Бамбук широко используется для строительства домов / сооружений, пешеходных мостов, стеновых лесов и т.д. В странах, богатых бамбуком. Несколько стран Азии и Южной Америки зависят от бамбука как важного строительного материала для строительства домов и малоэтажных зданий. Поскольку бамбук по своей природе является быстро портящимся материалом, его использование в строительстве всегда считалось временным, и неудивительно, что бамбук заменяется почти каждый год в большинстве сельских построек. бамбук не пользуется официальным признанием и покровительством современных инженеров, как кирпич, сталь, бетон или древесина. У этой ситуации может быть несколько причин, таких как – низкая долговечность бамбука, отсутствие технических ноу-хау или средств для консервирующей обработки, отсутствие достоверных проектных данных по различным видам, недостаток информации о конструкции и надежности методов соединения и детализации. Эти факторы могли привести к сопротивлению использованию бамбука в их проектах.
Еще одна важная причина отказа от включения бамбука в строительные проекты, по-видимому, связана с трудностями в приобретении необходимого качества (сорта) и пород, требуемых в больших количествах для жилищных проектов, а также с тем, что бамбук не включен в спецификации и графики, утвержденные правительственными учреждениями. Кроме того, инженеры, обычно обученные современным строительным материалам, таким как железобетон (RC), сталь, обычно не решаются использовать натуральные строительные материалы, такие как бамбук, в отсутствие спецификаций и графиков, утвержденных правительственными учреждениями. Как и большинство народных методов, наборы навыков, необходимые для поддержания таких методов, также быстро истощаются.
Существует около 75 родов и около 1250 видов бамбука. Ресурсы бамбука в Индии (как разнообразие, так и распространение) являются вторыми по величине в мире, на первом месте находится Китай. Методы использования бамбука в строительстве годами разрабатывались местными мастерами, которые признают преимущества бамбука, такие как высокая прочность / жесткость, простота обработки и гибкость. Когда лесной покров быстро истощается, а доступность древесины становится все более дефицитной, исследования и разработки, проведенные за последние несколько десятилетий, установили и наглядно продемонстрировали, что бамбук может быть жизнеспособной заменой древесины и ряда других традиционных материалов для жилищного сектора.
Важные характеристики бамбука
Основными характерными особенностями, которые делают бамбук потенциальным строительным материалом, являются
- Высокая прочность на растяжение / изгиб, сравнимая с прочностью мягкой стали и дерева
- Высокое соотношение прочности к весу и высокая удельная несущая способность
- Для производства требуется меньше энергии по сравнению с такими материалами, как сталь, пластик, алюминий и т.д.
- Физико-механические свойства бамбука, который достигает зрелости за 4-5 лет, выгодно отличаются от свойств древесины твердых пород, для достижения зрелости которой требуется от 40 до 50 лет.
Виды бамбука, как правило, полые, но размер внутренней полости зависит от вида, почвы и климатических условий. Внешняя оболочка бамбука содержит небольшое количество кремнезема, который повышает его естественную долговечность, а также прочность. Сравнивая стоимость бамбука и его поведение при механических нагрузках, выбор бамбука в качестве популярного материала для полупостоянных сельских домов оправдан. В Институте лесных исследований в Дехрадуне была разработана программа тестирования бамбука на предмет его физических и механических свойств, и методы тестирования были сформулированы и стандартизированы примерно для 20 важных видов бамбука.
Стандарты бамбука
Национальный строительный кодекс Индии включил раздел, посвященный конструктивному проектированию из древесины и бамбука. Кодекс определяет безопасные рабочие нагрузки бамбука при проектировании конструкций. В кодексе также упоминается коэффициент безопасности в пределах 4-8 для систем жилья на основе бамбука. В кодексе также указано, что с уменьшением содержания влаги прочность образца бамбука возрастает экспоненциально, а бамбук имеет точку пересечения (точку насыщения волокон) с содержанием влаги около 25% в зависимости от вида.
Хотя бамбук традиционно использовался для различных строительных работ, особенно в жилищном строительстве во многих районах по всему миру, научные исследования установили, что бамбук как конструкционный материал относительно не так стар. Индия была одной из стран, признавших необходимость создания базы данных о физических и механических свойствах различных видов бамбука. В 1973 и 1976 годах были разработаны индийские стандартные методы тестирования бамбука на эволюцию физических и механических свойств.
