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项目八 建筑木材 提纲 木材的应用 2 木材的认识 1 木材的检测木材的检测 4 木材的取样与验收 3 8.1 木材的认识 木材（lumber;timber;wood），泛指用于工民建筑的木制材料，常被统分为软材和硬材。建筑工程上常把由天然树木加工成的圆木、板材、枋材等建筑用材总称木材。木材对于人类生活起着很大的支持作用。根据木材不同的性质特征，人们将它们用于不同途径。工程中所用的木材主要取自树木的树干部分。木材因取得和加工容易，自古以来就是一种主要的建筑材料。2023/1/4 4 8.1.1树木的分类树木的分类 树木分为针叶树（见图8-1）和阔叶树（见图8-2）两类。图8-1 针叶树 图8-2 阔叶树 2023/1/4 5 针叶树多为常绿树，其树干通直高大，树叶细长如针，纹理顺直，材质一般较软，有的含树脂，故又称软材。针叶树材强度较高，表观密度及缩胀变形较小，耐腐蚀性强，为建筑工程中的主要用材。常见的针叶树种有红松、樟子松、落叶松、云杉、冷杉、铁杉、杉木、柏本、云南松、华山松、马尾松等。阔叶树多数树种树干通直，少数树干较短，材质坚硬，难于加工，故又称其硬材。阔叶树材一般密度大，强度高，缩胀和弯曲变形大且极易开裂，在建筑中常用作小尺寸的装饰构件。对于具有天然美丽纹理的树种，常用于室内装修。还有一些阔叶树用作行道树或庭园绿化树种。常用的阔叶树种有樟木、水曲柳、青冈、柚木、山毛榉、色木、榆木、柞树等（常见木材树种和分类见表8-1）。2023/1/4 6 表表8 8-1 1 木材的树种和分类木材的树种和分类 分类 标准 分类 名称 说明 主要用途 按树种 分类 针叶树 树叶细长如针，多为常绿树，材质一般较软，有的含树脂，故又称软材。建筑工程，木制包装，桥梁，家具，造船，电杆，坑木，枕木，桩木，机械模型等。阔叶树 树叶宽大，叶脉成网状，大部分为落叶树，材质较坚硬，故称硬材。建筑工程，木材包装，机械制造，造船，车辆，桥梁，枕木，家具，坑木及胶合板等 按材质分类 原条 系指已经除去皮、根、树梢的木料，但尚未按一定尺寸加工成规定的材类。建筑工程的脚手架，建筑用材，家具装潢等 原木 系指已经除去皮、根、树梢的木料，并已按一定尺寸加工成规定直径和长度的木料。1.直接使用的原木：用于建筑工程（如屋梁、檩、掾等）、桩木、电杆、坑木等 1.加工原木：用于胶合板、造船、车辆、机 械模型及一般加工用材等 板方材 系指已经加工锯解成材的木料，凡宽度为宽度的三倍或三倍以上的，称为板材，不足三倍的称为方材。建筑工程、桥梁、木制包装、家具、装饰等 枕木 系指按枕木断面和长度加工而成的成材。铁道工程 2023/1/4 7 8.1.2树木的构造与组成树木的构造与组成 木材的构造是木材性能的决定性因素。不同树种，其构造有很大差异，通常可从宏观和微观两方面观察。木材的宏观构造木材的宏观构造 木材宏观构造（见图8-3）是指肉眼或用放大镜看大的木材内部构造。生长的树木有树根、树干和树枝三部分，由树干可获取60%90%的木材。为便于了解宏观构造，一般从下述三个切面来观察。横切面：垂直于树干主轴的切面。径切面：通过髓心，与树干平行的纵切面。弦切面：与髓心有一定距离，与树干平行的纵切面。2023/1/4 8 1）树木主要由树皮、髓心和木质部组成。建筑用木材主要使用木质部，木质部是髓心和树皮之间的部分，是木材的主体。在木质部中，靠近髓心的部分颜色较深，称为心材；靠近树皮的部分颜色较浅，称为边材。心材含水量较小，不易翘曲变形，耐腐蚀性较强；边材含水量较大，易翘曲变形，耐腐蚀性也不如心材，所以心材利用价值更大。2）从横切面可以看见深浅相间的同心圆，称为年轮。每一年轮中，色浅而质软的部分是春季长成的，称为春材或早材；色深而质硬的部分是夏季长成的，称为夏材或晚材。相同的树种，夏材越多，木材强度越高；年轮越密且均匀，木材质量越好。