木材

木材作为一种历史悠久的建筑材料，在我国乃至世界范围内都具有极其重要的地位。它不仅来源广泛、再生性强，且加工方便、质量轻、强度高、弹性好、装饰性能优良，因此成为建筑工程中应用最为广泛的传统材料之一。

在我国几千年的建筑史中，木材一直扮演着不可替代的角色。从雄伟壮观的古代长城、气势恢宏的故宫、精巧神秘的秦始皇陵兵马俑的地宫等世界著名古建筑，到近现代遍布城乡的住宅小区、高层写字楼、工业厂房，甚至现代绿色建筑和装配式建筑，木材始终伴随着建筑技术的每一次进步而不断演进和创新。木结构建筑的出现和发展，不仅见证了人类文明的进化历程，也反映了对材料合理利用与生态环境和谐共生的理念。

如今，随着环保意识的增强和可持续发展的推进，现代木结构、木材复合材料等新技术不断涌现，赋予了木材在建筑领域以全新的活力和更广阔的发展空间。

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木材的基本构造

树木的宏观构造

当我们将一根原木横向锯开，可以清楚地观察到木材的宏观构造特征。从树皮到髓心，木材呈现出明显的层状结构。最外层是树皮，起着保护树木内部组织的作用。树皮内侧是形成层，这是树木生长的关键部位，每年春夏秋冬的生长活动都在这里进行。

形成层向内形成木质部，也就是我们通常所说的木材部分。在横截面上，可以看到一圈圈的同心圆环，每一圈称为年轮。年轮的形成源于树木在不同季节的生长速度差异。春季气候温暖湿润，树木生长迅速，形成的细胞较大、壁薄，颜色较浅，称为早材或春材。夏秋季节生长缓慢，形成的细胞较小、壁厚，颜色较深，称为晚材或秋材。一圈早材加一圈晚材构成一个完整的年轮。

木材的中心部位称为髓心，是树木幼年时期形成的组织。从髓心向外呈放射状分布的是木射线，它在木材中起着横向输送养分和水分的作用。木射线在不同树种中的宽窄和数量差异很大，有的树种木射线很明显，成为木材花纹的重要组成部分。

在木材的径向剖面上，可以观察到边材和心材的区别。边材位于木材外侧，颜色较浅，含水率较高，是树木输送水分和养分的主要通道。心材位于木材内部，颜色较深，是由边材逐渐转化而来的。心材中的细胞已经停止生理活动，腔内沉积了各种物质，使其密度增大、强度提高、耐久性增强。

木材的微观构造

从显微镜下观察，木材是由大量的细胞组成的。这些细胞的形状、大小和排列方式因树种而异，直接影响木材的性能。针叶树材和阔叶树材在微观构造上存在明显差异。

针叶树材的构造相对简单，主要由管胞构成。管胞是一种细长的纺锤形细胞，既承担机械支撑作用，又负责输导水分。管胞的长度一般在2-5毫米之间，直径约为0.03-0.05毫米。管胞壁上分布着纹孔，使相邻细胞之间可以进行水分和养分的交换。早材管胞壁薄腔大，晚材管胞壁厚腔小，这种差异形成了明显的年轮界限。

阔叶树材的构造较为复杂，由导管、木纤维、薄壁细胞等多种细胞类型组成。导管是专门负责输导水分的管状细胞，直径较大，在木材横截面上用肉眼即可看到，称为管孔。木纤维细胞壁厚、强度高，是阔叶树材的主要支撑组织。薄壁细胞主要负责储存养分。

根据管孔在生长轮中的分布特点，阔叶树材可分为环孔材和散孔材。环孔材的早材部分分布着一圈大的管孔，如水曲柳、柞木等。散孔材的管孔大小较均匀，分布较均匀，如桦木、椴木等。

常见树种识别

不同树种的木材在构造、颜色、纹理等方面都具有各自的特征。通过观察这些特征，可以初步识别木材的树种。松木的年轮明显，早晚材颜色差异大，有松脂气味。杉木颜色较浅，材质轻软，年轮较平直。柏木有特殊香气，心材黄褐色，边材黄白色。

