《建筑材料》课程教学资源（教案讲义）第十章 木材及其制品

第十章木材10.1木材的分类及构造10.1.1木材的分类木材可以按树木成长的状况分为外长树木材和内长树木材。外长树形成年轮；内长树则无，热带地区木材几乎全为内长树木材。由树叶的外观形状可将木材分为针叶树木材和阔叶树木材。针叶树树干通直高大，木质较软，又称软木，再工程中广泛用作承重构件。常用树种有松木、杉木、柏木等。阔叶树树干通直部分较短，材质较硬，又称硬木，常图10-1木材的宏观构造用作尺寸较小的构件及装修材料。常用树种有榆1一横切面2—径切面3一弦切面4—一树皮木、椎木、水曲柳等。5一木质部6一髓心7一髓线8一年轮按木材的用途和加工的不同，可以分为原条、原木、普通锯材和枕木等四类。10.1.2未材的构造木材的性质主要由术材的构造所决定，术材的构造分为宏观造和微观构造。1）木材的宏观构造将木材切成如图10-1所示的3个切面，即横切面、径切面、弦切面。从弦切面上可以看到，树木是由髓心、木质部和树皮等部分组成。髓心部分强度低，易腐朽，一般不用，重要的木构件都要避开髓心。从髓心向外的辐射线称为髓线，木材干燥时易沿髓线开裂。木质部是木材使用的主要部分。靠近树中心颜色较深的部分称为心材；靠近边缘颜色较浅的部分称为边材。心材比边材含水率低，变形小，抗蚀性好。树皮一般无大的用处，可用作造纸原料。从横切面上可看到木质部具有深浅相同的同心圆环，即为年轮。同一年轮内，色浅而质松的部分是春季生长的，称春材；色深而质密的部分是夏秋季生长的，称为夏材。同一树种，年轮越密越均匀，木质越好，夏材部分越多，木材强度越高。从弦切面可看到木材的纹理，体现除木材的装饰性。2）木材的微观构造微观构造是从显微镜下观察到的木材组织。在显微镜下可观察到木材是由无数管状空腔细胞紧密结合而成，绝大部分管状细胞纵向排列，少数横向排列（如髓线）。每个细胞由细胞壁和细胞腔组成。与春材相比，夏材的细胞壁较厚，细胞腔较小，所以夏材的构造比春材密实

第十章 木材 10.1 木材的分类及构造 10.1.1 木材的分类 木材可以按树木成长的状况分 为外长树木材和内长树木材。外长树形成年轮； 内长树则无，热带地区木材几乎全为内长树木 材。 由树叶的外观形状可将木材分 为针叶树木材和阔叶树木材。针叶树树干通直高 大，木质较软，又称软木，再工程中广泛用作承 重构件。常用树种有松木、杉木、柏木等。阔叶 树树干通直部分较短，材质较硬，又称硬木，常 用作尺寸较小的构件及装修材料。常用树种有榆 木、柞木、水曲柳等。 按木材的用途和加工的不同， 可以分为原条、原木、普通锯材和枕木等四类。 10.1.2 木材的构造 木材的性质主要由木材的构造所决定，木材的构造分为宏观构 造和微观构造。 1）木材的宏观构造 将木材切成如图 10-1 所示的 3 个切面，即横切面、径切面、弦 切面。 从弦切面上可以看到，树木是由髓心、木质部和树皮等部分组 成。髓心部分强度低，易腐朽，一般不用，重要的木构件都要避开髓心。从髓心 向外的辐射线称为髓线，木材干燥时易沿髓线开裂。木质部是木材使用的主要部 分。靠近树中心颜色较深的部分称为心材；靠近边缘颜色较浅的部分称为边材。 心材比边材含水率低，变形小，抗蚀性好。树皮一般无大的用处，可用作造纸原 料。 从横切面上可看到木质部具有深浅相同的同心圆环，即为年轮。 同一年轮内，色浅而质松的部分是春季生长的，称春材；色深而质密的部分是夏 秋季生长的，称为夏材。同一树种，年轮越密越均匀，木质越好，夏材部分越多， 木材强度越高。 从弦切面可看到木材的纹理，体现除木材的装饰性。 2）木材的微观构造 微观构造是从显微镜下观察到的木材组织。在显微镜下可观察 到木材是由无数管状空腔细胞紧密结合而成，绝大部分管状细胞纵向排列，少数 横向排列（如髓线）。每个细胞由细胞壁和细胞腔组成。与春材相比，夏材的细 胞壁较厚，细胞腔较小，所以夏材的构造比春材密实