木材横切面上，有许多径向的，从髓心向树皮呈辐射状的细线条，或断或续地穿过数个年轮，称为髓线，是木材中较为脆弱的部位，干燥时常沿髓线发生裂纹。2023/1/4 9 木材的微观构造木材的微观构造 在显微镜下所见到的木材组织称为微观构造（见图8-4）。针叶树和阔叶树的微观构造不同。图8-3 木材的宏观构造 图8-4 木材的微观构造 1-横切面；2-径切面；3-弦切面；4-树皮；1-管胞；2-髓线；3-树脂道 5-木质部：6-髓心；7-髓线；8-年轮 2023/1/4 10 从显微镜下可以看到，木材是由有无数细小空腔的圆柱形细胞紧密结合组成，每个细胞都有细胞壁和细胞腔，细胞壁是由若干层细胞纤维组成，其连接纵向较横向牢固，因而造成细胞壁纵向的强度高，而横向的强度低，在组成细胞壁的纤维之间存在有极小的空隙，能吸附和渗透水分。细胞本身的组织构造在很大程度上决定了木材的性质，如细胞壁越厚，腔越小，木材组织越均匀，则木材越密实，表观密度与强度越大，同时缩胀变形也越大。木材细胞因功能不同主要分为管胞、导管、木纤维、髓线等。针叶树显微结构较为简单而规则，由管胞、树脂道和髓线组成，管胞主要为纵向排列的厚壁细胞，约占木材总体积的90%。针叶树的髓线较细小而不明显。阔叶树的显微结构复杂，主要由导管、木纤维及髓线等组成。导管是壁薄而腔大的细胞，约占木材总体积的20%。木纤维是一种厚壁细长的细胞，它是阔叶树的主要成分之一，占木材总体积的50%以上。阔叶树的髓线发达而明显。导管和髓线是鉴别阔叶树的显著特征。2023/1/4 11 8.1.3木材的物理力学性质木材的物理力学性质 木材的物理力学性质主要有密度、含水量、湿胀干缩、强度等，其中含水量对木材的物理力学性质影响较大。木材的密度与表观密度木材的密度与表观密度 木材的平均密度约为1.55g/cm3，表观密度平均为0.50g/cm3，表观密度大小与木材中累计含水率有关，通常以含水率为15%（标准含水率）时的表观密度为准。木材的含水量木材的含水量 木材的含水量用含水率表示，指木材所含水的质量占木材干燥质量的百分率。1）木材中的水分 木材吸水的能力很强，其含水量随所处环境的适度变化而异，所含水分由自由水、吸附水、化合水三部分组成。2）木材的纤维饱和点 当吸附水已达饱和状态而又无自由水存在时，木材的含水率称为该木材的纤维饱和点。其值随树种而异，一般为25%30%，平均值为30%。2023/1/4 12 3）木材的平衡含水率 木材的含水率与周围空气的相对湿度达到平衡时，称为木材的平衡含水率。即当木材长时间处于一定湿度和温度的空气中，其水分蒸发和吸收趋于平衡，含水率相对稳定，此时的含水率为平衡含水率。木材平衡含水率随大气的湿度变化而变化。为了避免木材的使用过程中因含水率变化太大而引起变形或开裂，木材使用前，须干燥至使用环境常年平均的平衡含水率。我国平衡含水率平均为15%（北方约为12%，南方约为18%）。2023/1/4 13 木材的湿胀干缩木材的湿胀干缩 木材细胞壁内吸附水含量的变化会引起木材的变形，即湿胀干缩。木材含水量大于纤维饱和点时，表示木材的含水率除吸附水达到饱和外，还有一定数量的自由水。此时，木材如果受到干燥或受潮，只是自由水改变。但含水率小于纤维饱和点时，则表明水分都吸附在细胞壁的纤维上，它的增加或减少能引起体积的膨胀或收缩，即只有吸附水的改变才影响木材的变形。由于木材构造的不均匀性，木材的变形在各个方向上也不相同；顺纹方向最小，径向较大，弦向最大。因此，湿材干燥后，其截面尺寸和形状会发生明显的变化。松木的含水率对其膨胀性的影响见图8-6。湿胀干缩将影响木材的使用。干缩会使木材翘曲、开裂、连接处松动、拼缝不严。湿胀可造成表面鼓凸，所以木材在加工或使用前应预先进行干燥，使其接近于与环境湿度相适应的平衡含水率。2023/1/4 14 图8-5 木材的平衡含水率（%）图 8-6 松木含水率对膨胀性的影响 2023/1/4 15 4.木材的强度木材的强度 1）木材的强度种类 木材按受力状态分为抗拉、抗压、抗弯和抗剪四种强度，而抗拉、抗压和抗剪强度又有顺纹和横纹之分。