木箱包裝標準講解（一）木材的許(xu)用強度
木(mu)(mu)材的許用強(qiang)度(du)是(shi)木(mu)(mu)包裝箱設計時的重(zhong)要依據。關于木(mu)(mu)材許用強(qiang)度(du)的確(que)定，這是(shi)一個比(bi)較復雜的問(wen)題。一般資料，如《中國主要樹種的木(mu)(mu)材物理力學性(xing)質》所給(gei)出(chu)的木(mu)(mu)材強(qiang)度(du)是(shi)采(cai)用沒有缺陷(xian)，含水率為(wei)15%的木(mu)(mu)材，對其施加靜載荷，測其強(qiang)度(du)數據的平均值(zhi)，此稱為(wei)試驗強(qiang)度(du)、標準強(qiang)度(du)或極限強(qiang)度(du)。
但是，由于木材總是存在著這樣或那樣的缺陷，而且即使是同一樹種，產地不同、樹齡不同、取材部位不同，其強度亦不同。再考慮到木材的木節和紋理，因干燥而收縮，對于公稱尺寸的實際尺寸大小，以及木箱(xiang)在(zai)儲運(yun)過程(cheng)中所(suo)受到的沖擊等因素。所(suo)以(yi)，在(zai)設計木(mu)(mu)箱時不能直接套用木(mu)(mu)材的試驗強(qiang)度(du)，而必須(xu)將試驗強(qiang)度(du)打個折扣，換算成許用強(qiang)度(du)或設計強(qiang)度(du)。
至于(yu)這(zhe)個折扣如何(he)打，則與(yu)木材本身的情況和使用環境條件等有(you)關，但由于(yu)考慮的方法不同(tong)(tong)(tong)而各(ge)有(you)差異。所以(yi)，不同(tong)(tong)(tong)的標準、設計手(shou)冊等資料中有(you)不同(tong)(tong)(tong)的計算(suan)方法。
1. 日本包(bao)裝用木(mu)箱標(biao)準對(dui)木(mu)材許用強度的(de)規定
首先，從(cong)試驗強度計算出(chu)木材的基本(ben)強度：
基本強度(du)=試驗強度(du)×變異率(lv)×沖(chong)擊載(zai)荷系數
其中：
變異率是指由于木材(cai)的(de)(de)不均(jun)一(yi)性、因干燥(zao)而收縮以(yi)及相對于公稱尺(chi)寸的(de)(de)最小尺(chi)寸所產生的(de)(de)強度(du)降(jiang)低常數，取值3/4。
沖擊(ji)(ji)載荷(he)系數是(shi)指(zhi)相對于靜載荷(he)，對起(qi)吊、跌(die)落(luo)、振(zhen)動(dong)等沖擊(ji)(ji)載荷(he)的安(an)全系數，取值1/3。
因此，基本(ben)強度的計算(suan)公式(shi)如(ru)下：
基本強度(du)=試驗強度(du)×3/4×1/3=試驗強度(du)×1/4
然后(hou)，木(mu)(mu)材的(de)許用強度(du)是從基本強度(du)減去木(mu)(mu)材缺陷所(suo)造成的(de)降低率(lv)而(er)得到的(de)強度(du)。木(mu)(mu)材缺陷的(de)強度(du)降低率(lv)如表1所(suo)示。計算時(shi)只考慮降低率(lv)較大的(de)一方。
表1 木材強度的降低率 (%)
順(shun) 紋 抗拉強度 | 順 紋 抗壓強度 | 抗彎強度 | |||
徑向 | 弦向 | ||||
木節及 群生節 的大小 | 材寬的1/4 | 25 | 13 | 25 | 43① |
材寬的1/3 | 33 | 17 | 33 | 53① | |
材寬的1/2 | 50 | 25 | 50 | 74① | |
紋理的 傾斜度 | 1/20 | 0 | 0 | 0 | 0 |
1/15 | 24 | 0 | 24 | 24 | |
1/10 | 39 | 26 | 39 | 39 | |
1/8 | 47 | 34 | 47 | 47 | |
1/6 | 60 | 44 | 60 | 60 | |
① 材寬的面，在(zai)材長(chang)方(fang)向的中心附近有木(mu)節時(shi)；
② 木節和群(qun)生節直徑(jing)的測定如(ru)圖(tu)1所示；
