第八章、木材

第八章木材(Timber)第一节木材的构造第二节木材的性质第三节木材的综合利用思考题概述概述(Introduction)第八章木材木材是一种天然有机材料，其作为建筑材料的历史可以说与人类的历史一样久远。在当代建筑工程中，木材与水泥、钢材并称为三大材。世界上天然原料的使用数量，木材继煤、石油之后排名第三。小资料：一万年前，人类学会了加工木材，三千多年前，木材应用已能达到目前部分水平。参阅：木材实验室第八章木材概述(Introduction)第八章木材悬空寺，位于北岳恒山，始建于北魏太和15年(公元491年)。全寺为木质框架式结构，依照力学原理，半插横梁为基，巧借岩石暗托，梁柱上下一体，廊栏左右紧联。建筑构造形式丰富多彩，屋檐有单檐、重檐、三层檐，结构有抬梁结构、平顶结构、斗拱结构，屋顶有正脊、垂脊、戗脊、贫脊。它既融合了我国园林建筑艺术，又不失我国传统建筑的格局。概述(Introduction)第八章木材应县木塔全名为佛宫寺释迦塔，建于辽清宁二年（公元1056年），距今已有951年的历史，是我国现存最古老、保存最好的纯木建筑，被国内外建设界称为“建筑瑰宝”，1961年被国务院公布为首批全国重点文物保护单位。木塔总高67.31米，底层直径30.27米，塔体全部采用木质结构，通体没有一钉一铁。塔身平面呈八角形，外观为五层六檐，全塔共使用54种不同形式的斗拱，种类之多，国内罕见，被世人称为“斗拱博物馆”。概述(Introduction)第八章木材山西省五台山的南禅寺内有我国现存最古老的木结构建筑——大佛殿。大佛殿为寺院主体建筑，面宽和进深都是三间，而内里却是一大间，是单檐歇山顶建筑，共用十二根檐柱支撑殿顶，墙身并不负重，只起间隔内外和防御风雨侵袭的作用。四周檐柱柱头微微内倾，四个角柱稍高，使得层层伸出的斗拱翘起。这样，大殿既稳固又俏丽，是典型的唐代建筑风格。据大殿横梁上题记可知，此殿重建于唐德宗建中三年(公元782年)，距今已有1217年，是中国现存所有木构古建筑的老大哥。这也是南禅寺海内外闻名的主要原因。概述(Introduction)第八章木材法隆寺，又称斑鸠寺，位于日本奈良生驹郡斑鸠町，是圣德太子于飞鸟时代建造的佛教木结构寺庙，据传始建于607年。法隆寺分为东西两院，西院保存了金堂、五重塔；东院建有梦殿等，西院伽蓝是世界上最古的木构建筑群。法隆寺的建筑物全部用木料建成，包括楼厅、屋顶、墙壁和柱子。佛塔和金堂（或称主殿）是法隆寺两处最著名的建筑物。五层佛塔高31.8米，有一系列的砖瓦屋顶，随着佛塔升高每层依次缩小。层顶的大小正好是底层的一半。金堂看起来好像两层，但实际上只有一层。这第二层屋顶只是使金堂看起来显得更高一些。法隆寺是唯一留传至今的中国南朝样式的建筑。概述(Introduction)第八章木材木材的优点：轻质高强，易于加工，弹性、韧性好，能承受冲击、振动，热容量大，导电、导热性能低，纹理装饰性好等。木材的缺点：构造不均匀，各向异性，天然缺陷多，易吸湿，干缩湿胀，易腐朽、虫蛀、燃烧。当前，木材的综合利用大大改善了木材的性能、提高了木材的利用率。在建筑工程中，木材可用作桁架、梁、柱、门窗、地板、脚手架、混凝土模板等。木材的树种分针叶树（软木材）、阔叶树（硬木材）。针叶树（红松、白松等松木、杉木、柏树等）主要用作承重构件和装修材料，阔叶树（榆木、桦木、水曲柳等）适用于室内装修、家具和胶合板。竹、藤、麻等天然植物材料在建筑上也有一定的应用。第八章木材第一节木材的构造一、宏观构造树木由树皮、木质部、髓心组成，在木质部分布着年轮、髓线。木材的内部构造可从三个切面进行剖析：横切面、径切面、弦切面。