时间：2022-09-06 06:53:31
摘要：
竹材是一种应用非常广泛的天然材料源，在我国资源充足、价格低廉且具有良好的环保性能。在可持续发展成为共识的当代社会，作为一种应用历史非常悠久的环保制作材料，竹材的开发利用应当获得越来越多的重视。本文通过客观分析竹材的材料、结构、工艺，并以生态材料开发设计的角度，对竹材用于产品设计的可行性、设计要点进行了深入研究，积极探索竹材在生态产品中的开发与利用。
关键词：
竹材 生态材料 竹结构 竹材设计
中国分类号：TB472
文献标识码：A
文章编号：1003-0069（2015）07-0027-03
竹材属于禾本科竹亚科植物，是一种天然的环保材料。竹子取材方便、易于加工、应用广泛，自古以来就是我国人们生产、生活和文化领域的重要资源。竹子的循环周期短，种植生长所用的面积小，而且对土地和土质要求不高，又具有较强的适应环境的能力，再加上其成本比较低，加工简单，坚固耐用，具有很强的产业化特征和文化内涵。由此可见，竹材这一低碳环保的再生资源将越来越会被人们充分利用和青睐。
一 竹材的生态价值
竹类植物资源因其分布广、生长快、―次造林可永续利用、用途多、生态和经济价值高等特点，被誉为“绿色的金矿”。竹材具有木材的品质，更具有超越木材的韧性，经过适当处理使用寿命可达30年之久。
竹材是一种生态材料。材料的生态适应性判断依据主要有以下两个方面：（1）材料对生态环境的压力，包括：1.直接对人类、生物造成危害，例如影响健康、中毒、产生疾病等；2.对生活环境产生压力，例如垃圾等；3.破坏可再生资源的循环系统；4.对非再生资源的大量消耗。（2）判断材料生态适应性的必要条件，包括：1.材料生产过程所需能耗低；2.材料生产过程无污染；3原材料可再资源化；4.不过渡消耗资源；5.使用后或解体后可再利用；6可保证原料的持续生产；7.废材的最终处理不污染环境；8.对使用者的健康无危害。
由此看来，竹材本身并不对环境造成压力，生产过程中所需的耗能与其他材料相比极低，并且可实现本身的能量转化，如焚烧竹枝等。只是，在目前的条件下，对竹进行深加工过程中，由于需要添加黏合剂、防腐剂等人工合成原料会对环境造成一定的污染。但总的来说，竹材本身符合材料生态适应性各项指标，是一种很好的生态材料。另外，竹材能调节室内温度和湿度，吸收紫外线及抗静电，有益人体健康。竹材本身纹理通直、细致、光滑、色泽简洁、富有弹性，易于漂白、染色和炭化等处理，加工过程的能耗和污染远远小于钢铁、铝等，在密度相等的情况下，任何木材都无法达到竹材的弯曲度，所以不失为―种优质的替代材料。
二 竹子是绿色生态材料
在绿色环保备受追捧的今天，人们越来越呼唤纯天然的绿色产品，自然清新的设计风格已成为时尚，这也使得当今的家居饰品趋向清新、自然、古朴，甚至原始的野味。就像丝绸一样，竹子同样具备天然和环保两大特性，而且竹的造型也能干变万幻。竹在中国人的日常生活中更比比皆是，与衣食住行有密切的关系。由于竹具有坚、韧、柔、直、抗压、抗拉、抗腐等多方面的特性，是很理想的建筑材料。竹材在外力作用下的抵抗力称为竹材的力学强度，单位为MPa。竹材的抗拉强度约为木材的2-25倍，抗压强度为木材的1. 5-2倍。表1列出了竹材的各种力学强度。
表2、3将竹子的性质同其他建筑材料进行了比较，可明显看出竹子的优势。
从表中可以看出，竹子的抗压和抗拉性能都很好。而且生长在斜坡的竹子比生长在山谷的竹子结实，在贫瘠干旱的土地上生长的竹子比在肥沃的土壤中生长的竹子结实。这些在选用竹子时也要作为考虑因素。
竹子也是很容易降解的再生材料，我们可以用很少的工序、很少的附加材料，来对竹材进行加工，我们还可以直接利用竹子表面特殊的纹理作为设计的图案，既简单，又能最大限度地体现出让人享受自然清新的触觉感受，更给人以与自然的情感沟通。传统对竹子的用法只是用竹子原始的状态，或是经过简单的加工，精细的雕刻，这些都符合中国传统理念中人与自然相协调的观点，也恰好吻合了现代人的环保需求。
