木材在土木工程中的应用

第三节　木材在土木工程中的应用

由于木材具有其独特的优良特性，在土建工程尤其是装饰领域中，始终保持着重要的地位。

一、木材的优良特性

（1）质轻而强度高。木材的表观密度一般为400～550 kg／m³，但顺纹抗拉强度和抗弯强度在30～100 MPa，因此木材比强度高，达到600～2　500，与高强钢相近，远高于低碳钢，属轻质高强材料，可用作结构材料；制作成胶合板，还可用于洲际导弹的前锥体，飞机的内部装修等。

（2）木材是弹塑性复合体，弹性和韧性好；由于管状细胞的吸收和共振等性能，木材吸收能量大，能承受较大的冲击荷载和振动作用。

（3）木材是热和电的不良导体，导热系数小。木材是中空的多孔材料，其孔隙率可达50%，干燥后水分含量低，导热系数仅为0.30 W／（m·K）左右，故其具有良好的保温隔热性能。

（4）装饰性好。木材具有美丽的天然纹理和光泽，用作室内装饰，温暖而舒适，给人以自然而高雅的美感，这是其他装饰材料无法与之相比的。

（5）材质较软，易于进行锯、刨、雕刻等加工，可制作成各种造型、线型、花饰的构件与制品，而且安装施工方便。

（6）耐久性好，民间谚语称木材：干千年，湿千年，干干湿湿两三年。意思是说，木材只要一直保持通风干燥，就不会腐朽破坏。例如山西五台县的佛光寺大殿木建筑（建于公元857年）和山西应县佛宫寺木塔（建于公元1056年），至今仍保持完好。

（7）木材还具有良好的隔音、调湿功能，具有对紫外线的吸收和红外线的反射作用。当周围的环境湿度发生变化时，木材为了获得平衡含水率，能吸收或放出水分，从而调节环境的湿度。木材还可以吸收阳光中380 nm以下的紫外线，反射780 nm以上的红外线。

当然，木材也具有一定缺点，如各向异性、易干缩和湿胀、易变形和翘曲、易腐、易燃、天然疵病较多、绝对强度较低等。但这些缺点，经采取适当的措施，可大大减少其对木材应用的影响。

二、木材的等级

对于建筑用木材，通常以原木、板材、枋材三种型材供应。原木系指去枝去皮后按规格锯成一定长度的圆木料；板材是指宽度为厚度的三倍或三倍以上的型材；而枋材则为宽度不足三倍厚度的型材。各种商品材均按国家材质标准，根据木材缺陷情况进行分等分级，通常分为一、二、三等，结构和装饰用木材一般选用等级较高者。但对于承重结构用的木材，根据《木结构设计规范》的规定，又按承重结构的受力要求分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三级，设计时应根据构件的受力种类选用适当等极的木材。例如承重木结构板材的选用，根据其承载特点，Ⅰ级材用于受拉或受弯构件；Ⅱ级材用于受弯或受压弯的构件；Ⅲ级材用于受压构件及次要受弯构件。

三、木材在工程结构中的应用

木材是传统的土木工程材料，在古建筑和现代建筑中都得到了广泛应用。在结构上，木材主要用于构架和屋顶，如梁、柱、桁檩、椽、望板、斗拱等。我国许多古建筑物均为木结构，它们在建筑技术和艺术上均有很高的水平，并具独特的风格。木材由于加工制作方便，故广泛用于房屋的门窗、地板、天花板、扶手、栏杆、隔断、搁栅等。另外，木材在土木工程中还常用作混凝土模板及木桩等。

四、木装修与木装饰的应用

在国内外，木材历来被广泛用于建筑室内装修与装饰，它给人以自然美的享受，还能使室内空间产生温暖与亲切感。在古建筑中，木材更是用作细木装修的重要材料，这是一种工艺要求极高的艺术装饰。现将建筑室内常用木装修和木装饰简介如下。

（一）条木地板

条木地板是室内使用最普遍的木质地面，它是由龙骨、水平撑和地板三部分构成。地板有单层和双层两种，双层者下层为毛板，面层为硬木条板，硬木条板多选用水曲柳、柞木、枫木、柚木、榆木等硬质树材，单层条木板常选用松、杉等软质树材。条板宽度一般不大于120 mm，板厚为20～30 mm，材质要求采用不易腐朽和变形开裂的优质板材。龙骨和水平撑组成木搁栅，木搁栅有空铺和实铺两种，空铺式是将搁栅两头搁于墙内垫木上，木搁栅之间设剪刀撑；实铺是将木搁栅铺钉于钢筋混凝土楼板或混凝土垫层上，搁栅内可填以炉渣等隔声材料。目前使用最多的为实铺单层条木地板，也称普通木地板。

