课题五　木材

木材作为建筑材料，已有悠久的历史。在建筑工程中，木材可用做桁架、梁、柱、支撑、门窗、地板、桥梁、脚手架、混凝土模板及室内装修材料等。

作为建筑材料，木材的优点是轻质高强、弹性和韧性良好，能承受冲击和振动，导热性低，易于加工，纹理美观，装饰效果良好。木材的缺点有：构造不均匀、各向异性；含水率变化时胀缩显著，导致尺寸、形状的改变；易腐朽及虫蛀；易燃烧；有天然疵病等。但是经过一定加工和处理，这些缺点可以得到相当程度的减轻。

建筑用木材分为针叶树和阔叶树两大类。针叶树如松、杉、柏等，一般树干通直而高大，易得木材，纹理通顺，材质均匀，木质较软，易于加工，故又称软木材；胀缩变形较小，耐腐蚀性强，有较高的强度，为建筑工程的主要用材，广泛用于承重结构材料。阔叶树如榆木、水曲柳、柞木等，树干通直部分较短，材质较硬而重，难于加工，故又称硬木材；强度较大，胀缩、翘曲变形大，易于开裂，不宜做承重构件。经加工后，常有美观的纹理，故适用于内部装修、家具和胶合板。

一、构造

1．宏观构造

木材的宏观构造是指用肉眼或放大镜所能观察到的木材组织。由于木材构造的不均匀性，研究木材宏观构造特征时，可从树干的3个切面来进行剖析，即横切面、径切面和弦切面，如图2-11所示。

横切面：与树干主轴重直的切面。

径切面：是顺着树干方向，通过髓心的切面。

弦切面：是顺着树干方向，与髓心有一定距离的切面。

从横切面上可以看到，树木由树皮、髓心和木质部组成。木质部是建筑材料使用的主要部分，木质部靠近髓心部分颜色较深，称为心材；靠近树皮的部分颜色较浅，称为边材。一般说，心材比边材的利用价值大些。

从横切面上还可以看到深浅相间的同心圆环，即所谓年轮，一般树木每年生长一轮。在同一年轮内，春天生长的木质色较浅、质松软，称为春材（旱材）；夏秋两季生长的木质色较深，质坚硬，称为夏材（晚材）。相同树种，年轮越密，材质越好；夏材部分越多，木材强度越高。

2．微观构造

木材的微观构造是指借助显微镜才能见到的组织。用光学显微镜观察木材切片，可以看到木材是由无数管状细胞紧密结合而成，除少数细胞横向排列外，绝大多数细胞纵向排列。每个细胞都是由细胞壁和细胞腔两部分组成，细胞壁由细纤维组成，其纵向连接较横向牢固，故细胞壁纵向强度高、横向强度低。细纤维间具有极小的空隙，能吸附和渗透水分。木材细胞壁越厚，腔越小，木材越密实，体积密度和强度也越大，但胀缩也大。春材细胞壁薄腔大，夏材则细胞壁厚腔小。

二、主要性质

当木材中仅细胞壁内充满吸附水，而细胞腔及细胞间隙中无自由水的含水率，称为纤维饱和点，纤维饱和点是木材物理力学性质发生变化的转折点。

1．湿胀干缩

木材具有显著的湿胀干缩性，这是由细胞壁内吸附水含量变化所致。当木材由潮湿状态干燥到纤维饱和点时，其尺寸不变，继续干燥，即当细胞壁中吸附水蒸发时，则发生体积收缩。反之干燥木材吸湿时，将发生体积膨胀，直到含水量达到纤维饱和点时，其膨胀值达到最高，以后木材含水量继续增大，体积也不再膨胀。木材的收缩和膨胀对木材的使用有严重影响，它会使木材产生裂缝或翘曲变形，以致引起木结构的接合松弛或凸起、装修部件的破坏等。

2．强度具有方向性

木材各向异性的特点，也影响了木材的力学性能，使木材的各种力学强度都具有明显的方向性。当顺纹受力（作用力方向与木纹方向一致）时，木材抗压、抗拉强度都高；当横纹受力（作用力方向与木纹方向垂直）时，木材的强度都低；而斜纹受力（作用力方向介于顺纹和横纹之间）时，木材强度随着力与木纹交角的增大而降低。表2-3列出木材各种强度间数值大小的关系。

影响木材强度的因素包括：

（1）含水率

木材的含水率对木材强度影响很大，当细胞壁中水分增多时，木纤维相互间的粘结力减弱，细胞壁软化。因此，当木材含水率在纤维饱和点以内变化时，木材强度随之变化，含水率增大，强度下降，含水率降低，强度上升；而含水率在纤维饱和点以上变化时，木材强度不变。含水率在纤维饱和点以内变化时，对各种强度影响最大的是顺纹抗压强度，其次是抗弯强度，对顺纹抗剪强度影响较小，而对顺纹抗拉强度几乎没有影响。

（2）温度

当环境温度升高时，木材纤维中的胶结物质逐渐软化，因而强度降低。温度超过40℃时，木材开始分解颜色，变黑，强度明显下降；如果环境温度长期超过50℃时，不宜采用木结构。当温度降至0℃以下时，其水分结冰，木材强度增大，但木质变得较脆。一旦解冻，各项强度都低于未冻时的强度。

（3）长期荷载

木材对长期荷载的抵抗能力低于对暂时荷载的抵抗能力。这是由于木材长期在外力作用下产生等速蠕滑，长时间以后，便急剧产生大量连续变形。木材在长期荷载下不致引起破坏的最大强度，称为持久强度。木材的持久强度比极限强度小得多，一般为极限强度的50％～60％。

（4）疵病的影响

木材在生长、采伐、保管过程中，所产生的内部和外部的缺陷，统称为疵病。木材的疵病包括：木节、斜纹、裂纹、腐朽和虫害等。这些疵病都不同程度地降低了木材的物理力学性质，降低了木材的等级，甚至使木材失去使用价值。