木箱包裝標(biao)準講解（一）木材的許(xu)用強度
木(mu)材(cai)的(de)許用(yong)強(qiang)度(du)是木(mu)包裝箱設計時的(de)重要依據(ju)。關于木(mu)材(cai)許用(yong)強(qiang)度(du)的(de)確定，這(zhe)是一(yi)個比較復(fu)雜的(de)問題。一(yi)般資料，如《中國(guo)主要樹種的(de)木(mu)材(cai)物(wu)理力學性(xing)質》所給出的(de)木(mu)材(cai)強(qiang)度(du)是采用(yong)沒有缺(que)陷，含水率為15%的(de)木(mu)材(cai)，對其(qi)施加靜載荷，測(ce)其(qi)強(qiang)度(du)數(shu)據(ju)的(de)平均值(zhi)，此稱(cheng)為試驗強(qiang)度(du)、標準強(qiang)度(du)或極限(xian)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(mu)箱(xiang)在儲(chu)運過程中所受(shou)到的沖擊等因素。所以，在設(she)計(ji)木箱時(shi)不能直(zhi)接套用(yong)木材的試驗(yan)強(qiang)度(du)，而必須將試驗(yan)強(qiang)度(du)打個(ge)折扣，換算成許用(yong)強(qiang)度(du)或(huo)設(she)計(ji)強(qiang)度(du)。
至(zhi)于(yu)這(zhe)個折扣如何打，則與木材本(ben)身的(de)情況和使用(yong)環境(jing)條件等(deng)有關，但由于(yu)考慮的(de)方法不(bu)同(tong)而各(ge)有差異。所以，不(bu)同(tong)的(de)標準、設計(ji)(ji)手冊(ce)等(deng)資料中有不(bu)同(tong)的(de)計(ji)(ji)算(suan)方法。
1. 日(ri)本(ben)包裝(zhuang)用木箱標準(zhun)對木材許用強度的(de)規定
首(shou)先(xian)，從(cong)試驗強度計算(suan)出木材(cai)的基本強度：
基本強(qiang)度=試驗強(qiang)度×變(bian)異率×沖擊(ji)載荷系數
其中：
變異率(lv)是指由于(yu)木材的(de)(de)不均一性(xing)、因干燥而收縮以(yi)及相對于(yu)公稱尺寸(cun)(cun)的(de)(de)最(zui)小尺寸(cun)(cun)所產生的(de)(de)強度(du)降(jiang)低常數，取值3/4。
沖擊(ji)載(zai)荷(he)系數(shu)是指相(xiang)對(dui)于靜(jing)載(zai)荷(he)，對(dui)起吊、跌落、振動等沖擊(ji)載(zai)荷(he)的安全系數(shu)，取值1/3。
因此，基本強(qiang)度的(de)計(ji)算(suan)公式(shi)如下：
基本(ben)強(qiang)度=試驗強(qiang)度×3/4×1/3=試驗強(qiang)度×1/4
然后，木(mu)材(cai)的(de)(de)(de)許用(yong)強度(du)是從基本強度(du)減去木(mu)材(cai)缺陷所造(zao)成的(de)(de)(de)降(jiang)低率而得到(dao)的(de)(de)(de)強度(du)。木(mu)材(cai)缺陷的(de)(de)(de)強度(du)降(jiang)低率如表1所示。計算時(shi)只考慮降(jiang)低率較大的(de)(de)(de)一方。
表1 木(mu)材強度的降低率(lv) (%)
順 紋(wen) 抗拉強度 | 順 紋(wen) 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(cai)寬的(de)面，在材(cai)長方(fang)向的(de)中心附近有木節(jie)時；
② 木(mu)節和群生節直徑的測定(ding)如圖1所示；
③ 紋理傾(qing)斜度(du)的測(ce)定(ding)如圖2所示(shi)。
注：上表是根據(ju)美國(guo)農業部林產試驗所發表的數據(ju)。
1）許用抗彎強度的計算
在日(ri)本，包裝用的木材一般(ban)是(shi)輻(fu)射(she)(she)松、鐵杉、落葉松等，其中試驗強度最低(di)的是(shi)輻(fu)射(she)(she)松，其抗彎(wan)的試驗強度為(wei)68.65MPa。因此，基本抗彎(wan)強度可由下式算(suan)出：
基本抗彎強度=68.65×1/4=17.16（MPa）
根據表1，降(jiang)低率(lv)較大的一方(fang)是：
徑(jing)向時(shi)，紋(wen)理(li)傾斜度在1/10時(shi)為39%（日本標(biao)準規定，包裝用木材紋(wen)理(li)傾斜度≤1/10，木節的大小占材寬≤1/3）；