10.2木材的物理力学性质10.2.1密度与表观密度木材的密度各树种相差不大，一般在1.48~1.56g/cm3之间。材的表观密度则随木材孔隙率、含水量及其他一些因素的变化而不同，一般有气干表观密度、绝干表观密度和饱水表观密度之分。木材的表观密度越大，其湿胀干缩率也越大。处于气干状态下的木材表观密度平均约为500kg/m3。10.2.2含水率和吸湿性木材的含水率是指木材所含水的质量占干燥木材质量的百分数。含水率的大小对木材的湿胀干缩性和强度影响很大。新伐木材的含水率常在35%以上：风干木材的含水率为15%～25%；室内干燥木材的含水率为8%～15%。木材中所含水分可分为自由水、吸附水和化合水三种。自由水的变化只影响木材的表观密度、燃烧性和抗腐蚀性，而吸附水的变化是影响木材强度和胀缩变形的主要因素，结合水在常温下不发生变化。当木材中无自由水，而细胞壁内充满吸附水并达到饱和时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，其值随树种不同而异，通常介于25%～35%之间，平均值约为30%。木材的吸湿性是双向的，其含水率随环境温度和湿度而变化。当木材长时间处于一定温度和湿度的环境中时，其含水率会趋于稳定，此时的含水率称为木材的平衡含水率。10.2.3湿胀与干缩变形木材的纤维细胞组织构造使木材具有显著的湿胀干缩变形特性。木材发生湿胀干缩变形的规律是：当木材含水率在纤维饱和点以下时，随着含水率的增大，木材体积产生膨胀：相反亦然。而当木材含水率在纤维饱和点以上变化时，只是自由水增加，而木材的质量，体积不发生改变。同一木材中，弦向胀缩变形最大，径同次之，纵同最小。为避免胀缩对木材的不利影响，通常在加工前将木材进行干燥处理，使其含水率达到与其使用环境相适应的平衡含水率。10.2.4木材的强度及其影响因素1）抗压强度木材的顺纹抗压强度是指压力作用方向与木材纤维方向平行时的强度；横纹抗压强度是指压力作用方向与木材纤维垂直时的强度。顺纹抗压强度大大高于横纹抗压强度2）抗拉强度顺纹抗拉强度是指拉力方向与木材纤维方向一致时的强度，也是木材所有强度中最高的。木材横纹抗拉强度很低，工程中一般只利用木材的顺纹抗拉强度。3）抗弯强度

10.2 木材的物理力学性质 10.2.1 密度与表观密度 木材的密度各树种相差不大，一般在 1.48～1.56g/cm3 之间。 木材的表观密度则随木材孔隙率、含水量及其他一些因素的变化而不同，一般有 气干表观密度、绝干表观密度和饱水表观密度之分。木材的表观密度越大，其湿 胀干缩率也越大。处于气干状态下的木材表观密度平均约为 500kg/m3。 10.2.2 含水率和吸湿性 木材的含水率是指木材所含水的质量占干燥木材质量的百分 数。含水率的大小对木材的湿胀干缩性和强度影响很大。新伐木材的含水率常在 35％以上；风干木材的含水率为 15％～25％；室内干燥木材的含水率为 8％～ 15％。 木材中所含水分可分为自由水、吸附水和化合水三种。自由水 的变化只影响木材的表观密度、燃烧性和抗腐蚀性，而吸附水的变化是影响木材 强度和胀缩变形的主要因素，结合水在常温下不发生变化。当木材中无自由水， 而细胞壁内充满吸附水并达到饱和时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，其值随树种不同而异，通常介于 25％～35％ 之间，平均值约为 30％。 木材的吸湿性是双向的，其含水率随环境温度和湿度而变化。 当木材长时间处于一定温度和湿度的环境中时，其含水率会趋于稳定，此时的含 水率称为木材的平衡含水率。 10.2.3 湿胀与干缩变形 木材的纤维细胞组织构造使木材具有显著的湿胀干缩变形特 性。木材发生湿胀干缩变形的规律是：当木材含水率在纤维饱和点以下时，随着 含水率的增大，木材体积产生膨胀；相反亦然。而当木材含水率在纤维饱和点以 上变化时，只是自由水增加，而木材的质量，体积不发生改变。 同一木材中，弦向胀缩变形最大，径向次之，纵向最小。 为避免胀缩对木材的不利影响，通常在加工前将木材进行干燥 处理，使其含水率达到与其使用环境相适应的平衡含水率。 10.2.4 木材的强度及其影响因素 1）抗压强度 木材的顺纹抗压强度是指压力作用方向与木材纤维方向平行时 的强度；横纹抗压强度是指压力作用方向与木材纤维垂直时的强度。顺纹抗压强 度大大高于横纹抗压强度。 2）抗拉强度 顺纹抗拉强度是指拉力方向与木材纤维方向一致时的强度，也 是木材所有强度中最高的。木材横纹抗拉强度很低，工程中一般只利用木材的顺 纹抗拉强度。 3）抗弯强度

