建筑材料木材

1、木 材,木本植物习惯上又可分为乔木、灌木和木质藤本三种类型。,乔木通常是指具有单一主干，树高可达6米以上的木本植物，即通常 所说的树木。而灌木较矮小，通常具有多个茎，木质藤本植物则为 攀援的木质藤蔓，有许多热带雨林的特征。 木材主要来源于乔木树种。 其中只有银杏和松、杉类的树木属于乔木。,9.1木材的构造,树木的分类,树木一般按树叶形状分为针叶树和阔叶树两大类。,针叶树,树叶细长，成针状，多为常绿树；纹理顺直，木质较软，强度较高， 表观密度小；耐腐蚀性较强，胀缩变形小，又称软木材。,红松,习惯上把银杏和松、杉 类的树木称为针叶树。,用作承重构件门窗。 常用树种有松、杉、柏等。,杉木,银杏,阔叶

2、树,树叶宽大，叶脉呈网状，大多为落叶树；木质较硬，加工较难； 表观密度大，胀缩变形大，常用作内部装饰、次要的承重构件和 胶合板 ，有榆树、桦树、水曲柳等。,榆树,榆木家具,水曲柳,柞木,桦木,桦木,木材的构造,宏观构造,用肉眼或低倍放大镜所看到的木材组织称为宏观构造。,树皮,年轮,髓心,形成层,心材,边材,木质部,1树皮；2木质部；3年轮；4髓线；5髓心,(1)边材、心材 在木质部中，靠近髓心的部分颜色较深，称为心材。 心材含水量较少，不易翘曲变形，抗蚀性较强； 外面部分颜色较浅，称为边材。 边材含水量高，易干燥，也易被湿润，所以容易翘曲变形， 抗蚀性也不如心材,(2)年轮、春材、夏材 横切面

3、上可以看到深浅相间的同心圆，称为年轮。 年轮中浅色部分是树木在春季生长的，由于生长快，细胞大而排列 疏松，细胞壁较薄，颜色较浅，称为春材(早材)；深色部分是树木 在夏季生长的，由于生长迟缓，细胞小，细胞壁较厚，组织紧密坚 实，颜色较深，称为夏材(晚材)。每一年轮内就是树木一年的生长 部分。年轮中夏材所占的比例越大，木材的强度越高。,第一年轮组成的初生木质部分称为髓心(树心)。 从髓心成放射状横穿过年轮的条纹，称为髓线。 髓心材质松软，强度低，易腐朽开裂。 髓线与周围细胞联结软弱，在干燥过程中，木材易沿髓线开裂。,由于木材在各个切面上的构造不同，因此，木材具有各向异性。,微观构造,显微镜下松木的

4、横切片示意图,1细胞壁；2细胞腔；3树脂流出孔；4木髓线,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。,细胞壁的结构,1细胞腔；2初生层；3细胞间层,1管胞；2髓线；3树脂道；,1导管；2髓线；3木纤维；,木材的主要性质,木材的物理性质,木材的含水率,(1)木材中的水分 自由水：存在于木材细胞腔和细胞间隙中的水分 吸附水：吸附在细胞壁内细纤维之间的水分 结合水：形成细胞化学成分的化

5、合水,(2)木材的纤维饱和点 木材受潮时，首先形成吸附水，吸附水饱和后，多余的水成为自由水；木材干燥时，首先失去自由水，然后才失去吸附水。 当吸附水处于饱和状态而无自由水存在时，此时对应的含水率称为木材的纤维饱和点。 纤维饱和点随树种而异，一般为23%33%，平均为30%。木材的纤维饱和点是木材物理、力学性质的转折点。,(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。 根据周围空气的温度和相对湿度可求出木材的平衡含水率。,木材的平衡含水率,湿胀

6、干缩,木材细胞壁内吸附水的变化而引起木材的变形，即湿胀干缩。 由于木材构造的不均匀性，在不同的方向干缩值不同。顺纹方向(纤维方向)干缩值最小，平均为0.1%0.35%；径向较大，平均为3%6%；弦向最大，平均为6%12%。 一般来讲，表观密度大、夏材含量多的木材，湿胀变形较大。,木材的密度,不同树种的密度相差不大，平均约为1.55g/cm3。,表观密度,木材表观密度的大小随木材的孔隙率、含水量以及其他一些因素的变化而不同。因此确定木材的表观密度时，应在含水率为标准含水率情况下进行。,木材的力学性质,木材的强度,弹性、塑性、蠕变、抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、 抗剪强度、冲击韧性、抗劈力、抗扭强

