第九章 木材

性质按无疵病小试样测定顺纹抗拉、顺纹抗压、顺纹抗剪、抗弯强度及抗弯弹模、横纹
抗压（弦向及径向）、冲击韧性及抗劈力强度等。
（一）木材强度特点
木材的强度与树木种类及受力方向密切相关。木材各向强度的关系见表 10-1。
表 10-1 抗压
木材各向强度值的关系
抗拉
抗剪
局部承压
弯曲
顺纹
横纹
顺纹
横纹
顺纹
横纹
1
11 ~
3．云杉
干燥易，干后不易变形，干缩较大，不耐腐。
4．马尾松、云南松、赤松、樟子松、 干燥时可能翘裂，不耐腐，最易受白蚁危害，边材兰变最常
油松等
见。
5．红松、华山松、广东松、海南五针 干燥易，不易开裂或变形，干缩小，耐腐性中等，边材兰变
松、新疆红松等
最常见。
6．栎材：宽度大于 3 倍厚度的木材 枕木 二、木材等级 （一）木结构用木材的材质等级 根据国家标准 GB50005－2003《木结构设计规范》，承重木结构用木材的材质等级， 按木材缺陷多少分别对原木、方木及板材的材质分为三个等级。 轻型木结构①用规格材的材质等级分为七级。 承重木结构构件按表 10-4 选用材质等级。
第二节 木材的物理和力学性质
一、含水率 木材的含水率用木材中所含水的质量与木材干燥质量的比值（%）表示。 自由水：存在于细胞腔内 吸附水：存在于细胞壁内的。 纤维饱和点：当细胞腔内的自由水已经失去而细胞壁内仍充满水时的含水率。 纤维饱和点随树种而异，一般约为 25%～35%，平均为 30%。 平衡含水率：木材长时间处于一定温度和湿度的空气中，达到某一相对稳定的含水 率。平衡含水率随大气的温度和湿度而变化。 二、湿胀干缩 当木材从潮湿状态干燥至纤维饱和点时，其尺寸并不改变；继续干燥，亦即当细胞 壁中的水分蒸发时，木材将发生收缩。反之，干燥木材吸湿后，将发生膨胀，直到含水 率达到纤维饱和点时为止，此后即使含水率继续增大，也不再膨胀。 湿胀干缩值在不同方向上不同。 顺纹方向干缩最小＜径向干缩较大＜弦向干缩最大。 湿材干燥后将改变截面形状。 注意：木材含水率降至将来结构物所处环境条件相应的平衡含水率后，再加工成各 种构件。 木材首先在端部和外层出现裂缝，原因：干燥时两端和外层水分蒸发快； 措施：可在端部涂以油料或其它涂料。由于径向干缩只是弦向干缩的一半，因此， 应用时采用径向锯板较为有利。
及虫蛀等。
此外，温度对木材强度也有很大影响。当温度升高并长期受热时，木材的强度也会
降低。
五、常用材料的主要特征
常用木材的主要特性见表 10-3。
表 10-3
常用木材的主要特性
木材名称
特
性
1．落叶松
干燥较慢、易开裂，早晚材硬度及干缩差异均较大，在干燥
过程中容易轮裂，耐腐性强。
2．铁杉
干燥较易，干缩小至中等，耐腐性中等。
第一节 木材的构造
木材的构造是决定木材性能的重要因素。 横切面（垂直于树轴的面）、 径切面（通过树轴的纵切面） 弦切面（平行于树轴的纵切面）。 木材在各个切面上的构造不同，具有各向异性。 一、木材的宏观构造 年轮：春天生长的部分，色浅，质软，称为春材（早材）；夏秋两季生长的部分，色 深，质硬，称为夏材（晚材）。 树干的中心称为髓心，质松软无强度，易腐朽，干燥时会增加木材的开裂程度。
表 10-4 项次
承重结构木构件材质等级 构件类别
选用材质等级
1
受拉或拉弯构件
Ⅰ
2
受弯或压弯构件
Ⅱ
3
受压构件及次要受弯构件(如吊顶小龙骨等)
Ⅲ
注：1.表中所指材质等级系按 GB50005－2003 的规定所划分的材质等级，不得用一般商品材等级标准 代替。
（二）木材的强度等级 国家标准 GB50005－2003《木结构设计规范》规定，木材强度等级可根据木材静抗 弯强度判定。从每批木材的总根数中随机抽取三根作为试材，在每根试材的髓心以外部 分切取三个试件为一组。根据各组平均值中最低的一个值确定该批木材的强度等级。对 于承重结构用材，要求其检验结果的最低抗弯强度不低于表 10-5 的规定。
①轻型木结构是用规格材及木基结构板材（以木材为原料通过胶合压制的承重板材，包括结构胶合板和 定向木片板等）或石膏板制作的木构架墙体、楼板、阁栅、屋盖系统等单层或多层建筑结构。
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表 10-5
木材强度等级检验标准及适用树种
木材种类
针叶树
阔叶树
强度等级 TC11 TC13 TC15 TC17 TB11 TB13 TB15 TB17 TB20