水曲柳属于环孔材，心材褐色，边材黄白色，花纹美观，常用于家具和装饰。柞木材质坚硬，结构致密，管孔中常含有侵填体，使其具有良好的防腐性能。桦木边材与心材区别不明显，材色浅黄，材质较硬。

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木材的物理性质

含水率及其影响

木材中的水分按存在状态可分为自由水和吸着水。自由水存在于细胞腔和细胞间隙中，吸着水存在于细胞壁内部。当木材只含吸着水而不含自由水时，达到纤维饱和点，此时含水率约为23%-33%，不同树种略有差异。

木材含水率的计算公式为：含水率(%)=（湿材质量-绝干材质量）/绝干材质量×100%。新伐木材的含水率通常在50%-150%之间，称为生材。当木材与周围空气中的水分达到平衡时，称为气干材，含水率约为12%-18%，具体数值因地区气候条件而异。在实验室条件下，将木材在103±2℃温度下烘干至恒重，此时木材处于绝干状态，含水率为0。

含水率对木材的性质影响很大。当含水率在纤维饱和点以上时，自由水的增减不会引起木材体积和强度的变化。但当含水率在纤维饱和点以下变化时，含水率每增加1%，木材的顺纹抗压强度约降低4%-5%，抗弯强度约降低2%-3%。含水率还影响木材的干缩湿胀、导热性、电阻率等多项性能。

木材的干缩与湿胀

木材的干缩是指当含水率在纤维饱和点以下降低时，木材体积收缩的现象。湿胀是干缩的逆过程，指木材吸湿后体积增大的现象。干缩湿胀是木材最重要的物理性质之一，直接影响木材制品的尺寸稳定性。

干缩率的大小因树种而异。一般来说，密度大的木材干缩率较大，晚材率高的木材干缩率较大，心材的干缩率小于边材。在实际应用中，为了减少木材的干缩湿胀影响，需要将木材干燥到与使用环境相适应的含水率。家具用材的含水率一般控制在8%-12%，室内装修用材控制在10%-14%，室外用材可适当提高。

密度与孔隙率

木材的密度是指单位体积木材的质量，通常用气干密度表示，即含水率为12%时的密度。我国不同树种木材的气干密度差异很大，从轻如泡桐的0.30g/cm³到重如红木类的1.0g/cm³以上。根据气干密度，可将木材划分为不同等级。

木材的孔隙率是指木材中孔隙体积占总体积的百分率。木材细胞壁物质的密度约为1.54g/cm³，通过木材的气干密度可以计算出孔隙率。孔隙率高的木材轻、保温性能好，但强度较低。孔隙率低的木材重、强度高，但保温性能差。

导热性与吸声性

木材是热的不良导体，其导热系数约为0.1-0.2W/(m·K)，远小于钢材的58W/(m·K)和混凝土的1.5W/(m·K)。木材的导热系数随密度的增加而增大，顺纹方向的导热系数约为横纹方向的1.5-2.0倍。木材的含水率越高，导热系数越大。

木材良好的隔热性能使其成为理想的建筑材料。在寒冷地区，木结构房屋的保温性能优于砖混结构。木材触感温暖，不像金属或石材那样冰冷，因此木制品给人以舒适的感觉。

木材还具有良好的吸声性能。木材的多孔性结构可以吸收声波，减少室内回声和噪音。音乐厅、剧院等场所常使用木质装饰材料来改善音响效果。不同树种、不同厚度的木材对不同频率声波的吸收效果不同，在声学设计中需要综合考虑。

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木材的力学性质

木材的各向异性

木材的力学性质最显著的特点是各向异性。由于木材细胞的排列方向基本沿树干的轴向，导致木材在顺纹、径向和弦向三个方向上的力学性能差异很大。顺纹方向的强度最高，横纹方向的强度较低。

顺纹抗拉强度是木材各项强度指标中最高的，约为横纹抗拉强度的20-40倍。这是因为顺纹受拉时，拉力方向与细胞长轴方向一致，能充分发挥细胞壁的强度。但在实际工程中，很少利用木材的顺纹抗拉性能，因为木材节疤、裂纹等缺陷容易造成应力集中。

横纹抗拉强度很低，仅为顺纹抗拉强度的1/20-1/40。横纹受拉时，拉力垂直于细胞长轴方向，容易在细胞间或细胞壁内产生撕裂破坏。因此，在木结构设计中应避免木材承受横纹拉力。

