南京林业大学大学生实践创新训练计划项目（2017NJFUSPITP129）栏杆，古代中国称阑干，也称勾阑，作为建筑附属设施，除了具有安全围护、分割导向功能外，还具备装饰装修功能。古往今来，栏杆是人们生活不可或缺的部分。随着国民经济的迅速发展和人民生活水平的不断提高，人们对物质生活和精神世界提出了更高的要求。户外的石制栏杆千篇一律，易造成人们的视觉疲劳，为了追求城市生活的发展和美好生活的新模式，消除人们的视觉疲劳，我们由此产生了研究户外竹栏杆的想法。本文对竹栏杆的生产现状、结构、材质、加工工艺和未来的发展方向进行了介绍。 1 竹栏杆材质性能研究 1.1 材质的优点与缺点 竹类植物是地球上生长速度最快、繁殖最容易、成熟期最短的木本植物，是人类的环境友好材料，它具有一次造林成功，就可年年择伐、永续利用而不破坏生态环境的特点。竹材圆筒结构是天然形成的奇妙结构，这种结构符合材料力学中的等强度设计原理，竹子韧性好，强重比高，薄壁中空的管状结构，使其具有良好的力学性能。竹材是作为栏杆的优选材料之一。 竹材是一种典型的单向长纤维增强的生物复合材料，经过亿万年的演化形成了如今的“节间+节部”的优良结构，其中节子的存在对于竹抵抗风雪等引起的弯曲劈裂起着至关重要的作用。竹节由秆环、箨环、节隔、节隔上沿四部分组成，节间维管束通过竹节时都有不同程度的弯曲，大多数轴向主维管束直接穿过节部，而有一部分却改变了方向。竹节的密度稍大于其相邻节间材的密度。通过使用双悬臂梁（DCB）法测试毛竹材节间材与含节材的型层间断裂韧性，表明竹节的存在对阻碍竹材发生层间断裂起很大贡献作用 。 竹材最明显的缺陷就是竹材既吸水，又易干裂，竹材吸水后，不仅引起形变，还会霉变和腐朽，使强度和使用寿命降低。除此之外，易劈裂也是竹材不可忽视的问题。新鲜竹材在加工过程中，最易出现的问题是劈裂。竹材的抗劈性是指竹材抗拒被具有楔作用的工具而劈开的特性，抗劈力是由最初产生劈裂所需的外力及其后劈开木材所需的外力来决定的。竹材的抗劈力从一定意义上讲是衡量其内部横向抗拉应力的指标。由于防裂试剂的充胀作用，处理材的抗劈力小于未处理材的抗劈力，只有固化后的V-3、4两酚醛树脂处理材的抗劈力大于未处理材 。值得注意的是，抗劈力的大小对圆竹的干裂性影响较小，不能作为衡量圆竹是否易开裂的指标。 1.2 竹材的力学性能 竹材的抗弯强度相差较大，而抗压和抗剪强度相差不大 。竹材具有优良的顺纹弯曲性，当对竹材施加一定外力的时候，竹材会发生一定的弯曲变形，撤销外力，竹材又会恢复原形。基于这样的特性，Pankaj R. Mali研究了竹材替代钢筋对混凝土板抗弯性的影响，发现对变形方面有一定改进作用 。冼克娟等对竹材做了微观结构与力学性能的关系研究，结果发现，纤维厚壁细胞沿轴向排列整齐，对竹材的力学性能贡献最大，使竹材具有高强度和刚度 。R.F.Buson用化学药剂对表面进行处理，研究了竹纤维作为符合增强材料的轻量化和耐久性 。竹材的纤维组织细密、纤维层厚、纤维密度大，竹材具有良好的弹性，这是由其自身的组织结构决定的。竹材的抗弯性能变化范围较大，这是由于其外密内疏的微观结构特征引起的。竹子从内到外的纤维含量逐渐减少，导致力学性能呈梯度变化。同时，断裂模式也相应发生变化。竹片拉伸强度和弹性模量从外层到内层呈降低趋势 。 1.3 材质的其它性能 1.3.1 虫蛀 竹子薄壁细胞里含有多种营养物质，易遭虫蛀，这将严重影响竹子的产量和质量，造成重大的经济损失。竹栏杆在使用过程中，不可避免地会出现被虫蛀的问题，唯一的解决办法是提前对其进行处理。 1.3.2 腐朽与霉变 在潮湿条件下，竹制品还容易产生发黑、腐朽、霉变等一系列问题 。