竹構造物的結構系統

第三章 竹構造物之構法與工法整理

本單元將整理上述各章節內容，針對有關竹構造建築物之文獻回顧 與案例調查等資料，提供作為將來參與建築之設計、施工與學術研究單 位，進行相關作業的參考依據；因此，將對其建築類型、構造系統、桿 件的結合方式及施工通則等竹建築構法與工法進行彙整。

第一節 竹構造物的結構系統

竹構架因用途、設計、跨距及施工方式的不同，而有許多不同的組 構型式。其次，竹材因受長度、材質以及不易控制接合點強度的限制，

其建築的類別也受到影響。

一、以竹為主要結構的材料

竹子是一種近似於中空圓柱形的建築材料，如果以其做為建築的主 要材料來區分，可以分為直線桿件（Straight rods）、偏斜的彎曲桿件

（Deflection curve rods）、彎曲獨的壓力桿件（Curve compression rods）以及彎曲的拉力桿件等（Curve tension rods），依據個別的應 力方式，形成各種不同的結構系統。

（一）直線桿件

當竹子以筆直的型式被運用時，其構築方式：

1、桁架（truss）系統

桁架系統是由以懸吊結構以及構架式結構設計建築物的半木構架

（half timbering）的做法，中間繫樑逐漸演進成為二力桿件，而 演化而成。

圖 3-1-1 桁架系統 1 圖 3-1-2 桁架系統 2

2、屋頂構架

竹屋頂是一種輕量的構築方式，通常是以斜屋頂或放射狀屋頂為 主。當屋頂的跨距變大，就出現運用桁樑、橼等構架出現。較為特 殊的屋頂是尖塔結構，以放射的斜桿作為承受水平力的主要結構。

圖 3-1-3 斜屋頂 圖 3-1-4 放射狀屋頂 圖 3-1-5 大跨度屋頂

圖 3-1-6 尖塔結構 圖 3-1-7 海帕面桁架結構 圖 3-1-8 曲面桁架結構

3、曲面桁架結構

以直線竹桿構築的曲面為規則曲面，是由一個個分離的平面，接續 構成近似拋物面、雙曲面、球面、海帕面等的曲面桁架的結構骨架，

在這些結構之中，接頭可能需要接繫一個個不同角度的平面，在設 計上尤須加以考量。

（二）彎曲桿件

1、偏斜的彎曲桿件

偏斜的彎曲桿件的形成，是由於竹子生長過程之中，所造成的天然 彎曲桿件，而竹子竹桿的彎度變化取決於材料的良窳。實務上，除 了依據所需取材外，這樣的材料有著質量不平均，以及形狀所造成 的問題，與受力彎曲的各種結構並不相同。

2、受力彎曲的桿件

（1）拱系統（Arch）

由於竹材直徑以及厚度並不均勻，因而簡易的拱結構會有不均質彎 曲的偏心現象，如圖3-1-9。為避免受這種現象的影響，可以利用 足夠強度的拉力索、薄膜結構、直線甚至是彎曲的樑柱結繫、以及 採用能增加其束縛的力的方式，這些都是常見的構法；如圖

3-1-10、3-1-11示。

圖 3-1-9 拱系統 圖 3-1-10 以竹支架的帳棚系統 圖 3-1-11 彎曲繫樑

a、組合結構：拱結構的穩定性，還需依賴著另一個橫向的固定力量，

因此，可以數排密集形成，如圖 3-1-12 至 3-1-17；此外，將竹桿 固接於地面，並以增加橫向拉力桿件或拉力索的方式，也可以達 到結構的穩定，如圖 3-1-18 至 3-1-20。

