干栏民居新型原竹承重楼板技术研究与实践

柏文峰 王修通 袁 媛

(1昆明理工大学建筑与城市规划学院 昆明 650051；2湘潭市建筑设计院长沙分院 长沙 410000)

干栏民居新型原竹承重楼板技术研究与实践

柏文峰1王修通2袁 媛1

(1昆明理工大学建筑与城市规划学院 昆明 650051；2湘潭市建筑设计院长沙分院 长沙 410000)

篾笆楼面板是传统干栏民居广泛采用的楼面技术，存在刚度低、不防火、隔音差等缺点，严重影响干栏民居的安全性和舒适性。为克服篾笆楼面板的缺陷，提出了一种新型原竹承重楼板技术，利用原竹天然具有的优良物理力学特性，密排铺设在楼面格栅上，具有很好的承载能力，在原竹表面铺设防潮层，用纤维增强黏土做找平层，方便多种现代楼面装饰做法。该技术已经成功运用于示范项目建设，该技术的推广应用，不但可以显著提高干栏民居的安全和舒适水平，还有助于减少木材、水泥、钢材等建筑材料的消耗，有良好的社会、环境和生态效益。

干栏民居；原竹承重；楼板构造

云南南部属热带季风气候，盛产竹材。当地少数民族因地制宜，就地取材创造出适应气候特点且极具地域特色的干栏式竹楼民居。传统干栏竹楼民居采用竹条铺设楼面，其构造特点是竹条铺设在密排的木格栅上 (图1和图2)。竹条楼面尽管工艺简单，造价低廉，但却存在明显缺陷。一是楼面刚度和承载力不足。干栏式竹楼民居楼面格栅间距约0.4 m，竹条厚度一般不超过0.01 m。如果把竹条视为支承在木搁栅上的连续梁，那么梁高与梁跨之比为1/40，无法满足楼板正常使用的刚度要求，人走在楼面上有明显的楼面上下颤动的感觉。二是楼面密封性差，蚊虫灰尘可以通过竹条之间的缝隙进入室内，而且楼板基本没有隔声能力，室内环境质量低。三是防火能力与耐久性严重不足，不符合防灾减灾的要求。

由于传统竹条楼板存在上述局限性，当地群众开始采用现浇钢筋混凝土楼板，如此虽然有效克服了竹条楼板在安全、使用和耐久性等方面的不足，但钢筋混凝土楼板造价高，自重大，在乡村条件下的施工质量差，而且钢筋水泥都是高能耗、高污染的建筑材料，不宜在干栏民居中大量推广使用[1]。因此，充分利用原竹自身天然的外观力学特性，开发新型原竹楼板技术尤为必要。

图1 竹条楼面

图2 竹条楼面下的木搁栅

1 新型原竹楼板构造设计思路

新型原竹楼板由原竹承重层、防潮层、找平层、装饰面层、防火板等多个构造层次组合而成 (图3)。

1.1 原竹承重层

新型原竹楼板技术采用原竹取代竹条直接密排铺设楼面。尽管竹条本身具有良好的韧性和强度，但是对梁这种结构构件而言，用直径0.15 m的原竹取代同一根原竹展开成厚度为0.01 m竹条，梁截面高度增加15倍，相对中性轴的截面惯性矩提高约292倍，能有效克服竹条楼板楼面刚度和承载力不足的缺点。

1.2 防潮层与找平层

图3 原竹承重楼板构造分层示意

原竹是天然材料，粗细不同，也存在尖削度的变化，密排原竹楼面相邻原竹之间存在大量狭长空隙，这样的楼面是无法使用的 (图4)，需要对楼面进行找平。在密排原竹的表面，铺设防水卷材，一方面可避免找平材料从原竹之间的狭长缝隙渗漏，另一方面也为原竹自身提供防潮层，避免原竹受潮腐烂。找平材料采用竹纤维增强粘土材料[2]，具有轻质保温隔声的特点。

图4 裸露的密排原竹梁

1.3 装饰面层

楼板装饰面层对提高室内美观和舒适性具有重要作用，可以有2种典型做法:一种是采用铺装地板，包括各类竹木地板和地砖；另一类是刚性楼面面层，常用的是造价较低的水泥楼面。

1.4 新型原竹楼板总厚度控制

原竹直径显著大于竹条厚度，当采用原竹直接搁置在楼面搁栅上的做法时，有2个缺点:一是会增加原竹楼板总的构造厚度，此时为满足室内净高要求，需要加大层高，增加造价；二是原竹为圆形截面，当其直接搁置在楼面搁栅上时，定位与限位较为困难，地面震动时原竹易发生滚动而破坏结构的整体性。因此采用吊挂式金属构件 (图5)，将楼面格栅顶面降低，在穿枋梁侧面设置支托，使得原竹顶面标高与穿枋梁顶面基本持平，在穿枋和密排原竹表面，铺设防水卷材，再铺竹纤维增强轻质粘土找平层。

图5 吊挂式金属构件

2 新型原竹楼板原竹截面选择

原竹截面选择取决于2个指标的控制:一是极限承载力，以原竹因劈裂或弯折而丧失承载力为特征；二是正常使用极限状态，以原竹在给定使用条件下，跨中挠度不大于梁净跨的1/250为特征。原竹具有韧性良好但是变性较大的特性，所以原竹截面选择的实际控制因素是跨中挠度。

