第八章 木材

木材受剪切作用时，由于作用力对于木材纤维 方向的不同，可分为顺纹剪切、横纹剪切和横纹切 断三种。顺纹剪切破坏是由于纤维间联结撕裂产生 纵向位移和受横纹拉力作用所致；横纹剪切破坏完
全是因剪切面中纤维的横向联结被撕裂的结果；横
纹切断破坏则是木材纤维被切断，这时强度较大， 一般为顺纹剪切的４～５倍。
木材强度特点：
木材的湿胀干缩具有一定规律：含水率大于纤 维饱和点时，随着含水率的增加，木材体积产生膨 胀，随着含水率减小，木材体积收缩；而含水率小 于纤维饱和点时，只是自由水的增减，木材的体积 不发生变化 。
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。
（5）指接地板
由宽度相等、长度不等的小木板条粘结而成
的木地板。不易变形并开有榫和槽，与企口实木
地板的结构基本相同。 实木指接企口地板常见规格有（1830～4000） mm×(40～75）mm×(12～18）mm。
集成地板：是沿着纵向指接成长料，再用相同截面的木 料沿着横向胶拼成宽的板料。再在其纵横两侧加工成相 应的榫槽。
针叶树是主要建筑与装饰材料，广泛用于各 个构件和装饰部件。常用的树种有松、杉、柏等。
（2）阔叶树
阔叶树树叶宽大，叶脉呈网状，大多为落叶
树，树干通直部分较短，材质较硬，较难加工，
故称“硬木材”。
阔叶树木材表观密度大，干缩变形大，易翘 曲或开裂，建筑上常用来制作尺寸较小的构件。 常用的树种有榆木、椴木、榉木、水曲柳、 泡桐、柞木等。
8.1.2.4 木材的硬度和耐磨性 木材的硬度是指木材抵抗其他物体压入木材 的能力。木材端面的硬度最大，弦面次之，径面
稍小。
木材的耐磨性指木材抵抗磨损的能力。作木 地板的国产阔叶材树种中以荔枝叶红豆耐磨性最 大 ，南方的泡桐树耐磨性为最小 。
8.2 木装饰品及应用 8.1.1 木地板
木地板是由硬木树种和软木树种经加工处理 而制成的木板面层。 木地板可分为实木地板、强化木地板、实木 复合地板、竹材地板和软木地板。
（3）温度的影响 木材强度随环境温度升高而降低。当温度由２５℃ 升到５０℃时，针叶树抗拉强度降低10%～15%，抗压强 度降低20％～24％。当木材长期处于60～100℃温度下 时，会引起水分和所含挥发物的蒸发，而呈暗褐色，强 度明显下降，变形增大。 温度超过140℃时，木材中的纤维素发生热裂解， 色渐变黑，强度显著下降。因此，长期处于高温的建筑 物，不宜采用木结构。 （４）疵病的影响 木材在生长、采伐、保存过程中，所产生的内部和 外部的缺陷，统称为疵病。木材的疵病主要有木节、斜 纹、裂纹、腐朽和虫害等。一般木材或多或少都存在一 些疵病，致使木材的物理力学性质受到影响。
土木工程材料
Civil engineering materials
兰州大学土木工与力学学院
焦贵德 主讲
木材是国民经济建设中的重要资源，是建筑 工程的主要材料之一
优良性能
质轻而强度高、 有较高的弹性和韧性； 导热性低； 具有良好的装饰性、易加工；
在干燥的空气中或长期置于水中有很高的耐久性等。
缺点
燥后质量的百分比值。新伐木材的含水率常在35%以
上；风干木材的含水率为15%～25%；室内干燥木材
的含水率为8%～15% 。
（1）木材中的水分
木材中的水分可分为三种，即自由水、吸附水和 化合水。
自由水存在于组成木材的细胞间隙中，影响木材 的表观密度、燃烧性、干燥性及渗透性。吸附水被物 理吸附于细胞壁内的细纤维中，影响木材强度和胀缩 变形的主要因素。化合水是组成细胞化学成分的水分， 对木材的性能无影响。
的木材组织。如图8.1、图8.2所示，木材是由无
数不同形态、不同大小、不同排列方式的细胞所
组成。
木材由树皮、木质部和髓心三个部分组成。
木材的构造决定其性质，针 叶树和阔叶树的构造略有不同， 其性质也有差异。
木材的宏观构造 如图，树木是由树皮、木质 部和髓心三部分组成。通常从 树干的三个切面进行剖析，即 横切面 (垂直于树轴)、径切面 (通过树轴)和弦切面(平行于树 轴)。
8.1.2.3 强度
根据外力的作用，木材的强度主要有抗压强
度、抗拉强度、抗弯强度和抗剪强度。
一般每一类强度根据施力方向不同又有顺纹
受力与横纹受力之分。顺纹受力是指作用力方向 平行于纤维方向。横纹受力是指作用力的方向垂 直于纤维方向。木材的顺纹强度和横纹强度差别 很大。
木材各强度之间的关系可见表8.1。
拼花地板：指由小块的地板按照设计的图案拼接成形的，再 由这些成形的小单元图案进一步拼成大的图案，并且这些 “拼花地板”在地板的背面一般有底衬，便于安装。
（4）竖木地板
以木材的横切面为板面，呈矩形，正方形，
正五、六、八边形等正多面体或圆柱体拼成的木