每种材料都有与它固有的视觉、触觉特性相吻合的表情，运用自然材料使室内洋溢着大自然的气息，必然会成为营造室内绿色环境时所刻意追求的效果。木、砖、天然石等自然材料给人以质朴、亲切之感，并能改善生硬的视觉环境所造成的冷漠感。竹子作为传统的易降解可再生和速生的材料，竹材是一种极具潜力的绿色资源。
三 竹结构
竹质结构材料的开发，使竹材能够用于建筑领域，成为房屋建筑的优良材料。竹材在制造风电桨叶方面的应用，使竹质产品向高附加值方向发展。竹材桨叶具有的资源可再生、产品环保以及材料比强度高等优良性能，加上国家政策的大力支持和鼓励，预示其将来会有巨大的市场空间。近些年出现的竹重组材以其较佳的尺寸稳定性和较高强度的特点，广泛用于家具、地板制造和室外用材，现在已经具有较好的市场。另外，关于圆竹的直接应用，因其具有出材率高和充分利用竹子优良特点等优势，在解决防腐开裂等问题后，将在一些房屋建筑、地板以及家具制造等领域得到较大的发展，具有巨大的市场发展空间。
竹子自身具有很多优点，如前面已经提到的，它是一种便宜，生长迅速的植物，竹子本身是圆筒形的，圆形的交接在节点处比较困难；另外竹纤维是纵向生长的，这样竹子很容易在纵向破裂；竹子表面很光滑而且坚硬，捆绑材料很难固定住。目前常用的一些连接竹结构的方法可以比较好地解决这一难题。
1）捆绑连接法
捆绑连接法是最常见的连接方法，用传统的自然植物连接，如椰子的纤维、棕榈叶、树的内皮和竹藤等。捆绑之前将藤条在水中浸泡―下，藤条在干燥后会收缩变紧，从而捆绑得更牢固。横梁末端和绑带起到了传递受力的作用，如果捆绑得不够紧，横梁很可能会在孔洞里裂开。
2）榫卯（螺栓）连接法
具有次级连接元素的构件经常用于与绳索的上下连接。在这种连接方法中，作为螺栓的构件负责传递拉力与压力。在木构件中，这种连接由榫卯来完成。金属螺钉是穿孔材料，如果竹材不够新鲜，竹子就很容易被楔形的螺钉劈裂，因此要选用砍伐后不久的竹材穿孔，另外穿孔不能太靠近竹子的端部，否则竹子会很容易裂开。
用作板状结构时，有竹条面层、竹排板、圆竹片竹帘板、麻将快板、编结板等结构形式，再用圆竹、竹篾条等材料进行封边处理。
各种装饰部件的装配结构可采用打孔销钉法、压条装配法、缠结装配法、胶合装配法或者用活动结构装配法等。四竹子的应用
4.1 传统用法
1）利用其割裂性编织用具、竹帘、竹席、竹篱、伞骨、灯笼等；
2）利用其负荷力制作晒竿、担架、脚手架、梁柱、门窗、地板、竹桥、竹筏及其他家具、用具（见图1）；
3）利用其弹力制作弓、弩、钓竿等；
4）利用其抵抗力制作手杖、伞柄、撑竿、竹钉、竹箍等；
5）利用其中空特性制作水车、水桶、水管、烟筒及各种乐器（见图2）
6）利用其外观特性制作竹索、蔑榄、工艺品、玩具等。
4.2 现代用法
随着科学技术的进步，除了在传统的基础上提高产品质量外，竹子还被开发出了更多新的用途（见图2）。主要是以竹代木，将竹材制成各种建筑用板材，比如胶合板、纤维板、装饰板等代替各类木质板材。竹质人造板材质细密，不易开裂、变形，具有抗压、抗拉、抗弯等优点，各项性能指标均高于常用木材。
五 竹产品――儿童玩具车设计
5.1 背景
在当代生活环境成长的儿童，较少接触大自然，在儿童玩具车选材考虑到这点，所以选择具备天然和环保两大特性竹材，给人以质朴、亲切之感，并能改善生硬的视觉环境所造成的冷漠感。竹子作为传统的易降解可再生和速生的材料，竹材是一种极具潜力的绿色资源。