顺纹抗压与抗拉强度

顺纹抗压强度是木材在实际应用中最常利用的强度指标，也是木材分等级的主要依据。顺纹抗压试验时，木材呈现出明显的弹性阶段、弹塑性阶段和破坏阶段。破坏形式通常为剪切破坏或端部压溃。

不同树种木材的顺纹抗压强度差异较大。轻质木材的顺纹抗压强度一般在20-30MPa，中等密度木材为30-50MPa，重质木材可达50-80MPa甚至更高。木材的密度越大，顺纹抗压强度越高，两者之间存在较好的正相关关系。

含水率对顺纹抗压强度的影响很大。在纤维饱和点以下，含水率每降低1%，顺纹抗压强度约提高4%-5%。因此，在评价木材强度时，必须注明含水率。我国木材强度标准值是以含水率12%为基准的。

顺纹抗拉强度虽然是木材的最高强度，但由于难以避免偏心受力和缺陷影响，在工程设计中很少直接利用。顺纹抗拉强度一般为顺纹抗压强度的2-3倍。现代工程木结构中，拉力构件通常采用钢材或通过连接件将拉力转化为木材的压力或弯曲。

抗弯强度

抗弯强度是木材受弯曲荷载作用时的强度，是木材应用中最重要的强度指标之一。木梁、木搁栅、木桁架等构件主要承受弯矩作用。抗弯试验时，木材的破坏形式通常为受拉侧的顺纹劈裂或受压侧的压溃。

木材的抗弯强度一般为顺纹抗压强度的1.5-2.0倍。轻质木材的抗弯强度约为40-60MPa，中等密度木材为60-100MPa，重质木材可达100-150MPa。抗弯强度同样受含水率影响，在纤维饱和点以下，含水率每降低1%，抗弯强度约提高2%-3%。

抗剪强度

木材的抗剪强度是指木材抵抗剪切破坏的能力。顺纹抗剪强度较低，仅为顺纹抗压强度的1/5-1/8，这是木材力学性能的薄弱环节。当木梁承受较大的剪力时，容易在支座附近发生顺纹剪切破坏。

横纹抗剪强度较高，约为顺纹抗剪强度的3-4倍。但在实际应用中，木材很少承受纯横纹剪切作用。在木结构连接中，螺栓孔、齿板等周围的木材会受到复杂的应力作用，需要进行局部承压强度和抗劈裂性能的验算。

含水率对强度的影响

含水率是影响木材强度的最主要因素之一。当含水率在纤维饱和点以上时，强度基本不变。当含水率在纤维饱和点以下降低时，细胞壁内的吸着水逐渐排出，细胞壁物质之间的距离缩小，分子间引力增强，木材强度提高。

在设计木结构时，需要根据使用环境确定合理的木材含水率，并采用相应含水率下的强度设计值。室内干燥环境下，木材含水率约为8%-12%。室内正常环境下，含水率约为12%-15%。室外有遮盖环境下，含水率约为15%-18%。室外无遮盖或与水直接接触时，含水率在18%以上。

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木材的缺陷

天然缺陷

节疤是木材最常见的缺陷，是树木枝条被包裹在树干中形成的。节疤破坏了木材纤维的连续性，在节疤周围产生应力集中，显著降低木材的强度。节疤对顺纹抗拉强度的影响最大，可降低60%-90%，对抗弯强度的影响次之，对顺纹抗压强度的影响相对较小。根据节疤的状态，分为活节和死节。活节与周围木材紧密结合，对强度影响相对较小。死节与周围木材结合松弛，容易脱落，对强度影响较大。

裂纹是木材中常见的另一种天然缺陷。木材在生长过程中或采伐后干燥过程中，由于内应力作用会产生各种裂纹。裂纹严重破坏木材的完整性，降低承载能力，还可能成为腐朽和虫害的入口。根据裂纹的位置和形态，分为径裂、轮裂、端裂等类型。径裂沿径向延伸，轮裂沿年轮方向延伸，端裂出现在木材端部。