Выбор, снабжение и сортировка бамбука
Поскольку бамбук является биологическим материалом, у инженера / дизайнера не так много выбора в выборе определенного сечения (диаметр, толщина стенки) по своему выбору, в отличие от RCC, стали, древесины, где есть большой выбор и сечениями можно манипулировать путем обработки или проектирования. Обычно выбирают породу бамбука, исходя из наличия и местного опыта. Поскольку не существует установленных научных правил сортировки, как в случае с древесиной, задача выбора правильного сорта бамбука может быть сложной. Сортировку бамбука, возможно, придется проводить на основе наружного диаметра, толщины стенок и допустимых дефектов материала, таких как конусность и изгиб, поиск бамбука требуемого качества может стать критичным для спецификатора, особенно когда материалы требуются в больших количествах. Выбор и сортировка бамбука по-прежнему основаны на опыте местных мастеров. Исследователями были предприняты попытки классифицировать бамбук на основе диаметра (Rajput 1992 et.al ), хотя толщина стенок также ограничивает использование бамбука в конструкционных целях. Плотность бамбука также определяет прочность бамбука.
Большая часть поставок в Индии осуществляется либо через лесные департаменты, либо через подрядчиков, общества и корпорации для удовлетворения потребностей конкретного ремесла, включая жилье. Дома также строятся в сельской местности с использованием бамбука, выращенного на приусадебных участках. Без надлежащих правил сортировки становится трудно реализовывать крупномасштабные жилищные проекты.
Традиционное строительство из бамбука
Бамбуковые дома не совсем неизвестны Индии. Сельские жители, живущие вблизи бамбуковых лесов, часто строят их и живут в них. Поэтому он известен как материал для бедных.
Дома из бамбука в северо-восточных районах Индии:
Общие характеристики домов в северо-восточных частях Индии — это дома на равнинах и на холмах. Дома на равнинах проще, в основном с глинобитной штукатуркой на стенах и глинобитным полом. Дома на холмах в основном стоят на земле с цоколем.
Бамбуковый дом с соломенной крышей:
Самый экономичный в своем роде. Доступность бамбука и соломы удешевляет его. Планировка ограничена прямоугольной формой из-за ограничений строительной системы. Стены как внутренние, так и внешние сделаны из плетеного бамбука. Двери и окна изготавливаются из деревянных или даже бамбуковых рам. Крыша из соломы.
Бамбуковый дом Рианг:
Племена рианг из Трипуры строят свои дома из бамбука, используемого в качестве основного строительного материала. В некоторых случаях даже соломенная крыша сделана из листьев бамбука. Эти дома представляют собой типичные жилища на холмах, построенные на бамбуковых прорезях для создания большой горизонтальной платформы — пола дома. Бамбуковые стойки расположены на квадратной сетке, а наклонные цельные бамбуковые элементы укрепляют их. Необходимое количество стоек выступает над поверхностью напольной платформы для поддержки конструкции крыши.
План дома Рианг обычно представляет собой длинный прямоугольник с крытой верандой спереди и открытой верандой сзади. Между этими верандами расположена большая закрытая комната. Передняя веранда и помещение покрыты единой крышей. Крыша имеет уклон вниз с обеих сторон.
Доски, изготовленные из расплющенных стеблей бамбука, используются для покрытия пола в помещении, а также для изготовления стен и дверей. Пол обеих веранд сделан либо из цельного бамбука, либо из продольных половинок, расположенных рядом и прикрепленных к балочной конструкции под полом. Цельное бревно с насечками образует короткую лестницу в передней части дома.
Глинобитная стена, укрепленная бамбуком:
Глинобитная стена обеспечивает защиту от жары и холода. В наши дни глинобитные стены возводятся путем армирования их расколотыми на четвертинки бамбуковыми стеблями, должным образом обработанными горячим битумом. Правильно замешанный глиняный раствор, смешанный с рисовой шелухой, золой, небольшим количеством извести и воды, наносится слой за слоем, удерживая бамбуковую сетку в центре, которую затем оштукатуривают, разглаживают и, наконец, отмывают добела.