; ③ 紋理傾斜度的測定如圖(tu)2所示。
注：上表是根據(ju)美(mei)國農業部(bu)林產試驗(yan)所發表的數據(ju)。
1）許用抗彎強(qiang)度的計算
在日(ri)本(ben)，包裝用的木材一(yi)般是(shi)(shi)輻射(she)松、鐵杉、落葉(xie)松等，其中試驗強(qiang)度最低(di)的是(shi)(shi)輻射(she)松，其抗(kang)彎的試驗強(qiang)度為68.65MPa。因此，基本(ben)抗(kang)彎強(qiang)度可由下式(shi)算出：
基(ji)本(ben)抗彎強(qiang)度(du)=68.65×1/4=17.16（MPa）
根據表1，降(jiang)低率較大(da)的一方是：
徑向時，紋(wen)理傾斜度(du)在(zai)1/10時為39%（日本(ben)標準規定，包裝用木材紋(wen)理傾斜度(du)≤1/10，木節的大(da)小占(zhan)材寬(kuan)≤1/3）；
弦向時(shi)，木節的(de)大小(xiao)占材寬(kuan)1/3時(shi)為53%。
所以，由基(ji)本抗(kang)彎(wan)強度(du)求(qiu)許用抗(kang)彎(wan)強度(du)時，可(ke)由下(xia)式算出：
徑(jing)向的許用抗彎強度=17.16×（1-0.39）≈10.47（MPa）→10.5 MPa
弦向的許(xu)用抗(kang)彎強(qiang)度=17.16×（1-0.53）≈8.07（MPa）→ 8.1 MPa
2）許用(yong)順紋(wen)抗壓強度的計算
輻射(she)松(song)順紋抗(kang)壓的(de)試驗強度(du)為32.36 MPa。因此，基本順紋抗(kang)壓強度(du)可由下(xia)式算出(chu)：
基本順紋(wen)抗(kang)壓強度=32.36×1/4=8.09（MPa）
根(gen)據表1。降低率(lv)較(jiao)大的一方是紋(wen)理傾斜度(du)為(wei)1/10時(shi)的26%，所(suo)以，由基本(ben)順紋(wen)抗(kang)壓強(qiang)度(du)求許(xu)用(yong)順紋(wen)抗(kang)壓強(qiang)度(du)時(shi)，可由下式算出(chu)：
許用順(shun)紋抗(kang)壓強度(du)=8.09×（1-0.26）≈5.99（MPa）→6.0 MPa
3）許用順(shun)紋抗拉強(qiang)度的計(ji)算
輻射松順紋抗(kang)拉(la)的試驗強度為98.07 MPa。因(yin)此，基本順紋抗(kang)拉(la)強度可由下式(shi)算出：
基本(ben)順紋抗(kang)拉強(qiang)度(du)=98.07×1/4=24.52（MPa）
根據表(biao)1。降低率較大的一方是紋理傾斜(xie)度為1/10時的39%，所以，由基本順(shun)紋抗拉強(qiang)度求許用順(shun)紋抗拉強(qiang)度時，可由下式算出：
許用順(shun)紋抗拉強度=24.52×（1-0.39）≈14.95（MPa）→15.0 MPa
2. GB50005-2003 木結構設計(ji)規范對木材許用(yong)強度的規定
GB 50005-2003對普通木結(jie)構(gou)用(yong)木材規定其(qi)樹種的強度等級如(ru)表(biao)2和表(biao)3所(suo)示。
表(biao)2 針葉樹種(zhong)木材適用的強度(du)等級
強度等級 | 組別 | 適 用 樹 種 |
TC17 | A | 柏木(mu)、長葉松、濕(shi)地松、粗(cu)皮落葉松 |
B | 東北落葉松(song)、歐(ou)洲(zhou)赤(chi)松(song)、歐(ou)洲(zhou)落葉松(song) | |
TC15 | A | 鐵(tie)杉(shan)、油(you)杉(shan)、太平洋海岸黃柏、花旗松(song)-落葉松(song)、西部鐵(tie)杉(shan)、南方松(song) |
B | 魚鱗云(yun)杉、西南(nan)云(yun)杉、南(nan)亞(ya)松 | |