斜纹是指木材纤维方向与轴线方向不一致的现象。斜纹降低木材的顺纹强度，增加横纹强度，但总体上对木材强度不利。斜纹还会引起木材干燥时的翘曲变形。斜纹度用纤维倾斜长度与轴向长度的比值表示，斜纹度越大，对强度的不利影响越大。

生物危害缺陷

腐朽是木材最严重的生物危害缺陷，由木腐菌引起。木腐菌分解木材的细胞壁物质,使木材软化、变色、强度丧失。木材腐朽需要四个基本条件：适宜的温度(20℃-30℃)、适宜的含水率(纤维饱和点以上)、充足的氧气、足够的养分。缺少任何一个条件,木腐菌都不能生长。

根据腐朽对木材的破坏特征,分为白腐和褐腐。白腐主要分解木材中的木素和纤维素,使木材呈白色或浅黄色,质地较韧。褐腐主要分解纤维素,使木材呈褐色,干燥后沿裂纹破碎成方块状。腐朽木材的强度急剧下降,不能作为承重构件使用。

虫害也是木材的重要生物危害。危害木材的害虫主要有白蚁、天牛、粉蠹虫等。白蚁是热带和亚热带地区危害木材最严重的害虫,能在短时间内将木材蛀空。天牛幼虫在木材内部蛀食,在表面留下圆形或椭圆形的孔洞。粉蠹虫体型小,在木材表面留下针孔状小孔,孔外有粉末状虫粪。

干燥及机械加工缺陷

木材在干燥过程中,如果干燥工艺不当,会产生各种干燥缺陷。表面硬化是指木材表层先行干燥硬化,而内部仍保持较高含水率,导致干燥后期内部干缩时表层产生拉应力而开裂。内裂是在木材内部产生的裂纹,从外表看不出来,但严重影响木材质量。

翘曲变形是木材干燥时常见的缺陷,包括顺弯、横弯、扭曲等形式。翘曲变形主要由木材各向异性的干缩性质引起,也与干燥工艺、木材堆放方式有关。变形严重的木材无法加工成规格材,只能作为低等级材料使用。

机械加工缺陷包括起毛、撕裂、崩茬等。起毛是指木材表面纤维部分断裂而未脱离,呈毛刺状。撕裂是指木材表面纤维被撕裂形成凹槽。崩茬是指木材边缘或端面出现的破裂。这些缺陷影响木材表面质量,需要进行修整或打磨。

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木材的防护

木材的腐朽与防腐

木材防腐的根本原理是破坏木腐菌生长的必要条件。最常用的方法是控制木材含水率,将含水率控制在20%以下,木腐菌就无法生长。木结构的防腐设计首先要考虑构造防腐,通过合理的构造设计避免雨水积存,保持木材干燥。屋檐、雨搭、防水层等构造措施都是重要的防腐手段。

对于与地面接触或处于潮湿环境中的木材,需要进行防腐处理。防腐剂种类很多,要求对木腐菌有毒杀作用,对人畜和植物无害或低毒,对金属无腐蚀性,在木材中稳定性好,不易流失。传统的防腐剂如铜铬砷(CCA)防腐效果好,但含有重金属,现已逐步被环保型防腐剂替代。

现代常用的环保型防腐剂包括铜唑类(ACQ)、铜吡啶类等。这些防腐剂以铜作为主要杀菌成分,配合有机物增效剂,既保证防腐效果,又降低环境危害。防腐处理方法主要有涂刷、浸渍、加压注入等。加压注入法是最有效的处理方法,能使防腐剂深入木材内部,但需要专用设备。

木材的虫害与防虫

木材防虫的措施包括物理防治、化学防治和生物防治。物理防治主要是干燥处理和高低温处理。将木材干燥至含水率18%以下,大多数害虫无法存活。高温处理是将木材加热至60℃以上并保持一定时间,可以杀死木材中的虫卵和成虫。低温处理是将木材冷冻至-20℃以下,同样可以杀死害虫。

化学防治是使用杀虫剂处理木材。许多防腐剂同时具有防虫作用,如硼化物类防腐剂对多种害虫都有很好的毒杀效果。单纯的防虫剂主要有拟除虫菊酯类、有机磷类等。化学防治见效快、效果好,但要注意药剂的环保性和安全性。