所谓顺纹是指作用力方向与纤维方向平行；横纹是指作用力方向与纤维方向垂直。木材的顺纹和横纹强度有很大差别。木材各种强度之间的比列关系见表8-2 表表8-2 木材各种强度比例关系木材各种强度比例关系 注：以顺纹抗压强度为100 抗压强度 抗拉强度 抗弯强度 抗剪强度 顺纹 横纹 顺纹 横纹 顺纹 横纹 100 1030 200300 530 150200 1530 50100 2023/1/4 16 2）影响木材的强度的主要因素 木材强度出本身组织构造因素决定外，还与含水率、疵点（木节、斜纹、裂缝、腐朽及虫蛀等）、负荷持续时间、温度等因素有关。(1)含水率：木材含水率在纤维饱和点以下时，含水率降低，吸附水减少，细胞壁紧密，木材强度增加，反之，强度降低。当含水率超过纤维饱和点时，只是自由水变化，木材强度不变。（2）负荷时间；木材在长期外力作用下，只有在应力远低于强度极限的某一定范围之下时，才可避免因长期负荷而破坏。而它所能承受的不致于引起破坏的最大应力，称为持久强度。木材的持久强度仅为极限强度的50%-80%。（3）环境温度：温度对木材强度有直接影响，当温度从25升至50时，将因木纤维和其间的胶体软化等原因，使木材抗压强度降低20%-40%，抗拉和抗剪强度降低12%-20%。当温度字100以上时，木材中部分组织会分解、挥发、木材变黑、强度明显下降。因此，环境温度长期超过50时，不应采用木结构。（4）缺陷：木材在生长、采伐、储存、加工和使用过程中会产生一些缺陷，如木节、裂纹、腐朽和虫蛀等。这会破坏木材构造，造成材质的不连续和不均匀，从而使木材的强度大大降低，甚至失去可用价值。2023/1/4 17 3）木材的力学性质 建筑工程中常用树种的力学性质见表8-3所示。表表8-3 常用树种的木材主要物理力学性质常用树种的木材主要物理力学性质 树种 干缩系数 表观密度 g/c 顺纹抗压强度MPa 顺纹抗拉强度MPa 抗弯强度MPa 横纹抗压强度（MPa)顺纹抗剪强度（MPa)径向 弦向 局部承压比例极限 全部承压比例极限 径向 弦向 径向 弦向 径向 弦向 阔 叶 树 白桦 0.227 0.308 0.607 42.0 87.5 5.2 3.3 7.8 10.6 柞木 0.199 0.316 0.766 55.6 155.4 124.0 10.4 8.8 11.8 12.9 麻栎 0.210 0.389 0.930 52.1 155.4 128.6 12.8 10.1 8.3 6.5 15.9 18.0 竹叶青冈 0.194 0.438 1.042 86.7 172.0 171.7 21.6 16.5 13.6 10.5 15.2 14.6 枫香 0.150 0.316 0.592 88.1 6.9 9.7 7.8 11.6 9.7 12.8 水曲柳 0.197 0.353 0.686 52.5 138.7 118.6 7.6 10.7 11.3 10.5 柏木 0.127 0.180 0.600 54.3 117.1 100.5 10.7 9.6 7.9 6.7 9.6 11.1 针 叶 树 杉木 0.123 0.136 0.277 0.286 0.371 0.416 37.8 36.0 77.2 83.1 63.8 63.4 3.1 3.1 3.3 3.8 1.8 2.3 1.5 2.6 4.2 6.0 4.9 5.9 冷杉 0.174 0.122 0.341 0.300 0.433 0.390 35.5 32.5 97.3 73.6 70.0 66.4 3.6 2.8 4.4 3.6 2.4 2.0 3.3 2.5 4.9 6.2 5.5 6.5 云杉 0.173 0.139 0.327 0.390 0.459 0.432 38.6 32.0 94.0 75.9 62.1 3.4 6.2 4.5 4.3 2.8 2.9 2.9 2.6 6.1 6.1 5.9 7.0 铁杉 0.149 0