工程木质材料重点归纳

第一章绪论工程木制材料（EngineeredWoodProducts简称EWP）是指通过一系列加工，产品强度性能具有可评价、可设计保证的结构用木制材料。EWP的最大特征是强度性能可靠性高，此外，它还具有可制成任意大的规格、任意形状的部件（结构用集成材，结构用单板层积材、PSL等），尺寸稳定性好，价格便宜（OSB、OSL等），强重比高，耐火性能高（大断面结构用集成材，大断面结构用单板层积材等）、抗震性能好,但结构用集成材与锯材相比，价格较高，生产技术含量较高。工程木制材料一般都用作结构材料，取代传统的实体木材。它包括单板层积材（LVL：LaminatedVeneerLumber）、单板条定向材（PSL）、定向长刨片层积材（OSL）、结构用集成材（Glulam：GluedLaminatedLumber）、机械应力分等锯材（MSR：MachineStressRatedLumber）、结构用指接材、结构用胶合板、定向刨花板（OSB）以及由结构用锯材或LVL和结构用胶合板或OSB或实木胶合板材组合加工而成的I字梁（I—joist），金属件衔接木材桁架等等。工程木制材料分类A．以原木为原料，首先以锯削加工为第一道工序开始的加工工艺生产的产品。这类产品主要包括结构用锯材、结构用指接材、结构用集成材。结构用锯材是通过锯削加工、力学性能分等等工序加工制成的，可用于承受一定荷载的锯材。根据力学分等的方法不同又分为外观分等（以力学性能分级为目的的外观分等）和机械分等两类结构用锯材。随着科学技术的发展，锯材机械分等方法也不断增多，主要有机械应力分等（MSR：MachineStressRatedLumber）、应立波分等、超声波分等、X射线分等等等。结构用集成材是以锯材为原料，通过干燥、力学分等、刨光、指接等工序加工成同等或不同等级的层板，根据标准要求，进行组坯、胶合加工制成的用于承重的结构用材。B．以原木为原料，通过旋切加工制成单板，因为单板后期加工、组坯方式的不同，主要分为结构用胶合板、单板层积材、单板条定向材三种产品。结构用胶合板：将旋切单板干燥、分等后，垂直组坯、胶合而成的结构用板材。单板层积材：将旋切单板干燥、分等后，平行组坯、层积胶合而成的结构用板材。单板条定向材（PSL）：将旋切单板加工成一定长度和厚度的单板条、通过干燥、施胶、定向铺装、胶合制成的结构用材。C．以小径木或枝丫材为原料，将其刨削成一定规格尺寸的长条形刨花（一般长度为150——250mm），经过干燥、施胶、定向铺装、热压等工序的加工，可加工成为定向刨花板或刨花定向成材。定向刨花板（OSB）与刨花定向成材（OSL）的主要区别在于，前者刨花长度较短，一般长度为150——250mm，而且板坯铺装为三层，层与层之间的刨花在长度方向上相互垂直，目的是代替结构用胶合板；后者刨花长度较长，一般长度为250——350mm，板坯铺装为定向单层，目的是代替结构用单板层积材。使用举例：工字梁的上下翼缘主要由ＬＶＬ或结构用锯材制成，中间腹板用定向刨花板或结构用胶合板。近年来，翼缘也使用刨花定向成材（OSL），腹板也使用结构用纤维板或实木胶合板。EWP主要用途：结构用集成材、单板条层积材（PSL）主要用于木结构房屋的主梁、立柱，桥梁的主梁等大型受力构件。LVL：在建筑方面，ＬＶＬ可制成长度超过２０ｍ的建筑构件，用于建筑托梁屋顶桁架、工字梁等构件，也可加工成门窗、门窗框，墙壁支柱、楼梯等建筑部件。其它领域：如桥梁、车辆、船舶、家具等方面。工字梁的上下翼缘主要由ＬＶＬ和结构用锯材制成，中间腹板用定向刨花板或结构用胶合板。