条木拼缝做成企口或错口，见图11－10所示，直接铺钉在木龙骨上，端头接缝要相互错开。条木地板铺筑完工后，应经过一段时间，待木材变形稳定后，再进行刨光、清扫及油漆。条木地板可采用调和漆，但当地板的木色和纹理较好时，应采用透明的清漆作涂层，使木材的天然纹理清晰可见，以极大地增添室内装饰感。

图11－10　条木地板拼缝

条木地板自重轻、弹性好，脚感舒适，并导热性小，故冬暖夏凉，且易于清洁。条木地板被公认为是优良的室内地面装饰材料，它适用于办公室、会议室、会客室、休息室、旅馆客房、住宅起居室、卧室、幼儿园及仪器室等场所。

（二）拼花木地板

拼花木地板是高级的室内地面装修，有上下两层，下层为毛板层，面层拼花板材多选用水曲柳、柞木、核桃木、栎木、榆木、槐木、柳桉等质地优良、不易腐朽开裂的硬木树材。拼花小木条的尺寸一般为长250～300 mm，宽40～60 mm，板厚20～25 mm，木条均带有企口，面层小板条用暗钉拼钉在毛板上。

拼花木地板通过小木板条不同方向的组合，可拼造出多种图案花纹，常用的有正芦席纹、斜芦席纹、人字纹、清水砖墙纹等。图案花纹的选用应根据使用者个人的爱好和房间面积的大小而定，希望图案选择的结果，能使面积大的房间显得稳重高雅，而面积小的房间能感觉宽敞、亲切、轻松。

拼花木地板的铺设从房间中央开始，先画出图案式样，弹上墨线，铺好第一块地板，然后向四周铺开去，这第一块地板铺设的好坏，是保证整个房间地板铺设是否对称的关键。地板铺设前，要对拼板进行挑选，宜将纹理和木色相近者集中使用，把质量好的拼板铺设在房间的显眼处或经常出入的部位，稍差的则铺于墙根和门背后等隐蔽处，做到物尽其用。拼花木地板均采用清漆进行油漆，以显露出木材漂亮的天然纹理。

拼花木地板纹理美观，耐磨性好，且拼花小木板一般均经过远红外线干燥，含水率恒定（约12%），因而变形小，易保持地面平整、光滑而不翘曲变形。拼花木地板分高、中、低三个档次，高档产品适合于三星级以上中、高级宾馆、大型会场、会议室等室内地面装饰；中档产品适用于办公室、疗养院、托儿所、体育馆、舞厅、酒吧等地面装饰；低档的用于各种民用住宅地面的铺装。

（三）护壁板

护壁板又称木台度，在铺设拼花地板的房间内，往往采用木台度，以使室内空间的材料格调一致，给人一种和谐整体景观的感受。护壁板可采用木板、企口条板、胶合板等装修而成，设计和施工时可采取嵌条、拼缝、嵌装等手法进行构图，以达到装饰墙壁的目的。护壁板下面的墙面一定要做防潮层，有纹理的表面宜涂刷清漆，以尽显木纹饰面。护壁板主要用于高级的宾馆、办公室和住宅等的室内墙壁装饰。

（四）木花格

木花格即为用木板和枋木制作成具有若干个分格的木架，这些分格的尺寸和形状一般都各不相同。木花格宜选用硬木或杉木树材制作，并要求材质木节少、木色好，无虫蛀和腐朽等缺陷。木花格具有加工制作较简便、饰件轻巧纤细、表面纹理清晰等特点。木花格多用作建筑物室内的花窗、隔断、博古架等，它能起到调节室内设计格调、改进空间效能和提高室内艺术质量等作用。

（五）旋切微薄木

旋切微薄木是以色木、桦木或多瘤的树根为原料，经水煮软化后，旋切成厚0.1 mm左右的薄片，再用胶黏剂黏贴在坚韧的纸上（即纸依托），制成卷材。或者，采用柚木、水曲柳、柳桉等树材，通过精密旋切，制得厚度为0.2～0.5 mm的微薄木，再采用先进的胶粘工艺和胶黏剂，黏贴在胶合板基材上，制成微薄木贴面板。

