第二章-结构用木材课件.ppt

1、1 建筑承重构件用材的要求：树干长，纹理直，树干长，纹理直，木节少，扭纹少，能耐腐蚀和虫蛀，易干燥，少木节少，扭纹少，能耐腐蚀和虫蛀，易干燥，少开裂开裂，具有较好的力学性质，并便于加工。结构用材可分两类：针叶材针叶材和阔叶材阔叶材。结构结构中的承重构件多采用针叶材中的承重构件多采用针叶材。阔叶材主要用作板阔叶材主要用作板肖、键块和受拉接头中的夹板等重要配件肖、键块和受拉接头中的夹板等重要配件。2.1.1 木材树种 2（a）针叶材（b）阔叶材木结构用材的树种3 各地区可供选用的常用树种：1）黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古：红松、松木、落叶松、杨木、云杉、冷杉、水曲柳、桦木、

2、槲栎、榆木。2）河北、山东、河南、山西河北、山东、河南、山西：落叶松、云杉、冷杉、松木、华山松、槐树、刺槐、柳木、杨木、臭椿、桦木、榆木、水曲柳、槲栎。3）陕西、甘肃、宁夏、青海、新疆陕西、甘肃、宁夏、青海、新疆：华山松、松木、落叶松、铁杉、云杉、冷杉、榆木、杨木、桦木、臭椿。4）广东、广西广东、广西：杉木、松木、陆均松、鸡毛松、罗汉松、铁杉、白椆、红椆、红锥、黄锥、白锥、檫木、山枣、紫树、红桉、白桉、拟赤杨、木麻黄、乌墨、油楠。5）湖南、湖北、安徽、江西、福建、江苏、浙江湖南、湖北、安徽、江西、福建、江苏、浙江：杉木、松木、油杉、柳杉、红椆、白椆、红锥、白锥、栗木、杨木、檫木、枫香、荷木、拟

3、赤杨。6）四川、云南、贵州、西藏四川、云南、贵州、西藏：杉木、云杉、冷杉、红杉、铁杉、松木、柏木、红锥、黄锥、白锥、红桉、白桉、桤木、木莲、荷木、榆木、檫木、拟赤杨。7）台湾台湾：杉木、松木、台湾杉、扁柏、铁杉。4 常用木材的主要特性常用木材的主要特性简单介绍如下：落叶松落叶松干燥较慢、易开裂，早晚材的硬度及收缩均有大的差异，在干燥过程中容易轮裂，耐腐性强。铁杉铁杉干燥较易，干缩在小至中等之间，耐腐性中等。云杉云杉干燥易，干后不易变形，干缩较大，不耐腐。马尾松、云南松、赤松、樟子松、油松马尾松、云南松、赤松、樟子松、油松等干燥时可能翘裂，不耐腐，最易受白蚁危害，边材蓝变色最常见。红松、华山松、

4、广东松、海南五针松、新疆红松红松、华山松、广东松、海南五针松、新疆红松等干燥易，不易开裂或变形，干缩小，耐腐性中等，边材蓝变色最常见。栎木及椆木栎木及椆木干燥困难，易开裂，干缩甚大，强度高，甚重甚硬，耐腐性强。青冈青冈干燥难，较易开裂，可能劈裂，干缩甚大，耐腐性强。水曲柳水曲柳干燥难，易翘裂，耐腐性较强。桦木桦木干燥较易，不翘裂，但不耐腐。5新利用树种木材的主要特性新利用树种木材的主要特性：槐木槐木干燥困难，耐腐性强，易受虫蛀。乌墨乌墨（密脉蒲桃）干燥较慢，耐腐性强。木麻黄木麻黄木材硬而重，干燥易，易受虫蛀，不耐腐。隆缘桉、柠檬桉和云南蓝桉隆缘桉、柠檬桉和云南蓝桉干燥困难，易翘裂；云南蓝桉能耐

5、腐，隆缘桉和柠檬桉不耐腐。檫木檫木干燥较易，干燥后不易变色，耐腐性较强。榆木榆木干燥困难，易翘裂，收缩颇大，耐腐性中等，易受虫蛀。臭椿臭椿干燥易，不耐腐，易呈蓝变色，木材轻软。桤木桤木干燥颇易，不耐腐。杨木杨木干燥易，不耐腐，易受虫蛀。拟赤杨拟赤杨木材轻、质软、收缩小，强度低，易干燥，不耐腐。6 2.1.2 木材品种 （1）天然木材原木、锯材（方木、板材）、规格材。原木：树干经砍去枝杈去除树皮的圆木。斜率不超过0.9%。以捎径计径级，捎径80200mm，长48m。d7原木捎径大于200mm切锯板材：b3h，b=1580mm。方木：b纤维饱和点：木材强度不因含水率的变化而改变，没有膨胀、收缩的变