定向长刨片层积材（OSL）可用于工字梁的上下翼缘，也可用于楼梯等结构部件。结构用胶合板和定向刨花板（OSB）在建筑上可用于剪力墙、楼面板，工字梁制造等方面。结构用胶合板还可用于车辆、船舶制造，混凝土模板，集装箱底版等领域。ＯＳＢ还可用于包装运输等领域。EWP在中国发展趋势：①工程木制材料生产的主要原料——针叶材在中国有着广泛的分布。②近年来，中国从俄罗斯进口原木也逐年大幅度上升。③我国杉木、落叶松等针叶材应用于建筑具有悠久的历史，在现存的浙江省嘉善的西塘古镇、江苏省周庄古镇等一些古代民居都可以看到杉木等针叶材的身影。④近年来，我国在纤维复合增强工程木制材料研究方面也取得了可喜进展。例如：玄武岩纤维复合增强结构用胶合板、结构用集成材。⑤国内外木结构房屋市场的发展有力地促进了中国结构用集成材等工程木制材料产业化规模不断扩大。⑥随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，尤其是随着中国改革开放的不断深入，出现了国外企业集团争相开发中国木结构房屋市场的局面。⑦国家标准相继实施。第二章木材基本结构和性能（均为木材学基本知识）第三章木材无损检测常见的木材力学性能无损检测技术有哪些？主要方法检测原理机械应力检测采用机械方法施加恒定变形(或载荷)于被测试样上，测得相应的载荷(或变形)，由计算机系统算出试样的弹性模量，并推测静曲强度。振动检测通过施加外力使试样产生横向振动之后，通过传感器测取试样的自由振动频率，计算出试样的弹性模量。冲击应力波检测检测通过试样的纵向应力波的速度，结合试样的密度，确定出试样的弹性模量，对静曲强度及内结合强度等也可进行有效的预测。射线检测以射线透射木质材料，用射线接收传感器直接测量窄小范围内透过试样前后射线强度的变化，根据射线衰减率以及试样的平均吸收系数推算出木材的密度。超声波检测通过测定超声波经过试样预定距离的传播时间计算平均波速，然后可利用波速和密度计算试样的弹性模量。括在宽度方向拼接和在长度方向上斜接、指接以及其它等效胶合的板材。宽面材边节径比：板材宽度材面上，距板材两棱边10mm（对于干燥刨光后的层板距板材两棱边5mm）以内的范围叫做材边部分。节径比是指节子或孔洞的直径与所在的材面宽度之比的百分数。材边节径比的测量方法如左图所示。集中节径比：集中节径比是指在板材长度150mm区间内，节子及孔洞的直径总和与板材宽度的比值。节子直径检量是与板材的材棱平行的两条节子周切线之间的距离。集中节径比的测量方法，如右图所示。斜纹倾斜比：木材斜纹理在层板宽度方向上的倾斜高度与相对应的层板纵向长度之比。异等组合结构用集成材：对称布置非对称布置最外层层板laminationsforoutermostlayer：异等组合的结构用集成材在层积方向上，从两外侧向内边长的1/16以内部分使用的层板或最外侧一层的层板。外层层板laminationsforouterlayer：异等组合的结构用集成材在层积方向上，从两外侧向内边长超过1/16，在1/8以内除最外层层板外使用的的层板。内层层板laminationsforinnerlayer：异等组合的结构用集成材在层积方向上，从两侧向内超过边长的1/4部分使用的层板。中间层层板laminationsformiddlelayer：异等组合的结构用集成材的层板中，除最外层层板、外层层板和内层层板以外的层板。结构用集成材用途：故结构用集成材可制作各种造型的承载梁、柱、架等，并且已被广泛应用于体育馆、音乐厅、厂房、仓库及桥梁等建筑物上。使用环境1serviceclass1在每年内，相对于温度为20℃和仅有几周空气相对湿度超过65%条件下的环境，在环境下，对于绝大多数针叶材来说，年平均平衡含水率不超过12%。