Экспериментальный дом, построенный в 1973 году:
Интересные наблюдения, сделанные Бипул Кумар Дасом за экспериментальным домом, построенным в 1973 году в Гувахати, части Ассама в Индии, показывают, что состояние бамбуковых полос, которые использовались в течение 25 лет внутри конструкции, было хорошим без какой-либо надлежащей обработки. Бамбуковые полосы использовались как для строительства крыши, так и для возведения стен. Используемый бамбук не подвергался химической обработке, а был взят из партии, которую перевозили по реке. Это доказывает, что бамбук обещает очень длительный срок службы при условии благоприятных условий.
Бамбуковые дома в южных районах Индии:
Как правило, дома в этих районах можно разделить на дома с соломенными и черепичными крышами. В обоих типах бамбук неизменно используется для изготовления конструкции крыши. В некоторых домах, особенно с соломенными крышами, помимо крыши, бамбук используется для отделки стен, окон, дверей и даже перегородок.
Бамбуковый дом с соломенной крышей:
Дома из бамбука с соломенной крышей небольшого размера. В штате Керала средняя площадь цоколя дома с соломенной крышей и средняя площадь цоколя на человека составляют 39 м2 и 8 м2 соответственно. Соответствующие цифры для Карнатаки составляют 31 м2 и 7 м2. Было обнаружено, что средняя площадь цоколя домов с соломенными крышами в высокогорных районах выше, чем в средних и низменных районах обоих штатов, поскольку бамбук доступен по низкой цене в высокогорных районах. Фундамент бамбуковых домов в Керале и Карнатаке в основном сделан из материалов низкого качества, таких как грязь и песок, и только в нескольких домах используются кирпич и щебень. Это объясняется отчасти плохими экономическими условиями, а отчасти его небольшими размерами.
Многие дома в высокогорных районах штата Карнатака имеют глинобитные стены, укрепленные бамбуком. Такая конструкция очень дешевая и служит более десяти лет. Дерево является предпочтительным материалом для окон и дверей в большинстве бамбуковых домов. Крыши всех выбранных домов построены из бамбука. В качестве покрытия используются трава, солома и кокосовые листья, из которых последние используются в большинстве домов с соломенными крышами в обоих штатах. Это может быть связано с обилием кокосовых пальм и легкой доступностью их листьев для тэтчинга.
Дома, облицованные плиткой:
В штате Керала средняя площадь цоколя дома, облицованного плиткой, составляет 58 м2, а площадь цоколя на человека — 14 м2. Из исследования, проведенного на общей выборке в штате, дома, облицованные плиткой из бамбука, составляют всего 8 процентов. Около 35 процентов от общего количества образцов в штате Карнатака — это дома, облицованные плиткой, со средней площадью цоколя 72 м2. Средняя площадь цоколя домов, облицованных плиткой в штате Карнатака, варьируется от 82 м2 в высокогорных районах до 51 м2 в низменных районах.
В Карнатаке и Керале от 80 до 85 процентов домов, облицованных плиткой, имеют кирпичный цоколь. В обоих штатах дерево широко используется для изготовления окон и дверей. Бамбук используется в качестве каркаса крыши во всех типовых домах, которые берутся для изучения. В высокогорных районах, где доступны очень толстые бамбуковые породы, они используются даже в качестве основных и боковых опорных балок. Но в других районах в некоторых домах в качестве основных или поддерживающих опор использовались столбы из дерева или казуарины.
Бамбуковые композиты
Бамбуковые доски и панели, разработанные ранее в FRI, а теперь усовершенствованные, продемонстрированные, стандартизированные, а также доведенные IPIRTI до промышленного уровня, обладают огромным потенциалом в строительной отрасли.
IPIRTI разработала экономически эффективные технологии производства бамбуковых композитов, которые были коммерциализированы. Эти технологии не только безопасны для окружающей среды, но и для людей, поскольку они обладают огромным потенциалом для создания рабочих мест, особенно для женщин в районе выращивания бамбука. Использование бамбуковых композитов приведет к снижению нагрузки на невозобновляемые строительные материалы, уменьшит загрязнение окружающей среды и приведет к существенной экономии энергии. Институт выпустил спецификацию для всех трех разработанных бамбуковых композитов, то есть: 13958 бамбуковых матовых плит общего назначения, 14588 бамбуковых матовых шпонированных композитных материалов общего назначения и 15476 бамбуковых матовых гофрированных листов в качестве кровельного материала. Эти продукты хорошо приняты на рынке и пользуются большим спросом.