6、化。1，强度几乎保持不变。（b）非抵承面较长时（a）非抵承面很短时56斜纹承压强度与夹角的关系cccc901011sin80ffff国外规范：cc90c22cc90sincosf ffff国内规范国外规范57 顺纹受剪成角度受剪横纹受剪。木材受剪破坏时变形很小，达到强度极限时突然破坏，表现为脆性特点。剪应力在受剪面上不均匀分布。2.5.5 抗剪强度 58 2.5.6 变形性能（弹性模量）木材弹性模量与树种、木材密度和含水率等因素有关。顺纹受压和顺纹受拉弹性模量基本相等。抗弯弹性模量略低于抗拉、抗压弹性模量，约差10%。结构计算中，表观抗弯弹性模量与顺纹抗拉、抗压模量不做区分。59树种产地弹性模

7、量E(103MPa)顺纹受拉顺纹受压臭 冷 杉落 叶 松鱼鳞云杉红皮云杉红 松马 尾 松樟 子 松杉 木木 荷拟 赤 杨东北长白山东北小兴安岭东北长白山东北长白山东 北广 西东 北广 西福 建福 建10.716.914.712.210.210.612.310.712.89.411.4 14.211.09.5 12.39.4部分树种木材顺纹受拉和受压的弹性模量60T0.05EER0.10EELT0.06GELR0.075GEE顺纹受压和顺纹受拉弹性模量；ER，ET径向和切向的横纹弹性模量；G剪变模量；GLT，GLR，GRT弦切面（纵向与切向）、径切面（纵向与径向）、横切面（径向与切向）剪变模量。

8、横纹弹性模量与剪变模量：61部分树种木材的剪变模量树种剪切模量G (103MPa)GLTGLR红 皮 云 杉红 松马 尾 松杉 木山 杨白 桦柞 栎水 曲 柳06307028660973902967018270997612152084391.21720.75431.17050.53480.90011.93102.37951.478362 2.5.7 木材强度与密度的关系树 种产 地关 系 式落 叶 松黄花落叶松红 松马 尾 松杉 木杉 木白 桦东 北东 北东 北福 建湖 南福 建东 北f15=1191.7515-209f15=1192.9615-188f15=106715-151f15=403

9、.0515+149.61f15=145515-151f15=1119.3415-43f15=83215-63部分木材密度与顺纹受压强度的失系 注：f15、15当含水率为15时，木材的顺纹受压强度和密度。63 顺纹抗压强度：fc5.75+63.3G (N/mm2)顺纹抗拉强度：ft34.69+163.95G (N/mm2)抗弯强度：fm8.14+136.22G (N/mm2)弹性模量：E=(2.1+13.72G)103 (N/mm2)G木材比重（气干比重）气干密度是衡量木材力学性能的重要指标之一。64 2.5.8 木材的破坏准则Tai-Wu准则220902090090t0c0c90c90vt0c

10、0t90c90111121kf ffffffff Norris二次曲面表达式0.5222090090v()()()1fff6566 木材的受力性能即强度除各向异性外，还与木材所在的树干位置、含水率、缺陷、试件尺寸、荷载持续时间、干湿状况、使用条件及设计使用年限等有关。测试方法按木材物理力学试验方法总则（GB 1928-2009）含水率为12%的清材小试件试验67 2.6.1 含水率 纤维饱和点，不影响。纤维饱和点，含水率愈高则强度愈低。抗压、抗弯强度影响最大，抗剪次之，抗拉影响最小。对低品质结构木材影响甚微，对高品质结构木材影响明显。68f12木结构规范规定的含水率标准，12%。木材顺纹受拉、

11、受压、受弯及横纹承压时，含水率为w时的强度fw换可以算成含水率为12时的强度f12：f12=fw 1(w12)w试件含水率（），823范围内；含水率换算系数。69 2.6.2 缺陷 斜纹对抗拉强度影响最大、抗弯次之，抗压最小。木节对抗拉强度影响最大，且与木节位置有关；对抗压强度影响最小。木节对抗弯强度影响介于抗拉与抗压之间，对原木抗弯强度影响小于对锯材影响；位于受拉边缘的影响大于受压边缘。70 考虑斜纹和木节影响，抗弯、抗压、抗拉强度折减系数分别为0.75、0.80与0.66。通长的贯通裂缝不允许用作结构木材，干裂对顺纹抗剪强度影响最大，抗弯次之。考虑干裂影响，抗弯、抗拉、抗剪强度折减系数分别