生物防治是利用害虫的天敌或病原微生物来控制虫害,这种方法环保、安全,但目前还处于研究和试验阶段,尚未大规模应用。在实际工程中,通常采用多种防治措施相结合的综合防治策略,既保证防虫效果,又降低成本和环境影响。

木材的防火处理

木材是可燃材料,防火处理对于木结构建筑尤为重要。木材的防火处理主要通过在木材表面或内部施加阻燃剂来实现。阻燃剂的作用机理包括：在木材表面形成隔热层,阻止热量传递；分解时吸收大量热量,降低木材温度；分解产生不燃气体,稀释可燃气体浓度；促进木材表面碳化,形成保护层。

阻燃剂主要分为无机阻燃剂和有机阻燃剂。无机阻燃剂如磷酸盐类、硼化物类,具有阻燃效果好、价格低廉的优点,但容易吸湿,降低木材的物理力学性能。有机阻燃剂如卤系阻燃剂、磷系阻燃剂,阻燃效果好,不易流失,但成本较高。

阻燃处理方法包括表面涂刷、浸渍、加压注入等。表面涂刷是最简单的方法,但阻燃剂进入深度有限,防火效果较差。加压注入可使阻燃剂深入木材内部,防火效果好,但对设备要求高。

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常用建筑木材

针叶树材

针叶树材是我国建筑用材的主要来源,具有生长快、分布广、材质较均匀的特点。松木是使用最广泛的建筑木材,我国的马尾松、红松、落叶松都是重要的建筑用材。马尾松主要分布在长江流域以南地区,心材淡红褐色,边材淡黄白色,年轮明显,材质较硬,富含松脂。马尾松常用于建筑结构、桥梁、电杆等。

红松主要分布在东北地区,心材黄褐色或红褐色,边材浅黄色,材质轻软,纹理通直,加工容易。红松强度适中,干燥后不易开裂变形,是高级家具和室内装修的优质用材。落叶松材质较重较硬,强度高,耐腐性好,适用于户外工程和承重结构。

杉木是我国南方特有的优质建筑木材,主要分布在长江流域及以南地区。杉木心材红褐色,边材黄白色,材质轻软,纹理通直,结构均匀。杉木有特殊香气,具有天然的防虫防腐性能。杉木易于加工,不易翘曲开裂,广泛用于建筑结构、门窗、家具等。

柏木也是我国传统的优质木材,心材黄色或黄褐色,有特殊的柏木香气。柏木材质致密,结构均匀,耐腐性极强,有“千年不腐”之称。柏木常用于高级家具、雕刻、寺庙建筑等。

阔叶树材

阔叶树材材质较硬,花纹美观,但生长周期长,资源相对紧张。水曲柳是东北地区重要的硬阔叶材,心材褐色,边材黄白色,年轮明显,花纹美观。水曲柳材质坚韧,强度较高,纹理通直或斜向交错,形成独特的花纹。水曲柳是高级家具、体育器材、工具柄的优质用材。

柞木材质坚硬沉重,强度很高,耐磨性好,但干燥困难,容易开裂。柞木心材浅褐色,边材淡黄色,木射线明显,形成美丽的银光花纹。柞木适用于地板、家具、车船、矿柱等。

榆木是我国北方地区常见的阔叶材,心材暗褐色,边材黄褐色或淡褐色。榆木材质坚韧,纹理清晰,弦面有美丽的花纹。榆木适应性强,耐腐性较好,是传统家具的重要用材。

桦木分布广泛,心材与边材区别不明显,材色浅黄,有光泽。桦木材质较硬,结构细致,加工性能好。桦木常用于家具、胶合板、地板等。

进口木材

随着国内木材资源的紧缺,进口木材在建筑和家具行业中的比重不断增加。从北美进口的花旗松、铁杉等针叶材,材质优良,规格统一,等级明确,广泛用于木结构建筑。花旗松强度高,材质坚韧,是理想的结构用材。铁杉材质较轻,色泽浅,加工容易,常用于室内装修。

从东南亚进口的柚木、菠萝格等硬木,材质优良,耐腐性强,适用于户外工程。柚木含有天然油脂,防水防腐性能优异,是高级家具和游艇甲板的理想材料。菠萝格材质重硬,强度高,稳定性好,广泛用于户外地板、园林景观。

