課題五　木材

木材作為建筑材料，已有悠久的歷史。在建筑工程中，木材可用做桁架、梁、柱、支撐、門窗、地板、橋梁、腳手架、混凝土模板及室內(nèi)裝修材料等。

作為建筑材料，木材的優(yōu)點(diǎn)是輕質(zhì)高強(qiáng)、彈性和韌性良好，能承受沖擊和振動(dòng)，導(dǎo)熱性低，易于加工，紋理美觀，裝飾效果良好。木材的缺點(diǎn)有：構(gòu)造不均勻、各向異性；含水率變化時(shí)脹縮顯著，導(dǎo)致尺寸、形狀的改變；易腐朽及蟲蛀；易燃燒；有天然疵病等。但是經(jīng)過一定加工和處理，這些缺點(diǎn)可以得到相當(dāng)程度的減輕。

建筑用木材分為針葉樹和闊葉樹兩大類。針葉樹如松、杉、柏等，一般樹干通直而高大，易得木材，紋理通順，材質(zhì)均勻，木質(zhì)較軟，易于加工，故又稱軟木材；脹縮變形較小，耐腐蝕性強(qiáng)，有較高的強(qiáng)度，為建筑工程的主要用材，廣泛用于承重結(jié)構(gòu)材料。闊葉樹如榆木、水曲柳、柞木等，樹干通直部分較短，材質(zhì)較硬而重，難于加工，故又稱硬木材；強(qiáng)度較大，脹縮、翹曲變形大，易于開裂，不宜做承重構(gòu)件。經(jīng)加工后，常有美觀的紋理，故適用于內(nèi)部裝修、家具和膠合板。

一、構(gòu)造

1．宏觀構(gòu)造

木材的宏觀構(gòu)造是指用肉眼或放大鏡所能觀察到的木材組織。由于木材構(gòu)造的不均勻性，研究木材宏觀構(gòu)造特征時(shí)，可從樹干的3個(gè)切面來進(jìn)行剖析，即橫切面、徑切面和弦切面，如圖2-11所示。

橫切面：與樹干主軸重直的切面。

徑切面：是順著樹干方向，通過髓心的切面。

弦切面：是順著樹干方向，與髓心有一定距離的切面。

從橫切面上可以看到，樹木由樹皮、髓心和木質(zhì)部組成。木質(zhì)部是建筑材料使用的主要部分，木質(zhì)部靠近髓心部分顏色較深，稱為心材；靠近樹皮的部分顏色較淺，稱為邊材。一般說，心材比邊材的利用價(jià)值大些。

從橫切面上還可以看到深淺相間的同心圓環(huán)，即所謂年輪，一般樹木每年生長一輪。在同一年輪內(nèi)，春天生長的木質(zhì)色較淺、質(zhì)松軟，稱為春材（旱材）；夏秋兩季生長的木質(zhì)色較深，質(zhì)堅(jiān)硬，稱為夏材（晚材）。相同樹種，年輪越密，材質(zhì)越好；夏材部分越多，木材強(qiáng)度越高。

2．微觀構(gòu)造

木材的微觀構(gòu)造是指借助顯微鏡才能見到的組織。用光學(xué)顯微鏡觀察木材切片，可以看到木材是由無數(shù)管狀細(xì)胞緊密結(jié)合而成，除少數(shù)細(xì)胞橫向排列外，絕大多數(shù)細(xì)胞縱向排列。每個(gè)細(xì)胞都是由細(xì)胞壁和細(xì)胞腔兩部分組成，細(xì)胞壁由細(xì)纖維組成，其縱向連接較橫向牢固，故細(xì)胞壁縱向強(qiáng)度高、橫向強(qiáng)度低。細(xì)纖維間具有極小的空隙，能吸附和滲透水分。木材細(xì)胞壁越厚，腔越小，木材越密實(shí)，體積密度和強(qiáng)度也越大，但脹縮也大。春材細(xì)胞壁薄腔大，夏材則細(xì)胞壁厚腔小。

二、主要性質(zhì)

當(dāng)木材中僅細(xì)胞壁內(nèi)充滿吸附水，而細(xì)胞腔及細(xì)胞間隙中無自由水的含水率，稱為纖維飽和點(diǎn)，纖維飽和點(diǎn)是木材物理力學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