Композитный шпон для бамбуковых матов [BMVC]: BMB по существу представляет собой многослойный композит, состоящий из нескольких слоев тканых матов с рисунком в елочку, обладающих превосходной внутренней прочностью соединения и устойчивых к гниению, нападению насекомых и термитов. Они обладают физическими и механическими свойствами наравне с водонепроницаемой фанерой и огнестойки. Их механические свойства зависят от вида бамбука, используемого для изготовления ковриков, рисунка плетения и клея, используемого для склеивания. BMB обладает высокой жесткостью в плоскости и, следовательно, высокой прочностью стеллажей и является более гибким, чем аналогичная фанера. Это свойство BMB может быть выгодно использовано во многих инженерных приложениях.
В BMVC древесный шпон помещается между слоями бамбуковых матов. Свойства BMVC зависят от типа конструкции в дополнение к виду шпона и типу используемого клея. Прочность панели, изготовленной из плантационной древесины, существенно повышается в сочетании с бамбуковыми матами. BMVC может использоваться для конструкционных применений, аналогичных фанере.
Бамбуковый мат из гофрированного листа [BMCS]: [ТЕХНОЛОГИЯ BMTPC-IPIRTI]
BMCS изготавливается из четырех или более бамбуковых матов, скрепленных клеем и спрессованных в специально разработанных синусоидальных валиках. Они обладают очень высоким потенциалом в качестве экологически чистого кровельного материала. Кривые отклонения нагрузки различных гофрированных кровельных материалов указывают на сравнительное преимущество BMCS перед другими гофрированными материалами. Несущая способность BMCS сравнима с несущей способностью листов ACCS и CGI и намного превосходит ACS. BMCS, будучи легкими по весу, обладает высокой упругостью.
BMCS водонепроницаем и устойчив к гниению, термитам / насекомым и огню. Теплопроводность BMCS (0,1928 Ккал / м ° c) ниже по сравнению с ACCS. (0,3422 Ккал / м ° c) и обеспечивает лучший тепловой комфорт по сравнению с домами, имеющими ACCS или CGIS в качестве крыши.
Гребневая крышка из бамбукового мата (BMRC):
Размер коньковой крышки бамбукового коврика составляет 1.05 м х 0,43 м при толщине от 3,5 до 3,7 мм. и весе 2,0 кг. Гребневая крышка из бамбукового мата устойчива по размерам, совместима с BMCS и подходит для широкого спектра крыш.
Характеристики жилищной системы на основе бамбука
Система обладает следующими уникальными характеристиками:
- Доступность: Фундаменты сведены к минимуму, стеновые панели не несут нагрузки и могут быть уменьшены по толщине, основные компоненты, такие как бамбук, связующая проволока, болты, сетка для кур и т.д., недороги и доступны на месте.
- Экологичность и воздействие на окружающую среду: бамбук доступен в коммерческих количествах при использовании налаженной системы поставок. Это возобновляемый ресурс с коротким периодом севооборота, и его можно выращивать на деградированных землях. Бамбук обрабатывается с использованием экологически чистых консервантов. Использование высокоэнергетичных материалов, таких как цементная сталь, сведено к минимуму.
- Культурная приемлемость: Система предлагает традиционные материалы в современном инженерном контексте. В результате получается домашний уют с ощущением постоянства.
- Долговечность и безопасность: Все компоненты из бамбука эффективно обрабатываются безопасными консервантами для продления срока службы, конструкция спроектирована таким образом, чтобы выдерживать силы ветра, землетрясения и другие накладываемые нагрузки.
- Улучшенные технологии соединения: исключается забивание бамбука гвоздями, что предотвращает расщепление. Проводка, болтовое соединение и обвязка обеспечивают надежные соединения.
- Модульная конструкция: подходит как для заводской сборки, так и для изготовления на месте, т.е. все компоненты, такие как заполняющие решетки, стропильные фермы, могут быть предварительно изготовлены или подготовлены на месте.
- Простота сборки: для выполнения строительства требуются только базовые плотницкие и каменные инструменты и навыки.
