第六章木材

(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。
当含水率大于纤维饱和点含水率时，含水量的变
化对强度和胀缩无影响； 当含水率小于纤维饱和点含水率时，含水率的变 化则会引起强度和胀缩的变化。
木材的含水率
新伐木材含水率≥35％； 风干木材的含水率为15％～25％； 室内干燥的木材含水率为8％～15％。
三、木材的湿胀与干缩变形
图 木材持久强度

（3）温度的影响

木材强度随环境温度升高而降低。当温度由２ ５℃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。
分纵向排列，少数横向排列（髓线）。每一个细
胞由细胞壁和细胞腔两部分构成。细胞壁由细纤 维组成，其纵向联结较横向牢固。细纤维间具有 极小的空隙，能吸附和渗透水分。木材的细胞壁 愈厚，腔愈小，木材愈密实，表观密度和强度也
越大 。但其胀缩变形也越大。与春材相比，夏材
的细胞壁较厚，腔较小。
木材的管胞和木纤维
木材各项强度值的比较(以顺纹抗压强度为1)
(a) 顺纹剪切 木材的剪切
(b) 横纹剪切
(c) 横纹切断
五影响木材强度的主要因素



(１) 含水量的影响 木材的强度受含水率的影响很大，其规律是：当木 材的含水率在纤维饱和点以下时，随含水率降低，即吸 附水减少，细胞壁趋于紧密，木材强度增大，反之，则 强度减小。当木材含水率在纤维饱和点以上变化时，木 材强度不改变。 我国木材试验标准规定，测定木材强度时，应以其 标准含水率（即含水率为15％）时的强度测值为准，对 于其他含水率时的强度测值，应换算成标准含水率时的 强度值。其换算经验公式如下：
一类材 红松、柏木、红豆杉、香樟、楠木、硬黄檀、香红木、红 青刚、山核 桃、核桃木、香桩、水曲柳、梓木、铁力木、玫瑰木。 二类材 黄杉、杉木、福建柏、榧木、鹅掌揪、梨木、槠木、水青 冈、麻栎、高山栎桑木、枣木、黄波罗、白蜡木。 三类材 落叶松、云杉、松木、铁杉、铁刀木、紫荆、软黄檀、槐 树、桦木、栗木、木荷、槭木。 四类材 枫香、桤木、朴树、檀、银桦、红桉、白桉、泡桐。 五类材 拟赤杨、杨木、枫杨、轻木、黄桐、冬青、乌柏柿大。
材产生变形、开裂和翘曲。
木材受潮时，先是细胞壁吸水，细胞壁吸水达饱 和后，自由水才开始吸入。木材干燥时，首先是自由 水蒸发，而后是吸附水蒸发 。 当木材细胞腔和细胞间隙中的自由水完全脱去为
零，而细胞壁吸附水尚为饱和时，木材的含水率称为
纤维饱和点。木材的纤维饱和点随树种而异，一般介 于25％～ 35％之间，平均为30％左右。
柞树长“瘤”
紫薇
仙翁阅世 ( 150cm 楠木 )
中国马尾
百度文库
松之王
浙江义乌市苏溪 镇里西岗村苦槠， 树龄已过300年。 树高14米，冠幅14 米，胸径305厘米。 中空的树内年年 出笋，当地人已 采伐毛竹数次， 仍长竹不止，被 当地人们称为 “胸有成竹”而 闻名。
油松
樟树
• 黄金槐
• 榉树
树皮
细胞壁
细胞腔
树干的三个切面
木材不同切面的构造特征
木质部中有年轮、髓线及髓心等