1．濕脹干縮

木材具有顯著的濕脹干縮性，這是由細(xì)胞壁內(nèi)吸附水含量變化所致。當(dāng)木材由潮濕狀態(tài)干燥到纖維飽和點(diǎn)時(shí)，其尺寸不變，繼續(xù)干燥，即當(dāng)細(xì)胞壁中吸附水蒸發(fā)時(shí)，則發(fā)生體積收縮。反之干燥木材吸濕時(shí)，將發(fā)生體積膨脹，直到含水量達(dá)到纖維飽和點(diǎn)時(shí)，其膨脹值達(dá)到最高，以后木材含水量繼續(xù)增大，體積也不再膨脹。木材的收縮和膨脹對木材的使用有嚴(yán)重影響，它會(huì)使木材產(chǎn)生裂縫或翹曲變形，以致引起木結(jié)構(gòu)的接合松弛或凸起、裝修部件的破壞等。

2．強(qiáng)度具有方向性

木材各向異性的特點(diǎn)，也影響了木材的力學(xué)性能，使木材的各種力學(xué)強(qiáng)度都具有明顯的方向性。當(dāng)順紋受力（作用力方向與木紋方向一致）時(shí)，木材抗壓、抗拉強(qiáng)度都高；當(dāng)橫紋受力（作用力方向與木紋方向垂直）時(shí)，木材的強(qiáng)度都低；而斜紋受力（作用力方向介于順紋和橫紋之間）時(shí)，木材強(qiáng)度隨著力與木紋交角的增大而降低。表2-3列出木材各種強(qiáng)度間數(shù)值大小的關(guān)系。

影響木材強(qiáng)度的因素包括：

（1）含水率

木材的含水率對木材強(qiáng)度影響很大，當(dāng)細(xì)胞壁中水分增多時(shí)，木纖維相互間的粘結(jié)力減弱，細(xì)胞壁軟化。因此，當(dāng)木材含水率在纖維飽和點(diǎn)以內(nèi)變化時(shí)，木材強(qiáng)度隨之變化，含水率增大，強(qiáng)度下降，含水率降低，強(qiáng)度上升；而含水率在纖維飽和點(diǎn)以上變化時(shí)，木材強(qiáng)度不變。含水率在纖維飽和點(diǎn)以內(nèi)變化時(shí)，對各種強(qiáng)度影響最大的是順紋抗壓強(qiáng)度，其次是抗彎強(qiáng)度，對順紋抗剪強(qiáng)度影響較小，而對順紋抗拉強(qiáng)度幾乎沒有影響。

（2）溫度

當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，木材纖維中的膠結(jié)物質(zhì)逐漸軟化，因而強(qiáng)度降低。溫度超過40℃時(shí)，木材開始分解顏色，變黑，強(qiáng)度明顯下降；如果環(huán)境溫度長期超過50℃時(shí)，不宜采用木結(jié)構(gòu)。當(dāng)溫度降至0℃以下時(shí)，其水分結(jié)冰，木材強(qiáng)度增大，但木質(zhì)變得較脆。一旦解凍，各項(xiàng)強(qiáng)度都低于未凍時(shí)的強(qiáng)度。

（3）長期荷載

木材對長期荷載的抵抗能力低于對暫時(shí)荷載的抵抗能力。這是由于木材長期在外力作用下產(chǎn)生等速蠕滑，長時(shí)間以后，便急劇產(chǎn)生大量連續(xù)變形。木材在長期荷載下不致引起破壞的最大強(qiáng)度，稱為持久強(qiáng)度。木材的持久強(qiáng)度比極限強(qiáng)度小得多，一般為極限強(qiáng)度的50％～60％。

（4）疵病的影響

木材在生長、采伐、保管過程中，所產(chǎn)生的內(nèi)部和外部的缺陷，統(tǒng)稱為疵病。木材的疵病包括：木節(jié)、斜紋、裂紋、腐朽和蟲害等。這些疵病都不同程度地降低了木材的物理力學(xué)性質(zhì)，降低了木材的等級(jí)，甚至使木材失去使用價(jià)值。