竹之力学性能

建筑材料-竹之力学性能竹子是自然界存在的一种典型的、具有良好力学性能的生物体。飓风能轻易将齐腰大树吹断，但不会令竹子折断。其原因主要有以下三点：1)竹纤维材料强度高、弹性好且密度小，比强度是钢材的3～4倍，具有较高的抗拉强度和抗压强度；2)竹子截面是环形的，外弯面受拉且内弯面受压，具有较强的抗弯刚度；3)竹节处的外部环箍与内部横隔板可增加承载面积，同时也能提高竹筒的横向承载能力。竹子用于建筑艺术历史悠久。汉代，能工巧匠利用竹子为汉武帝建造的甘泉祠宫，造形美观。宋代大学士王禹偁在湖北黄冈做官时，自造竹楼，并写了《竹楼记》，其中对竹楼的音响效果写道：“夏宜急雨，有瀑布声；冬宜密雪，有碎玉声；宜鼓琴，琴声和畅；宜咏诗，诗韵清绝；宜围棋，子声丁丁然；宜投壶，矢声铮铮然；皆竹楼所助也。”真乃美奂绝仑。盛产竹子的南方，竹楼是寻常百姓家的房舍。西南少数民族如傣族至今仍住竹楼，绿树芭蕉丛中掩映着座痤竹楼，充满了诗情画意。修竹何以成为建筑中的龙材呢？竹子体轻质坚，皮厚中空，抗弯拉力强，浑身展现出力学美。科学家对竹子进行力学测定表明，竹子的收缩量很小，而弹性和韧性极强，顺纹抗压强度每平方厘米为800公斤左右；顺纹抗拉强度每平方厘米可承载1800公斤；其中刚竹的顺纹抗拉强度每平方达2833公斤，享有“植物钢铁”的美称。因此人们用竹子代替钢筋，浇铸竹筋水泥建筑物。竹子的抗弯能力极强，如大毛竹的空心度为0.85，抗弯能力要比同样重量的实心杆大两倍多。机械设计师从中受到启发，研制出很有价值的空心转动轴，在不降低承载能力的条件下可节约一半钢材。著名建筑大师贝聿铭从郑板桥的《兰竹图》中受到启示，设计建造高达315米70层的中国银行大厦。这一“仿竹杰作”，巍然屹立于多台风的香港，“千磨万击还坚韧，任尔东西南北风。”