使用环境2serviceclass2在每年内，相对于温度为20℃和仅有几周空气相对湿度超过85%条件下的环境，在此环境下，对于绝大多数针叶材来说，年平均平衡含水率高于12%，但不超过20%。使用环境3serviceclass3在每年内，木材含水率高于使用环境2条件下的木材含水率，例如构件完全暴露在室外大气中。对于绝大多数针叶材来说，年平均平衡含水率超过20%。非结构用集成材用途：在家具行业，主要作为家具面板、门板和侧板等大幅面部件、柜类隔板、府板和抽屉底板等不外露的部件；抽屉面板、侧板、柜类小门等小幅面部件及椅类支架、扶手、靠背、沙发、茶几等弯曲部件。在装修业，主要用于楼梯侧板、踏步板、地板及墙壁装饰板等。指接材定义：指接材是经锯材加工、干燥后，根据需求的不同规格，由小块板材经胶合、拼接而成的板材。指接要求1）指接指榫的形状及参数内层用层板指接指榫长度不小于10mm，其它层板指接指榫长度不小于15mm。指榫斜面倾斜比要小于1/7.5，嵌合度要大于0.1mm。嵌合度选定，一般随着木材密度增大而变越小。2）层板指接部位的质量直径5mm以上的节子与指接部位的距离要不小于相应节子直径3倍的距离，直径小于5mm的节子不计。在距离指接齿底部位75mm之内不许有钝棱、裂纹、夹皮以及树脂囊。当剔除端部节子缺陷时，应在与节子相距3倍节子直径以上的距离处截断。结构用集成材的主要工艺流程：原木→制材→板材干燥→板材分等→板材两面刨光→剔除缺陷→板材两端开榫→指榫涂胶→板材长度指接→指接板材四面刨光→配板→涂胶→组拼→冷压养护→刨光→齐头→砂光→检验分等→成品包装修补→入库胶黏剂的使用要求：结构用集成材用胶粘剂可分为I类和II类两种胶粘剂。I类胶粘剂可用于所有使用环境的结构用集成材的制造。II类胶粘剂可用于使用环境1和使用环境2结构用集成材的制造，但是结构用集成材使用环境温度要低于50℃。使用环境1条件下的结构用集成材胶粘剂层板的层积方向和宽度方向胶合使用的胶粘剂：间苯二酚，间苯二酚－苯酚树脂，水基聚合物—异氰酸酯（要达到LY/T1601水基聚合物-异氰酸酯木材胶粘剂的要求，下同）层板长度方向胶合使用的胶粘剂：间苯二酚，间苯二酚－苯酚树脂，水基聚合物—异氰酸酯，三聚氰胺、三聚氰胺脲醛共缩聚树脂。使用环境2条件下的结构用集成材胶粘剂层板的层积方向和宽度方向胶合使用的胶粘剂：间苯二酚树脂，间苯二酚－苯酚树脂。层板的长度方向胶合使用的胶粘剂：间苯二酚，间苯二酚－苯酚树脂，三聚氰胺树脂。使用环境3条件下的结构用集成材胶粘剂层板的层积方向和宽度方向胶合使用的胶粘剂：间苯二酚树脂或间苯二酚—苯酚树酯。层板的长度方向上胶合使用的胶粘剂：间苯二酚树脂，间苯二酚－苯酚树脂，三聚氰胺树脂。集成材胶合性能检测：a）浸渍剥离试件在室温10℃～25℃水中浸渍24h后，放入（70±3）℃的恒温干燥器中，将试件干燥至试验前质量的100％－110％范围内。在干燥过程中，试件之间应保持至少50mm的距离，并且使木材横切面的纹理平行于气流方向。b）煮沸剥离试件在沸水中浸渍4h，然后在室温10℃～25℃下的水中浸泡1h，从水中取出试件，然后放入（70±3）℃的恒温干燥器中，将试件干燥至试验前质量的100%－110％范围内。在干燥过程中，试件之间应保持至少50mm的距离，并且使木材横切面的纹理平行于气流方向。c）减压加压剥离试件在室温10℃～25℃水中浸渍，抽真空到70kpa-85kpa保持5min，释放真空压力，加压到500Kpa-600Kpa，保压1h。