·98·
第39卷第27期2013年9月
SHANXI
山西
AＲCHITECTUＲE
建筑
Vol．39No．27Sep．2013
文章编号：1009-6825（2013）27-0098-02
木构古建筑的材料研究及其性能试验
张睿婧
（山西省建筑设计研究院，山西太原030013）
摘
——木材的材料特点及基本特性方面进要：对我国古代建筑使用木材的原因进行了分析，根据现有理论知识，从古建筑材料—
行了论述，并进行了木材的力学性能试验的研究，重点讲述了抗弯强度的试验过程，得出了木材的力学特性。
文献标识码：A
由水、吸附水和结构水。木材干燥时，先是自由水被蒸发，而后是
先是细胞壁吸水达饱和后，自由水吸附水开始蒸发；木材受潮时，
才开始吸入。3）湿胀与干缩变形。木材由于本身结构构造的特
点而具有显著的湿胀干缩性。当含水率小于纤维饱和点时，随含水率的增大而体积膨胀；相反时体积收缩；当木材含水率大于纤维饱和点时，只有表面的自由水增减变化，木材的体积不发生实际变化。其中纤维饱和点是木材所有物理力学性质发生变化的转折点。
关键词：试验，木材，木构建筑，力学性质，抗弯强度中图分类号：TU531．1
“自给自足的自我国两千多年的封建社会制度的经济特点是
，这使得木材成为了建筑材料的基础，也是木然经济占主要地位”
［1］
结构建筑成为封建社会建筑发展主流的原因之一。木材是我国古代建造房屋的主要材料，不同地域采用的木材也有差异，最
主要有杉木、松木等材种。这种天然无污染的建筑材料质量轻、强度高、易二次加工，且隔热、隔声、绝缘性好，弹性和塑性好，能
［2］
承受复杂的冲击和振动。其微观构造更为复杂，它主要是由各
纤维、半纤维等有机高分子材料组成的，形成不同的细种木质素、
胞组织结构并按不同方式排列组合而成的一种特殊的典型各向
异性的建筑材料。正是木材的这些基本特性对木构古建筑的结构性能机理和抗震特性有着极大的影响。
3木材的力学性质
1）强度。木材的强度表现为明显的各向异性。由上述结构
1木材的结构构造
构造可知，木材是一种不均质材料，使木材具有明显的方向性。土木工程中的木材主要承受压力、拉力、弯曲、剪切力等，因此，木材强度按所受荷载种类分为抗压强度、抗拉强度、抗弯强度和抗剪切强度等。木材各强度大小的比值关系（以顺纹抗压强度为1）见表1。2）木材强度的影响因素。木材强度的研究是对结构构件及整体性能分析的基础，对影响强度的因素也不能忽视，具体影响因素有含水率、环境温度、负荷时间、木材的疵点等方面。3）木材的韧性。木材具有良好的韧性，从而使木结构建筑具有良好的抗震性能。而木材的韧性同样受很多因素影响，比如木材的密度越大，冲击韧性越好；环境温度会改变木材脆性，从而也是影响木材韧性的重要因素；任何缺陷疵点都会严重影响木材的冲击韧性。4）木材的硬度和耐磨性。木材的硬度和耐磨性主要是由细胞组织的紧密度决定的，其各个截面上差异明显。经试验证明，木材横截面的硬度和耐磨性都较径切面和弦切面高。髓线等发达的木材，其弦切面的硬度和耐磨性又比径切面高。
表1
顺纹抗压
1
横纹抗压1/10～1/3
木材的材质构造是决定木材性能和影响结构整体性能的关
键因素。由于木材种类和生长地域环境的差异，各种木材内部材质构造差异明显，即使是同种木材也不例外。总体来说，木材的材质构造主要分为宏观构造和微观构造。1）宏观构造。木材的宏观构造是指用肉眼或借助低倍放大镜所能观察到的木材内
［2］
部组织，其主要由树皮、木质部、髓心三部分组成。2）微观构造。借助光学显微镜观察到的结构称为木材的微观结构。不同的木材有其不同的微观构造：针叶树由管胞和髓线组成；阔叶材木纤维、木射线和轴向薄壁组织等。导管成为细胞主要由导管、
区分阔叶材和针叶材的重要标志。
［3］
2木材的物理性质
1）密度与表观密度。木材的密度是指构成木材细胞壁物质
33
的密度，约为1．50g/cm～1．56g/cm，各种木材之间相差不大，
3
常取1．53g/cm。木材的表观密度随木材空隙率、含水率及其他因3
在气干状态下，其表观密度平均为500kg/m。素的影响而不同，
2）含水率与吸湿性。木材的含水率是指木材中所含水分的质量
木材各强度大小比值关系
横纹抗拉1/20～1/3
抗弯强度3/2～2
顺纹抗剪1/7～1/3
横纹切断1/2～1
顺纹抗拉2～3
占干燥木材质量的百分比。木材中的水分按结合形式可分为：自
4木材的力学性能试验
櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅
ＲesearchonhightemperatureperformanceofSBSmodifiedasphalt
PENGDa-shan1
GUOWei-jian2
CHENZhong-da3
4
LINJie3，