12、取0.85、0.90和0.82.71 2.6.3 荷载持续时间较大荷载在木结构上长期持续作用，会导致木材强度和刚度降低。持久强度持久强度：木材持续荷载持续时间多长也不会引起木材破坏的临界强度。一般认为约为短期强度的60%72木材的长期强度与瞬时强度的比值随木材的树种和受力性质而不同，一般大约为：顺纹受压0.50.59；顺纹受拉0.5；静力弯曲0.50.64；顺纹受剪0.50.55。73荷载持续作用10年，木材强度会降低40%左右。我国规范对持续荷载的影响系数取0.72，当结构作用全部为恒荷载时，再乘以0.8的折减系数，即0.576。74蠕变蠕变：荷载持续时间内，木材变性逐渐增大的现象。两种结果

13、：收敛或破坏。75 2.6.3 尺寸效应 构件截面越大，构件越长，则构件中包含缺陷（木节、斜纹等）的可能性越大，木材强度越低。受弯、顺纹受拉、顺纹受剪 折减系数：0.89、0.75、0.9。76 2.6.5 温度影响温度升高，木材的强度和弹性模量降低。低温（0C）以下，抗弯强度、抗压强度和抗冲击性能略高于常温；高温（50C）时，强度明显降低；常温下，随温度升高强度降低，强度降低程度与木材的含水率、温度值及荷载持续作用的时间等多种因素有关。温度超过140C，木纤维开始裂解成黑色，强度和弹性模量显著降低。高温条件下不宜选用木材作为承重构件材料。77 2.7.1 清材小试件方法 清材：无任何缺陷的木

14、材。试验时含水率为12%。木结构设计规范：原木和方木采用清材小试件的试验结果计算木材设计强度；规格材采用足尺试件。78 拉、弯弹性模量试件形式同强度试件；抗压弹性模量试件尺寸：20mm*20mm*60mm。采用正态分布描述强度特性。79 2.7.2 足尺试验方法 结构木材定级试验结构木材定级试验：对于规格材，直接用作试件，截面尺寸不作改动，以获得该规格的规格材的强度。足尺试验结果与清材小试件结果有较大差别。80根据肉眼可见的缺陷严重程度分级：原木、方木和板材按照目测缺陷的严重程度分为a、a和a三级。规格材分为c、c VIIc七级。2.8.1 目测定级81项次缺陷名称材 质 等 级IaIIaII

15、Ia1腐 朽不允许不允许不允许2木 节(1)在构件任何150mm长度上沿周长所有木节尺寸的总和，不得大于所测部位原木周长的(2)每个木节的最大尺寸，不得大于所测部位原木周长的 1/4 1/10（连接部位为1/12）1/3 1/6 不限 2/53扭 纹任何1m材长上倾斜高度，不得大于80mm120mm150mm4髓 心应避开受剪面不限不限5虫 蛀允许有表面虫沟，不得有虫眼注：对于死节（包括松软节和腐朽节），除按一般木节测量外，必要时尚应按缺孔验算除按一般木节测量外，必要时尚应按缺孔验算。若死节有腐朽迹象，则应经局部防腐处理后使用。木节尺寸按垂直于构件长度方向测量，直径小于直径小于10mm10mm

16、的活节不量的活节不量。对于原木的裂缝，可通过调整其方位（使裂缝尽量垂直于构件受剪面）予以使用。承重结构原木材质标准82项次缺 陷 名 称材 质 等 级IaIIaIIIa1腐 朽不允许不允许不允许2木 节在构件任一面任何150mm长度上所有木节尺寸的总和，不得大于所在面宽的1/3(连接部位为1/4)2/51/23斜 纹任何1m材长上平均倾斜高度，不得大于50mm80mm120mm4髓 心应避开受剪面不限不限5裂 缝（1）在连接的受剪面上（2）在连接部位的受剪面附近，其裂缝深度（有对面裂缝时用两者之和）不得大于材宽的 不允许1/4 不允许1/3 不允许不限6虫 蛀允许有表面虫沟，不得有虫眼承重结构

17、方木材质标准注：对于死节（包括松软节和腐朽节），除按一般木节测量外，必要时尚应按缺孔验算除按一般木节测量外，必要时尚应按缺孔验算。若死节有腐朽迹象，则应经局部防腐处理后使用。木节尺寸按垂直于构件长度方向测量木节尺寸按垂直于构件长度方向测量。木节表现为条状时，在条状的一面不量，直径小于10mm的活节不量。83项次缺陷名称材 质 等 级IaIIaIIIa1腐 朽不允许不允许不允许2木 节 在构件任一面任何150mm长度上所有木节尺寸的总和，不得大于所在面宽的14(连接部位为15）1/32/53斜 纹任何1m材长上平均倾斜高度，不得大于50mm80mm120mm4髓 心不允许不允许不允许5裂 缝在连