设原竹外径为D，内径为d，简支竹梁净跨为l0，楼面活荷载取2.0 kN/m2。竹 (木)地板楼面恒载取1.40 kN/m2，地砖楼面恒载取1.50 kN/m2，为简化计算，仅对地砖楼面原竹截面选择进行计算。就正常使用极限状态而言，不同直径每根原竹承受的荷载标准组合计算见表1中的q值。圆形空心截面简支梁的跨中挠度的计算公式为:

其中，环形筒I＝π (D4－d4)/64，原竹顺纹抗弯弹性模量E取12.3×103Mpa[3]，原竹壁厚近似取0.01 m，原竹梁允许挠度为l0/250，据此，推算出满足挠度控制要求的原竹截面与净跨对应值 (表1)。

表1 不同净跨、不同直径原竹梁挠度计算值

需要指出的是，原竹梁挠度计算采用的是净跨，考虑到原竹梁两端还有支座长度，所以表1中相关数据可供开间尺寸小于5.0 m的原竹楼面梁参考使用，这个开间尺寸范围可以满足绝大多数干栏民居的要求。

3 实施案例——西双版纳南糯山竹建筑

3.1 项目背景

西双版纳民居建设量逐年增多，对木材、钢筋、水泥等的需求不断增加，既破坏森林资源，又加剧二氧化碳排放，必须开展以竹代木、以竹代钢筋水泥的研究示范，在改善居民居住条件的前提下，保护森林，减少二氧化碳排放。在联合国全球环境基金 (GEF)的资助下，新型原竹楼板技术在西双版纳南糯山新型竹建筑示范楼中得到应用。

3.2 原竹承重楼 (屋)面技术实施

示范项目建设方为西双版纳旅游探险协会，该协会拟在南糯山建设一个探险旅游接待基地，包括一个小客栈 (图6)和一个小茶室 (图7)。

图6 小客栈效果图

小茶室采用了木框架承重原竹楼面做法，找平层为竹纤维增强轻质粘土，楼面构造呈部分裸露供技术观摩 (图8)，面层分别采用面砖和竹地板2种做法(图9)，起到原竹楼板技术展示和示范的作用。

图7 小茶室

图8 楼面构造层次

图9 竹地板铺设示意

小客栈采用了原竹承重平屋面做法，找平层和面层为细石混凝土。原竹采用混合支座，跨中为现浇钢筋混凝土支座，边支座为角钢支座 (图10)。由于竹秆为空心，竹节把空腔分隔为若干封闭的气室，限制空气流动传热，原竹因而具有良好的隔热性能。原竹承重平屋面做法既取代了现浇钢筋混凝土楼板以降低结构造价，又显著提高了屋面隔热能力 (图11)，对村镇住宅节能具有重要意义。

图10 原竹承重混凝土平屋面仰视图

4 小结

新型原竹承重楼面技术在继承传统干栏建筑就地取材优点的同时，克服了干栏建筑传统竹条楼面技术的种种不足，提高了干栏民居适应现代生活改善的需要。该技术实现了干栏民居建设以竹代木、以竹代钢的目的，对传统竹楼文化传承、保护森林资源和生态环境有积极的作用。通过示范项目建设，当地群众认可了营造新型竹楼民居的必要性、可行性，消除了对竹建筑的偏见，为干栏式竹楼民居的可持续营造提供了有利条件。

[1]柏文峰.云南民居结构更新与天然建材可持续利用[D].北京:清华大学，2009.

[2]柏文峰.一种用植物纤维和水泥增强的轻质保温隔热生土材料:中国， ZL 2008 1 023 3547.0[P].2011－09－14[2017－05－30].

[3]Janssen J J A.Designing and building with Bamboo:Technical Report No.20[R].Beijing:INBAR，2000.

Research and Practices on New Technology of Bamboo Bearing Slab

Bai Wenfeng1Wang Xiutong2Yuan Yuan1
(1 School of Architecture and Urban Planning， Kunming University of Science and Technology， Kunming 650051， China；2 Changsha Building Branch， Xiangtan Architecture Design Institute， Changsha 410000， China)

Slabs with bamboo strips are widely used in traditional Ganlan folk houses.Their shortness such as insufficient stiffness，fire prone and poor sound insulation lead to the insufficiency in safety and comfort of the houses.A new technology of bamboo bearing slab was put forward to overcome these shortness.The technology makes full use of the natural and excellent physical property of bamboo by putting it on the grids of floor，which gives the slab a better load bearing.Moisture barriers are covered on the surface of bamboo and plant fiber reinforced light weight clay is used for ground leveling course，which makes it easier to have various types of floor.This technology has been successfully applied in demo Ganlan folk house project.The technology promotion and application would greatly improve the safety and comfort of the houses and also reduce the consumption of high energy embodied building material such as cement， steel， etc.， with good social， environment and ecological benefits.

Ganlan folk house， load－bearing bamboo， structure of slab

10.13640/j.cnki.wbr.2017.05.008

国家科技支撑计划项目子课题 (编号:2014BAL06B04)；联合国全球环境基金 (GEF)项目 “西双版纳新型竹楼民居研究与示范”(编号:CPR/SGP/OP4/Y3/RAF/2010/12)。

柏文峰，博士，教授，研究方向为绿色乡土建筑技术。E－mail:1142149697＠qq.com。