髓心：居于树干中心，是最早形成的木质部分，其材质松 软，强度较低，容易腐朽。 髓线：以髓心为中心穿越年轮而呈放射状分布的横向细胞 组织，横向输送和贮藏养料。 年轮：在木材横切面上的同心圆圈。 树木每年生长一圈，同一年轮内有深浅两部分。 春季木质生长快，质软，色浅，称为春材或早材； 夏秋季木质生长慢，质硬，色深，称为夏材或晚材。 树种相同时，如果年轮分布细密且均匀，则材质好。晚 材所占比例愈高，木材的表观密度愈大，则其强度也就愈 高。
等物理、力学性能变化；
长期处于干湿交替环境中， 其耐久性变差；易燃、易 腐、天然疵病较多等。
§6-1木材的分类和构造
一、树木分类
树木按特征可分为针叶树和阔叶树。
针叶林
阔叶林
针叶树 树木 阔叶树
种 类
特
点
用 途
树
种
针
叶 树
树叶细长、成针状；
多为常绿树； 树干高而直，易加工； 强度较高，胀缩性小。
心材：靠近髓心的内圈颜色较深，其中的细胞已 失去生机，通称心材； 边材：靠近树皮部分，颜色较浅，称为边材。 一般来说，心材中储存的树脂较多，抗腐朽能力 较强，含水量较少，翘曲变形较小；边材的含水 量较多，容易变形，抗腐朽能力较差，故心材比 边材的利用价值较大，但在力学性质上两者无显 著差别。
2.木材的微观构造 木材由无数管状细胞紧密结合而成。绝大部
二、木材的防火

木材的防火是将木材经过具有阻燃性的化学物 质处理后，变成难燃的材料，使其遇小火能自 熄，遇大火能延缓或阻滞蔓延，从而赢得扑救 的时间。
木材是可燃性建筑材料。在木材被加热过程中，析出可
燃气体，随着温度不，析出的可燃气浓度也不同，此时 若遇火源，析出的可燃气也会出现闪燃、引燃。若无火 源，只要加热温度足够高，也会发生自燃现象。 对木材及其制品的防火保护有浸渍、添加阻燃剂 和覆盖三种方法。
木材木射线
6.2木材的性质和应用
一1.密度与表观密度 木材的密度是指构成木材细胞壁物质的密度。约为
1.48～1.56 g／cm3，各材种之间相差不大，实际计算
和使用中常取1.53 g/cm3。 木材的表观密度则随木材空隙率、含水率及其他一 些因素的变化而不同。木材的表观密度越大，其湿胀干 缩率也越大。处于气干状态下的木材表观密度平均为 500kg/m3。
• 罗汉松
栎类天然林群体调查
马褂木生长状况调查
蒙 古 栎
• 千头椿树
本章教学目标 掌握：木材的主要性质，纤维饱和点， 平衡含水率
熟悉：木材的应用
了解：木材的分类及构造
木材的优点：
①轻质高强，对热、声和
电的传导性能比较低；
②有很好的弹性和塑性，
木材的缺点：构造不均匀，
能承受冲击和振动等作用； 各向异性，易吸湿吸水从 ③容易加工、木纹美观； 而导致形状、尺寸、强度 ④在干燥环境或长期置于 水中均有很好的耐久性。
15 w [1 (W 15)]
式中 σ15:含水率为15％时的木材强(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。
是建筑工程中 松树 主要使用的树 杉树 种。多用于承 柏树 重构件，如门 窗。
常用做胶合板 杨树 或内部装饰较 槐树 次要的承重构 榆树 件。 桦树
阔 叶 树
树叶成片状； 多为落叶树； 通直部分短，难加工； 表观密度大，易于胀缩， 翘曲和裂缝等
阔叶黄檀
松木
橡木
两种木材的结构与用途

请观察以下如图A和图B所示的A、B两种木 材的纹理，何为针叶树？何为阔叶树？，并讨 论它们的用途。
纤维饱和点是木材性质变化的转折点。在纤维饱和
点之上，含水量变化对木材强度和体积影响甚微；在 纤维饱和点之下，含水量变化即吸附水含量的变化将 对木材强度和体积等产生较大的影响。
四、木材的强度 特点：木材的力学性质是各向异性。 抗压强度

顺纹抗压强度大于横纹抗压强度； 径向抗压强度大于弦向抗压强度。 顺纹抗拉强度是横温抗拉强度的10～40倍；
6-4木材的综合利用


广东始兴县都亨乡 黄竹坑村山边，屹立着 一株300年的古杉，树 高44米，胸围3.73米， 冠幅东西15米，南北14 米，有南粤杉王之称。
中国 福建 省龙 岩市 梅花 山杉 木王
杉木原材料
白桦
黄花松
红松
欧洲白橡木（柞木）
山槐
水曲柳
胡桃楸
马尾松天然林
• 苦槠，又叫槠树、苦槠栲，壳斗科常绿乔木
二木材的含水率和吸湿性