（1．HenanZhoukouManagementBureau，Zhoukou466000，China；2．FujianJingshengMunicipalGardenLimitedCompany，Fuzhou350005，China；3．KeyLaboratoryofMinistryofEducation，SpecialAreaHighwayEngineering，Chang’anUniversity，Xi’an710064，China；4．JinjiangHousingandUrbanandＲuralPlanningandConstructionBureau，Jinjiang362200，China）Abstract：ThroughtheexperimentthispaperresearchedtherelationshipofSBSmixingamountandpenetration，softeningpoint，equivalentsof-teningpoint，and135℃sportviscosity，drewtherelationshipcurves，andanalyzedthechangelawofeachcurve，drawnsomemeaningconclu-sions．
Keywords：SBSmodifiedasphalt，test，relationship
17收稿日期：2013-07-作者简介：张睿婧（1985-），女，助理工程师
第39卷第27期2013年9月
张睿婧：木构古建筑的材料研究及其性能试验
·99·
本文重点讲述抗弯强度的测定。本次试验依据中华人民共和国
1991木材抗弯强度试验［4］的具体规定进行。国家标准GB1936．1-试验设备为瑞士的AMSLEＲ精密弯曲机。试样由建造现场直接
1991木材物理力学试取得，其锯解及截取均按国家标准GB1929-［4］
材锯解及试样截取方法第三章规定采用。采用300mm×20mm×20mm为试验尺寸，其长度平行于顺纹方向，每组试验设置试样
图1
第一组径向试验试样
6个（见图1，图2），并将试验数据记录及计算结果见表2。
为便于分析，绘制出各试样加载至破坏的力—位移曲线，具体见图3，图4（图中：竖轴为压力，单位为N；横轴为位移，单位为mm）。
[1**********]0
[**************]
2
4
6
0-500
[1**********]0
5
10
-[***********]
5
10
15
0-500
5
10
15
5
10
15
5
10
图2
表2
树种试件编号1-11-21-31-41-51-62-12-22-32-42-52-6日期
亚花梨产地
试样尺寸/mm宽度20．120．921．120．7620．620．720．2419．8820．0620．420．0720．68
高度
热带破坏荷载N
第二组弦向试验试样木材抗弯强度试验记录表
实验室温度18℃实验室相对湿度
/g试样质量抗弯强度/MPa
含水
含水率
试验时全干时率/%试验时
12%时
92．7695．6594．7396．8391．2296．992．1190．590．2793．4890．3293．06
22．61103．6923．72111．4117．9920．116．7520．8515．6216．1315．5414．8618．0312．62审核
54．0268．3877．3685．4945．567．0678．6950．4278．8362．56
147．68163．6366．9690．5592．06115．7452．0978．1589．8456．1897．8564．11
弦向径向
-[**************]
备注
5000-[***********]0-500
20．582452113．73320．342676118．33320．021269111．76720．8170619．78173220．84213520．26105020．315262020
17541758记录
116．3106．5117．1106．5105．1104．3106．6104．8
图4第二组弦向试样1号~6号力—位移加载至破坏曲线
20．41189107．36720．11452
5结语
2012．10．22
经木材的抗弯强度试验可以得到如下结论：1）同种木材在相同的试验条件下，其径向与弦向的力学性能具有明显的方向性，且径向或弦向各组内试件力学性能差异性很大；2）从各组试件破坏图像来看：同种条件下，各试件破坏形态各异，充分证明了由于进而影响工程应用；3）疵点的存在严重影响了木材的力学性能，
从试验数据可知：木材最终试验取值的径向抗弯强度比弦向的高
[1**********]0
