的,新材料与技术的发展和应用也要受到其他要素乃至整个系统的影响。建筑材料与技术的选择与应用一方面取决于材料自身的特性;另一方面则取决于建筑师对材料质感的倾向,性能的了解和技术的掌握。阿道夫?路斯曾说:“每一种材

40、料都有其自身的语言形式,建筑师与工程师对材料的选择则是利用材料特有的语言形式表达建筑设计的理念的过程。从系统论角度来讲,材料与技术的价值因符合建筑设计的需求而被认同,并通过建筑师和工程师的应用体现在建筑中,同时材料和技术的创新会带来建造体系的突破与自我完善。第章竹结构建筑体系.竹结构建筑体系的研究价值.竹材的文化特性中国被誉为“竹子文明的国度”,竹子自古以来就与我国的传统文化有着密不可分的关系,在中华民族的物质文明与精神文化中有着重要的地位和深远的影响。竹子坚韧挺拔、翠绿常青,与梅、兰、菊共享“四君子”的美誉,或与梅、松并称为“岁寒三友”。自古以来,竹子更是颇受文人墨客的青睐,中国诗词书画中咏

41、竹、画竹者众多,柬代著名诗人苏轼绿竹筠云:“宁可食无肉,不可居无竹”,这一句道出了中国人对于竹子的追求。竹不仅被喻为虚怀若谷、高风亮节、坚忍不拔等传统美德与气节的象征,更是清新雅致、幽静柔美的审美情愫的代表。竹子除了对我国民族文化与美学产生深刻影响外,更是与人民的日常生活息息相关。商代人们开始就利用竹子制作书简用以记录.人们将文字刻在竹片上.再用绳子串在一起形成竹简,竹简记载了东汉以前大量珍贵的历史文献。人们也用竹子编织和雕刻成各种精美的工艺美术作品,如笔筒、扇骨、臂搁、花瓶等。竹子也是制作中国传统吹奏乐器的主要材料,所谓“丝竹之声”正是如此,是古代音律发展不可替代的物质载体。此外,祖先们还利

42、用竹子做毛笔、灯笼、扁担、弓箭、竹筏等日常用品。竹子更是中国园林建设中不可或缺的营造意境的重要元素,在魏晋、南北朝时期便融入了造园艺术中。竹子闻风而动、摇曳悠扬、情影清疏的形象充分发挥了文人雅士寓情于景的雅致情趣,展现了我国造园艺术中将自然人格化的基本审美理念。造园者用竹子营造出“竹径通幽”、“移竹当窗”、“竹风声若雨.山虫听似蝉”、“竿竿清欲滴,个个结生?”的竹林景致,虚实相生、忽明忽暗、动静交替、情趣横生的布景手法更加进一步深化了园林意境的审美蕴涵。竹材是我国传统的建筑材料,“筑”字为竹字头,更加说明了竹子和建筑之间的密切联系。广西、云贵、四川等地的少数民族多以围竹林与竹事竹与木为主要建筑

43、材料的干栏式建筑为居,竹亭、图片来源:作者自摄。竹桥等更是与南方地区及其常见图现代竹结构建筑体系的研究模式与应用途径随着现代科学技术的发展,竹子作为具有巨大的开发潜力的材料,被更加广泛地应用与生活中的各个方面。竹地板、竹制家具以及竹工艺品为建筑的室内装饰增添了淳朴、自然的元素,使单调的都市生活更富有情趣:竹炭制品因其吸附性强的特点,可应用于净化水质、去除异味、身体保健等方面;竹纤维更是被制成地毽,床品、衣物等纺织品,像丝绸一样质感光滑、色彩柔和、抑菌防虫等特点使竹纤维织物大受广大消费者欢迎。竹子由生产生活的物资材料到富含自然观赏价值的别致景物,再到表现人类精神追求的审美载体,竹之生命价值发生了

44、质的演变“。.竹材的艺术表现力古代欧洲人选择石材为主要建筑材料,亚洲地区则以木材为主。随着现代化进程中经济与技术的飞速发展,木材、石材等传统的建筑材料逐渐被混凝土,钢筋,玻璃等现代材料所取代。限研吾曾在自然的建筑一书中以“建筑混凝土装饰”的公式来描述现代多数人眼中的建筑。不可否认,混凝土在现代建筑业中有着不可取代的地位,但混凝土的普遍应用也使得建筑物在很大程度上失去了大自然的多样性。混凝土虽然可以满足不同建筑风格、造型和装饰上的需求:但从自然属性上来讲,混凝土是一种没有温度的、没有生命感的建筑材料,即使满足了建筑表面装饰的多样性,却缺乏了建筑与自然的协调性。为弥补这些不足,设计师们在钢筋混凝土

45、结构的表面附加上木材、石材等天然材料做装饰。在混凝土建筑的年代,建筑物的规模与数量经常被我们当作一种衡量城市发展程度的视觉上的直观标准。面对如雨后春笋般拔地而起的钢筋混凝土大厦,使人们产生了视觉上的审美疲劳,建筑师开始追寻朴实无华、回归自然的建筑设计。竹材是一种富有强烈地域特色的建筑材料,其柔和的色泽、特有的纹理与自然独特的组织结构,使竹子富有不可取代的艺术表现围.竹板材的纹理力图.。竹子所展现的修长挺拔、纤图片来源:作者自摄细而坚韧的朴素、内敛之美,为刚硬的现代建筑注入了复古、自然、清新的独特韵味。竹子特有的文化底蕴,更是使竹材比其它建筑材料更好的诠释了自然、文化、艺术与建筑四者之间的和谐融

