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第9章 木 材
本章内容
9.1 木材分类与构造
9.2 木材的物理力学性质
9.3 木材在工程中的应用
9.4 木材的等级与综合利用
9.5 木材的防腐与防火
9.1 木材分类与构造
9.1.1 树木的分类
树木一般按树叶可分为针叶树和阔叶树两大类。
(1) 针叶树树叶细长呈针状，多为常绿树，树干通直高大，易得大材，其纹理顺直，材质均匀，木质较软而易于加工，故又称软木材。
(2) 阔叶树树叶宽大呈片状，多为落叶树，多数树种其树干通直部分较短，材质坚硬，较难加工，故又称硬木材。
9.1.2 木材的构造
木材的构造是决定木材性质的主要因素。不同树种以及生长环境条件不同的树材，其构造差别很大。研究木材的构造通常从宏观和微观两个方面进行。
1．木材的宏观构造
木材的宏观构造用肉眼和放大镜就能观察到，通常从树干的三个切面上来进行剖析，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)。
树干的3个切面
1—树皮；2—木质部；3—年轮；4—髓线；5—髓心
树木是由树皮、木质部和髓心三个主要部分组成。
髓心是树木最早形成的木质部分，它易于腐朽一般不用。建筑使用的木材都是树木的木质部，木质部是髓心和树皮之间的部分，是木材主体。木质部的颜色不均一，一般而言，接近树干中心者木 色较深，称心材，靠近外围的部分色较浅，称边材。心材含水量较少，不易翘曲变形，耐蚀性较强；边材含水量较多，易翘曲变形，耐蚀性也不如心材。一般心材比边材的利用价值大些。
从横切面上看到木质部具有深浅相间的同心圆环，即所谓年轮，同一年轮内，春天生长木质，色较浅，质较松，称为春材(早材)，夏 秋两季生长的木质，色较深，质较密，称为夏材(晚材)。相同树种，年轮越密而均匀，材质越好；夏材部分愈多，木材强度愈高。
从髓心向外的辐射线，称为髓线，髓线与周围连接较差，木材干燥时易沿此开裂。年轮和髓线组成了木材美丽的天然纹理。
2．木材的微观构造
木材的微观构造需在显微镜下观察，这时可以看到，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。与春材相比，夏材的细胞壁较厚，细胞腔较小，所以夏材的构造比春材密实。
9.2 木材的物理力学性质
9.2.1 木材的含水量
木材的含水量用含水率表示，是指木材中所含水的质量占干燥木材质量的百分数。
1．木材中的水分
木材中主要有三种水，即自由水、吸附水和结合水。
自由水是存在于木材细胞腔和细胞间隙中的水分，吸附水是被吸附在细胞壁内细纤维之间的水分，结合水为木材化学成分中的结合水。
2．木材的纤维饱和点
木材干燥时，自由水先蒸发，然后吸附水才蒸发。反之，干燥的木材吸水时，先吸收成为吸附水，而后才吸收成为自由水。当木材中无自由水，而细胞壁内吸附水达到饱和时，这时的木材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％，通常取其平均值，约为30％。纤维饱和点是木材物理力学性质发生变化的转折点。
3、木材的平衡含水率?
　 木材的含水率是随着环境温度和湿度的变化而改变的。当木材长期处于一定温度和湿度下，其含水率趋于一个定值，表明木材表面的蒸气压与周围空气的压力达到平衡，此时的含水率称为平衡含水率。
　 木材的平衡含水率是木材进行干燥时的重要指标。木材平衡含水率随其所在地区不同而异，我国北方为12％左右，南方约为18％，长江流域一般为15％。?
9.2.2 木材的湿胀与干缩变形
木材具有很显著的湿胀干缩性，其规律是：当木材的含水率在纤维饱和点以下时，随着含水率的增大，木材体积产生膨胀，随着含水率减小，木材体积收缩；而当木材含水率在纤维饱和点以上，只是自由水增减变化时，木材的体积不发生变化。纤维饱和点是木材发生湿胀干缩变形的转折点。
木材的干湿变形的大小随树种不同，变形的大小也不同。一般体积密度大，夏材率含量高时，胀缩变形就大。同时由于构造不均匀，同一木材当含水率变化时各方向变形的大小也不同，其变形为弦向最大；径向次之；顺纹方向变形最小。
干缩对木材的使用有很大的影响，它会使木材产生裂缝或翘曲变形，以至引起木结构的结合松弛或凸起等。
木材含水率与胀缩变形的关系
9.2.3 木材的强度
1. 木材强度的概念
在建筑结构中，木材常用强度有抗拉、抗压、抗弯和抗剪强度。由于木材的构造各向不同，致使各向强度有差异，因此木材的强度有顺纹强度和横纹强度之分。顺纹是指作用力方向与木材纤维方向平行；横纹是指作用力方向与纤维方向垂直。木材的顺纹强度比其横纹强度要大得多，所以工程上均充分利用它们的顺纹强度。
木材的剪切
(a)顺纹剪切；(b)横纹剪切；(c)横纹切断
木材各项强度值的比较(以顺纹抗压强度为1)
顺纹抗压 横纹抗压 顺纹抗拉 横纹抗拉 抗弯 顺纹抗剪 横纹切断
1 1/10～1/3 2～3 1/20～1/3 3/2～2 1/7～1/3 1/2～1
2. 影响木材强度的主要因素
(1)含水量的影响　
当含水率在纤维饱和点以上变化时，仅仅是自由水的增减，对木材强度没有影响；当含水率在纤维饱和点以下变化时，随含水率的降低，细胞壁趋于紧密，木材强度增加。
　 我国木材试验标准规定，以标准含水率(即含水率12%)时的强度为标准值.