弦向時，木節(jie)的(de)大(da)小占材寬(kuan)1/3時為53%。
所(suo)以，由(you)基本(ben)抗(kang)彎強(qiang)度求許用抗(kang)彎強(qiang)度時(shi)，可由(you)下式算出：
徑向的許(xu)用抗彎強度=17.16×（1-0.39）≈10.47（MPa）→10.5 MPa
弦(xian)向的許(xu)用抗彎強度=17.16×（1-0.53）≈8.07（MPa）→ 8.1 MPa
2）許用順紋抗壓強度的計算(suan)
輻射松順紋抗(kang)壓(ya)的試驗強度(du)為32.36 MPa。因此，基(ji)本順紋抗(kang)壓(ya)強度(du)可由下式算出：
基本順紋抗壓強度=32.36×1/4=8.09（MPa）
根據表(biao)1。降(jiang)低率(lv)較大的一(yi)方是紋理(li)傾斜(xie)度(du)為(wei)1/10時(shi)的26%，所以，由基本順(shun)紋抗(kang)壓(ya)強(qiang)度(du)求許用順(shun)紋抗(kang)壓(ya)強(qiang)度(du)時(shi)，可由下式(shi)算(suan)出：
許(xu)用順紋(wen)抗壓強度=8.09×（1-0.26）≈5.99（MPa）→6.0 MPa
3）許(xu)用順紋(wen)抗拉強度的計算(suan)
輻射松(song)順(shun)紋抗拉的試驗強(qiang)度(du)為(wei)98.07 MPa。因此，基(ji)本順(shun)紋抗拉強(qiang)度(du)可由下式算出：
基本順紋抗拉強度=98.07×1/4=24.52（MPa）
根(gen)據表1。降低率較大的一方是紋理傾斜度(du)為1/10時的39%，所以，由基本順紋抗(kang)拉強度(du)求許用順紋抗(kang)拉強度(du)時，可由下式算出(chu)：
許用順紋抗(kang)拉強(qiang)度=24.52×（1-0.39）≈14.95（MPa）→15.0 MPa
2. GB50005-2003 木結構設計規(gui)范對木材許用強度的規(gui)定
GB 50005-2003對普通木(mu)結構用(yong)木(mu)材規定其樹種(zhong)的(de)強度等(deng)級如(ru)表(biao)2和表(biao)3所示。
表2 針葉(xie)樹種木材適用的強度(du)等(deng)級
強度等級 | 組別 | 適 用 樹 種 |
TC17 | A | 柏木(mu)、長葉松、濕地松、粗(cu)皮落葉松 |
B | 東北(bei)落葉(xie)松、歐洲赤松、歐洲落葉(xie)松 | |
TC15 | A | 鐵杉、油杉、太(tai)平洋海岸黃柏(bo)、花旗松-落葉松、西部(bu)鐵杉、南(nan)方(fang)松 |
B | 魚鱗云杉(shan)、西南云杉(shan)、南亞(ya)松 | |
TC13 | A | 油松(song)(song)(song)(song)、新疆落(luo)葉(xie)(xie)松(song)(song)(song)(song)、云南(nan)松(song)(song)(song)(song)、馬尾松(song)(song)(song)(song)、扭葉(xie)(xie)松(song)(song)(song)(song)、北美落(luo)葉(xie)(xie)松(song)(song)(song)(song)、海岸松(song)(song)(song)(song) |
B | 紅(hong)(hong)皮云(yun)(yun)杉(shan)、麗江云(yun)(yun)杉(shan)、樟子松、紅(hong)(hong)松、西加云(yun)(yun)杉(shan)、俄羅斯紅(hong)(hong)松、歐洲(zhou)云(yun)(yun)杉(shan)、北美山地(di)云(yun)(yun)杉(shan)、北美短(duan)葉松 | |
TC11 | A | 西北(bei)(bei)云杉(shan)(shan)、新疆云杉(shan)(shan)、北(bei)(bei)美黃松(song)(song)、云杉(shan)(shan)-松(song)(song)-冷杉(shan)(shan)、鐵-冷杉(shan)(shan)、東(dong)部鐵杉(shan)(shan)、杉(shan)(shan)木 |
B | 冷杉、速(su)生杉木、速(su)生馬尾松(song)、新西蘭輻射松(song) |
表3 闊葉樹種木(mu)材(cai)適用(yong)的強度等(deng)級
強度等級 | 適 用 樹(shu) 種 |
TB20 | 青岡(gang)、椆木(mu)(mu)、門格里斯(si)木(mu)(mu)、卡普木(mu)(mu)、沉水(shui)稍克(ke)隆、綠心木(mu)(mu)、紫(zi)心木(mu)(mu)、孿(luan)葉豆、塔特布木(mu)(mu) |