木材受弯破坏时，首先是受（c）横纹切断(a）顺纹剪切（b）横纹剪切压区达到强度极限，产生大量变形，但构件仍能继续承载，随后抗拉区也达到强度极限，图10.2木材的剪砌纤维间的联接被撕裂及纤维的断裂导致最终破坏。4）抗剪强度木材受剪时分为顺纹剪切、横纹剪切和横纹切断三种。其中横纹切断强度最高，顺纹剪切强度次之，横纹剪切强度最低。以木材的顺纹抗压强度为1，木材各种强度之间的比例关系如表10-1所示。表10-1木材各种强度大小关系抗剪拉抗抗压抗弯顺纹横纹顺纹横纹顺纹横纹切断11/10~1/32~31/20~1/31.5~21/7~1/31/2~15）影响木材强度的主要因素（1）含水量木材强度受含水量影响很大。当木材含水率在纤维脑和点以下时，随含水率降低，木材强度提高：反之，强度降低。当木材含水率在纤维饱和点以上变化时，强度不变。为便于比较，我国标准《木材物理力学试验方法》（GB1927～1943一91）规定测定木材强度以含水率15%时的强度测定值作为便准，其他含水率下的强度可按下式换算成标准含水率时的强度。1,=α,[+a(w-15)]式中α15一一含水率为15%时的木材强度；含水率为W%时的木材强度；w-W—一试验时木材含水率；木材含水率校正系数。aα随作用力和树种不同而不同，如顺纹抗压所有树种均为0.05；顺纹抗拉时阔叶树为0.015，针叶树为0；抗弯所有树种为0.04；顺纹抗剪所有树种为0.03。（2）负荷时间

木材受弯破坏时，首先是受 压区达到强度极限，产生大量变形，但构件 仍能继续承载，随后抗拉区也达到强度极限， 纤维间的联接被撕裂及纤维的断裂导致最终 破坏。 4）抗剪强度 木材受剪时分为顺纹剪切、横纹剪切和横纹切断三种。其中横 纹切断强度最高，顺纹剪切强度次之，横纹剪切强度最低。 以木材的顺纹抗压强度为 1，木材各种强度之间的比例关系如表 10-1 所示。 表 10-1 木材各种强度大小关系 抗 压 抗 拉 抗弯 抗 剪 顺纹 横纹 顺纹 横纹 顺纹 横纹切断 1 1/10～1/3 2～3 1/20～1/3 1.5～2 1/7～1/3 1/2～1 5）影响木材强度的主要因素 （1）含水量 木材强度受含水量影响很大。当木材含水率在纤维脑和点以下 时，随含水率降低，木材强度提高；反之，强度降低。当木材含水率在纤维饱和 点以上变化时，强度不变。 为便于比较，我国标准《木材物理力学试验方法》（GB1927～ 1943－91）规定测定木材强度以含水率 15％时的强度测定值作为便准，其他含 水率下的强度可按下式换算成标准含水率时的强度。 式中 σ15——含水率为 15%时的木材强度； σw——含水率为 W%时的木材强度； W——试验时木材含水率； α——木材含水率校正系数。 α 随作用力和树种不同而不同，如顺纹抗压所有树种均为 0.05；顺纹抗拉时阔叶树为 0.015，针叶树为 0；抗弯所有树种为 0.04；顺纹抗 剪所有树种为 0.03。 （2）负荷时间

木材在长期荷载作用下不致引起破坏的最高强度称为持久强度。木材的持久强度仅为短期极限强度的50%～60%。木机构通常都处于长期负荷状态，因此，在设计时应考虑负荷时间的影响。（3）环境温度木材的强度随环境温度升高而降低。长期处于50℃以上的建筑物不宜采用木结构。（4）疵病木材在生长、采伐、保存过程中，所产生的内部和外部的缺陷，统称为疵病。木材的疵病主要有木节、斜纹、裂纹、腐朽和虫害等。一般木材或多或少都存在一些症疵病，致使木材的物理力学性质受到影响。10.3木材的防腐和防火10.3.1木材的腐朽与防腐1）木材的腐朽木材腐朽为真菌侵害所致。真菌在木材中的生存和繁殖必须同时具备3个条件：即要有适当的水分、空气和温度。最适宜真菌繁殖的条件是：木材含水率为35%～50%，温度为25℃～30℃，木材中有一定量的空气存在。3个条件中任少以项真菌就无法存活。2）木材的防腐与防虫木材防腐与防虫常采用两种方式。第一种方式最常用的办法是通过通风，排湿，表面涂刷油漆等措施，保证木结构经常处于干燥状态，使其含水率在20%以下。第二种方式通常是把化学防腐剂、防虫剂注入木材内，使木材成为对真菌和昆虫有毒的物质。注入防腐剂、防虫剂的方法有以下几种：常压法：表面喷叶法、常温浸渍法、热冷槽浸注法。压力渗注法：满细胞法、空细胞法，10.3.2木材的防火木材防火处理方法有表面处理法和溶液浸注法两种。在溶液浸注法中，木材浸注等级及要求为：一级浸注：保证木材无可燃性；二级浸注：保证木材缓燃；三级浸注：在露天火源作用下，能延迟木材燃烧起火。10.4木材的综合利用木材应用最常见的有以下几种（1）胶合板胶合板又称层压板，最高层数可达15层。土木工程中常用的是三合板和五合板。胶合板广泛应用于室内隔墙板、天花板、护壁板、顶棚板、各种家具及室内装修。（2）胶合夹芯板