7、度、硬度和耐磨性等。 木材的强度检验是采用无疵病的木材制成标准试件，按木材物理力学试验方法进行测定。 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。,与一般钢材、混凝土及石材等材料不同，木材属生物 材料，其构造的各向异性导致其力学性质的各向异性。因此，木材力学性质指标有顺纹、横纹、径向、弦向之分。 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。,木材的剪切,(a)顺纹剪切；(b)横纹剪切；(c)横纹切断,木材顺剪强度较小，平均只有顺纹抗压强度的1030。纹理较斜的木材，如交错纹理、涡纹、乱纹等,其顺剪强

8、度会明显增加。 阔叶树材顺剪强度平均比针叶树材高出1/2。阔叶树材弦面抗剪强度较径面高出1030，如木射线越发达，这种差异更加明显。 针叶树材，其径面和弦面的抗剪强度大致相同。,木材各种强度间的关系,抗拉强度 木材顺纹抗拉强度，是指木材沿纹理方向承受拉力荷载的最大能力。木材的顺纹抗拉强度较大，各种木材平均约为117.7147.1MPa，为顺纹抗压强度的23倍。木材在使用中很少出现因被拉断而破坏。 木材的横纹拉力比顺纹拉力低得多，一般只有顺纹拉力的l/301/40。,抗压强度,顺纹抗压强度 木材顺纹抗压强度是指木材沿纹理方向承受压力荷载的最大能力，如木结构支柱和家具中的腿构件所承受的压力。 木柱

9、有长柱与短柱之分。当长度与最小断面的直径之比11时为短柱，大于11时为长柱，长柱亦称欧拉柱。长柱以材料刚度为主要因素，受压不稳定，其破坏不是单纯的压力所致，而是纵向上会发生弯曲、产生扭矩，最后导致破坏，它不属于顺纹抗压的范畴。,木材横纹抗压强度测定试样与受力方向 1-径向全部抗压 2-径向局部抗压,抗弯强度,指木材承受逐渐施加弯曲荷载的最大能力，可以用曲率半径的大小来度量。它与树种、树龄、部位、含水率和温度等有关。 木材抗弯强度亦称静曲强度，或弯曲强度，是重要的木材力学性质之一，主要用于家具中各种柜体的横梁、建筑物的桁架、地板和桥梁等易于弯曲构件的设计。静力荷载下，木材弯曲特性主要决定于顺纹抗

10、拉和顺纹抗压强度之间的差异。因为木材承受静力抗弯荷载时，常常因为压缩而破坏，并因拉伸而产生明显的损伤。对于抗弯强度来说，控制着木材抗弯比例极限的是顺纹抗压比例极限时的应力，而不是顺纹抗拉比例极限时应力。,当梁承受中央荷载弯曲时，梁的变形是上凹下凸，上部纤维受压应力而缩短，下部纤维受拉应力而伸长，其间存在着一层纤维既不受压缩短也不受拉伸长，这一层长度不变的纤维层称为中性层。中性层与横截面的交线称为中性轴。受压和受拉区应力的大小与距中性轴的距离成正比，中性层的纤维承受水平方向的顺纹剪力。由于顺纹抗拉强度是顺纹抗压强度的23倍，随着梁弯曲变形的增大，中性层逐渐向下位移，直到梁弯曲破坏为止。,木材的硬

11、度,指木材抵抗其它刚体压入的能力。木材的硬度与木材的密度密切相关，密度大其硬度则高，反之则低。,同一树种，其端面硬度 大于径面和弦面硬度， 径面与弦面相差不大。 针叶树材平均高出35， 阔叶树材高出25左右。,紫椴,影响 木材强度的因素,() 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12）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

12、的强度值。其换算经验公式如下：,式中 12:含水率为12时的木材强度(MPa）； W : 含水率为(%)时的木材强度(MPa)； 试验时的木材含水率 木材含水率校正系数。 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。,含水率对松木力学强度的影响 A横向抗弯；B顺纹抗压；C顺纹抗剪,目前长期荷载对木材强度的影响，许多国家都采用小而无疵试样强度的2/3(即0.67)作为长期荷载强度的数值；若为恒载，则用1/2。建筑结构物大部均为恒载和活载的共同作用，故在木结构设计规范中，引用的长期荷载强度折

13、减系数K20.67。,() 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5060。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。,（3）温度的影响 木材强度随环境温度升高而降低。当温度由升到时，针叶树抗拉强度降低10%15%，抗压强度降低202

14、4。当木材长期处于60100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。 （）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。,木材的防腐与防火 1. 木材的腐朽与防腐 （1）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，前两种真菌对木材影响较小，但腐朽菌影响很大。腐朽菌寄生在木材的细