TB17 | 櫟木、達荷(he)瑪木、薩佩萊木、苦油(you)樹、毛羅藤黃 |
TB15 | 錐栗（栲(kao)木）、樺木、黃梅蘭(lan)蒂(di)、梅薩瓦木、水曲柳、紅(hong)勞羅木 |
TB13 | 深(shen)紅梅(mei)蘭(lan)蒂(di)、淺紅梅(mei)蘭(lan)蒂(di)、白梅(mei)蘭(lan)蒂(di)、巴西紅厚(hou)殼木 |
TB11 | 大葉椴、小葉椴 |
在正常情況下，木材的強(qiang)度設計值及彈性模量應(ying)按表4采用。
表4 木材的強度設(she)計(ji)值和彈性模量（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：計算(suan)木構件端(duan)部（如接頭(tou)處）的(de)拉力螺(luo)栓墊(dian)板時(shi)，木材橫紋承(cheng)壓強(qiang)度設計值應按(an)“局部表面(mian)(mian)和齒面(mian)(mian)”一欄的(de)數值采用 | |||||||||
該標準還規(gui)定(ding)木材的(de)(de)(de)強(qiang)度(du)設計值和彈性(xing)模(mo)量，在不同(tong)使用(yong)(yong)條(tiao)件下尚應乘以一定(ding)的(de)(de)(de)調整(zheng)系(xi)數(shu)，對于(yu)不同(tong)的(de)(de)(de)設計使用(yong)(yong)年(nian)(nian)限也(ye)應乘以相應的(de)(de)(de)調整(zheng)系(xi)數(shu)（因為(wei)建筑物的(de)(de)(de)使用(yong)(yong)年(nian)(nian)限最短5年(nian)(nian)，長則25年(nian)(nian)、50年(nian)(nian)、100年(nian)(nian)及(ji)以上），此外還有一些其他的(de)(de)(de)調整(zheng)系(xi)數(shu)，相當復雜。鑫美特連鎖是(shi)一家大(da)型的(de)(de)(de)包(bao)裝企業，提供(gong)各(ge)種(zhong)定(ding)制服(fu)務(wu)(wu)，深圳東莞惠(hui)州(zhou)廣州(zhou)珠三角自營，全(quan)國(guo)連鎖服(fu)務(wu)(wu) ，我們提供(gong)各(ge)種(zhong)出(chu)口，真(zhen)空防潮定(ding)制化服(fu)務(wu)(wu)。
GB 50005-2003是(shi)對建筑木結構的(de)規定(ding)，木包裝(zhuang)箱不同于(yu)建筑物，因為木包裝(zhuang)箱與建筑物比起來，它是(shi)短期使用(yong)(yong)的(de)。但是(shi)，它卻需要承(cheng)受儲運過(guo)程(cheng)中的(de)沖擊(ji)載荷。所以(yi)，GB 50005-2003的(de)規定(ding)對我們(men)來說只能作(zuo)為參(can)考用(yong)(yong)。
3. GB/T 7284對木材許用(yong)強度的規定
考(kao)慮(lv)到我(wo)國幅員遼闊，各地所(suo)用木材的(de)樹(shu)種、材質等較(jiao)復雜，而且其強(qiang)度差距相當大。如果(guo)像日(ri)本那樣以我(wo)們常用樹(shu)種中強(qiang)度最低(di)的(de)樹(shu)種的(de)許用強(qiang)度為基礎(chu)，規(gui)定出各構件(jian)的(de)尺寸，對于(yu)一般樹(shu)種來說(shuo)，勢必會導致構件(jian)的(de)尺寸過大，不利于(yu)木材強(qiang)度的(de)合理利用，也就是不利于(yu)木材的(de)節約。
同(tong)時(shi)，又考慮到《中國(guo)主要樹(shu)種(zhong)(zhong)的木材物(wu)理(li)力學性質》中給出的各樹(shu)種(zhong)(zhong)的試(shi)驗強度本(ben)身就是(shi)一個平均值(zhi)。即使(shi)同(tong)一樹(shu)種(zhong)(zhong)，其實際的試(shi)驗強度與該書給出的試(shi)驗強度的差距亦相(xiang)當大。例如(ru)紅松木材的順紋抗(kang)壓強度為(wei)(wei)334kgf/cm2，變異系數為(wei)(wei)12.5%，當概率為(wei)(wei)99.7%時(shi)，其最大值(zhi)按(an)X+3V%估(gu)計為(wei)(wei)334×（1+3×125/100）=459 kgf/cm2；其最小(xiao)值(zhi)按(an)X-3V%估(gu)計為(wei)(wei)334×（1-3×125/100）=208 kgf/cm2，最大值(zhi)竟是(shi)最小(xiao)值(zhi)的2.2倍。