Отличия от традиционных методов строительства из бамбука
Система строительства домов из бамбука IPIRTI -TRADA значительно отличается от традиционных методов строительства из бамбука во многих отношениях, а именно: –
(а) использование круглого бамбука в качестве колонн, стропил и ферм в качестве основного несущего элемента,
(б) использование разрезных бамбуковых сеток / ячеистой сетки, оштукатуренных цементным раствором и выполняющих роль поперечных перегородок для передачи ветровых нагрузок и обеспечения общей устойчивости конструкции,
(в) применение соответствующей консервирующей обработки бамбука в зависимости от степени опасности и условий эксплуатации,
(г) использование BMB в качестве ластовиц в сочетании с болтами из мягкой стали для несущих швов в конструкции крыши и
(е) использование BMCS в качестве облицовки крыши.
Строительные технологии
Обработка компонентов консервантами
Поскольку бамбук подвержен нападению нескольких насекомых-вредителей, обработка круглого / расщепленного бамбука, используемого как такового в жилищном строительстве, с помощью соответствующих методов в настоящее время имеет важное значение.
Бамбуковые колонны можно обрабатывать либо междоузельным введением креозота, либо методом Бушери с использованием бора. Этот процесс можно использовать только для свежего зеленого бамбука. Участки бамбуковых колонн, которые находятся в непосредственном контакте с почвой и под ней, могут быть обработаны горячим и холодным креозотом. Другими словами, для обработки не требуется сложного оборудования, такого как установка для пропитки под давлением. Для погружения и горячей или холодной обработки достаточно только резервуаров для хранения / емкостей из листового металла.
Расщепленные бамбуковые щепки, используемые для заполнения стеновых панелей, оштукатуренных цементным раствором, могут быть обработаны методом диффузии с использованием химических веществ, содержащих бор. Было установлено, что этот метод очень эффективен.
Фермы, стропила и прогоны, изготовленные как из цельного, так и из расщепленного стебля, защищены от прямого намокания и поэтому могут быть обработаны методом диффузии бора погружением.
Фундамент
Система строительства из бамбука, разработанная IPIRTI-TRADA, очень легкая по сравнению с обычными пробными конструкциями из каменной кладки. Таким образом, обширные фундаментные работы не требуются и ограничиваются отдельными опорами глубиной 400 x 400 x 600 мм для каждой бамбуковой колонны.
Колонны
Обработанные бамбуковые стебли 80 – 100 мм Диаметр. и толщиной стенки 10 – 12 мм, отстоящие друг от друга на расстоянии 1,2 м и установлены в бетонных основаниях предоставить основным несущим каркасом здания. Деревянная стеновая плита из плантационного бруса размером 100 х 40 мм крепится к верху колонн путем ввинчивания в деревянные вставки, которые скрепляют колонны сверху и распределяют мертвые нагрузки из-за веса ферм, прогонов и листовой кровли. Колонны прокалываются стальными дюбелями по центру диаметром 150 мм для обеспечения соединения с заполнителем из бамбуковой сетки.
Цоколь и напольное покрытие
Цоколь состоит из нескольких рядов бетонных блоков / крупногабаритного камня / кирпича, поднятых на высоту 40-45 см и заполненных уплотненной землей, сверху выложенных кирпичными битами и промазанных 20 мм цементным раствором.
Стеновые заполняющие панели
Настенный наполнитель не несет нагрузки и состоит из сетки из расщепленного бамбука (19 мм x 9 мм), связанной вместе проволокой MS binding, образуя сетку размером 150 мм x 150 мм. Сетка крепится к стальным дюбелям, проходящим через колонны. Сетка из мелкоячеистой проволоки закреплена на внешней стороне сетки. Цементный раствор в соотношении 1: 3 наносится с обеих сторон сетки до конечной толщины около 50 мм. Тот же принцип может быть применен при возведении фронтонов. В качестве альтернативы фронтоны могут быть выполнены из бамбуковых матовых досок.
Хотя стены в основном не несут нагрузки и имеют толщину всего 5 см, они способны выдерживать нагрузку стеллажей из-за ветра, обычно преобладающего в Индии, и принимается равной 100 кг / м 2. Стена высотой 2,4 м не имела признаков разрушения, а прогиб стеллажей составил всего 0,35 мм при нагрузке на стеллажи 500 кг сверху. Стены также способны выдерживать мягкие и легкие удары тела и испытания на воздействие твердого тела в соответствии с британскими стандартами. Он также способен выдерживать удары благодаря сферическому кожаному мешку весом 30 кг, заполненному в соответствии с индийскими стандартами, без повреждений.
