原木桩(或地说,用于承重结构的木材)的强度等级划分主要依据其力学性能,特别是抗弯强度,同时也考虑抗压、抗拉、抗剪强度和弹性模量等。划分体系因国家和地区而异,但思路是相似的。
主要划分体系:
1. 欧洲体系 (EN 1912 等标准): 这是目前应用广泛的体系之一。它使用字母“C”或“D”加数字来表示强度等级。
* C等级 (强度等级木材): 这是常用的结构木材等级。例如:
* C16: 抗弯强度特征值 ≥ 16 MPa (兆帕)
* C24: 抗弯强度特征值 ≥ 24 MPa
* C30: 抗弯强度特征值 ≥ 30 MPa
* 数字越大,代表木材的强度越高。常见的还有 C14, C18, C27, C35, C40 等。
* D等级 (目测分级锯材): 主要用于普通锯材的分级,其强度值通常低于 C 等级,例如 D30, D35 等(这里的数字含义与 C 等级不同)。
* 特点: C 等级木材通常经过机械应力分级或结合目测分级,确保其力学性能达到标称值。不同树种可以归入同一个强度等级(如云杉、松木都可能达到 C24),只要其力学性能达标。
2. 北美体系: 主要基于树种分组和目测分级规则(如 NLGA 标准)。
* 将不同树种按照其强度特性分成几个组(如 Group 1:强度高,如 Douglas Fir-Larch; Group 2:如 Hem-Fir; Group 3: Spruce-Pine-Fir - SPF; Group 4: Northern Species 等)。
* 在每个树种组内,通过目测检查木材的尺寸、生长特征(如年轮密度)和缺陷(节子大小和位置、裂纹、斜纹等)来确定等级,如 Select Structural, No.1, No.2 等。每个等级对应一组设计值(抗弯强度 Fb, 弹性模量 E 等)。
* 趋势: 北美也在逐步采用类似欧洲的基于强度值分级的体系(如 MSR - Machine Stress Rated Lumber)。
3. 中国体系 (GB 50005): 主要依据树种来划分强度等级。
* 将承重结构用木材分为 TC (针叶材) 和 TB (阔叶材) 两大类。
* 在每大类下,根据主要树种的平均强度高低划分等级:
* 针叶材 (TC): TC17 (如柏木), TC15 (如东北落叶松、鱼鳞云杉), TC13 (如红杉、铁杉、油杉), TC11 (如杉木、福建柏)。数字大致代表抗弯强度平均值 (单位:MPa)。
* 阔叶材 (TB): TB20 (如栎木、椆木), TB17 (如水曲柳), TB15 (如锥栗), TB13 (如桦木、槭木), TB11 (如榆木)。
* 同一等级内包含多个树种,其强度接近。设计时需要根据具体树种选用相应的强度设计值。该体系更侧重于树种本身的天然属性。
影响强度的关键因素:
* 树种: 不同树种细胞结构、密度不同,天然强度差异很大。
* 密度: 通常密度越大,强度越高。
* 生长条件: 气候、土壤、海拔等影响生长速度和材质。
* 缺陷: 节子(尤其大节、死节)、裂纹、斜纹、腐朽等会显著降低木材强度。
* 含水率: 木材强度随含水率降低而升高(在纤维饱和点以下)。结构用木材通常要求干燥到含水率 ≤ 20% (或更低)。
总结:
木材强度等级的划分是为了工程设计和施工的安全性与经济性。欧洲的 C 等级体系(如 C24, C30)以明确的力学性能指标为,应用广泛。北美体系基于树种分组和目测分级规则。中国体系则主要依据树种及其平均强度划分等级(如 TC15, TB17)。无论采用哪种体系,其目的都是为设计人员提供可靠的木材力学性能参数,并确保木材在结构中安全有效地使用。选择等级时需综合考虑设计要求、树种供应、成本以及当地的规范标准。