綜(zong)合考慮上面這(zhe)些因素(su)，我們將我國包裝箱常(chang)用書中的試驗強(qiang)度(du)(du)（見附錄1）進行平均，再除以安全系數得許用強(qiang)度(du)(du)。
至于(yu)這個安(an)全系(xi)數，對我國(guo)的(de)(de)木材(cai)來說一(yi)般(ban)取(qu)3.5~6，考慮到包(bao)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)箱在儲運過程中受力的(de)(de)特(te)點及我國(guo)包(bao)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)用木材(cai)材(cai)質一(yi)般(ban)較差(cha)等因素，在本標準中對抗彎及順紋抗拉強度，這個安(an)全系(xi)數暫定(ding)為7，而對于(yu)順紋抗壓強度則定(ding)為5.5。表5就是根據(ju)這種考慮方法(fa)得出的(de)(de)包(bao)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)用木材(cai)的(de)(de)試驗強度的(de)(de)平均(jun)值和(he)許用強度。
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(xu) 用 ; 值 | 11.0 | 7.0 | 14.0 |
木(mu)材(cai)受(shou)彎時，其(qi)許(xu)(xu)用(yong)強度(du)(du)與受(shou)力方向(xiang)(xiang)（即(ji)徑(jing)向(xiang)(xiang)使(shi)用(yong)和弦(xian)向(xiang)(xiang)使(shi)用(yong)）是(shi)(shi)有關(guan)的(de)(de)。一(yi)般(ban)徑(jing)向(xiang)(xiang)使(shi)用(yong)時的(de)(de)許(xu)(xu)用(yong)強度(du)(du)大(da)于(yu)弦(xian)向(xiang)(xiang)使(shi)用(yong)時的(de)(de)許(xu)(xu)用(yong)強度(du)(du)（見前(qian)面(mian)的(de)(de)“1. 日本包裝用(yong)木(mu)箱標(biao)準對木(mu)材(cai)許(xu)(xu)用(yong)強度(du)(du)的(de)(de)規(gui)定”）。但是(shi)(shi)，因(yin)為在實際(ji)制箱過程(cheng)中往往不注意這個問題，或(huo)木(mu)材(cai)本身(shen)的(de)(de)一(yi)些原因(yin)，即(ji)使(shi)分開規(gui)定也沒什么意義，所以在標(biao)準中不予(yu)以分別考(kao)慮，但在制箱時，對于(yu)彎曲構件還(huan)是(shi)(shi)應該盡可能采用(yong)徑(jing)向(xiang)(xiang)使(shi)用(yong)。
本標準中(zhong)各圖表(biao)規定的(de)(de)(de)構件尺寸(cun)都是(shi)以(yi)表(biao)5的(de)(de)(de)許(xu)(xu)用(yong)(yong)強(qiang)(qiang)(qiang)度計算得出(chu)的(de)(de)(de)。如果(guo)實際(ji)使用(yong)(yong)的(de)(de)(de)樹種(zhong)的(de)(de)(de)試(shi)驗強(qiang)(qiang)(qiang)度與(yu)表(biao)5的(de)(de)(de)試(shi)驗強(qiang)(qiang)(qiang)度平均值相(xiang)差不大，則可(ke)以(yi)直接采用(yong)(yong)本標準規定的(de)(de)(de)構件尺寸(cun)。否則，可(ke)根據實際(ji)使用(yong)(yong)樹種(zhong)的(de)(de)(de)試(shi)驗強(qiang)(qiang)(qiang)度除以(yi)本標準規定的(de)(de)(de)安(an)全系(xi)數，得其許(xu)(xu)用(yong)(yong)強(qiang)(qiang)(qiang)度。然后，以(yi)這實際(ji)使用(yong)(yong)樹種(zhong)的(de)(de)(de)許(xu)(xu)用(yong)(yong)強(qiang)(qiang)(qiang)度與(yu)表(biao)5許(xu)(xu)用(yong)(yong)強(qiang)(qiang)(qiang)度之比來調整構件的(de)(de)(de)尺寸(cun)，這在本標準的(de)(de)(de)相(xiang)關圖表(biao)下面的(de)(de)(de)注中(zhong)都有(you)說明。
