竹藤館主體結構

圓竹金屬喉箍件

竹藤館竹拱構件

竹檁條分布

混凝土側墩

　　4月29日，匯聚全球園林園藝精華的北京世界園藝博覽會將正式開園，屆時，由國際竹藤中心竹藤生物質新材料研究團隊和清華大學土木工程研究團隊共同建造的國際竹藤組織園展館將驚艷亮相。

　　竹藤館位于世園會園區心臟，毗鄰國際館，占地面積3100平方米，是園內84個展館中最值得濃墨重彩的場館之一。

　　竹藤館用獨具匠心的造型烘托出“創意竹藤 五洲風景”的主題。充滿韻律的竹材匯聚成流暢的拱形，天然材料裹挾著自然氣息，給人以回歸自然的舒適感。這個巨大的拱形在大地上形成一個靈動的明眸，好似凝望園區的“竹之眼”。

　　竹藤館主體結構全部由圓竹材構成，單拱跨度長達35米，是目前中國跨度最大的圓竹結構場館。竹藤館是科學與藝術完美結合的典范。其設計靈感源于意大利卡德納斯設計工作室馬儒驍設計師，施工設計由清華大學土木工程研究團隊負責，無支點結構設計及原材料處理技術由國際竹藤中心負責。建造團隊通過對圓竹的巧妙搭配和受力點的合理安排，既傳承了中國木結構傳統建筑的精髓，又利用竹子柔韌的特性創造出流暢的美感，明眸狀的造型同時也表達了天圓地方的中國古代哲學理念。

　　該建筑是應用國際竹藤中心主持的“十三五”國家重點研發計劃項目“竹資源全產業鏈增值增效技術集成與示范”的成果之一。

　　攻克圓竹結構材料制備和建造多個難題，實現多項技術創新

　　國內最大跨度無支點竹拱建筑

　　竹藤館為圓竹竹拱建筑體系，主體部分采用5000多根毛竹建成。

　　展館屋頂由9榀圓竹拱作為主要受力體系，單拱跨度達35米，中間無任何支點，僅在拱腳兩側處采用混凝土側墩進行壓力傳遞。該設計融合了拱結構和桁架結構的雙重優勢，是目前中國最大跨度的無支點圓竹竹拱建筑。

　　圓竹全尺寸標準材方便建造

　　竹藤館原材料的選擇依據國際竹藤中心主持完成的“圓竹結構材應用技術研究”科技成果，嚴格選用標準化原材料，采用4-6年生毛竹，胸高以上的竹桿，長度為600±3厘米，最大直徑為8-10厘米，尖削度控制在2厘米之內，含水率為8%-12%。建造前，先通過成套防霉防腐防蟲蛀防火技術對原材料進行處理，使原材料達到尺寸規格化、性能穩定。制備檁條構件和圓拱構件時，先用高溫處理將標準材調直，或調制成一定弧度，以滿足不同位置處的竹拱需求。此外，在圓竹標準材的兩端增加金屬喉箍，起到固定和防止開裂的作用。

　　組合式圓竹結構構件重塑承載模式

　　竹藤館主體結構充分利用了圓竹優良的抗彎性能，將168根圓竹通過縱向和橫向連接，組合成35米跨度的圓竹拱構件，作為竹藤館的主要受力構件。然后以4根圓竹為一組，通過橫向連接形成檁條，作為圓竹結構的橫向承載構件單元。檁條搭置于竹拱之間，連接相鄰兩拱，起到承擔和分散館頂壓力的作用。竹藤館的整體結構通過竹拱件和竹檁條的合理配合，實現了大跨度圓竹結構的承載模式。

　　精確計算圓竹多管狀結構力學

　　國際竹藤中心竹藤生物質新材料研究所和清華大學土木工程院結合雙方的專業理論知識和前期數據積累，對圓竹管狀結構的受力情況進行了詳細的計算分析，結合有限原技術將圓竹管狀結構力學及變形進行了精確的模擬，為圓竹結構構件的設計和力學計算提供了基礎理論數據。