木材在长期荷载作用下不致引起破坏的最高强度称为持久强 度。木材的持久强度仅为短期极限强度的 50％～60％。木机构通常都处于长期 负荷状态，因此，在设计时应考虑负荷时间的影响。 （3）环境温度 木材的强度随环境温度升高而降低。长期处于 50℃以上的建筑 物不宜采用木结构。 （4）疵病 木材在生长、采伐、保存过程中，所产生的内部和外部的缺陷， 统称为疵病。木材的疵病主要有木节、斜纹、裂纹、腐朽和虫害等。一般木材或 多或少都存在一些疵病，致使木材的物理力学性质受到影响。 10.3 木材的防腐和防火 10.3.1 木材的腐朽与防腐 1）木材的腐朽 木材腐朽为真菌侵害所致。真菌在木材中的生存和繁殖必须同 时具备 3 个条件：即要有适当的水分、空气和温度。最适宜真菌繁殖的条件是： 木材含水率为 35％～50％，温度为 25℃～30℃，木材中有一定量的空气存在。3 个条件中任少以项真菌就无法存活。 2）木材的防腐与防虫 木材防腐与防虫常采用两种方式。 第一种方式最常用的办法是通过通风，排湿，表面涂刷油漆等 措施，保证木结构经常处于干燥状态，使其含水率在 20％以下。 第二种方式通常是把化学防腐剂、防虫剂注入木材内，使木材 成为对真菌和昆虫有毒的物质。注入防腐剂、防虫剂的方法有以下几种： 常压法：表面喷吐法、常温浸渍法、热冷槽浸注法。 压力渗注法：满细胞法、空细胞法。 10.3.2 木材的防火 木材防火处理方法有表面处理法和溶液浸注法两种。 在溶液浸注法中，木材浸注等级及要求为：一级浸注：保证木 材无可燃性；二级浸注：保证木材缓燃；三级浸注：在露天火源作用下，能延迟 木材燃烧起火。 10.4 木材的综合利用 木材应用最常见的有以下几种： （1）胶合板 胶合板又称层压板，最高层数可达 15 层。土木工程中常用的是 三合板和五合板。胶合板广泛应用于室内隔墙板、天花板、护壁板、顶棚板、各 种家具及室内装修。 （2）胶合夹芯板

分实心板和空心板两种。胶合夹芯板面宽，尺寸稳定，质轻且构造均匀，多用作门板、壁板及家具。（3）刨花板、木丝板、木屑板这类板材表观密度较小，强度较低，主要用作绝热和吸声材料。（4）纤维板纤维板按成型时温度、压力不同，分为硬质、半硬质和软质3种。纤维板使木材能充分利用，构造均匀，账缩小，不易开裂和翘曲。硬质纤维板广泛用作室内壁板、门板、地板、家具等，软质纤维板主要用作绝热和吸声材料。（5）镶拼地板镶拼地板美观、舒适、耐用，装饰效果好，导热性小，可代替木地板使用

分实心板和空心板两种。胶合夹芯板面宽，尺寸稳定，质轻且 构造均匀，多用作门板、壁板及家具。 （3）刨花板、木丝板、木屑板 这类板材表观密度较小，强度较低，主要用作绝热和吸声材料。 （4）纤维板 纤维板按成型时温度、压力不同，分为硬质、半硬质和软质 3 种。纤维板使木材能充分利用，构造均匀，账缩小，不易开裂和翘曲。硬质纤维 板广泛用作室内壁板、门板、地板、家具等，软质纤维板主要用作绝热和吸声材 料。 （5）镶拼地板 镶拼地板美观、舒适、耐用，装饰效果好，导热性小，可代替 木地板使用