地板称为竖实木地板，简称竖木地板。 目前，竖木地板一般采用整张化工序。 不仅可作木地板，还可作天花板、墙裙装饰 材料，用于宾馆、饭店、招待所、影剧院、体育 场、办公室和家庭住宅等场所。
12 w[1 (W 12)]
式中 σ12:含水率为12％时的木材强度(MPa）； σW : 含水率为Ｗ(%)时的木材强度(MPa)；
Ｗ－一试验时的木材含水率
α——木材含水率校正系数。 α随作用力和树种不同而异，如顺纹抗压所有树种均为 0.05；顺纹抗拉时阔叶树为0.015，针叶树为０；抗弯所有 树种为0.04；顺纹抗剪所有树种为0.03。
8.1.2 木材的基本性质
8.1.2.1 密度和表观密度 密度：不同树种木材的密度相差不大，平 均约为1.55g/cm3。
表观密度：木材的表观密度因树种不同而
不同。大多数木材的表观密度在400～600kg/m3
范围内，平均为500kg/m3。
8.1.2.2 含水率
木材的含水率是指木材中所含水的质量与木材干
板面呈长方形，其中一侧为榫，另一侧有槽， 其背面有抗变形槽。由于铺设时榫和槽必须结合 紧密，因而生产技术要求较多，木质也要求要好， 不易变形。
实木长条企口地板被公认为是良好的室内地 面装饰材料，适用于办公室、会议室、会客室、 休息室、旅馆客房、住宅起居室、卧室、幼儿园 及仪器室等场所。
企口地板：外形呈长方
8.1.1.2 木材的微观构造
木材的微观构造是指用显微镜所能观察到的木材组
织。 在显微镜下观察，可以看到木材是由无数管状细胞 紧密结合而成，它们大部分为纵向排列，少数横向排列 （如髓线）。每个细胞又由细胞壁和细胞腔两部分组成， 细胞壁又是由细纤维组成，所以木材的细胞壁越厚，细 胞腔越小，木材越密实，其表观密度和强度也越大，但 胀缩变形也大。
(２) 负荷时间的影响 木材对长期荷载的抵抗能力与对暂时荷载不同。 木材在外力长期作用下，只有当其应力远低于强 度极限的某一定范围以下时，才可避免木材因长 期负荷而破坏。这是由于木材在外力作用下产生 等速蠕滑，经过长时间以后，最后达到急剧产生 大量连续变形而致。 木材在长期荷载作用下不致引起破坏的最大 强度，称为持久强度。木材的持久强度比其极限 强度小得多，一般为极限强度的50％～60％。一 切木结构都处于某一种负荷的长期作用下，因此 在设计木结构时，应考虑负荷时间对木材强度的 影响。
面体木地板 。
主要规格有155mm×22.5mm×8mm、 250mm×50mm×10mm、300mm×60mm×10mm 平口实木地板可作地板外，也可作拼花板、 墙裙装饰以及天花板吊顶等室内装饰。
平口地板：外形是表面光滑，六 面均为平 直的长方形板块。
(2)企口实木地板（又称榫接地板或龙冈地板）
8.2.1.1 实木地板
实木地板可分为平口实木地板、企口实木地
板、拼方拼花实木地板、竖木地板、指接地板、
集成地板等。
如图8.5、图8.6所示
图8.5 木地板块 (a)平口实木地板；(b)企口实木地板；(c)拼花实木地板； (d)竖木地板
图8.6 拼装图案
（1）平口实木地板
六面均为平直的长方体及六面体或工艺形多
木材长时间暴露在一定温度和湿度的空气中，
干燥的木材能从空气中吸收水分，潮湿的木材能
向周围释放水分，直到木材的含水率与周围空气 的相对湿度达到平衡为止。我们将与周围空气的 相对湿度达到平衡时木材的含水率称为平衡含水 率。
（4）湿胀与干缩
木材的吸湿性是木材从空气中吸收水蒸气和
其他液体蒸气的性能。
木材的吸湿性会使木材的物理力学性质随着 平衡含水率的变化而变化。 木材在使用时其含水率应接近或稍低于平衡 含水率。
表8.1
木材各种强度的关系 抗拉强度（MPa） 顺纹 200~300 横纹 6~20
抗压强度（MPa） 顺纹 100 横纹 10~20
抗弯强度（MPa） 150~200
抗剪强度（MPa）
顺纹 15~20 横纹 50~100
表 8-1 木材理论上各强度大小关系 抗压 顺 纹 横纹 顺 纹 抗拉 拉弯 横纹 顺纹 抗剪 横纹切 断
构造不均匀； 各向异性； 容易吸收或散发水分，导致尺寸、形状及强度的变 化，引起裂缝和翘曲； 保护不善，容易腐蚀虫蛀； 天生缺陷较多，影响材质；
耐火性差，容易燃烧等。
树木按树叶不同可分为针叶树和阔叶树两大 类。按产地分又分为热带木、温带木、寒带木等。
（1）针叶树 针叶树叶子细长呈针状，大多为四季常青树。 树干通直且高大，纹理顺直，材质均匀，木质较 软，易于加工，故称“软木材”。
木材宏观结构
图8.1 树干三个不同的切面
图8.2 横切面（椴）
温带和寒带生长的树木每年生长季开始时生
长旺盛，形成层分生出来的细胞比较大，木材的
材色浅，组织松软，称其为早材(春材)；
此后分生出来的细胞壁厚，腔小，材色深， 组织致密，称为晚材(又称夏材)。 一般来说，相同树种，同一地带，夏材所占 比例大，强度就越高，年轮密而均匀，材质好。