圆竹的腐朽发黑主要是由于褐腐菌腐朽竹材所引起的。褐腐六周后，竹材细胞壁出现许多孔洞。十二周后竹材已经丧失其原有结构，出现纤丝状，稍用力便破碎。此时竹材薄壁细胞壁几乎被降解殆尽，细胞横隔壁也出现许多孔洞。 白腐菌对竹材侵蚀过程与褐腐菌基本相似，只是竹材对白腐菌的耐腐力强于褐腐菌。在白腐菌腐朽十二周后，薄壁细胞壁孔洞才会进一步扩大和增多，与导管相邻近的筛管和旁管腐朽严重，细胞壁几乎完全被破坏。此外，能够生长在竹材上的微生物还包括真菌和细菌，真菌的孢子和细菌的细胞相当于高等植物的种子，可由风、水、昆虫或人为因素等传播到竹材上，孢子落到竹材上后，在适宜的条件下就会萌发形成菌丝或分裂繁殖，从而使木质有机体分解或解体，此外，真菌类还会使竹材出现长蘑菇的现象。 2 竹栏杆材质处理技术研究 竹材与木材比较，它含有糖类、蛋白质及淀粉等多种有机物质，这给竹材的防腐、防蛀等措施带来了很大的难度。从而使竹材的使用范围受到一些限制。因此，为了妥善解决其带来的问题，现代竹栏杆的技术工艺要求比木材更高。其中，最重要的环节是对竹材进行干燥。 为了使竹栏杆使用寿命更长，在加工过程中可使用物理和化学的方法对其进行处理，使其具有更好的防腐性能 。 2.1 常见处理方法 2.1.1 浸渍 将竹材浸没于清水中，溶出部分水溶性营养物质，并使细胞充满自由水，造成缺氧环境，以预防和消除虫菌危害。 2.1.2 干燥 将竹材烘干或晒干。经烘晒过程，一方面可因加热杀死虫菌，另一方面又可因水分减少致虫菌难以生存。 2.1.3 电磁波辐射 用远红外线、微波照射，可引起竹材内部进行共振吸收，使虫菌致死。 2.1.4 气调 调节竹材贮存环境的气体组成，降低氧气含量，造成缺氧状态，使真菌不能生长，蛀虫窒息而死。 2.1.5 蒸煮 将竹材加热蒸煮，除去部分可溶性物质，杀死虫菌。 2.1.6 表面涂刷和加压浸渍处理 所用防腐剂为有机溶剂防腐剂和水溶性防腐剂。适用于较小标准材的处理，在涂刷前要充分干燥，涂刷次数越多，防腐效果越好，但必须要待前一次涂刷干燥后再进行下一次涂刷，才能达到较好的效果。涂刷只能在表层浸渍一部分的防腐剂，如果要求处理效果好的话，需进行加压浸渍处理或先抽真空后加压的高效处理。 3 竹栏杆的分类调查 3.1 按使用场合分类 3.1.1 户内竹栏杆户内栏杆主要承担安全保护及装饰的作用，由于居住者讲究室内美学性，所以对栏杆的装饰要求会更高。不同风格的装修对竹栏杆的材质样式要求不同。 3.1.2 户外竹栏杆户外竹栏杆，一般用于旅游景区、城市公园、住宅小区、广场、停车场、菜园等地方，或者出现在道路旁起隔离作用。 3.2 按材料形式分类 3.2.1 竹片形式竹栏杆竹片形式竹栏杆，传统方法主要采用铁丝或棕绳将把每块竹片缠绕连接而成竖直竹排，将竹片与地面形成45°～60°倾角，再交叉固定形成竹编，绑扎是原竹建筑最原始、最基本的结构性节点连接方式。这种节点构造的基本受力原理为利用节点处的摩擦力抵抗各种外力。传统的竹片没有经过工艺处理，只能起到临时支撑作用。竹片直接插于地面，由于易腐朽大大缩短了栏杆的使用寿命 （如图1）。 图 图1 1 竹片形式竹栏杆图 图1 1 竹片形式竹栏杆图 图1 1 竹片形式竹栏杆3.2.2 全竹体形式竹栏杆全竹体形式栏杆，整体强调秩序性，采用平行排列的方式，多数借助辅助物将单一圆竹连接成整体，原始做法中，采用榫接+绑扎方式，在竹柱的端部采用竹钉连接，再利用铁丝或棕绳，将单体整体串联起来。构件节点处采用钢材、螺栓、混凝土、金属预制件等辅助连接件。竹片形式与全竹体形式竹栏杆，二者的排列方式有平行排列和交叉排列（如图2）。 图 图2 2 全竹体形式竹栏杆图 图2 2