46、洽。目前,相对于作为建筑的骨架结构,竹材被更多的应用于建筑的外围护结构。竹材的应用不仅赋予了建筑独具特色的外表皮,更能利用竹材绿色、环保的特性,有效地减少建筑物的能耗,创造出适宜的人居环境。硕士学位论文马德里的市政住房以及上海世博会中的马德里案例馆是利用竹材的低碳建筑的代表。建筑师亚历桑德罗?扎拉波罗以竹子制成的可折叠窗板作为外围护材料,将整个建筑包裹在其中。不仅有效地减少了建筑物的建造成本与能源消耗,也赋予了建筑物全新视觉美感。亚历桑德罗?扎拉波罗认为:“竹子能够帮助我们将高密度的城市生活与自图.马檀里市政住房然相连。它也是一种可持续的材料,/图片来源:/在自然界可以轻松获取。同时也是/一一

47、种便宜和耐久的材料。”图.长城脚下的公舍一一竹屋,是用竹材丰富建筑空间的典型代表,隈研吾在设计中利用竹子分割空间,并作为建筑第二表皮的材料。竹舍的外立面由干净的落地玻璃和纤纤细竹构成,其中“茶室”六面皆以竹为材,悬于水上,透过竹子之间的缝细,可以望见长城的烽火台,丰富的光影变化与纯粹的设计手法,使建筑散发着独特的东方韵味与禅意图.。米宽.米的住“住宅”位于比利时的一处密林之中。这个长宅坐落在一个倾坡上。别墅在外立面设计中以竹子为表皮,结合金属框架作为结构支撑。精心设计的窗子促进了建筑内部的自然通风,提供了充足的自然光线,透过窗户还可以看到窗外大自然的迷人景色。建筑师想通过这个竹子立面的设计协调

48、建筑与周围树林的关系,将现代建筑的硬朗、简洁与自然融为一体。图.建筑事务所设计的住宅围.长城脚下的竹屋 图./ 图片来源: 图片来源:/ 现代竹结构建筑体系的研究模式与应用途径.竹材的绿色、可持续性所谓绿色建筑材料,即在原料采用、产品制造、工程应用、废料处理和废料的再生循环等方面对地球负荷为最小和人类健康最为有利的材料,也称之为“环境调和材料”,具有低消耗、低能耗、无污染、多功能、可循环再生利用等特征【引。竹材作为从古沿用至今的传统建筑材料,因价格低廉和方便取材被广泛应用于南方地区的民居建筑。随着人类对建筑可持续发展重要性的认识,竹材作为一种非常规的现代建筑材料因其绿色、生态与可持续性,再度受

49、到人们的关注。竹子是目前除木材外最主要的可再生建筑材料,全世界共有竹材多种,主要分布在热带及亚热带地区,尤其是中国南部及东南亚国家。中国是世界上竹子产量最大的国家之一,被称之为“竹之故乡。竹子是世界上生长最快的植物,生长周期短,成材只需至年;且繁殖力强,产量丰富。与之相比,木材成材一般需要至年,成就一片森林更是需要上百年的时间。从环境角度来讲,竹子作为森林资源的一种,其二氧化碳存储量是硬木的倍,同等面积的竹林比树林释放的氧气多%,它的网状根系也能更有效地防止土壤流失。竹子素有“植物钢铁”之称,竹子的纤维排列紧密、整齐、走向一致,使其具有韧性好、硬度高的特点。竹子的抗拉强度约为木材的.倍,抗压强

50、度为木材的.倍。经加工后的竹材,在物理性能上丝毫不逊色钢材与混凝土,但是相同条件下,竹子与混凝土的能耗比为:,同等建筑过程中竹子能耗仅为钢材的%。竹子独特的空心纤维管构造,使其比混凝土、钢材、玻璃等建筑材料具有更好的保温、隔热作用。竹材人造板导热系数约为./.,低于粘土砖、混凝土等常用建筑材料,能够在一定程度上保证建筑具有较高的节能效。益【表.竹材与其他建筑材料力学性能列表表格来源:作者自绘表.竹材与其他建筑材料导热系数列表单位:/.表格来源:作者自绘硕士学位论文世界的森林覆盖率正在随着城市化和工业化的进程逐年减少,全球的木材资源正处于紧缺状态。利用竹子取代木材作为建筑材料,可减少森林资源的消耗,维护生态的平衡。据哥斯达黎加的研究与统计,竹结构建筑比常规砖、木结构建筑的建造成本低%。每公顷面积的竹子可以用于约一千栋竹结构建筑的建造,如果换做术材为主要建筑材料,则需要采伐大约公顷的森林。无论是从生态、环保、可持续发展的角度,还是从材料性能、经济性的角度来看,竹材都将是未来建筑中重要的建筑材料。如此优势,让竹子从“廉价的建筑材料”发展成为低碳环保材料的象征。.竹结构体系中