第十三章木材

木材的湿胀干缩因树种不同而有差异，一般来讲，表观 密度大、夏材含量高者胀缩性较大。
由于木材构造不均匀，各方向的胀缩也不一致，同一木材 弦向胀缩最大，径向其次，纤维方向最小。木材干燥时，弦向 收缩约为6%~12%，径向收缩约为3%~6%，顺纤维纵向收缩 仅为0.1%~0.35%。弦向胀缩最大，主要是受髓线影响所致。
三、木材的力学性能
木材的力学性能是指木材抵抗外力的能力。木构件在外力 作用下，在构件内部单位截面积上所产生的内力，称为应力。 木材抵抗外力破坏时的应力，称为木材的极限强度。根据外 力在木构件上作用的方向、位置不同，木构件的受力状态分 为受拉、受压、受弯、受剪等(图-4)。 图-4木构件的受力状态
(a)受拉;(b)受压; (c)受弯;(d)受剪
木构各种强度的关系 抗 顺纹
200～ 300
抗 顺纹
100
压 横纹
10～20
拉 横纹
6～20
抗弯
抗 顺纹
15～20
剪 横纹
50～100
150～ 200
1.木材的抗拉强度 木材的抗拉强度有顺纹抗拉强度和横纹抗拉 强度两种。 (1)顺纹抗拉强度。即外力与木材纤维方向相平 行的抗拉强度。由木材标准小试件测得的顺 纹抗拉强度，是所有强度中最大的。但是， 节子、斜纹、裂缝等木材缺陷对抗拉强度的 影响很大。因此，在实际应用中，木材的顺 纹抗拉强度反而比顺纹抗压强度低。木屋架 中的下弦杆、竖杆均为顺纹受拉构件。工程 中，对于受拉构件应采用选材标准中的I等材。 (2)横纹抗拉强度。即外力与木材纤维方向相 垂直的抗拉强度。木材的横纹抗拉强度远小 于顺纹抗拉强度。对于一般木材，其横纹抗 拉强度约为顺纹抗拉强度的1/4~1/10。所以，
图-1木材的宏观构造
1 2 3 4 5 6 7 8 横切面; 径切面; 弦切面; 树皮; 木质部; 髓心; 髓线; 年轮
树皮起保护树木的作用，建筑上用处不大，主要 用于加工密度板材。 木质部是木材的主要部分，处于树皮和髓心之间。 木质部靠近髓心部分颜色较深，称为“心材”;靠近 树皮部分颜色较浅，称为“边材”。心材含水量较 少，不易翘曲变形;边材含水量较多，易翘曲，抗腐 蚀性较心材差。
3.木材的抗弯强度 木材的抗弯强度介于横纹抗压强度和顺纹抗压强度之 间。木材受弯时，在木材的横截面上有受拉区和受压区。 梁在工作状态时，截面上部产生顺纹压应力，截面下 部产生顺纹拉应力，且越靠近截面边缘，所受的压应力或 拉应力也越大。由于木材的缺陷对受拉影响大，对受压影 响小，因此，对大梁、搁栅、擦条等受弯构件，不允许在 其受拉区内存在节子或斜纹等缺陷。
髓心在树干中心。其材质松软，强度低，易腐朽， 易开裂。对材质要求高的用材不得带有髓心。
在横切面上深浅相同的同心环，称为“年轮”。同一 年“年轮”内，有深浅两部分。春天生长的木质，颜色较浅， 组织疏松，材质较软，称为春材(早材);夏秋两季生长的木质， 颜色较深，组织致密，材质较硬，称为夏材(晚材)。相同树 种，夏材所占比例越多，木材的强度越高，“年轮”密而均 匀，材质好。 从髓心向外的辐射线，称为“髓线”。髓线是由联系很 弱的薄壁细胞所组成的，木材干燥时易沿此线开裂。
4.木材的抗剪强度 外力作用于木材，使其一部分脱离邻近部分而滑动时，在 滑动面上单位面积所能承受的外力，称为木材的抗剪强度。 木材的抗剪强度有顺纹抗剪强度、横纹抗剪强度和剪断强度 三种。其受力状态如图-5所示。 (1)顺纹抗剪强度。即剪力方向和剪切面均与木材纤维方向平 行时的抗剪强度。木材顺纹受剪时，绝大部分是破坏在受剪 面中纤维的联结部分，因此，木材的顺纹抗剪强度比较小。 (2)横纹抗剪强度。即剪力方向与木材纤维方向相垂直，而剪 切面与木材纤维方向平行时的抗剪强度。木材的横纹抗剪强 度只有顺纹抗剪强度的1/2左右。
学习目的
了解木材的分类、构造及其性能；在对保护生态平衡的过程中， 如何在工程中尽量以其他材料替代，以节约木材资源。
学习知识点
了解木材的分类及其构造：宏观构造、微观构造；木材的物理和 力学性质；木材的防护；人造板材；竹材。
学习要求
木材的分类及其构造。 木材的物理性质。
第十三章 木材、竹材
第一节 第二节 第三节 第四节 木材的分类、构造及性能 木装饰制品及其应用 木材的防腐 竹材
水曲柳
樱桃木
二、木材的构造
树木由树根、树干、树冠(包括树枝和叶)三部分组成。木 材主要取自树干。木材的性能取决于木材的构造。由于树种 和生长环境不同，各种木材在构造上差别很大。木材的构造， 可分为宏观和微观两个方面。 1.木材的宏观构造 木材的宏观构造，是指用肉眼或放大镜所能看到的木材构造 特征。图-1显示厂木材的三个切面，即横切面(垂直于树轴的 面)、径切面(通过树轴的纵切面)和弦切面(平行于树轴的纵切 面)。从横切面观察，木材由树皮、木质部和髓心三部分组成。
太和殿俗称金銮殿，在故宫的中心部位，是故宫三大殿之一。也是中国最大的木构殿宇。
