注冊二級建筑師輔導之木結構用木材


一、木材的特點和適用范圍
木結構( timber structure )是指以木材為主制作的結構。
由于我國樹木分布廣泛,易于取材;木材采伐和加工方便,同時質輕且強,所以木材很早就被用來建造房屋與橋梁。但是,由于術材存在著各向異性、天然缺陷(木節、斜紋、髓心、裂縫等)、易腐、易蛀和易裂等缺點,對木結構的結構形式、節點連接,施工質量以及使用期維護都有比較高的要求,以保證木結構有足夠的可靠性和耐久性。環球網 校edu24ol.com
木結構生長速度緩慢,而木材資源有限,因此,建造木結構除了做到保證安全和人體健康以外,還要合理利用木材,大力發展人工林,改變過去對生態保護重視不夠,森林資源破壞嚴重的情況,促進我國木結構健康地可持續性發展。
承重木結構應在正常溫度和濕度環境中項房屋結構和構筑物中使用。凡處于下列生產和使用條件的情況,不應采用木結構:
( 1 )極易引起火災的;
( 2 )受生產性高溫影響,木材表面溫度高于 50 ℃ 的;
( 3 )經常受潮且不易通風的。
二、木材的分類環球網 校edu24ol.com
木結構用的木材分為針葉材和闊葉材。主要承重構件宜采用針葉材,重要的木質連接件應采用細密、直紋、無節和無其他缺陷且耐腐蝕的硬質闊葉材。
承重木結構用的木材,按照其材質,從好到壞可分為I、II、III級,設計時應根據受力的種類進行選用:受拉或拉彎構件材質等級選用 I 級;受彎或壓彎構件材質等級選用II 級;受壓構件及次要受彎構件材質等級選用 III級。承重結構木材材質標準參見 《 木結構設計規范 》 ( GB50005-2003 ) (本節以下簡稱 《 規范 》 )附錄 A 。
木結構用材按使用截面的不同,可分為原木、鋸材和膠合材。
( 1 )原木(log)是指伐倒并除去樹皮、樹枝和樹梢的樹干。
( 2 )鋸材( sawn lumber )是指由原木鋸制而成的任何尺寸的成品材或半成品材。鋸材又分方木( square timber )、板材( plank )和規格材( dimension lumber )。方木是指直角鋸切且寬厚比小于 3 的,截面為矩形或正方形的鋸材。板材是指寬度為厚度 3 倍或 3 倍以上的矩形鋸材。規格材是指按輕型木結構設計的需要,木材截面寬度和高度按規定尺寸加工的規格化木材。
( 3 )膠合材( glued lunber )是指以木材為原料通過膠合壓制而成的柱型材和各種板材的總稱。
三、木材的物理性能
1 .木材的含水率
木材的含水率對木材強度有很大的影響,隨含水率的增加木材強度降低。當含水率達到纖維飽和點時,木材的強度不再降低。含水率對受壓、受彎、受剪及承壓強度影響較大,而對受拉強度影響較小。
按照含水率大小,木材可分為干材(含水率小于 18 % )、半干材(含水率等于 18 %一 25 % )和濕材(含水率大于 25 % )。 《 規范 》 規定,在制作構件時,木材的含水率應符合下列要求:
( 1 )現場制作的原木或方木結構不應大于 25 % ;
( 2 )板材和規格材不應大于 20 % ;
( 3 )受拉構件的連接板不應大于 18 % ;
( 4 )作為連接件不應大于 15 % ;
( 5 )層板膠合木結構不應大于 15 % ,同一構件各層木板間的含水率差別不應大于 5 %。
2 .木材的濕脹、干裂與翹曲
當木材的含水率在纖維飽和點以下變化而引起木材的濕脹或干裂時,其尺寸變化的規律是相似的。由于干縮會引起開裂和翹曲,對于木結構的工作影響較大,因此木結構的干縮更需要引起重視。
原木或帶髓心的方木在干燥過程中開裂的原因主要有兩種:
( 1 )環向的收縮受到徑向的約束,沿年輪產生的環向拉應力;
( 2 )木材外層的水分蒸發速度比內層快,其收縮變形受到內層的阻礙時,亦產生環向拉應力。上述兩種原因產生的拉應力之和,超過了木材的抗拉強度時,即由外向內發生開裂。木材端部水分蒸發較快,常形成嚴重的端裂,應設法預防。
對于板材而言,在干燥過程中,環向和徑向兩個方向的干縮率不同,不會致使開裂,若任其自由變形,則發生翹曲。
3 .木材的缺陷
天然生長的木材不可避免的會存在一些缺陷。對木材影響最大的缺陷是腐朽和蟲蛀,這是任何等級的木材都絕對不允許的。對木材強度有影響的缺陷還包括:木節、斜紋、裂縫和髓心。
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