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一、木材的特点和适用范围
木结构( timber structure )是指以木材为主制作的结构。
由于我国树木分布广泛,易于取材;木材采伐和加工方便,同时质轻且强,所以木材很早就被用来建造房屋与桥梁。但是,由于术材存在着各向异性、天然缺陷(木节、斜纹、髓心、裂缝等)、易腐、易蛀和易裂等缺点,对木结构的结构形式、节点连接,施工质量以及使用期维护都有比较高的要求,以保证木结构有足够的可靠性和耐久性。环球网 校edu24ol.com
木结构生长速度缓慢,而木材资源有限,因此,建造木结构除了做到保证安全和人体健康以外,还要合理利用木材,大力发展人工林,改变过去对生态保护重视不够,森林资源破坏严重的情况,促进我国木结构健康地可持续性发展。
承重木结构应在正常温度和湿度环境中项房屋结构和构筑物中使用。凡处于下列生产和使用条件的情况,不应采用木结构:
( 1 )极易引起火灾的;
( 2 )受生产性高温影响,木材表面温度高于 50 ℃ 的;
( 3 )经常受潮且不易通风的。
二、木材的分类环球网 校edu24ol.com
木结构用的木材分为针叶材和阔叶材。主要承重构件宜采用针叶材,重要的木质连接件应采用细密、直纹、无节和无其他缺陷且耐腐蚀的硬质阔叶材。
承重木结构用的木材,按照其材质,从好到坏可分为I、II、III级,设计时应根据受力的种类进行选用:受拉或拉弯构件材质等级选用 I 级;受弯或压弯构件材质等级选用II 级;受压构件及次要受弯构件材质等级选用 III级。承重结构木材材质标准参见 《 木结构设计规范 》 ( GB50005-2003 ) (本节以下简称 《 规范 》 )附录 A 。
木结构用材按使用截面的不同,可分为原木、锯材和胶合材。
( 1 )原木(log)是指伐倒并除去树皮、树枝和树梢的树干。
( 2 )锯材( sawn lumber )是指由原木锯制而成的任何尺寸的成品材或半成品材。锯材又分方木( square timber )、板材( plank )和规格材( dimension lumber )。方木是指直角锯切且宽厚比小于 3 的,截面为矩形或正方形的锯材。板材是指宽度为厚度 3 倍或 3 倍以上的矩形锯材。规格材是指按轻型木结构设计的需要,木材截面宽度和高度按规定尺寸加工的规格化木材。
( 3 )胶合材( glued lunber )是指以木材为原料通过胶合压制而成的柱型材和各种板材的总称。
三、木材的物理性能
1 .木材的含水率
木材的含水率对木材强度有很大的影响,随含水率的增加木材强度降低。当含水率达到纤维饱和点时,木材的强度不再降低。含水率对受压、受弯、受剪及承压强度影响较大,而对受拉强度影响较小。
按照含水率大小,木材可分为干材(含水率小于 18 % )、半干材(含水率等于 18 %一 25 % )和湿材(含水率大于 25 % )。 《 规范 》 规定,在制作构件时,木材的含水率应符合下列要求:
( 1 )现场制作的原木或方木结构不应大于 25 % ;
( 2 )板材和规格材不应大于 20 % ;
( 3 )受拉构件的连接板不应大于 18 % ;
( 4 )作为连接件不应大于 15 % ;
( 5 )层板胶合木结构不应大于 15 % ,同一构件各层木板间的含水率差别不应大于 5 %。
2 .木材的湿胀、干裂与翘曲
当木材的含水率在纤维饱和点以下变化而引起木材的湿胀或干裂时,其尺寸变化的规律是相似的。由于干缩会引起开裂和翘曲,对于木结构的工作影响较大,因此木结构的干缩更需要引起重视。
原木或带髓心的方木在干燥过程中开裂的原因主要有两种:
( 1 )环向的收缩受到径向的约束,沿年轮产生的环向拉应力;
( 2 )木材外层的水分蒸发速度比内层快,其收缩变形受到内层的阻碍时,亦产生环向拉应力。上述两种原因产生的拉应力之和,超过了木材的抗拉强度时,即由外向内发生开裂。木材端部水分蒸发较快,常形成严重的端裂,应设法预防。
对于板材而言,在干燥过程中,环向和径向两个方向的干缩率不同,不会致使开裂,若任其自由变形,则发生翘曲。
3 .木材的缺陷
天然生长的木材不可避免的会存在一些缺陷。对木材影响最大的缺陷是腐朽和虫蛀,这是任何等级的木材都绝对不允许的。对木材强度有影响的缺陷还包括:木节、斜纹、裂缝和髓心。