0-[**************]0-[***********]0-500
2
4
6
8
5
10
15
2
4
6
8
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0-[***********]00-[**************]
0-1000
2
4
6
5
10
5
10
15
22．2%左右，设计和施工时应尽量使受弯构件径向承载；4）在整个试验过程中，各个构件受力点没有明显局部变形，因此木材硬度较硬，变形耗能能力相对较弱。参考文献：［1］陈明达．中国古代木结构建筑技术［M］．北京：文物出版社，
1990．［2］杜红秀，周
2012．社，［3］吴
．北京：机械工业出版梅．土木工程材料［M］
．北京：中国建筑工业芳．新编土木工程材料教程［M］
2007．出版社，
图3第一组径向试样1号~6号力—位移加载至破坏曲线
［4］中国标准出版社第一编辑室．木材工业标准汇编———基础
M］．北京：中国标准出版社，2002．标准与方法标准［［5］孙新民．木材工业实用大全（木材卷）［M］．北京：中国林业
2003．出版社，
为了对木材作出准确的理论分析，我们对多组木材试件进行
了材性试验。本次试验材料种类为亚花梨木，取某仿古木塔材料。
Materialsresearchandperformancetestingofancienttimberbuildings
ZHANGＲui-jing
（ShanxiAcademyofBuildingDesign，Taiyuan030013，China）
Abstract：ThereasonsofChina’sancientarchitectureusingwoodisanalyzed，basedontheexistingtheoreticalknowledge，discussesbasiccharacteristicsandmaterialcharacteristicsofancientbuildingmaterialsofwood，wasstudiedbymechanicaltestofwood，withemphasisonthetestofbendingstrength，andpreliminarymechanicalpropertiesofwood．
Keywords：test，wood，woodenbuilding，mechanicalproperties，bendingstrength
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第39卷第27期2013年9月
SHANXI
山西
AＲCHITECTUＲE
建筑
Vol．39No．27Sep．2013
文章编号：1009-6825（2013）27-0098-02
木构古建筑的材料研究及其性能试验
张睿婧
（山西省建筑设计研究院，山西太原030013）
摘
——木材的材料特点及基本特性方面进要：对我国古代建筑使用木材的原因进行了分析，根据现有理论知识，从古建筑材料—
行了论述，并进行了木材的力学性能试验的研究，重点讲述了抗弯强度的试验过程，得出了木材的力学特性。
文献标识码：A
由水、吸附水和结构水。木材干燥时，先是自由水被蒸发，而后是
先是细胞壁吸水达饱和后，自由水吸附水开始蒸发；木材受潮时，
才开始吸入。3）湿胀与干缩变形。木材由于本身结构构造的特
点而具有显著的湿胀干缩性。当含水率小于纤维饱和点时，随含水率的增大而体积膨胀；相反时体积收缩；当木材含水率大于纤维饱和点时，只有表面的自由水增减变化，木材的体积不发生实际变化。其中纤维饱和点是木材所有物理力学性质发生变化的转折点。
关键词：试验，木材，木构建筑，力学性质，抗弯强度中图分类号：TU531．1
“自给自足的自我国两千多年的封建社会制度的经济特点是
，这使得木材成为了建筑材料的基础，也是木然经济占主要地位”
［1］
结构建筑成为封建社会建筑发展主流的原因之一。木材是我国古代建造房屋的主要材料，不同地域采用的木材也有差异，最
主要有杉木、松木等材种。这种天然无污染的建筑材料质量轻、强度高、易二次加工，且隔热、隔声、绝缘性好，弹性和塑性好，能
［2］
承受复杂的冲击和振动。其微观构造更为复杂，它主要是由各
纤维、半纤维等有机高分子材料组成的，形成不同的细种木质素、
胞组织结构并按不同方式排列组合而成的一种特殊的典型各向
异性的建筑材料。正是木材的这些基本特性对木构古建筑的结构性能机理和抗震特性有着极大的影响。
3木材的力学性质
1）强度。木材的强度表现为明显的各向异性。由上述结构
1木材的结构构造