　　安裝了位移力學測試裝置，多點位移計測點布置與全站儀測點位置相對應，需要測竹拱豎向位移、拱面內水平位移、拱面外水平位移。多點位移計的基準點位于腳手架基座上。

　　創新圓竹縱向連接技術

　　大跨度結構的首要需求是原材料縱向連接技術。32米長跨度的竹拱構件，需要168根長600±3厘米的圓竹標準材通過縱向接長來制備。研究團隊共同研發了大竹筒內套小竹筒，用氣釘將大小竹筒連接加固的圓竹接長技術。由于小竹筒連接件與大竹筒材質相同、性能相近，如此操作可使連接處在受力過程中既能發生同步變形，又能夠很好地調至相似的弧度，工藝簡單，是良好的圓竹連接技術。

　　巧妙組合解決圓竹徑向連接

　　每個竹檁條構件由4根圓竹標準材組成，通過直徑方向相互連接，形成橫截面為“田”字型的構件，即上下各兩根。

　　為了保證檁條兩端的強度相近、結構穩定，減小圓竹標準材固有的尖削度影響，設計中，將4根圓竹標準材分為2組，大小端交錯排列，并通過螺栓螺母將4根竹條兩兩連接，形成一個竹檁條構件，實現圓竹直徑方向的合理連接，形成多管束結構件。

　　三技融合實現竹拱結構應力分散

　　本設計主要通過竹拱截面設計、竹拱與側墩連接和增加拉索3項技術，實現大跨度竹拱結構的應力分散。一是竹拱設計采用變截面桁架拱，結構兼具拱和桁架結構的雙重優勢，大大分散了竹拱的應力；二是在竹拱兩側修建混凝土側墩，并在拱腳和側墩連接處加灌水泥，降低拱腳處應力集中，防止拱腳處圓竹開裂或斷裂；三是在竹拱兩側增加拉索，拉索在橋梁中常被用作受拉結構，用在竹拱中可以增大竹拱腹桿拉桿的容許應力。

　　預制構件方便轉配圓竹結構

　　竹拱構件和竹檁條構件均可通過工廠預制而成。通過對單根竹標準材進行縱向連接，形成單根全尺寸跨度的單元，對該單元再進行徑向技術連接，形成圓竹拱構件的二級單元，再通過螺栓螺母在直徑方向連接形成1/2竹拱，并通過木質連接和螺栓螺母將兩個1/2竹拱連接成一個完整的竹拱構件。對4根圓竹標準材通過徑向螺栓兩兩相連形成橫截面為田字型的竹檁條構件。通過預制好的構件來建造圓竹結構，施工簡單，且會大大縮短工程周期。

　　雙向把控消除竹建筑防火隱患

　　該結構建筑的防火設計從原材料的處理和防止火源兩個方向進行。一是采用阻燃處理工藝對原材料進行處理，使得其耐火等級和燃燒等級滿足國家標準；二是通過阻止火源的方法，在地下和墻體內部預埋電線管道，使得電源不暴露在外面，防止火源直接接觸材料，從而達到阻止或延遲火源蔓延。

　　防護處理延長竹結構使用壽命

　　圓竹材的標準化、規格化預制，是增加耐久性的前提。結合當地的氣候特性，工程對圓竹原材料進行相應的成套防護技術處理，保證了圓竹材料的使用壽命；精確的結構力學設計以及力學性能預測，使得此館可以抵抗風荷載和雪荷載。對圓竹材料的因地制宜改性處理和合理的結構設計，使得國際竹藤館的使用壽命至少可達15年。

　　北京世園會國際竹藤組織展館，傳承了傳統文化，踐行了現代理念，創新了建筑技術，實現了圓竹材大跨度無支點應用，為圓竹結構材標準化、規格化、商品化發展奠定了基礎。