木材具有多孔、三维各向异性的构造。第八章木材第一节木材的构造二、微观构造木材由不同细胞组成，细胞由细胞壁和细胞腔组成。针叶树由管胞、树脂道、髓线等细胞组成，阔叶树由导管、木纤维、髓线等细胞组成。针叶树的髓线细小而不发达，阔叶树则粗大而发达，这是鉴别这两种木材的主要特征之一。第八章木材第二节木材的性质一、化学组成(chemicalcomposition)木材的细胞壁主要化学组成是纤维素（40%~50%）、半纤维素（20%~35%）、木质素（20%~35%）。在细胞壁和细胞腔中存在少量有机可提取物（树脂、树胶、单宁、精油、生物碱、蜡、色素、糖、淀粉等）。木材燃烧后，只剩下约1%的无机灰分（钾、钠、钙的碳酸盐）。第八章木材二、物理性质1.吸湿性木材吸湿性很强，因为木纤维素是亲水性物质。木材中的水分包括：自由水（存在于细胞腔和细胞间隙中）、吸附水（存在于细胞壁内）、化合水（细胞化学成分中的结合水）。当木材中的吸附水达到饱和、而尚无自由水时的含水率称为纤维饱和点（一般为25%~35%）。纤维饱和点是木材含水率能否影响其强度和湿胀干缩的临界值。木材所含水分与周围空气的相对湿度达到平衡时含水率称为平衡含水率。当周围空气的相对湿度为100%时，木材的平衡含水率等于其纤维饱和点。第二节木材的性质第八章木材二、物理性质2.湿胀干缩性木材有显著的湿胀干缩性。含水率在纤维饱和点以上时，含水率的变化不会引起膨胀或收缩；含水率在纤维饱和点以下时，含水率的变化导致湿胀干缩。长期湿胀干缩交替作用，会使木材翘曲开裂。为避免这种不利影响，在加工使用木材之前，应对木材进行干燥处理。由于木材构造不均匀，故其胀缩变形各向不同，弦向最大，径向次之，纵向最小。一般使用边材径锯板。第二节木材的性质第八章木材三、力学性质由于木材构造各向不同，导致强度各向异性，分顺纹强度、横纹强度。工程上均利用顺纹强度。木材的强度分抗压、抗拉、抗弯、抗剪强度。工程上多利用木材的顺纹抗压强度、抗弯强度。木材强度的影响因素：树种和材质、含水率、温度、持荷时间等。含水率在纤维饱和点以上变化时，对强度无影响；在纤维饱和点以下，随含水率增加，强度下降。国标规定，木材的标准含水率为15%，木材强度以标准含水率下的强度为标准值，其他含水率下的测值应换算为标准含水率下的强度。σ15=σw*（1+α*（W-15））第二节木材的性质第八章木材第三节木材的综合利用一、胶合板(plywood)将原木沿年轮切成薄片，然后将薄片干燥、涂胶、重叠、热压，制成胶合板。一般为3~13层，工程上常使用三合板、五合板。胶合板广泛使用于家具、室内装修等。第八章木材第三节木材的综合利用二、胶合夹心板(blockboard)内部用短木条拼接、表面胶贴木质单板的实心板材，称细木工板。空心板内部为蜂窝结构。第八章木材第三节木材的综合利用三、纤维板(fiberboard)将板皮、刨花、树枝等废料，经破碎、浸泡、研磨成木浆，再加入胶料，经热压成型、干燥处理，制成纤维板。第八章木材第三节木材的综合利用四、刨花板、木丝板、木屑板将木材加工时余下的刨花木渣、木丝、木屑等，经干燥、拌入胶料、加压成型制成。刨花板第八章木材第三节木材的综合利用四、刨花板、木丝板、木屑板木丝吸音板将木材加工时余下的刨花木渣、木丝、木屑等，经干燥、拌入胶料、加压成型制成。思考题(Exercises)第八章木材1、木材在使用前为何要进行干燥？干燥至何种程度？2、某一松木试件（纤维饱和点30%，α=0.05），其含水率11%，此时其顺纹抗压强度64.8MP，问：（1）在标准含水率状态下其抗压强度是多少？（2）含水率分别为20%、30%、40%时的强度各为多少？