18、接部位的受剪面附近不允许不允许不允许6虫 蛀允许有表面虫沟，不得有虫眼注：对于死节（包括松软节和腐朽节），除按一般木节测量外，必要时尚应按缺孔验算除按一般木节测量外，必要时尚应按缺孔验算。若死节有腐朽迹象，则应经局部防腐处理后使用。承重结构板材材质标准8485 机械评级木材机械评级木材：按某种非破损检测方法，测定结构木材的某一物理指标，按该指标确定木材等级；机械应力等级木材机械应力等级木材：以木材的特征强度确定木材等级。用于规格材与层板胶合木的层板定级。非破损检测方法：弯曲法、振动法、波速法、射线法等。2.8.2 机械定级86 定义：将某些树种或树种组合的木材，加工成一定厚度的木板，经干燥、刨

19、平等加工，按一定的截面组坯方式平叠，用胶加压而成的木材产品。是一种根据木材强度分级的工程木产品，通常是由二层或二层以上的木板叠层胶合在一起形成的构件，是重组木材广泛用于大型木结构工程。87胶合木是采用由特别挑选的单片锯材-层板，根据其性能特点，将其安排在不同的位置，然后用耐久性高的粘合剂胶合在一起形成的构件。2.9.1 层板88 层板单层厚度通常在45mm以下。三类：普通胶合木层板、目测定级层板和机械定级层板。普通胶合木层板的材质等级为b、b和b三级，亦即普通胶合木等级。89项次缺陷名称材 质 等 级IbIIbIIIb1腐 朽不允许不允许不允许2木 节 （1）在木板任一面任何150mm长度上所

20、有木节尺寸的总和，不得大于所在面宽的（2）在木板指接及其两端各100mm范围内 13 不允许 25 不允许 12 不允许3斜 纹任何1m材长上平均倾斜高度不得大于50mm80mm150mm4髓 心不允许不允许不允许5裂 缝（l）木板窄面上的裂缝，其深度（有对面裂缝用两者之和）不得大于板宽的（2）木板宽面上的裂缝，其深度（有对面裂缝用两者之和）不得大于板厚的 1/4 不 限 1/3 不 限 1/2 对侧立腹板工字梁的腹板。l3，对其他板材，不限6虫 蛀允许有表面虫沟，不得有虫眼7涡 纹在木板指接及其两端各100mm范围内不允许不允许不允许普通层板胶合木层板木材材质标准90 2.9.2 层板胶合木

21、种类 三类：普通层板胶合木、目测定级层板胶合木、机械定级层板胶合木。普通层板胶合木的材质等级为b、b和b三级。用途：受拉或拉弯构件、受压构件、上弦、拱、高度不大于500mm的受弯构件、高度大于500mm的受弯构件亦即侧立腹板工字梁等。9192相比天然木优点：相比天然木优点：1、不受天然木尺寸的限制，可制成各种形状和截面，是唯是唯一可制成弯曲形状的工程木产品。一可制成弯曲形状的工程木产品。2、可以避免木材中木节和裂缝的影响，进行合理级配，量材使用，提高木材使用率和材料强度。3、易进行防腐防虫处理，效果好。4、可以进行工业化生产，减少现场工作量5、大构件不需防火处理，只需控制尺寸即可。939420

22、042004年建成，桥的跨度为年建成，桥的跨度为33m33m，宽度为，宽度为2.5m2.5m。所有胶合木。所有胶合木构件均用花旗松生产。构件均用花旗松生产。19891989年建成，跨度年建成，跨度88m88m，拱高，拱高27m27m，拱脚支撑在约，拱脚支撑在约6m6m高的高的钢筋混泥土支墩上。钢筋混泥土支墩上。95 上海欢乐谷过山车，以被誉为超级结构用材的美国南方松木为主材，沿湖堤搭建，带给游客超过10次的太空零重力感受，挑战生命不能承受之轻！带来1200米的呼啸之旅。96苏州胥江河上将建单跨80米国内第一木结构仿古桥梁979899100101102103迪斯尼溜冰场104伦敦文艺中心105

23、定义：将由木段旋切成单板或由木方刨切成薄木，以一定的规则铺放并用胶粘剂胶合，经加压、加温养生而成的大张薄板或厚板。106木基结构板材规格木基结构板材规格：常规规格：1、长为2440MM，宽为1220MM，厚度有2.7、3.3mm,4.5mm,5.5mm，6mm.18mm，自6mm起，按1mm递增，厚度自4mm以下为薄胶合板。常用到的是 3 厘板、5 厘板、9 厘板、12 厘板、15 厘板和 18 厘板六种规格（1 厘即为 1mm）。2、建筑膜板专用胶合板：长为1830MM，宽为915MM，厚度有3mm、5mm107 胶合板的用途：胶合板的用途：胶合板变形小、幅面大、施工方便、横纹抗拉性能好等优点使其应用领域愈来愈广泛，1、家具制造方面如橱、柜、桌、椅等；2、室内装修有天花板、墙裙、地板衬板等；3、工程建筑中的混凝土模板、建筑构件等；4、车船制造及包装等行业108