上述处理反复进行2次后，把试件从水中取出，放入（70±3）℃的恒温干燥器中将试件干燥至试验前质量的100%－110％范围内。在干燥过程中，试件之间应保持至少50mm的距离，并且使木材横切面的纹理平行于气流方向。对于使用环境3条件下的结构用集成材，要连续进行2次上述处理。剪切强度：试件的剪切面与载荷平行，载荷加载速度为每分钟9800N，计算，并估算木破率。试验结果以含水率12%为标准。抗弯性能：第五章单板类工程木质材料我国胶合板国家标准规定普通胶合板分为三类：Ⅰ类胶合板，即耐气候胶合板，供室外条件下使用，3能通过煮沸试验；Ⅱ类胶合板，即耐水胶合板，供潮湿条件下使用，能通过63℃±3℃热水浸渍试验；Ⅲ类胶合板，即不耐潮胶合板，供干燥条件下使用，能通过干状试验。结构用胶合板主要工序为：原木截断→原木水热处理→剥皮→定木段中心→单板切削→单板干燥→单板剪切与拼接→单板整形加工→单板涂胶→组坯→预压和热压→裁边→刮光或磨光→检验→分等及包装等。结构胶合板的种类：结构胶合板（StructuralPlywood）是采用耐水胶粘结，用于做受力构件，主要包括层积芯板结构胶合板和厚芯板结构胶合板两种。结构胶合板的特点：由于结构胶合板产品物理力学性能的特殊要求，与普通胶合板相比，在生产工艺、制造技术和性能指标方面有其自己的特点。1）原料选择结构胶合板生产多采用针叶材作原料，也可采用混合树种，合理搭配内部结构，充分利用各树种木材材性优点，使产品的质量和综合性能达到优良。2）产品组坯结构结构胶合板组坯结构在符合对称原则的同时，还要根据其产品使用时的受力特点及产品技术要求进行结构设计，使其达到力学指标要求。3）单板加工厚单板：通常单板厚度应控制在1.2～4.5mm之间。4）胶粘剂结构胶台板主要是在室外条件下应用，因此要求其应具有耐候性和耐老化性，生产中多采用酚醛树脂胶。5）组坯、涂胶和热压工艺生产中可采用改性酚醛树脂胶，提高其固化速度，缩短热压时间。6）产品加工热压后的结构胶合板要堆垛存放，使酚醛树脂在较高温度下继续固化，从而提高产品的力学强度；同时堆垛存放也可防止产品翘曲变形。力学性能良好的耐气候性、耐老化性外．还要具有抗震性、耐冲击性等。用途：主要用作建筑中的旁板、地板衬板、水泥模板，特别是用预制构件的场合，结构胶合板是理想的承重结构材料；在家具制造领域，结构胶合板也有广泛的应用前景，如框架结构、表面覆盖优质单板或装饰板的结构胶合板甚至可直接用于家具表面；除此之外，结构胶合板在车船制造业及枕木制造等方面亦具有广阔的市场前景，可在包装用板中做受力构件等，且新的应用场合及新的用途正在连续不断的开发之中。美国主要用于天棚板、地板基材板、墙壁板等，临时搭建的小型活动房屋、海滨、山区等营地、居民区平房等的非砖瓦混式结构的建筑。此外，结构胶合板还有多种应用途径，如用于机床的机件，室外家具，公共设施，快装旅游用房，水池船舶，体育器材以及车辆和产品包装箱等多种门类的用途。单板层积材(LaminatedVeneerLumber，简称LVL):多层整幅（或经拼接）单板按顺纹为主组坯胶合而成的板材。LVL生产工艺：原木截断→原木蒸煮→原木剥皮→单板旋切→单板剪切→单板干燥→单板拼接→单板涂胶→组坯→预压→热压→锯割→检验→包装。LVL优点：单板层积材的优点为：（1）可靠性高。（2）规格大。（3）形状可裁截。（4）加工性良好。（5）耐候性强。（6）耐火性好。（7）抗震减震性好。（8）经济性较高。（9）单板层积材的生产和应用可以实现标准化、系列化。LVL组坯：组坯同样分为手工组坯和机械组坯，不同生产能力的生产线略有不同。