构造可知，木材是一种不均质材料，使木材具有明显的方向性。土木工程中的木材主要承受压力、拉力、弯曲、剪切力等，因此，木材强度按所受荷载种类分为抗压强度、抗拉强度、抗弯强度和抗剪切强度等。木材各强度大小的比值关系（以顺纹抗压强度为1）见表1。2）木材强度的影响因素。木材强度的研究是对结构构件及整体性能分析的基础，对影响强度的因素也不能忽视，具体影响因素有含水率、环境温度、负荷时间、木材的疵点等方面。3）木材的韧性。木材具有良好的韧性，从而使木结构建筑具有良好的抗震性能。而木材的韧性同样受很多因素影响，比如木材的密度越大，冲击韧性越好；环境温度会改变木材脆性，从而也是影响木材韧性的重要因素；任何缺陷疵点都会严重影响木材的冲击韧性。4）木材的硬度和耐磨性。木材的硬度和耐磨性主要是由细胞组织的紧密度决定的，其各个截面上差异明显。经试验证明，木材横截面的硬度和耐磨性都较径切面和弦切面高。髓线等发达的木材，其弦切面的硬度和耐磨性又比径切面高。
表1
顺纹抗压
1
横纹抗压1/10～1/3
木材的材质构造是决定木材性能和影响结构整体性能的关
键因素。由于木材种类和生长地域环境的差异，各种木材内部材质构造差异明显，即使是同种木材也不例外。总体来说，木材的材质构造主要分为宏观构造和微观构造。1）宏观构造。木材的宏观构造是指用肉眼或借助低倍放大镜所能观察到的木材内
［2］
部组织，其主要由树皮、木质部、髓心三部分组成。2）微观构造。借助光学显微镜观察到的结构称为木材的微观结构。不同的木材有其不同的微观构造：针叶树由管胞和髓线组成；阔叶材木纤维、木射线和轴向薄壁组织等。导管成为细胞主要由导管、
区分阔叶材和针叶材的重要标志。
［3］
2木材的物理性质
1）密度与表观密度。木材的密度是指构成木材细胞壁物质
33
的密度，约为1．50g/cm～1．56g/cm，各种木材之间相差不大，
3
常取1．53g/cm。木材的表观密度随木材空隙率、含水率及其他因3
在气干状态下，其表观密度平均为500kg/m。素的影响而不同，
2）含水率与吸湿性。木材的含水率是指木材中所含水分的质量
木材各强度大小比值关系
横纹抗拉1/20～1/3
抗弯强度3/2～2
顺纹抗剪1/7～1/3
横纹切断1/2～1
顺纹抗拉2～3
占干燥木材质量的百分比。木材中的水分按结合形式可分为：自
4木材的力学性能试验
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ＲesearchonhightemperatureperformanceofSBSmodifiedasphalt
PENGDa-shan1
GUOWei-jian2
CHENZhong-da3
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LINJie3，
（1．HenanZhoukouManagementBureau，Zhoukou466000，China；2．FujianJingshengMunicipalGardenLimitedCompany，Fuzhou350005，China；3．KeyLaboratoryofMinistryofEducation，SpecialAreaHighwayEngineering，Chang’anUniversity，Xi’an710064，China；4．JinjiangHousingandUrbanandＲuralPlanningandConstructionBureau，Jinjiang362200，China）Abstract：ThroughtheexperimentthispaperresearchedtherelationshipofSBSmixingamountandpenetration，softeningpoint，equivalentsof-teningpoint，and135℃sportviscosity，drewtherelationshipcurves，andanalyzedthechangelawofeachcurve，drawnsomemeaningconclu-sions．
Keywords：SBSmodifiedasphalt，test，relationship
17收稿日期：2013-07-作者简介：张睿婧（1985-），女，助理工程师
第39卷第27期2013年9月
张睿婧：木构古建筑的材料研究及其性能试验
·99·
本文重点讲述抗弯强度的测定。本次试验依据中华人民共和国
1991木材抗弯强度试验［4］的具体规定进行。国家标准GB1936．1-试验设备为瑞士的AMSLEＲ精密弯曲机。试样由建造现场直接
1991木材物理力学试取得，其锯解及截取均按国家标准GB1929-［4］
材锯解及试样截取方法第三章规定采用。采用300mm×20mm×20mm为试验尺寸，其长度平行于顺纹方向，每组试验设置试样
图1
