木︱木材的干缩湿胀

含水量

含水率是指木材中水分的重量占干木材重量的百分比。木材的水分含量可以从30%左右变化到200%或更多。

木材的干缩湿胀是自然现象,是不可避免的,但是可以预测的。

木材纤维饱和点——变形的临界点

树木被砍伐后,水开始从木头上蒸发。首先离开的是游离水,储存在细胞腔内的水。游离水的蒸发对木材的物理性质几乎没有影响,除了减轻木材的重量。

当游离水消失时,只剩下结合水,即细胞壁的纤维素中更紧密的水。这种湿度条件被称为木材的纤维饱和点,平均为30%左右。纤维饱和点以下含水率的变化对木材的力学性能有显著的影响,使其干缩湿胀。

木材平衡含水率

木材的含水量达到了与周围环境的平衡,这种水分状态称为木材的平衡含水率。 湿冷环境中木材的含水率最高。

木材在安装到建筑中时,应该调整到接近其预期的最终平衡含水率。这样,由随后的湿度与温度变化引起的变形或移动就会被最小化。

木材平衡含水率与空气湿度温度的关系

制作构件时,木材含水率应符合下列规定:

1 板材、规格材和工厂加工的方木不应大于19%。

2 方木、原木受拉构件的连接板不应大于18%。

3 作为连接件,不应大于15%。

4 胶合木层板和正交胶合木层板应为8%~15%,且同一构件各层木板间的含水率差别不应大于5%。

5 井干式木结构构件采用原木制作时不应大于25%;采用方木制作时不应大于20%;采用胶合原木木材制作时不应大于18%。 

《木结构设计标准 GB50005-2017》

不均匀的干缩湿胀

在实际应用中,沿着原木长度的收缩(纵向收缩)可以忽略不计。弦向收缩率比径向收缩率大一半以上。所以原木在干燥时会产生很高的内应力,不可避免地会有径向裂缝。

不均匀的收缩会导致木材的翘曲,翘曲的方向取决于木材在树上的位置。这种变形在弦切木材中最为明显。这一特性将影响到原木的切分和加工

不同方向的收缩比例
图片来源: Architectural graphic standards: student edition, 11th edition.
干缩的预测
图片来源:Forest Products Laboratory, Forest Service, USDA.


湿度差为20%时,不同木材和木制产品的变形量
图片来源: Eigenschaften und Kenngrössen von Holzarten, Zurich-Dietikon, 1987

预测与积极应对

在设计开始时,就必须考虑木材的干缩湿胀问题。在木材部件和相邻表面之间提供足够的间隙。大截面木材可以通过开槽,以避免不受控制的劈裂。

©Kathrin Draeger

参考文献 Reference

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