Следовательно, стены из цементного раствора, армированные бамбуком, максимальной высотой 2,4 м способны передавать боковые нагрузки от ветра на бамбуковые колонны и, в свою очередь, на фундамент.
Конструкция крыши
Традиционно деревянные фермы или стропильные прогоны были в моде для наклонных крыш с незапамятных времен. Бамбуковые фермы являются хорошей заменой для поддержания нагрузок на крышу и передачи их на фундамент через колонны. Бамбуковые фермы изготавливаются с использованием стержней, имеющих наружный диаметр 75-100 мм. Когда верхние и нижние пояса и распорные элементы должным образом соединены с помощью подходящих крепежных устройств, ферма может совместно противостоять сжимающим и растягивающим силам и как таковая выступать в качестве более прочного поддерживающего компонента даже при землетрясениях по сравнению со стропильно-прогонной системой Крыша состоит из стропильных балок с шагом 300, расположенных на расстоянии 1,2 м и прикрепленных к стеновой плите (над колоннами) с помощью специальных стальных полос. Диаметр элементов фермы составляет 80-100 мм. бамбук и соединения соединяются с помощью 6 мм BMB и 8 мм dia. болты. Фермы рассчитаны на максимальную мертвую нагрузку 10 кг/м 2 благодаря обрешеткам и кровельному покрытию и живую нагрузку 40 кг/м2. Ластовица из бамбукового мата обеспечивает превосходное соединение между хордой и хомутами, а подробные испытания показали, что соединения вышли из строя из-за опоры BMB, а не из-за среза или расщепления бамбука с достаточным коэффициентом безопасности.
Кровельное покрытие
Гофрированные листы, разработанные и производимые в настоящее время в Институте, предлагают удобную альтернативу существующим материалам для облицовки крыши, таким как асбестоцемент, CGS. 3-миллиметровые листы с шагом 7,5 см и глубиной 3 см имеют несущую способность 5 Н / мм при пролете 1 м. Эти листы использовались для строительства домов и крепились диаметром 25 мм. прогоны устанавливаются на расстоянии 1 м с помощью стандартных J-образных болтов. Прогоны крепятся к стропильным фермам с помощью MS-болтов и связующей проволоки.
Двери и окна
Рамы изготавливаются из пиломатериалов плантационной древесины 75 x 60 мм, таких как серебристый дуб, а ставни состоят из цельных панелей, укрепленных рейками и стилями из серебристого дуба. Дверные и оконные рамы крепятся к решеткам с помощью гвоздей, вбитых по внешнему периметру дверных и оконных рам в качестве точек крепления.
Отделка
Заполняющие стены могут быть отделаны снаружи либо цементной краской, либо обычной известковой промывкой, внутри отделаны темперой. Открытые поверхности из бамбука и дерева успешно и экономично отделаны полупрозрачным лаком на основе CNSL. Внутренние потолки также могут быть покрыты бесцветным лаком на основе кардинала. В качестве альтернативы, работы из бамбука и дерева также можно было бы покрыть синтетической эмалевой краской, доступной на рынке.
Бамбуковые фермы
Фермы предлагают ряд преимуществ по сравнению с традиционными формами строительства, в том числе более экономичное и эффективное использование материалов, способность преодолевать большие расстояния, использование более коротких компонентов (противодействующих эффектам изгиба и сужения) и использование готовых конструкций
Предыдущие работы, которые проводились в этой области, ограничивались традиционными столярными работами (с использованием бамбуковой / джутовой веревки для соединений). Ограничениями этих исследований являются относительная слабость соединений и сжатие бамбука перпендикулярно его длине. Кроме того, было обнаружено, что большая часть прогиба нагруженной фермы происходит из-за деформации в местах соединения. Традиционно деревянные фермы или стропильные прогоны были в моде для наклонных крыш с незапамятных времен. Бамбуковые фермы являются хорошей заменой для поддержания нагрузок на крышу и передачи их на фундамент через колонны. Бамбуковые фермы изготавливаются с использованием стержней, имеющих наружный диаметр 75-100 мм.