第一组径向试验试样
6个（见图1，图2），并将试验数据记录及计算结果见表2。
为便于分析，绘制出各试样加载至破坏的力—位移曲线，具体见图3，图4（图中：竖轴为压力，单位为N；横轴为位移，单位为mm）。
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图2
表2
树种试件编号1-11-21-31-41-51-62-12-22-32-42-52-6日期
亚花梨产地
试样尺寸/mm宽度20．120．921．120．7620．620．720．2419．8820．0620．420．0720．68
高度
热带破坏荷载N
第二组弦向试验试样木材抗弯强度试验记录表
实验室温度18℃实验室相对湿度
/g试样质量抗弯强度/MPa
含水
含水率
试验时全干时率/%试验时
12%时
92．7695．6594．7396．8391．2296．992．1190．590．2793．4890．3293．06
22．61103．6923．72111．4117．9920．116．7520．8515．6216．1315．5414．8618．0312．62审核
54．0268．3877．3685．4945．567．0678．6950．4278．8362．56
147．68163．6366．9690．5592．06115．7452．0978．1589．8456．1897．8564．11
弦向径向
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备注
5000-[***********]0-500
20．582452113．73320．342676118．33320．021269111．76720．8170619．78173220．84213520．26105020．315262020
17541758记录
116．3106．5117．1106．5105．1104．3106．6104．8
图4第二组弦向试样1号~6号力—位移加载至破坏曲线
20．41189107．36720．11452
5结语
2012．10．22
经木材的抗弯强度试验可以得到如下结论：1）同种木材在相同的试验条件下，其径向与弦向的力学性能具有明显的方向性，且径向或弦向各组内试件力学性能差异性很大；2）从各组试件破坏图像来看：同种条件下，各试件破坏形态各异，充分证明了由于进而影响工程应用；3）疵点的存在严重影响了木材的力学性能，
从试验数据可知：木材最终试验取值的径向抗弯强度比弦向的高
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22．2%左右，设计和施工时应尽量使受弯构件径向承载；4）在整个试验过程中，各个构件受力点没有明显局部变形，因此木材硬度较硬，变形耗能能力相对较弱。参考文献：［1］陈明达．中国古代木结构建筑技术［M］．北京：文物出版社，
1990．［2］杜红秀，周
2012．社，［3］吴
．北京：机械工业出版梅．土木工程材料［M］
．北京：中国建筑工业芳．新编土木工程材料教程［M］
2007．出版社，
图3第一组径向试样1号~6号力—位移加载至破坏曲线
［4］中国标准出版社第一编辑室．木材工业标准汇编———基础
M］．北京：中国标准出版社，2002．标准与方法标准［［5］孙新民．木材工业实用大全（木材卷）［M］．北京：中国林业
2003．出版社，
为了对木材作出准确的理论分析，我们对多组木材试件进行
了材性试验。本次试验材料种类为亚花梨木，取某仿古木塔材料。
Materialsresearchandperformancetestingofancienttimberbuildings
ZHANGＲui-jing
（ShanxiAcademyofBuildingDesign，Taiyuan030013，China）
Abstract：ThereasonsofChina’sancientarchitectureusingwoodisanalyzed，basedontheexistingtheoreticalknowledge，discussesbasiccharacteristicsandmaterialcharacteristicsofancientbuildingmaterialsofwood，wasstudiedbymechanicaltestofwood，withemphasisonthetestofbendingstrength，andpreliminarymechanicalpropertiesofwood．
Keywords：test，wood，woodenbuilding，mechanicalproperties，bendingstrength