从欧洲进口的云杉、赤松等木材,加工精细,质量稳定,常用于门窗、家具等产品。这些进口材料虽然价格较高,但质量有保证,在高端市场有很好的应用前景。

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木材制品

胶合板

胶合板是将木材旋切成单板,按木纹方向相互垂直组坯,用胶粘剂胶合而成的板状材料。相邻层单板的纤维方向相互垂直排列,这种结构使胶合板克服了木材各向异性的缺点,干缩湿胀率大大降低,尺寸稳定性显著提高。

胶合板通常由奇数层单板组成,常见的有三层、五层、七层等。胶合板的厚度从3mm到30mm不等,可满足不同用途的需要。胶合板的强度取决于单板的质量、厚度、层数以及胶合质量。表板质量对胶合板的外观和性能影响最大,因此通常选用质量较好的单板作为表板。

根据用途和胶合强度,胶合板分为不同等级。一类胶合板能经受沸水煮、蒸汽处理等严格考验,适用于室外及潮湿环境。二类胶合板能耐热水浸渍,适用于室内常温环境。三类胶合板能耐冷水浸渍,适用于室内干燥环境。四类胶合板不耐水,仅适用于室内干燥场所。

胶合板广泛应用于建筑、家具、包装、车船等领域。在建筑中,胶合板用作模板、墙板、屋面板、地板基层等。在家具制造中,胶合板用作家具的面板、背板、抽屉底板等。高质量的装饰胶合板表面美观,可直接用作家具表面。

纤维板

纤维板是将木材或其他植物纤维经过分离、施胶、铺装、热压而成的板状材料。根据密度不同,纤维板分为硬质纤维板、中密度纤维板和软质纤维板。中密度纤维板(MDF)是目前应用最广泛的纤维板产品,密度在0.50-0.88g/cm³之间。

中密度纤维板结构均匀,材质细密,性能稳定,边缘牢固,表面光滑平整,容易雕刻和铣型。中密度纤维板的力学性能接近木材,但没有木材的各向异性,在各方向上的强度基本相同。中密度纤维板的握钉力不如刨花板和实木,但可以通过预钻孔、使用专用连接件等方法改善。

中密度纤维板广泛用于家具制造、室内装修、音响设备外壳等。在家具制造中,中密度纤维板常用作柜门、抽屉面板、桌面等部位,表面可以贴木皮、贴纸或直接油漆。高密度纤维板表面坚硬耐磨,常用于地板基材。

软质纤维板密度低、孔隙率大,具有良好的保温隔热和吸声性能,用作建筑的保温隔热材料和吸声材料。硬质纤维板密度高、强度大,但尺寸稳定性较差,使用较少。

刨花板与定向刨花板

刨花板是将木材或其他木质纤维材料制成刨花,加胶热压而成的板状材料。刨花板充分利用木材资源,将小径材、枝桠材、木材加工剩余物等都可以作为原料,符合资源节约的理念。

刨花板的结构通常分为三层:表层用细小的刨花,增加表面平整度；芯层用较粗大的刨花,保证强度和减轻重量。这种结构使刨花板既有较好的表面质量,又有足够的强度。刨花板的各向同性比实木好,但不如中密度纤维板。刨花板的握钉力好于中密度纤维板,但多次拆装后握钉力会下降。

定向刨花板(OSB)是刨花板的改进产品,将表层刨花定向排列,提高了板材的力学性能。定向刨花板通常为三层结构,表层刨花沿板材长度方向排列,芯层刨花垂直于表层排列。这种结构使定向刨花板在主要受力方向上的强度大幅提高,接近胶合板的性能。

定向刨花板具有强度高、尺寸稳定性好、不易变形的优点,广泛用于建筑结构板材、包装材料、家具基材等。在北美,定向刨花板已经大量替代胶合板用于木结构建筑的墙板和屋面板。在家具制造中,定向刨花板用作承重部件的基材,表面贴饰后使用。

胶合木

胶合木又称集成材,是将规格材按顺纹方向胶合成大尺寸构件的工程木材产品。胶合木克服了实木尺寸受限、易开裂变形、强度不均匀等缺点,可以制造大跨度梁、弧形构件等,在现代木结构建筑中发挥重要作用。