在中等能力生产线上，逐张单板组坯到生产板材厚度，然后整个板坯送入预压机预压。单板自动停止装置保证板坯中单板的准确位置，预压以后板坯被自动锯成所要求的长度。而在高生产能力的生产线上，单板首先斜接成与热压机相等的长度，然后长单板组坯到要求的厚度并整体预压。第六章FRP增强木质复合材料玻璃纤维：主要成分都是硅、二氧化硅，其它成分组成包括：Al2O3，和MgO。玻璃纤维有很多优点，硬度高、耐腐蚀好、呈惰性、质量轻，柔韧性好和价格便宜。较为常用的纤维为：E-玻璃纤维，S-玻璃纤维，C-玻璃纤维。S-玻璃纤维强度最高，适用于有高性能要求的场合使用，如要求材料具有高强度和刚度的航天航空工业。玄武岩纤维以天然玄武岩矿石为原料，将矿石破碎后加入熔窑中，在1450－1500℃熔融后，通过喷丝板拉伸成的连续纤维。一般为褐色,有些似金色。非晶态物质，其使用温度范围大，使用过程中的热稳定性好，无毒、不易燃、耐化学腐蚀性好，并具有较好的力学性能，可用于制备热绝缘材料、声绝缘材料、抗震材料、过滤材料和复合材料等。有更高的使用温度和杨氏模量，经过大量的试验发现，玄武岩纤维在饱和Ca（OH）2溶液以及在水泥等碱性介质中能保持高度的稳定性，可代替钢筋用作混凝土建筑结构的增强材料，制作桥梁等大型建筑的结构件。重要的是玄武岩纤维具有较高的抗酸碱腐蚀能力。碳/石墨纤维：碳纤维，也称为石墨纤维，具有强度高，质轻和耐化学腐蚀性能。通常碳纤维是由下面三种原料生产：聚合丙稀腈（PAN），沥青和人造纤维（C6H10O5）n。碳纤维可以用三种不同的方法生产：气态原料、液态原料和固体原料。较之人造丝制得的碳纤维，由PAN生产的碳纤维具有更高的强度，同时导电性能也更好。碳纤维是良好的电导体，限制碳纤维应用的最大因素是成本高。为了更具有竞争性以及先进复合材料进入新的应用领域，随着市场需求的不断增加碳纤维的价格会逐渐下降。聚合纤维：聚合纤维有时称之为有机纤维，通常是将聚合物链沿着纤维轴向排列制作而成。聚合纤维同样具有高强度和刚度，良好的耐化学性和低密度等性能。最著名的聚合纤维是芳纶纤维，能现出高的比强度和比刚度或比韧性，同时也具有良好的热稳定性，低蠕变和耐化学性好等优点。应用包括：先进复合材料，橡胶增强材料，弹道保护，摩擦材料以及绳子/缆绳等。第七章预制型工程木制材料木质工字梁也叫工字型搁栅，是一种“工”字形的工程木质结构构件，由实木锯材或结构复合材作翼缘、木质结构板材作腹板，利用室外胶粘剂连接预制而成，主要用于木建筑的楼板体系中，也有少部分用在屋架体系上是空腹钢搁栅较为经济的替代产品。木质工字梁的组合材料有哪些？目前市场上的工字梁产品翼缘材料主要是由指接而成的实体锯材、单板层积材（LVL）、定向刨花层积材（LSL）或目测等级材、机械等级材，腹板材料为定级过的定向刨花板（OSB）或者胶合板。腹板的连接采用胶粘剂，通过正方形板端部直接对接、槽接或者指榫连接而成，而长尺寸板连接而成的产品由于可以降低端部连接的数量越来越受到欢迎。用于腹板之间以及腹板与翼缘之间的胶粘剂主要是室外用苯酚甲醛和苯酚间苯二酚胶粘剂。工字梁产品特点：强度：由于木纤维大部分位于受压弯作用的翼缘上，因此，木质工字梁与钢工字梁或暴露在外的梁腹钢铁托梁一样具有很高的强度，这一结构使得构件垂直轴沿线非常坚固，而与垂直轴对立的水平轴沿线强度相对较弱。跨度：木质工字梁产品长度多种多样，可提供超出常规规格木楼板托梁的长度。通常先生产出较长或同样长度的产品，再根据市场需求进行调整。重量：一个深度241mm、长度8m的木质工字梁其重量在23-32kg之间，最终重量取决于腹板的规格。而且这些“工”字形产品强重比高。