木箱包裝標準講解（一）木材的許用(yong)強度
木(mu)材的(de)許用強(qiang)度(du)是(shi)木(mu)包(bao)裝箱設計時的(de)重要(yao)依據。關(guan)于木(mu)材許用強(qiang)度(du)的(de)確定(ding)，這是(shi)一(yi)個(ge)比較復雜的(de)問題。一(yi)般(ban)資料，如(ru)《中國主(zhu)要(yao)樹種的(de)木(mu)材物理力學性質》所給出的(de)木(mu)材強(qiang)度(du)是(shi)采用沒有缺陷，含水(shui)率為15%的(de)木(mu)材，對其施加靜載荷(he)，測其強(qiang)度(du)數據的(de)平均值，此稱為試驗強(qiang)度(du)、標準(zhun)強(qiang)度(du)或(huo)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，以及木箱在儲運過(guo)程中(zhong)所受(shou)到的(de)沖擊等因素。所以，在設計木箱時不能直接套用木材的(de)試(shi)驗(yan)強度，而(er)必須將試(shi)驗(yan)強度打個折扣，換算(suan)成許(xu)用強度或設計強度。
至于(yu)這(zhe)個折扣如(ru)何(he)打(da)，則與木材(cai)本身的(de)情況(kuang)和(he)使用環(huan)境條件等(deng)有關，但由于(yu)考慮的(de)方(fang)法不同而(er)各有差異。所以，不同的(de)標準(zhun)、設計手冊等(deng)資料中有不同的(de)計算(suan)方(fang)法。
1. 日本(ben)包裝用木箱標準(zhun)對木材許用強(qiang)度的規(gui)定
首(shou)先，從試驗(yan)強(qiang)度(du)計算(suan)出木材的基本強(qiang)度(du)：
基本強(qiang)度=試(shi)驗強(qiang)度×變異率(lv)×沖擊載荷系數
其中：
變異率是(shi)指由于木材的(de)不均一性、因(yin)干(gan)燥而收縮以及(ji)相對于公稱尺寸的(de)最小尺寸所產生(sheng)的(de)強度降低常數，取(qu)值(zhi)3/4。
沖(chong)擊(ji)載(zai)荷(he)(he)系數(shu)是指相對于靜(jing)載(zai)荷(he)(he)，對起吊(diao)、跌落(luo)、振動(dong)等沖(chong)擊(ji)載(zai)荷(he)(he)的安全系數(shu)，取值1/3。
因此，基本強度的計算公式如下： ;
基本(ben)強(qiang)度(du)=試(shi)驗強(qiang)度(du)×3/4×1/3=試(shi)驗強(qiang)度(du)×1/4
然后，木(mu)材(cai)的許用強(qiang)度是從基本強(qiang)度減去木(mu)材(cai)缺(que)陷所造(zao)成的降低(di)率(lv)而(er)得(de)到的強(qiang)度。木(mu)材(cai)缺(que)陷的強(qiang)度降低(di)率(lv)如(ru)表1所示。計算時(shi)只考慮降低(di)率(lv)較(jiao)大的一方。
表(biao)1 木材(cai)強(qiang)度的(de)降低率 (%)
順 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(de)面，在材長方向(xiang)的(de)中心附近有木節時；
② 木節和群(qun)生節直徑的測(ce)定如圖1所示；
③ 紋理傾斜度的(de)測(ce)定(ding)如(ru)圖2所示。
注：上表是根據美國農(nong)業部林產試驗所發表的數(shu)據。
1）許(xu)用抗彎強度的計算(suan)
在日(ri)本，包裝用的(de)木材(cai)一(yi)般(ban)是(shi)輻射(she)松(song)、鐵杉(shan)、落葉松(song)等，其中試驗(yan)強度最低的(de)是(shi)輻射(she)松(song)，其抗(kang)(kang)彎的(de)試驗(yan)強度為(wei)68.65MPa。因此，基本抗(kang)(kang)彎強度可(ke)由(you)下式算出：
基(ji)本(ben)抗彎強度=68.65×1/4=17.16（MPa）
根據表1，降低率較(jiao)大的一方是：