旋切微薄木花纹美丽动人，材色悦目，真实感和立体感强，具有自然美的特点。采用树根瘤制作的微薄木，具有鸟眼花纹的特色，装饰效果更佳。微薄木主要用作高级建筑的室内墙、门、橱柜等家具的饰面。这种饰面材料在日本采用较普遍。

在采用微薄木装饰立面时，应根据其花纹的美观和特点区别上下，施工安装时应注意将树根方向在下、树梢在上。为了便于使用，在生产微薄木贴面板时，板背盖有检验印记，有印记的一端即为树根方向。建筑物室内采用微薄木装饰时，建议在决定采用树种的同时，还应考虑家具色调、灯具灯光以及其他附件的陪衬颜色，以求获得更好地互相辉映。

（六）木装饰线条

木装饰线条简称木线条。木线条种类繁多，主要有楼梯扶手、压边线、墙腰线、天花角线、弯线、挂镜线等。各类木线条立体造型各异，每类木线条又有多种断面形状，例如有平线条、半圆线条、麻花线条、鸠尾形线条、半圆饰、齿形饰、浮饰、孤饰、S形饰、贴附饰、钳齿饰、十字花饰、梅花饰、叶形饰以及雕饰等多样。木线条都是采用材质较好的树材加工而成。

建筑室内采用木线条装饰，可增添古朴、高雅、亲切的美感。木线条主要用作建筑物室内的墙腰装饰、墙面洞口装饰线、护壁板和勒脚的压条饰线、门框装饰线、顶棚装饰角线、楼梯栏杆扶手、墙壁挂画条、镜框线以及高级建筑的门窗和家具等的镶边、贴附组花材料。特别是在我国园林建筑和宫殿式古建筑的修建工程中，木线条是一种必不可缺的装饰材料。

此外，建筑室内还有一些小部位的装饰，也是采用木材制作的，如窗台板、窗帘盒、踢脚板等，它们和室内地板、墙壁互相联系，相互衬托。设计中要注意整体效果，以求得整个空间格调、材质、色彩的协调，力求用简洁的手法达到最好的装饰效果。

五、木材的改性

我国是森林资源贫乏的国家之一，要尽量经济合理地使用木材，做到长材不短用，优材不劣用，加强对木材的防腐、防火处理，在保持木材性能的基础上，根据实际工程需要，对木材的某些性能进行改性，以提高木材的耐久性和功能性。同时，想方设法充分利用木材的边角碎料，生产各种人造板材，这是对木材进行综合利用的重要途径。

（一）木材的改性方法

木材的改性是指在保持木材高强重比、易于加工、吸音隔热、纹理质朴自然等固有特性的基础上，通过一系列的物理、化学处理，克服木材干缩湿胀、尺寸稳定性差、各向异性、易燃、不耐腐、不耐磨和易变色等固有缺陷，同时赋予木材某些特殊功能。

木材强化是指用物理或化学或两者兼用的方法处理木材，使处理剂沉积填充于细胞壁内，或与木材组分发生交联，使木材密度增大、强度提高的处理方法。目前木材的强化产品主要有浸渍木（Impreg）、胶压木（Compreg）、压缩木（Staypak）、强化木（Densified）和塑合木（WPC）等。

浸渍木的主要处理方法为：将木材浸渍在相对分子质量低的水溶性树脂中，树脂扩散进入木材细胞壁并使木材增容，然后干燥处理，树脂因加热而固化，生成不溶于水的聚合物，将一定厚度的单板浸渍后层压，从而制成浸渍木。目前常用的浸渍用树脂为酚醛树脂、脲醛树脂、糖醇树脂和间苯二酚树脂，其中使用最成功的是酚醛树脂。

浸渍后的木板，在不使树脂固化的温度下使单板干燥并层积，在高温（120～150℃）高压（6.9～19.6 MPa）下使树脂固化得到的产品即为胶压木。

采用压缩密实的方法可以制得压缩木，它是在不破坏木材细胞壁的前提下，垂直于木材纹理方向，在一定的温度下（如120℃），施加一定的压力（10.5～17.6 MPa），来增加单位体积的物质或密度，达到提高其力学强度的目的。