含水率对木材强度的影响
1—顺纹抗拉；2—抗弯；3—顺纹抗压；4—顺纹抗剪
(2)负荷时间的影响?
　　 木材在长期荷载作用下，只有当其应力远低于强度极限的某一范围时，才可避免木材因长期负荷而破坏。
　　 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%。
(3)温度的影响?
　　温度对木材强度有直接影响。当温度由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%；当温度在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，长期处于高温环境下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。
裂纹、腐朽、虫害等疵病，会造成木材构造的不连续性或破坏其组织，因此严重影响木材的力学性质，有时甚至能使木材完全失去使用价值。
(5)夏材率的影响
夏材（晚材）比春材（早材）密实，因而强度也高。木材中夏材率越高，强度也越高。由于夏材率增高，木材的表观密度也增大，故一般情况下，木材的表观密度大其强度也高。
9.3 木材在工程中的应用
9.3.1 木材的优良特性
木材具有下列主要的优良特性：
(1)质轻而强度高。
(2)弹性和韧性好。
(3)导热系数小。
(4)装饰性好。
(5)耐久性好。
(6)材质较软易于加工。
1. 木材在建筑结构中的应用
木材是传统的建筑材料，在古建筑和现代建筑中都得到了广泛应用。在结构上，木材主要用于构架和屋顶，如梁、柱、桁檩、椽、望板、斗拱等。我国许多古建筑物均为木结构，它们在建筑技术和艺术上均有很高的水平，并具独特的风格。
木材由于加工制作方便，故广泛用于房屋的门窗、地板、天花板、扶手、栏杆、隔断、搁栅等。另外，木材在建筑工程中还常用作混凝土模板及木桩等。
2. 木装修与木装饰的应用
在国内外，木材历来被广泛用于建筑室内装修与装饰，它给人以自然美的享受，还能使室内空间产生温暖与亲切感。
(1)条木地板
(2)拼花木地板
(3)护壁板
(4)木花格
(5)旋切微薄木
(6)木装饰线条
9.4 木材的等级与综合利用
9.4.1 木材的等级
对于建筑用木材，通常以原木、板材、枋材三种型材供应。
原木系指去枝去皮后按规格锯成一定长度的木料；板材是指宽度为厚度的三倍或三倍以上的型材；而枋材则为宽度不足三倍厚度的型材。各种商品材均按国家材质标准，根据木材缺陷情况进行分等分级，通常分为一、二、三、四等，结构和装饰用木材一般选用等级较高者。
9.4.2 木材的综合利用
1. 胶合板
胶合板是用原木旋切成薄片，再用胶按奇数层数及各层纤维互相垂直的方向，粘合热压 而成的人造板材。
2. 纤维板
纤维板是将木材加工下来的板皮、刨花、树枝等废料，经破碎浸泡、研磨成木浆，再加入一定胶料，经热压成型、干燥处理而成的人造板材。
3. 刨花板、木丝板、木屑板
刨花板、木丝板、木屑板是分别以刨花木渣、短小废料刨制的木丝、木屑等为原料，经干燥后拌入胶料，再经热压而制成的人造板材。
9.5 木材的防腐与防火
9.5.1 木材的腐朽与防腐
1. 木材的腐朽
木材是天然有机材料，受到真菌侵害后会改变颜色，结构逐渐变得松软、脆弱，强度和耐久性降低，这种现象称为木材的腐朽。
木材的腐朽为真菌侵害所致。真菌分霉菌、变色菌和腐朽菌三种，前两种真菌对木材质 量影响较小，但腐朽菌影响很大。
2. 木材防腐措施
根据木材产生腐朽的原因，通常防止木材腐朽的措施有以下两种：
(1)破坏真菌生存的条件
(2)把木材变成有毒的物质
9.5.2 木材的防火
所谓木材的防火，就是将木材经过具有阻燃性能的化学物质处理后，变成难燃的材料，以达到遇小火能自熄，遇大火能延缓或阻滞燃烧蔓延，从而赢得扑救的时间。

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