城市化迅速扩张在使得人们更加适应科技进步，享受文明发展的同时，也大大改变了我们的生活方式，使得儿童的活动空间的极为有限，现在城市里的孩子恐怕很难体会到山林河流的大自然环境玩耍中的乐趣。玩具车近几年才涉及儿童教育领域，虽然在技术上有了很高的水平，但还是不免处在外观造型单一，忽略了功能和人文的设计。我们作为设计者应该将儿童的兴趣点，游乐、色彩等全面考虑，一个出众的造型能够博的儿童的眼球，同时在玩的时候还能为儿童的教育和成长起到帮助，是每个设计师都迫切想要达到的目的。
5.2主要研究问题及万法
（1）分析儿童行为心理、生理问题，使他们觉得有乐趣引到孩子各方面的发展。
（2）玩具车的部分结构件与造型之间的关系。
（3）玩具车的功能、造型人机的关系。
（4）玩法是不是具有趣味性一玩具的趣味性是必不可少的，由一车多变化多玩法的方式，来满足儿童的玩的乐趣需求。
（5）材料上的选取方向――绿色环保和可持续。
5.3儿童的人机尺寸
5.4玩具主要材料分析
通过调查分析可以总结得出市场材料一般都是木质、熟料、金属、等其他材料。为了使玩具车具有独特性，所以本设计的儿童玩具车用新颖的材料-竹子（环保材料）为主要材料，配合竹子与竹子的衔接件采用金属连接。
5.5 方案
明确整车和局部比例关系和各个部分的联系，在一个大的框架内进行设计。根据竹子的形状与特性展开设计，从仵子与竹子之间的衔接件设计进行入手，合理通过设计的金属衔接件来连接竹子的结构线条，找出市面上的玩具车特征的造型。大量的草图整合选择大体形态，再针对竹子本质特点和前期有关儿童方面分析的结果，设计出整车造型并与金属结构件相互呼应。最后用组装、移动、放大缩小、配色等方式调整视觉比重，完成设计。
在前期的设计思路方向上，变换材质，选择以竹子为主要材料的玩具车设计，给人一种亲和力的感觉，根据竹子的形状和特性，不断地调整竹子与竹子之间的金属衔接件大小与形状，找寻稳定与灵巧的最佳结合点。
玩具车造型时尚而夸张，平衡视觉比重问题和增强玩具车的功能性。在形态的设计上进一步寻找结构件合理化造型搭配。
5.6 平面尺寸效果图（图3）
5.7 模型制作（图4）
材料：斑竹、ABS板、油漆、
工具：刀、砂纸、游标卡尺、撰孔器、胶水
5.8 实物展示（图5）
5.9 设计说明
选择以竹子为主要材料的玩具车设计，给人一种亲和力的感觉，根据竹子的形状和特性，不断地调整竹子与竹子之间的金属衔接件大小与形状，找寻稳定与灵巧的最佳结合点。
为了平衡整车功能比重，在车子后轮子部增加了变化的设计，改变了车子的整体视觉效果，使玩具车具有不同的玩法，在增强功能性能的同时使得玩具车具有趣味性。包裹设计和流线型设计的充分结合，使得此设计既运动灵活又亲和沉稳。
此设计是鼓励儿童从骑三轮车转向两轮平衡，然后直接骑自行车，而不需要辅助轮！训练轮子存在的潜在危险是可能会延迟孩子平衡性的自然发展，可能导致其后来运动技能欠发达。孩子学会脚踏三轮车，然后学会骑自行车，逐步学会掌握平衡，增强其协调和自信。
六 结束
通过以上对竹子的介绍可知，竹子在我国作为产品材料被开发是切实可行的。竹子已突破传统的利用领域，在建筑、造纸、轻工、食品、家具、包装、运输等行业中得到广泛的应用。竹子有很多优点，比如说：自重轻，强度大，富弹性，较安全，加工容易，而且生长快，价亦较廉。就物理性能来说，竹子具有很好的经济效益、生态效益和社会效益。竹材制品不仅可以替代石化产品，对竹材的某些性能进行研究还发现，在某些场合它甚至能取代金属材料制品，如非洲的坦桑尼亚将竹管替代塑料或钢管，用于农村给水，据称竹管可使用长达15年，可以为我们借鉴。
在今后，国内应该多关注竹子这种生态材料的应用，应该有更多的设计师从事这方面的研究和实践，引进国外先进经验，结合当地实际情况，设计出经济耐用舒适的竹产品。有了设计师的努力和尝试，相信这种低造价、低技术、无污染的生态材料――竹，必将在未来和应用中体现出它的优越性。