15、胞壁中，它能分泌出一种酵素，把细胞壁物质分解成简单的养分，供自身摄取生存，从而致使木材产生腐朽，并遭彻底破坏。真菌在木材中生存和繁殖必须具备三个条件，即：适量的水分、空气（氧气）和适宜的温度。温度低于时，真菌停止繁殖，而高于时，真菌则死亡。,（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： a破坏真菌生存的条件 破坏真菌生存条件最常用的办法是：使木结构、木制品和储存的木材处于经常保持通风干燥的状态，并对木结构和木制品表面进行油漆处理，油漆涂层既使木材隔绝了空气，又隔绝了水分。,b把木材变成有毒的物质 将化学防腐剂注入木材中，使真菌无法寄生。木材防腐剂种类很多，一般

16、分水溶性防腐剂、油质防腐剂和膏状防腐剂三类。 水溶性防腐剂常用品种有氯化锌、氟化钠、硅氟酸钠、硼铬合剂、硼酚合剂、铜铬合剂、氟砷铬合剂等。水溶性防腐剂多用于室内木结构的防腐处理。油质防腐剂常用的有煤焦油、混合防腐油、强化防腐油等。油质防腐剂色深、有恶臭，常用于室外木构件的防腐。膏状防腐剂由粉状防腐剂、油质防腐剂、填料和胶结料（煤沥青、水玻璃等）按一定比例混合配制而成，用于室外木材防腐。,2.木材的防火 （1）木材的可燃性 木材属木质纤维材料，易燃烧，它是具有火灾危险性的有机可燃物。 （2）木材燃烧及阻燃机理 木材在热的作用下要发生热分解反应，随着温度升高，热分解加快。当温度高至220以上达木材

17、燃点时，木材燃烧放出大量可燃气体，这些可燃气体中有着大量高能量的活化基，活化基氧化燃烧后继续放出新的活化基，如此形成一种燃烧链反应，于是火焰在链状反应中得到迅速传播，使火越烧越旺，此称气相燃烧。在实际火灾中，木材燃烧温度可高达8001300。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。,根据燃烧机理，阻止和延缓木材燃烧的途径，通常可有以下几种： A. 抑制木材在高温下的热分解。实践证明，某些含磷化合物能降低木材的热稳定性，使其在较低温度下即发生分解，从而减少可燃气体的生成，抑制气相燃烧。 B.

18、阻滞热传递。通过实践发现，一些盐类、特别是含有结晶水的盐类，具有阻燃作用。例如含结晶水的硼化物、含水氧化铝和氢氧化镁等，遇热后则吸收热量而放出水蒸气，从而减少了热量传递。磷酸盐遇热缩聚成强酸，使木材迅速脱水炭化，而木炭的导热系数仅为木材的121/3，从而有效地抑制了热的传递。同时，磷酸盐在高温下形成的玻璃状液体物质覆盖在木材表面，也起到了隔热层作用。,C. 稀释木材燃烧面周围空气中的氧气和热分解产生的可燃气体，增加隔氧作用。如采用含结晶水的硼化物和含水氧化铝等，遇热放出的水蒸汽，能稀释氧气及可燃气体的浓度，从而抑止了木材的气相燃烧，而磷酸盐和硼化物等在高温下形成玻璃状覆盖层，则阻滞了木材的固相

19、燃烧。,木材在建筑结构中的应用,桁架：一种由杆件彼此在两端用铰链连接而成的结构。 桁架由直杆组成的一般具有三角形单元的平面或空间结构， 桁架杆件主要承受轴向拉力或压力，从而能充分利用材料 的强度，在跨度较大时可比实腹梁节省材料，减轻自重和 增大刚度。,檩条： 沿屋顶长度分布的水平部件，位于主椽上，支撑次要屋椽。 古民宅用来挑起椽子，做成屋顶的横木，是房子的主要构件之一，也叫桁子或船儿（北方方言）。,望板： 平铺在屋顶椽子上面的木板或薄砖。,椽子： 它是屋面基层的最底层 构件，垂直安放在檩木 之上。,斗栱： 在立柱和横梁交接处，从柱顶上的一层层探出成弓形的承重结构叫拱，拱与拱之间垫的方形木块叫斗。两者合称斗拱。,搁栅： 指从墙到墙平行布置，放在梁或大梁上来支承铺面、铺地石板或者 天花板的板条或钉板条的木条。,木材在装修装饰中的应用,条木地板,拼花木地板,护壁板,木花格,旋切微薄木,木装饰线,纤维板,通常按产品密度分非压缩型和压缩型两大类