TC13 | A | 油松(song)、新疆落葉松(song)、云南松(song)、馬尾松(song)、扭葉松(song)、北美落葉松(song)、海岸松(song) |
B | 紅皮云(yun)(yun)杉(shan)、麗江云(yun)(yun)杉(shan)、樟子松(song)、紅松(song)、西(xi)加云(yun)(yun)杉(shan)、俄羅斯紅松(song)、歐洲(zhou)云(yun)(yun)杉(shan)、北美(mei)山地云(yun)(yun)杉(shan)、北美(mei)短葉松(song) | |
TC11 | A | 西北云(yun)(yun)(yun)杉(shan)、新疆云(yun)(yun)(yun)杉(shan)、北美黃松(song)、云(yun)(yun)(yun)杉(shan)-松(song)-冷杉(shan)、鐵(tie)-冷杉(shan)、東(dong)部鐵(tie)杉(shan)、杉(shan)木 |
B | 冷(leng)杉(shan)、速(su)生杉(shan)木(mu)、速(su)生馬尾松、新西蘭輻(fu)射松 |
表3 闊葉(xie)樹種木材(cai)適用的(de)強度(du)等級
強度等級 | 適 用(yong) 樹(shu) 種(zhong) |
TB20 | 青(qing)岡(gang)、椆(chou)木、門格里斯木、卡普木、沉水稍克隆、綠心木、紫心木、孿葉豆、塔(ta)特布(bu)木 |
TB17 | 櫟木(mu)、達(da)荷瑪木(mu)、薩(sa)佩萊木(mu)、苦油(you)樹、毛羅藤黃(huang) |
TB15 | 錐(zhui)栗（栲木(mu)）、樺木(mu)、黃梅蘭蒂、梅薩瓦木(mu)、水曲柳、紅勞羅(luo)木(mu) |
TB13 | 深紅梅(mei)蘭(lan)蒂(di)、淺紅梅(mei)蘭(lan)蒂(di)、白梅(mei)蘭(lan)蒂(di)、巴(ba)西紅厚殼木 |
TB11 | 大葉椴、小葉椴 |
在正(zheng)常情況(kuang)下，木材的強度(du)設計值及(ji)彈性模(mo)量(liang)應按表4采用。
表4 木材的強度設計值和彈性模(mo)量（N/mm2）
強度 等級 | 組別 | 抗彎
fm | 順紋抗壓 及承壓 fc | 順紋抗拉
ft | 順紋抗剪
fv | 橫紋承壓fc,90 | 彈性 模量 E | ||
全表面 | 局部表面 和齒面 | 拉力螺栓墊板下 | |||||||
TC17 | A | 17 | 16 | 10 | 1.7 | 2.3 | 3.5 | 4.6 | 10000 |
B | 15 | 9.5 | 1.6 | ||||||
TC15 | A | 15 | 13 | 9.0 | 1.6 | 2.1 | 3.1 | 4.2 | 10000 |
B | 12 | 9.0 | 1.5 | ||||||
TC13 | A | 13 | 12 | 8.5 | 1.5 | 1.9 | 2.9 | 3.8 | 10000 |
B | 10 | 8.0 | 1.4 | 9000 | |||||
TC11 | A | 11 | 10 | 7.5 | 1.4 | 1.8 | 2.7 | 3.6 | 9000 |
B | 10 | 7.0 | 1.2 | ||||||
TB20 | - | 20 | 18 | 12 | 2.8 | 4.2 | 6.3 | 8.4 | 12000 |
TB17 | - | 17 | 16 | 11 | 2.4 | 3.8 | 5.7 | 7.6 | 11000 |
TB15 | - | 15 | 14 | 10 | 2.0 | 3.1 | 4.7 | 6.2 | 10000 |
TB13 | - | 13 | 12 | 9.0 | 1.4 | 2.4 | 3.6 | 4.8 | 8000 |
TB11 | - | 11 | 10 | 8.0 | 1.3 | 2.1 | 3.2 | 4.1 | 7000 |
注(zhu)：計算(suan)木(mu)構件(jian)端部（如接頭處）的(de)拉力螺栓墊(dian)板時(shi)，木(mu)材橫紋承壓強度(du)設(she)計值應按“局部表面和齒面”一欄的(de)數值采用 | |||||||||