采用低熔点合金以熔融状态注入木材细胞腔中，冷却后固化和木材共同构成的材料称为强化木。强化木的强度和硬度高于素材，并使软金属的蠕变减少到最小值。

（二）木材加工尾料的再生利用

木材经加工成型材和制作成构件时，会留下大量的碎块废屑，将这些下脚料进行加工处理，就可制成各种人造板材（胶合板原料除外）。常用人造板材有以下几种：

1.胶合板

胶合板是用原木旋切成薄片，再用胶按奇数层数并各层纤维互相垂直的方向，黏合热压而成的人造板材。胶合板最高层数可达95层，土木建筑工程中常用的是三合板和五合板。

我国胶合板目前主要采用水曲柳、椴木、桦木、马尾松及部分进口原木制成。

胶合板大大提高了木材的利用率，其主要特点是：材质均匀，强度高，无疵病，幅面大，使用方便，板面具有美丽的木纹，装饰性好，并吸湿变形小，不翘曲开裂。

胶合板具有真实、立体和天然的美感，广泛用作建筑物室内隔墙板、护壁板、顶棚板、门面板以及各种家具及装修。

2.纤维板

纤维板是将木材加工下来的板皮、刨花、树枝等废料，经破碎浸泡、研磨成木浆，再加入一定的胶料，经热压成型、干燥处理而成的人造板材，分硬质纤维板、半硬质纤维板和软质纤维板三种。生产纤维板可使木材的利用率达90%以上。

纤维板的特点是材质构造均匀，各向强度一致，抗弯强度高（可达55 MPa），耐磨，绝热性好，不易胀缩和翘曲变形，不腐朽，无木节、虫眼等缺陷。

表观密度大于800 kg／m³的硬质纤维板，强度高，在建筑中应用最广，它可代替木板，主要用作室内壁板、门板、地板、家具等。通常在板表面施以仿木纹油漆处理，可获得以假乱真的效果。半硬质纤维板表观密度为400～800 kg／m³，常制成带有一定孔型的盲孔板，板表面常施以白色涂料，这种板兼具吸声和装饰作用，多用作宾馆等室内顶棚材料。软质纤维板表观密度小于400 kg／m³，适合作保温隔热材料。

3.细木工板

细木工板是由上、下两面层和芯材三部分组成，上、下面层均为胶合板，芯材是由木材加工使用中剩下的短小木料经再加工成木条，最后用胶将其粘拼在面层板上并经压合而制成。这种板材一般厚为20 mm左右，长2000 mm左右，宽1000 mm左右，强度较高，幅面大，表面平整，使用方便。细木工板可代替实木板应用，现普遍用作建筑室内门、隔墙、隔断、橱柜等的装修。

细木工板质量要求其芯材木条要排列紧密，无空洞，选用软木料，以便于加工。工程中使用细木工板应重视检验其有害物质甲醛含量，不符合标准规定指标者不得用于工程，以确保室内环保。

4.复合地板

目前家居装修中广泛采用的复合地板，是一种多层叠压木地板，板材80%为木质。这种地板通常是由面层、芯板和背层三部分组成，其中面层又有数层叠压而成，每层都有其不同的特色和功能。叠压面层是由经特别加工处理的木纹纸与透明的密胺树脂经高温、高压压合而成；芯板是用木纤维、木屑或其他木质粒状材料（均为木材加工下来的脚料）等，再与有机物混合经加压而成的高密度板材；底层为用聚合物叠压的纸质层。复合地板规格一般为1200 mm×200 mm的条板，板厚8～12 mm，其表面光滑美观，坚实耐磨，不变形和干裂，不沾污及褪色，不需打蜡，耐久性较好，且易清洁，铺设方便。因板材薄，故铺设在室内原有地面上时，不需对门作任何更动。复合地板适用于客厅、起居室、卧室等地面铺装。

5.刨花板、木丝板、木屑板

刨花板、木丝板、木屑板是分别以刨花木渣、短小废料刨制的木丝、木屑等为原料，经干燥后拌入胶料，再经热压成型而制成的人造板材。所用胶料可为合成树脂，也可为水泥、菱苦土等无机胶结料。这类板材一般表观密度较小，强度较低，主要用作绝热和吸声材料，但其中热压树脂刨花板和木屑板，其表面可黏贴塑料贴面或胶合板作饰面层，这样既增加了板材的强度，又使板材具有装饰性，可用作吊顶、隔墙、家具等材料。