木材中的水分
木材中的水分 自由水 吸附水 化合水
存在部位 存在于细胞腔和细胞间隙中 存在于细胞壁中 以化学结合水的形式存在
蒸发顺序 首先蒸发 在自由水蒸 发后，蒸发
细胞壁
细胞腔
纤维饱和点：当木材中细胞壁内被 吸附水充满，而细胞腔间隙中没有水 时，此时的含水率称为纤维饱和点。 平衡含水率：当木材的含水率与周 围空气相对湿度达到平衡时的含水率。
6.3木材的防腐与防火
一、木材腐朽与防止

木材腐朽——木材受到真菌侵害后，其细胞改变颜色， 结构逐渐变松、变脆，强度和耐久性降低。 木材中的腐朽菌生长的条件是水分、空气、与温度三个 条件。 当木材含水率在15%-50%、温度在25-30℃，又有足够空 气时，腐朽菌最适宜繁殖。
木材的防腐 木材的腐朽是真菌在木材中寄生引起的。真菌 在木材中生存和繁殖，必须同时具备四个条件： ①温度适宜；②木材含水率适当；③有足够的空气； ④适当的养料。 木材的干燥 干燥处理可防止木材受细菌等腐蚀，减 少木材在使用中发生收缩裂缝，提高木材的 强度和耐久性。有自然干燥和人工干燥两种 方法。

（４）疵病的影响
木材的缺陷 ①节子 节子能提高横纹抗压和顺纹抗剪强度。 ②木材受腐朽菌侵蚀后，不仅颜色改变，结构也 变得松软、易碎，呈筛孔和粉末状形态。 ③裂纹会降低木材的强度，特别是顺纹抗剪强度。 而且缝内容易积水，加速木材的腐烂。 ④构造缺陷木纤维排列不正常均会降低木材的强 度，特别是抗拉及抗弯强度。
木材的湿胀干缩变形是由 于细胞壁中吸附水量的变化 引起的 潮湿状态干燥至纤维饱和点时： 自由水变化，其尺寸不变 继续干燥到纤维饱和点以下时： 吸附水开始蒸发，体积收缩 逆过程反之。 木材的胀缩各方向不一样： 顺纹方向最小，径向较大， 弦向最大（见右图）。
木材的含水率与胀缩的关系
影响：木材的胀缩容易引起木

抗拉强度 抗剪强度

顺纹抗剪强度低于横纹抗剪强度； 弦切面的顺纹抗剪强度高于径切面的抗剪强度； 横纹切断强度是顺纹抗剪强度的4～5倍。 木材抗弯强度介于顺纹抗拉强度和抗压强度之间。

抗弯强度
由于木材的构造各向不同，致使各方向强度有很大差异， 因此，木材的强度有顺纹强度和横纹强度之分。 当设顺纹抗压强度为100时，木材无缺陷时各强度大小 的关系见表6.1。
图A
图B
一木材的构造
1、木材的宏观构造
提问：美丽的木纹出 至于 哪个切面？
木材的年轮
工程中所用的木材主要取自树干，树干由树皮、 木质部和髓心组成。 横切面： 垂直于树干主轴的切面。 径切面： 通过髓心径向纵切面。 弦切面：不通过髓心与树轴平行的切面。
髓心
木质部
1.木材的宏观构造 木材：树皮、木质 部和髓心构成。 2.木材的微观构造 木材由无数管状细 胞构成，每个细胞包 括细胞壁（纵向连接 大于横向）和细胞腔
（马来西亚印尼）柳桉木
东北松
花梨原木
色木（东北）
非洲产（花梨，沙比利，黑胡桃等，各种单板）
沙比利方木
东北鱼松
东北白松
刚刚运过中俄边 境的整车樟子松
整装待发的桦树
一等水曲柳
货场堆放的柞木
千年巨树红杉木----加利福尼亚州有一片一望无际的大森林，从旧 金山北部一直延伸到俄勒冈州，绵亘达640公里。这一片浩瀚的林海 是由红杉木组成的，它名扬四海，号称“红杉帝国”。
表6.1 木材无缺陷时各强度大小关系
抗压
顺纹
100
抗拉
抗弯 横纹
10～30
抗剪
横纹
5～30 150～200
顶纹
200～300
顺纹
15～30
横纹切断
50～100
顺纹抗压 1
横纹抗压 1/10～1/3
顺纹抗拉 2～3
横纹抗拉 1/20～1/3
抗弯 3/2～2
顺纹抗剪 1/7～1/3
横纹切断 1/2～1