該標(biao)準還(huan)規定(ding)木(mu)材的(de)(de)(de)強度設計(ji)值和彈性(xing)模量，在不(bu)同使用(yong)條(tiao)件下尚應(ying)(ying)乘(cheng)以一(yi)定(ding)的(de)(de)(de)調整(zheng)系(xi)數，對于不(bu)同的(de)(de)(de)設計(ji)使用(yong)年(nian)限也應(ying)(ying)乘(cheng)以相(xiang)應(ying)(ying)的(de)(de)(de)調整(zheng)系(xi)數（因為建筑物的(de)(de)(de)使用(yong)年(nian)限最短5年(nian)，長則25年(nian)、50年(nian)、100年(nian)及(ji)以上），此(ci)外還(huan)有(you)一(yi)些其他的(de)(de)(de)調整(zheng)系(xi)數，相(xiang)當復雜。鑫美特連鎖是一(yi)家大型的(de)(de)(de)包裝企業，提供(gong)各種(zhong)定(ding)制服(fu)務，深(shen)圳東莞(guan)惠(hui)州廣州珠三角自營，全國連鎖服(fu)務 ，我們提供(gong)各種(zhong)出(chu)口，真(zhen)空防潮定(ding)制化服(fu)務。
GB 50005-2003是(shi)對(dui)建筑木結構的(de)(de)規定，木包(bao)(bao)裝箱(xiang)不同于建筑物，因為(wei)木包(bao)(bao)裝箱(xiang)與(yu)建筑物比起來，它是(shi)短(duan)期使用的(de)(de)。但(dan)是(shi)，它卻需要承受儲運(yun)過程(cheng)中的(de)(de)沖擊載荷。所(suo)以(yi)，GB 50005-2003的(de)(de)規定對(dui)我們(men)來說只能作為(wei)參考用。
3. GB/T 7284對(dui)木材許用強度的規定(ding)
考慮到我(wo)國幅員遼闊，各地所用木材(cai)的(de)(de)樹種、材(cai)質(zhi)等較復(fu)雜，而且(qie)其強度差距相當大。如果像日本那樣以我(wo)們常(chang)用樹種中強度最低的(de)(de)樹種的(de)(de)許用強度為基礎(chu)，規定出各構件(jian)的(de)(de)尺(chi)寸，對(dui)于一(yi)般(ban)樹種來說(shuo)，勢必(bi)會導致構件(jian)的(de)(de)尺(chi)寸過大，不利于木材(cai)強度的(de)(de)合理(li)利用，也就是不利于木材(cai)的(de)(de)節約。
同(tong)(tong)時(shi)，又考慮(lv)到《中國(guo)主要樹種(zhong)的木材(cai)物理力學(xue)性質》中給出(chu)的各樹種(zhong)的試驗強(qiang)度本身(shen)就(jiu)是一個平均值。即(ji)使同(tong)(tong)一樹種(zhong)，其(qi)實際(ji)的試驗強(qiang)度與該書(shu)給出(chu)的試驗強(qiang)度的差(cha)距(ju)亦相當(dang)大。例如紅松木材(cai)的順(shun)紋(wen)抗(kang)壓強(qiang)度為(wei)(wei)334kgf/cm2，變異系數為(wei)(wei)12.5%，當(dang)概(gai)率為(wei)(wei)99.7%時(shi)，其(qi)最大值按X+3V%估(gu)計為(wei)(wei)334×（1+3×125/100）=459 kgf/cm2；其(qi)最小值按X-3V%估(gu)計為(wei)(wei)334×（1-3×125/100）=208 kgf/cm2，最大值竟是最小值的2.2倍。
綜合考慮上面這些因素，我們將我國包裝箱常(chang)用(yong)書中的試驗強(qiang)度(du)（見附錄1）進行平均，再除(chu)以安全系數得許(xu)用(yong)強(qiang)度(du)。