胶合木的制造首先要对原木进行干燥,将含水率控制在12%左右。然后锯切成规格板材,剔除节疤、裂纹等缺陷。接着将板材端面胶合成长板材,这种端接方式称为指接。最后将多层板材按纹理方向平行胶合,经过加压固化制成胶合木构件。

胶合木的性能优于实木。强度方面,由于剔除了大的缺陷,胶合木的强度比同树种实木提高20%-30%。尺寸稳定性方面,胶合木的干缩湿胀率仅为实木的1/2-1/3。耐久性方面,胶合木采用工业化生产,质量稳定可靠,经过防腐处理后耐久性很好。

胶合木广泛应用于体育馆、教堂、会展中心、桥梁等大跨度公共建筑。胶合木可以制成各种形状,包括直梁、弧形梁、弯曲构件等,创造独特的建筑空间效果。胶合木建筑不仅结构性能优良,而且展现木材的自然美感,营造温馨舒适的室内环境。

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木结构连接

传统木结构连接

中国传统木结构采用榫卯连接,不用一钉一铆,完全依靠木构件之间的咬合来实现连接和传力。榫卯连接种类繁多,常见的有直榫、燕尾榫、抱肩榫、插榫等。直榫是最基本的榫卯形式,一个构件端部做成凸出的榫头,另一个构件上开出相应的榫眼,两者插接固定。

燕尾榫的榫头呈梯形,两侧有斜面,插入后不易拉出,多用于需要承受拉力的部位。抱肩榫用于梁与柱的连接,梁端做成叉形,抱住柱顶,通过榫卯和重力作用实现稳固连接。斗拱是中国传统建筑中独特的构造形式,通过层层挑出的短木相互搭接,将屋顶荷载逐层传递到柱子上,同时增强整体稳定性。

传统榫卯连接的优点是施工不需要金属紧固件,构造美观,还具有一定的柔性,能够适应地震等动力荷载。缺点是加工复杂,对工匠技艺要求高,施工周期长。在现代木结构中,纯粹的榫卯连接已较少使用,但榫卯原理仍然在某些连接节点中得到应用。

现代木结构连接

现代木结构主要采用金属连接件进行连接,包括螺栓、钉、木螺钉、齿板等。这些连接方式施工简便,连接可靠,适合工业化生产。螺栓连接用于承受较大荷载的节点,通过螺栓穿过木构件,用螺母紧固。螺栓孔直径应比螺栓直径大1-2mm,以便安装和适应木材的干缩湿胀。

钉连接是最简单常用的连接方式,适用于承受较小荷载的部位。钉的直径、长度、数量根据承载力要求确定。打钉时应避开木材的节疤和裂纹,钉距不宜过密,以免木材劈裂。木螺钉的握持力比钉大,但施工需要预钻导向孔。

齿板连接采用双面镀锌钢板,板上冲压出许多尖齿,用压力机将齿板压入木材接缝两侧,形成牢固连接。齿板连接主要用于轻型木桁架的制造,具有连接强度高、施工快速、外形美观等优点。

金属连接件

现代木结构工程中使用各种专用金属连接件,包括梁托、柱脚、角铁、连接板等。这些连接件采用镀锌钢板制造,具有标准化的形状和尺寸,使用螺钉或螺栓与木构件连接。金属连接件不仅提高了连接强度和施工效率,还保证了连接节点的质量和可靠性。

梁托用于梁与梁、梁与柱的连接,有L形、U形等多种形式。U形梁托可以将梁端托起,同时限制梁的横向移动和扭转。柱脚连接件用于柱与基础的连接,既要传递竖向荷载,又要抵抗风荷载和地震作用产生的拉拔力和剪力。

连接件的防腐处理很重要。木材与金属接触部位容易产生电化学腐蚀,在潮湿环境中尤为严重。连接件应采用热镀锌或不锈钢材料,保证在木结构的使用年限内不发生破坏性锈蚀。

现代木结构设计中,连接节点的设计与构件设计同等重要。合理的连接设计可以充分发挥木材的强度,保证结构的安全可靠。连接节点还应考虑施工的可行性和经济性,避免过于复杂的节点形式。在大型木结构建筑中,标准化的连接件和连接方式有利于提高施工质量和效率。