木质建筑材料:锯材、板材与重型木结构

木质建筑材料就是锯材,加上用单板、木片、碎料或纤维胶合出来的各种产品。美国农业部《木材手册》的木质复合材料分类(表 11-1)列了 19 种,再加上锯材就是 20 种:

• 锯材——板材和方材。
• 单板类——胶合板、单板层积材(LVL)、平行木片胶合木(PSL)。
• 层压类——结构胶合木(glulam)、覆面材料、木材与非木材层压复合材、多种木材复合材。
• 复合材料类——低、中、高密度纤维板,纤维素纤维板,硬质纤维板,刨花板,华夫板,薄片板,定向刨花板(OSB),层积木片材(LSL),定向木片材(OSL)。
• 木材-非木材复合材——木纤维-聚合物复合材(多数复合露台板就是这种)、水泥刨花板这类无机胶结复合材,以及纤维素纳米复合材。

手册说这些产品可以做成各种尺寸和形状,这正是它们在很多用途上取代锯材的原因。

实木锯材仍然是大多数住宅的框架。手册把标称厚度不足 2 英寸的叫板材,2 英寸到 5 英寸的叫规格材,5 英寸及以上的叫方材。柱材和方材截面 5×5 英寸及以上,主要承受轴向荷载;梁材截面厚 5 英寸以上、宽度比厚度大 2 英寸以上。零售木材场的规格材标称宽度有 2、4、6、8、10、12 英寸,长 8 到 18 英尺。

尺寸、等级和印章上的树种组见木材种类。

• 胶合板由奇数层单板组成,相邻层纹理互相垂直。建筑胶合板分 Exposure 1(不用于长期暴露在外的场合)和 Exterior(可反复干湿或长期暴露在外)两级。详见胶合板种类。
• OSB 是结构板,由薄木片用防水树脂(通常是酚醛树脂或 MDI)胶合而成。木片长度至少是宽度的三倍,分三层铺装,表层顺板长方向排列。手册说 OSB 的性能已经接近结构胶合板,在很多建筑用途上取代了软木胶合板。北美主要用山杨木。
• 刨花板由碎料制成,通常分三层,表层用细料以得到平滑表面。手册说它是组装式(自己动手组装)家具的主要材料,也用于地板系统和地板垫层。因为多数用途在室内,通常用脲醛树脂胶合。
• MDF 由纤维制成,通常用脲醛类树脂。手册指出水分会破坏这种胶合,所以 MDF 和刨花板是室内产品。

• LVL——厚 1/8 到 1/10 英寸的薄单板,用酚醛树脂热压成 8 到 60 英尺甚至更长的料。它起源于 1940 年代,用西加云杉单板做高强度飞机零件;今天它最常见的用途是复合工字梁的翼缘。
• PSL——约 1/8 英寸厚的单板裁成约 3/4 英寸宽的木条,木条平均长度至少是厚度的 150 倍;常见商品名 Parallam,用于大梁和柱,替代锯材或胶合木。
• LSL 和 OSL——OSB 技术的延伸;有一种 LSL 用约 12 英寸长的木片。
• 工字梁——预制搁栅;手册说其翼缘常用 LVL,并把胶合板列为其组成部分之一。手册所在实验室自己的研究楼就是胶合木梁支撑复合工字梁和胶合板望板。

• 胶合木(glulam)——两层或更多层锯材胶合,各层纹理都顺着长度方向。每层厚度最多 2 英寸;胶合木可以做成弧形,曲率半径限定在层板厚度的 100 到 125 倍。美国常用花旗松-落叶松、南方松、铁杉-冷杉和 SPF(美国农业部《木材手册》)。北卡州立大学推广处指出,胶合木在 20 世纪初传入美国。
• CLT(交叉层积材)——奇数层(通常三到九层)锯材纵横交错叠放胶合,板长可达 60 英尺、宽 10 英尺(北卡州立大学推广处)。
• NLT 和 DLT——锯材立放,用钉子或螺钉固定(NLT),或者用硬木销而不用胶和金属(DLT)。
• 大尺寸胶合板(MPP)——用工程单板叠层而不是锯材做成的大板。

2021 年版《国际建筑规范》允许重型木结构建筑最高 18 层(北卡州立大学推广处)。

上面所有产品本质上都是木材,而木材长期潮湿就会腐朽。手册说严重腐朽需要含水率超过约 30%;而且水从表面裂缝进入后,腐朽菌甚至会分解木塑复合材里的木纤维,在材料内部形成空洞。构件接触土壤或长期潮湿的地方,要用防腐处理材或天然耐久的心材;见露台用防腐木和户外用什么木材最好。

树种方面见我们的木材种类指南。想知道一根梁、一根柱或一块回收旧板是什么树种,WoodLens 可以从照片识别。