至于(yu)(yu)這(zhe)(zhe)個(ge)安全(quan)系(xi)數，對我(wo)國的(de)(de)(de)木(mu)(mu)材(cai)來說一般(ban)取(qu)3.5~6，考(kao)慮到包(bao)(bao)裝(zhuang)箱(xiang)在儲運過程中受力的(de)(de)(de)特點及我(wo)國包(bao)(bao)裝(zhuang)用(yong)(yong)木(mu)(mu)材(cai)材(cai)質(zhi)一般(ban)較差等(deng)因素(su)，在本標準中對抗彎及順紋抗拉強(qiang)度(du)(du)，這(zhe)(zhe)個(ge)安全(quan)系(xi)數暫定為(wei)7，而對于(yu)(yu)順紋抗壓強(qiang)度(du)(du)則定為(wei)5.5。表(biao)5就是根據這(zhe)(zhe)種考(kao)慮方(fang)法得出的(de)(de)(de)包(bao)(bao)裝(zhuang)用(yong)(yong)木(mu)(mu)材(cai)的(de)(de)(de)試驗(yan)強(qiang)度(du)(du)的(de)(de)(de)平(ping)均(jun)值和許用(yong)(yong)強(qiang)度(du)(du)。
表5 包裝用木材的試驗強度平均值和許用強度（MPa）
抗彎強度 | 順紋抗壓強度 | 順紋抗拉強度 | |
試驗平均值 | 77.82 | 39.02 | 97.23 |
許 用 值 | 11.0 | 7.0 | 14.0 |
木(mu)材(cai)受彎時，其許(xu)用(yong)強度(du)與(yu)受力方向(xiang)（即徑(jing)向(xiang)使(shi)(shi)用(yong)和弦(xian)向(xiang)使(shi)(shi)用(yong)）是有(you)關(guan)的(de)。一般徑(jing)向(xiang)使(shi)(shi)用(yong)時的(de)許(xu)用(yong)強度(du)大于弦(xian)向(xiang)使(shi)(shi)用(yong)時的(de)許(xu)用(yong)強度(du)（見前面的(de)“1. 日本包(bao)裝用(yong)木(mu)箱(xiang)標準(zhun)對木(mu)材(cai)許(xu)用(yong)強度(du)的(de)規定”）。但(dan)是，因(yin)為在(zai)實(shi)際制(zhi)箱(xiang)過程中往往不注意這個問題，或(huo)木(mu)材(cai)本身的(de)一些原因(yin)，即使(shi)(shi)分開規定也沒什么(me)意義(yi)，所以在(zai)標準(zhun)中不予以分別考慮，但(dan)在(zai)制(zhi)箱(xiang)時，對于彎曲構件還是應該盡可(ke)能采用(yong)徑(jing)向(xiang)使(shi)(shi)用(yong)。
本標準(zhun)(zhun)中各圖(tu)表(biao)規(gui)定的(de)(de)構件(jian)尺寸都(dou)是以表(biao)5的(de)(de)許(xu)(xu)(xu)用強(qiang)度(du)計(ji)算得(de)出的(de)(de)。如果實際使(shi)用的(de)(de)樹(shu)種(zhong)的(de)(de)試(shi)驗(yan)強(qiang)度(du)與表(biao)5的(de)(de)試(shi)驗(yan)強(qiang)度(du)平均值相差(cha)不大，則可(ke)以直接采用本標準(zhun)(zhun)規(gui)定的(de)(de)構件(jian)尺寸。否則，可(ke)根據實際使(shi)用樹(shu)種(zhong)的(de)(de)試(shi)驗(yan)強(qiang)度(du)除以本標準(zhun)(zhun)規(gui)定的(de)(de)安全系數，得(de)其許(xu)(xu)(xu)用強(qiang)度(du)。然后，以這(zhe)實際使(shi)用樹(shu)種(zhong)的(de)(de)許(xu)(xu)(xu)用強(qiang)度(du)與表(biao)5許(xu)(xu)(xu)用強(qiang)度(du)之(zhi)比(bi)來調整構件(jian)的(de)(de)尺寸，這(zhe)在本標準(zhun)(zhun)的(de)(de)相關圖(tu)表(biao)下(xia)面的(de)(de)注中都(dou)有說明(ming)。