独乐寺始建于唐太宗贞观十年 (公元636年)，辽代统和二年(公 元984年)重建。明 万厉、清顺 治、乾隆、光绪年间维修，乾隆 十八年(公元1753年)增砌照壁， 增设观音阁重檐上下各四根擎檐 柱，并建寺东行宫。独乐寺占地 总面积1.6万平方米，山门面阔 三间，进深四间，上下为两层， 中间设平座暗层，通高23米， 是国内最古老的高层木结构楼阁 式建筑。
松树
柏树
杉树
阔叶树多数树种树干通直部分较短，材质坚硬，较难加 工，故又称为硬木材。阔叶树树材一般较重，强度高，胀缩 和翘曲变形大，易开裂，在建筑中常用于尺寸较小的装饰构 件。对于具有美丽天然纹理的树种，特别适合于做室内装修、 家具及胶合板等。常用树种有水曲柳、榆木、榉木、胡桃木、 樱桃木、柞木等。
2.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。针叶树和阔 叶树的微观构造不同，如图-2和图-3所示。 从显微镜下可以看到，木材是由无数细小空腔的圆柱形细胞 紧密结合组成的，每个细胞都有细胞壁和细胞腔，细胞壁由 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 之间存在着极小的空隙，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厂木材的性质，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，胀缩变形也越大。
(3)化合水。木材化学成分中的结合水，对木材的性能无太大 影响。 当木材中细胞壁内被吸附水充满，而细胞腔与细胞间隙中 没有自由水时，该木材的含水率被称为纤维饱和点。纤维饱 和点因树种而异，一般为25%~35%，平均值约为30%。 纤维饱和点的重要意义在于它是木材物理力学性质发生改 变的转折点，是木材含水率是否影响其强度和干缩湿胀的临 界值。 干燥的木材能从周围的空气中吸收水分，潮湿的木材也能 在干燥的空气中失去水分。当木材的含水率与周围空气相对 湿度达到平衡状态时，此含水率称为平衡含水率。平衡含水 率随周围环境的温度和相对湿度而改变。
独乐寺厉经千余年的多次地震及兵火劫难，至 今巍然屹立，堪称中国古代建筑的愧宝。近年 来，国家文物局拨巨资精心修缮，使“国宝” 完好保持了原建筑的风采，其极高的建筑、宗 教、历史、美学等科研价值使中外专家、学者 赞叹不已，广大游客络绎不绝。
应县木塔是我国古建筑中的瑰宝，世界木结构建筑的典范，属中国第一，全球唯一 现存的纯木结构应县佛宫寺释迦塔（应县木塔）,世界无双。应县木塔建于辽清宁二年 （公元1056年），即北宋至和三年，至今已有947年的历史。塔高67.31米，底层直 径30.27米，总重量约7400吨。整个建筑由塔基、塔身、塔刹三部分组成。
木材的强度主要是指其抗拉、抗压、抗弯和抗剪强度，由于 木材结构的各向不均匀性，致使各向强度有很大差异，故木材 的强度有顺纹和横纹强度之分，作用力方向与木材纤维方向平 行时，称“顺纹”；作用力方向与纤维方向垂直时，则称为 “横纹”。木材的顺纹强度比其横纹强度要大得多，所以建筑 工程中均充分利用木材的顺纹抗拉、抗压、抗弯，而避免使其 横向受力，木材强度的大小，除了与木材的受力方向有关外， 还受其含水率、荷载持续时间及木材自身缺陷等因素的影响有 关。

第一节木材的分类、构造及性能
一、木材的分类 建筑工程中使用的木材是由树木加工而成的，树木的种 类不同，木材的性质及应用就不一样。一般树木分为针叶 树和阔叶树。 针叶树树干通直高大，纹理顺直，材质均匀，木质较软 且易于加工，故又称为软木材。针叶树树材强度较高，表 观密度及胀缩变形较小，耐腐蚀性较强，为建筑工程中的 主要用材，被广泛用作承重构件，常用树种有松树、柏树、 杉树等。
2.木材的抗压强度 木材的抗压强度有顺纹抗压强度和横纹抗压强度两种。 (1)顺纹抗压强度。即外力与木材纤维方向相平行的抗压强 度。由木材标准小试件测得的顺纹抗压强度，约为顺纹抗 拉强度的40%~50%。由于木材的缺陷对顺纹抗压的影响 很小，因此，木构件的受压工作要比受拉工作可靠得多。 屋架中的斜腹杆、木柱、木桩等均为顺纹受压构件。 (2)横纹抗压强度。即外力与木材纤维方向相垂直的抗压强 度。木材的横纹抗压强度远小于顺纹抗压强度。
木材是人类最早使用的一种建筑材料，时至今 日，在建筑工程中仍占有一定的地位。屋架、梁柱、 模板、门窗、地板、家具、装饰等都要用到木材。 木材具有很多优良的性能，有较好的弹性和韧性， 易于加工等。 目前，木材较少用于外部结构材料，但由于它有 美观的天然纹理，装饰效果较好所以仍然被广泛用 作装饰与装修材料。但木材又具有构造不均匀、各 项异性、易吸湿变形、易腐易燃等缺点，且树木生 长周期缓慢、成才不宜等原因，在应用上受到了很 多限制，所以对木材的节约使用和综合利用就显得 十分重要。
图-2针叶树马尾松的微观构造
1 管胞; 2 髓线; 3 树脂道
图-3阔叶树柞木的微观构造
1 导管; 2 髓线; 3 木纤维
木材细胞因功能不同主要分为管胞、导管、木纤维、髓线 等。针叶树显微结构较简单且规则，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。