建筑師講義之木結構（一）

一、木結構用木材
    (一)木結構的特點和適用范圍
    由木材或主要由木材組成的承重結構稱為木結構。由于樹木分布普遍，易于取材，采伐加工方便，同時木材質輕且強，所以很早就被廣泛地用來建造房屋和橋梁。木材是天然生成的建筑材料，它有以下一些缺點：各向異性、天然缺陷(木節(jié)、裂縫、斜紋等)、天然尺寸受限制、易腐、易蛀、易裂和翹曲。因此，木結構要求采用合理的結構形式和節(jié)點連接形式，施工時應嚴格保證施工質量，并在使用中經常注意維護，以保證結構具有足夠的可靠性和耐久性。
    由于木材生長速度緩慢，我國木材資源有限，因此目前在大、中城市的建設中已不準采用木結構，但在木材產區(qū)的縣鎮(zhèn)，磚木混合結構的房屋還比較常見。近年來，膠合木結構也正在積極研究推廣，速生樹種的應用范圍也在不斷擴大，因此，木結構在一定范圍內還會得到利用和發(fā)展。   
    承重木結構應在正常溫度和濕度環(huán)境中的房屋結構和構筑物中使用。凡處于下列生產、使用條件的房屋和構筑物不應采用木結構：
    (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500C的；
    (3)經常受潮且不易通風的。
    (二)木結構用材的種類及分類
    1．木結構用材的種類
       結構用的木材分兩類：針葉材和闊葉材。主要承重構件宜采用針葉材，如紅松、云杉：冷杉等；重要的木制連接件應采用細密、直紋、無節(jié)和其他缺陷且耐腐的硬質闊葉材，如榆樹材、槐樹材、樺樹材等．
    2．木結構用材的分類
    木結構構件所用木材根據(jù)使用前截面的不同，可分為原木、方木和板材三種：
    (1)原木
    原木又稱圓木，可分為整原木和半原木。原木根部直徑較粗，梢部直徑較細，其直徑變化一般取沿長度相差1m變化9mm。原木梢部直徑為梢徑。原木直徑以梢徑米度量。
    (2)方材
    截面寬度與厚度之比小于3的稱為方材(方木)，常用厚度為60～240mm。
    (3)板材
    截面寬度與厚度之比大于3的為板材，常用厚度為15～80mm。
    (三)木材的力學性能
    1．木材的受拉性能
    木材順紋抗拉強度最高，而橫紋抗拉強度很低，僅為順紋抗拉強度的1／10～1／40。木材在受拉破壞前變形很小，沒有顯著的塑性變形，因此屬于脆性破壞；
    2．木材的順紋受壓性能
    由木材順紋受壓時的應力―應變關系(圖11-127)可見，木材受壓時具有較好的塑性變形，它可以使應力集中逐漸趨于緩和，所以局部削弱的影響比受拉時小得多：木節(jié)對受壓強度的影響也較小，斜紋和裂縫等缺陷和疵病也較受拉時的影響緩和，所以木材的受壓工作要比受拉工作可靠得多。
3．木材的受彎性能
    由木材橫向彎曲試驗得到試件中部(純彎曲段)截面的應力分布(圖11-128)。從圖中可以看出，截面的應力只在加荷初期才呈直線分布。隨著荷載的增加，在截面的受壓區(qū)，壓應力分布將逐漸成為曲線，而受拉區(qū)內應力的分布仍接近于直線，中和軸逐漸下移。當受壓邊緣纖維應力達到其強度極限值時將保持不變，此時的塑性區(qū)不斷向內擴展，拉應力不斷增大，一直到邊緣拉應力到達抗拉強度極限時，試件即告破壞。木材的抗彎強度極限是從測得的破壞彎矩M按σ=M/W求得的(W―試件截面抵抗矩)，是假定法向應力呈直線分布導出的，并不代表試件破壞時截面的實際應力，它實際上是一個虛設的極限應力，按這個公式求得的極限抗彎強度只是一個折算的指標。
    4．木材的承壓性能
    兩個構件利用表面互相接觸傳遞壓力叫做承壓；作用在接觸面上的應力叫做承壓力。在構件的接頭和連接中常遇到這種情況。
(四)影響木材力學性能的閱素
    木材是由管狀細胞組成的天然有機材料，它的力學性能受著許多因素的影響。
    1．木材的缺陷
    天然生長的木材不可避免地會存在一些缺陷，對木材影響最大的缺陷是腐朽、蟲蛀，這是任何等級的木材絕對不允許的；此外，對木材影響較大的缺陷有木節(jié)、斜紋、裂縫以及髓心。
    《木結構規(guī)蒞》將木材材質按缺陷的多少和大小，以及承重結構的受力要求，分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個等級(Ⅰ級最好，Ⅲ級最差)。承重結構構件按受力方式及受力重要性分為三類：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(如吊頂小龍骨)材質等級選用Ⅲ級。
    2，含水率
    木材的含水率對木材強度有很大影響，木材強度一般隨含水率的增加而降低，當含水率達到纖維飽和點寸，含水率再增加，木材強度也不再降低、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。
    按含水率的大小，木材可分為干材(含水率≤18％)，半干材(含水率=18％～25％)和濕材(含水率>25％)．<木結構規(guī)范規(guī)定，在制作構件時，木材的含水率應符合下列要求：
    (1)現(xiàn)場制作的原木或方木結構不應大干25％：
(2)板材和規(guī)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％，且同一構件各層木板間的含水率差別不應大于5％。
    3．木紋斜度
    木材是一種各向異性的材料，不同方向的受力性能相差很大，同一木材的順紋強度最高，橫紋強度最低。此外，木材的力學性能還與受荷載作用時間、溫度的高低、濕度等因素的影響有關。受荷載作用隨時間的增長，木材的強度和剛度下降。溫度升高、濕度增大，木材的強度和剛度下降。

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