三、人造板及改性木材 人造板是利用木材或含有一定量纤维的其它植物作原料，采用物理和化学方法加工 制成的板材。 （一）人造板 （1）纤维板。经过原料打碎、纤维分离（成为木浆）、成型加压、干燥处理等工序 制成。 （2）胶合板。是将沿年轮切下的薄层木片用胶粘合、压制而成。木片层数应成奇数， 一般为（3～13）层。胶合时应使相邻木片的纤维互相垂直。 （3）刨花板。将原料经过打碎、筛选、烘干等工序，拌以胶料（动植物胶、合成树 脂胶或无机胶凝材料如水泥、水玻璃等）压制成的人造板。包括木丝板、木屑板等。 与天然木材相比，性质显著改变 （二）改性木材 （1）木材层积塑料（层积木）。这是一种质量很高的木制品。系将极薄的木片，经 过氢氧化钠处理（也可以不经处理），用合成树脂溶液浸透，叠放起来加热加压而成。这 种材料具有很高的耐磨性可代替硬质合金使用，不会腐朽与虫蛀，强度也显著提高，所 以适用于水工结构中的特殊部位，如闸门滑道等。 （2）压缩木。压缩木是把木材直接进行高温高压处理，或先用 20%酚醛树脂的酒 精溶液浸渍后，再进行高温高压处理而得的改性木材。前者具有吸湿而膨胀的特点，可 作为矿井下的锚杆，以代替矿柱。后者吸湿性小，可制成机器的轴瓦使用。
事先进行干燥处理，并在木结构中采取通风、防潮、涂刷油漆等措施。 用化学防腐处理，把防腐剂注入木材内，使木材不再能作为真菌的养料，同时 还能毒死真菌。（常压法和压力法）
复习思考题
1．如何区分针叶树和阔叶树？说明其性能特点及应用范围？ 2．木材强度的特点如何？影响木材强度的主要因素有哪些？这些因素是如何影响 的？ 3．何谓木材纤维饱和点及平衡含水率？含水率的变化对木材性能有何影响？ 4．木材的干缩变形有何特点？对木材性能有何影响？
γ w ——含水率为 W（%）时试件表观密度，g/cm3；
(10-1)
W——木材试件含水率，%；
K0——试样的体积干缩系数，%；系木材在纤维饱和点以下，含水率每减少 1% 体积收缩的%；根据树种的不同，其值约为 0.5～0.6。
四、强 度
根据国家标准 GB1927―1943―91《木材物理力学性质试验方法》规定，木材力学
水曲柳
98
栎木 青冈 椆木
注 1. 木材抗弯强度的试验方法，按 GB1927～1943－91《木材物理力学性质试验方法》进行，并将试 验结果换算到含水率为 12%的数值（参见第十四章、第九节）。
2. 对于某木材，当按试验结果评定的强度等级高于本表中同树种的强度等级时，应按本表确定该 木材的强度等级。
强。
7．青冈
干燥难，较易开裂，可能劈裂，干缩甚大，耐腐性强。
8．水曲柳
干燥难，易翘裂，耐腐性较强。
9．桦木
干燥较易，不翘裂，但不耐腐。
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第三节 木材的主要产品及等级
一、木材主要产品种类 木材：圆木：原条：只去掉树枝而未按一定长度进行切锯的伐倒木
原木：树木去枝去皮后按一定长度切取的木料 成材：枋材：指宽度小于 3 倍厚度的木材
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二、木材的显微构造 木材的显微构造随树种而异。 针叶树的主要组成部分是管胞和髓线，针叶树的髓线比较细小。 阔叶树的主要组成部分是木纤维、导管及髓线。 阔叶树可分： 环孔材：春材中导管很大并成环状排列 与散孔材：导管大小相差不多且散乱分布的，称为散孔材。 就木纤维或管胞而言，细胞壁厚的木材，其表观密度大，强度高。但这种木材不易 干燥，胀缩性大，容易开裂。
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在 9%～15%时换算公式有效]。
f12 = f w[1 + α (W −12)]
式中
f12——含水率 12%时的木材强度，MPa； fw——木材试样含水率为 W（%）时的强度，MPa；
α ——校正系数，随荷载性质及树种不同而异，α 值见表 10-2。
表 10-2 荷载性质及树种
α 校正系数值表
检验结果的最
低抗弯强度
44
51
58
72
(MPa)，不低于
油松
适
A组
西北云杉 新疆落叶松 新疆云杉 云南松
铁杉 油杉
柏木
用
马尾松
树
红皮云杉
种
B组
杉木 丽江云杉 鱼鳞云杉 东北 冷杉 红松 西南云杉 落叶松
樟子松
58
榆木 臭椿 桤木
68
78
88
柠檬桉 隆缘桉 兰桉 檫木
锥栗 (栲木) 桦木 槐木 乌墨 木麻黄
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三、表观密度
木材单位体积质量，称为木材的表观密度（g/cm3）。一般在含水率相同的情况下，
木材的表观密度大者，强度亦大。
以含水率（W）为 12%时的表观密度为标准表观密度。当 W（%）为 9%～15%时，
标准表观密度可按下式求得：
γ 12 = γ w[1 − 0.01(1 − K0 )(W −12)] 式中 γ 12 ——标准含水率时木材表观密度，g/cm3；
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α
荷载性质及树种
顺纹抗压
0.050
顺纹抗拉阔叶树
横纹抗压（全表面、局部）
0.045
顺纹抗拉针叶树
抗弯强度
0.040
顺纹抗剪（弦面及径面）
抗弯弹性模量
0.015
(10-2)
α 0.015