规格稳定性：用于木质工字梁的各部分材料的含水率较低，避免了收缩、缠绕，确保了产品规格的稳定性。如：用于木质工字梁的胶合板或OSB板的含水率约为5%～10%，用于翼缘的LVL，含水率接近8%～18%。如果木料用于翼缘，若是采用指接，则含水率通常低于16%。管道安装：木质工字梁为管道安装在梁腹上的打孔位置和大小提供了很大的选择空间，但须遵循生产商对此设定的严格限制。楼板性能：木质工字梁尺寸统一，没有外在木痕，规格稳定，有韧劲，重量轻，能够承受长跨度。此外，由于大部分侧面带有翼缘，因此方便上钉、螺丝和粘合衬板。如施工得当，木质工字梁可表现出坚固和安静的性能。工字梁尺寸：长尺寸的获得是翼缘通过指接、腹板通过对接、指接、槽榫或者嵌入方式而实现。实际的长度只受运输条件的限制，最长可达20m。工字梁深度从241mm～508mm不等。翼缘的厚度通常为38mm，宽度通常从45mm到89mm不等。腹板的厚度从9.5mm到12.7mm不等。预制工字梁的重量通常从3kg/m到9kg/m不等。工字梁设计计算：挠度、中间和端部支承反力的影响工字梁性能及检测：工字梁的结构性能，包括剪切、反作用力、抗弯承载力、刚度和蠕变等性能。预制墙体：预制墙是生产商在遵循建筑设计规范的基础上，按照客户设计要求在工厂预先设计制作完成的墙体结构组件。预制墙体设计：规定了对墙骨规格和等级、墙骨间距大小、墙面板厚度、墙面和墙骨开孔大小、墙体转角处墙骨布置以及剪力墙等的要求。剪力墙的设计应包括：墙面板抗剪、连接件与墙端构件抗倾覆以及连接件传递剪力墙的剪力三部分。预制墙体的性能：传热性能：K值是由于温差的差异而使热流从建筑物热的一边向冷的一边迁移的一个度量值，即在建筑物两侧的空气差为1℃时，每小时在1m2面积的建筑物内通过了多少瓦特的热量。K值越小，热损失越小。外墙的传热系数K值大小与墙体厚度以及墙体采用的材料等有直接关系。隔声性能：墙体的隔声性能主要是测墙体的空气声隔声。耐火性能：预制墙可能需要进行单侧或双侧耐火等级评价。比如，对于外墙用途，国际建筑规范（IBC）允许木结构墙体只测试来自内部即内墙板一侧的单侧耐火等级，而仅仅当防火间距少于1.5m左右的墙体才被要求进行双侧耐火等级测试。预切割木构件：预切割构件是指对于普通木结构（传统梁柱式木结构）的木构件使用卯榫连接或金属连接件连接，在工厂内进行接合部预加工，然后到现场进行组装的木结构产品。木构件主要有普通干燥材和防腐处理材2类，木构件包括柱、屋架柱、梁、椽、斜撑、底梁板等。木桁架的种类有哪些？轻型木桁架：轻型木桁架屋盖广泛应用于住宅、公共、农业和商业建筑中，是目前应用最多的木屋盖系统。轻型木桁架可以应用在大跨度建筑中屋顶桁架：屋顶桁架的外形根据应用的屋面防水材料、屋架的受力性能和建筑造型等因素来选择，木桁架的外形通常有三角形、梯形及多边形等。楼板桁架：楼板桁架主要为平行弦桁架形式（Parallelchordtrusses），平行弦桁架也称平桁架（flattruss），弦杆、腹板与支撑情况不同组合构成了不同的平行弦桁架形式。是由各种尺寸的规格材通过不同等级和不同厚度的齿板连接而成的传递拉伸及剪切荷载的木构件，广泛用于楼板系统及平屋顶系统中（如图11-26），该类型的桁架较空腹板钢质搁栅（openwebsteeljoist）构成的结构系统更为经济。简述楼板桁架与木质工字梁的区别。楼板桁架上弦杆的宽为89mm的表面非常易于钉钉和胶接覆面材料。该楼板系统可以为居住者提供稳定、安静的居住环境。楼板桁架及楼板系统附加的刚度性能可以减小楼板的振动，具有良好的抵抗火灾的能力，能够减小声音在楼层间的传递。此外，该桁架楼板系统还具