圖 3-1-12 單曲面拱 圖 3-1-13 雙曲面拱 圖 3-1-14 多曲面拱

圖 3-1-15 拱結構 1 圖 3-1-16 拱結構 2 圖 3-1-17 拱結構 3

圖 3-1-18 拉力索補強 圖 3-1-19 桿件補強 圖 3-1-20 竹肋筋結構

b、桁樑薄殼（grid shell）結構系統：是將拱狀結構以十字交叉形 成的球面格柵狀結構。

圖 3-1-21 薄殼系統剖面示意圖 圖 3-1-22 竹材形成的薄殼結構

c、尖拱（pointed arch）或洋蔥狀尖拱

圖 3-1-23 尖拱結構 圖 3-1-24 尖拱形成的建築結構

圖 3-1-25 洋蔥狀尖拱結構 圖 3-1-26 洋蔥狀尖拱形成的結構

（2）索系統（Cable）

竹材承受拉力的能力不錯，因此對竹材而言以索系統進行結構設 計，是一種好的結構設計。例如亞洲地區的屋頂飛簷，其屋簷的橼條 承受的即為拉力。

圖 3-1-27 索結構示意圖

圖 3-1-28 索系統結構 圖 3-1-29 屋簷結構系統 圖 3-1-30 屋簷非簷結構

二、竹材與其他材料混造的結構

（一）竹筋混凝土

竹筋混凝土建築物，在印度等地區是一種常見的傳統做法，是將竹 材與其他的可塑性材料相互結合，以作為建築材料使用。竹筋混凝土與 一般鋼筋混凝土比較，有著以下的幾個優勢：

1、結構上的優勢

（1）與鋼鐵相較，竹材價格比較便宜。

（2）重量輕，取得容易，運搬方便。

（3）竹筋單位重量所提供的強度優於鋼鐵。

2、竹筋混凝土的缺點

（1）握裹力的下降：

使用乾燥竹材施作竹筋混凝土，在混凝土灌漿時，竹材會發生吸 水膨脹的現象，等混凝土乾燥後，竹材會乾縮；由於竹材收縮程度較 混凝土大，因此會造成握裹力消失等問題，使混凝土強度下降。若使 用未乾燥的青竹，也會因竹材失去水分後收縮而造成握裹力的下降；

因此，增加握裹力的方式有以下幾種：

a、使用較為成熟的竹材，一般多為 3 到 5 年。

b、竹篾的運用比整根竹桿的運用為佳，其原因為竹材內側比外側表 皮的握裹力強，且在竹節部位的握裹效果也會增加。

c、將瀝青披覆於材料表層，作為防水層，以阻止水分的變化。瀝青 的厚度，也應該加以控制，以減少瀝青對於握裹力的影響。

（2）彈性模數的下降

竹筋混凝土的彈性模數下降，會造成下述的問題：

a、開裂與破壞：比鋼筋混凝土的破壞可能性多出 50%。

b、竹筋用量增加，約為鋼筋的 10 倍。

（3）生命週期縮短

由於混凝土為鹼性，會減少竹筋的壽命。當開裂時，水分滲入混 凝土中時，更會加速竹筋混凝土的毀損。

綜言之，竹筋混凝土在運用上，雖然包括樑或懸吊版，但更適用 於樓地板或者是其他的一些荷重較小的構造體，例如隔間牆，就算是 開裂甚至毀損，也是比較不嚴重的問題。

（二）相關應用方式

將竹製成板材，最早發展於第一次世界大戰後的中國，迄今已衍生 出許多應用的方式；近年來許多單位開始研究如何運用作為建築等構造 或裝修等用途上，其產品包括地板、牆面、隔間牆、門、天花板以及屋 頂板等，是一較為環保的建築材料；有關用途如下所示：

1、竹篾、竹條以及竹片所構成的竹膠合板。

2、竹皮經過處理所構成的竹膠合板。

3、輾碎竹材、竹粉末、竹纖維重組成的竹膠合板。

4、由上述方法之一種以上，加上木片、木質纖維材料或是無機物材 料所組成。

目前常見的產品為竹蓆膠合板，其製作過程由一層層的竹蓆編織構 成，經過冷軋或熱軋，再經由沙紙磨光而成。為增加其持久性，竹材需 以化學藥品加以處理。在實務上，竹膠合板的厚度主要是由組成的層數 來決定，較薄的板適用於門窗等工程，較厚的材料，則可用於混凝土模 板。此外，這種做法的產品，更被用以作為屋頂材、拱狀構造物、榖倉 甚至是工字樑或者是箱型樑的板。

另外，竹篾膠合板：常見於南美洲，由於當地的竹材相當難以壓平，

因此將竹子劈開，作成竹篾材料。製作上是將竹篾用水泡軟後，加熱至 華氏 130 度左右，之後再將其膠疊並加熱加壓來製成，最後以砂紙磨 光與修整。在實務上，這種竹板多用於樓地板或是牆面，這種材料擁有 良好的強度、勁度、耐磨及耐天候變化，是良好的住宅建築材料。