徑向時，紋理(li)傾(qing)斜(xie)(xie)度(du)在1/10時為39%（日本標準(zhun)規(gui)定，包裝用木材紋理(li)傾(qing)斜(xie)(xie)度(du)≤1/10，木節的大小占材寬≤1/3）；
弦向(xiang)時(shi)(shi)，木節的(de)大小占材(cai)寬1/3時(shi)(shi)為53%。
所以，由基本抗彎強度求許(xu)用抗彎強度時，可由下式算出(chu)：
徑向的許用抗彎強(qiang)度(du)=17.16×（1-0.39）≈10.47（MPa）→10.5 MPa
弦向(xiang)的許用抗彎強度=17.16×（1-0.53）≈8.07（MPa）→ 8.1 MPa
2）許用(yong)順(shun)紋抗壓強度(du)的(de)計(ji)算
輻射松順紋(wen)抗壓的試驗強(qiang)度(du)為32.36 MPa。因此，基本順紋(wen)抗壓強(qiang)度(du)可由下式算出：
基本順紋(wen)抗(kang)壓強度=32.36×1/4=8.09（MPa）
根據表1。降低率較大(da)的一方是紋(wen)理傾斜度(du)為(wei)1/10時的26%，所以，由(you)(you)基(ji)本順紋(wen)抗壓(ya)(ya)強(qiang)度(du)求許用順紋(wen)抗壓(ya)(ya)強(qiang)度(du)時，可由(you)(you)下式算出：
許用順紋(wen)抗壓(ya)強度=8.09×（1-0.26）≈5.99（MPa）→6.0 MPa
3）許用順紋抗拉(la)強度的(de)計算
輻射(she)松順紋抗(kang)拉的試(shi)驗(yan)強度(du)為(wei)98.07 MPa。因此，基(ji)本順紋抗(kang)拉強度(du)可由下式算出：
基(ji)本順紋(wen)抗拉強度=98.07×1/4=24.52（MPa）
根據表1。降低率(lv)較大的一方是紋(wen)理傾(qing)斜(xie)度(du)為1/10時(shi)的39%，所以，由基本(ben)順紋(wen)抗拉(la)強(qiang)度(du)求(qiu)許(xu)用順紋(wen)抗拉(la)強(qiang)度(du)時(shi)，可由下式算(suan)出：
許用順紋抗拉強度(du)=24.52×（1-0.39）≈14.95（MPa）→15.0 MPa
2. GB50005-2003 木(mu)結構設計(ji)規范對木(mu)材許用強度的規定
GB 50005-2003對普通(tong)木結構用木材規定其樹種的強度等級如表(biao)(biao)2和(he)表(biao)(biao)3所示。
表(biao)2 針葉樹種木(mu)材適用的(de)強度等級
強度等級 | 組別 | 適(shi) 用 樹 種 |
TC17 | A | 柏木、長(chang)葉松(song)、濕地(di)松(song)、粗皮落葉松(song) |
B | 東(dong)北落葉松(song)、歐洲赤松(song)、歐洲落葉松(song) | |
TC15 | A | 鐵(tie)(tie)杉、油杉、太平洋海岸黃(huang)柏、花旗松(song)-落葉松(song)、西部鐵(tie)(tie)杉、南方松(song) |
B | 魚鱗云(yun)杉、西南云(yun)杉、南亞松 | |
TC13 | A | 油(you)松(song)、新(xin)疆(jiang)落(luo)葉(xie)松(song)、云南松(song)、馬(ma)尾松(song)、扭葉(xie)松(song)、北美落(luo)葉(xie)松(song)、海岸(an)松(song) |
B | 紅皮云(yun)杉(shan)(shan)、麗(li)江云(yun)杉(shan)(shan)、樟(zhang)子(zi)松、紅松、西(xi)加(jia)云(yun)杉(shan)(shan)、俄(e)羅(luo)斯紅松、歐洲云(yun)杉(shan)(shan)、北美山地云(yun)杉(shan)(shan)、北美短葉松 | |
TC11 | A | 西北(bei)云(yun)(yun)杉、新(xin)疆云(yun)(yun)杉、北(bei)美(mei)黃松、云(yun)(yun)杉-松-冷杉、鐵-冷杉、東部鐵杉、杉木 |
B | 冷(leng)杉(shan)、速生杉(shan)木、速生馬尾(wei)松(song)、新西蘭輻(fu)射松(song) |
表3 闊葉樹種(zhong)木材適用的強度等(deng)級
強度等級 | 適(shi) 用 樹 種 |
TB20 | 青(qing)岡(gang)、椆木(mu)、門格里斯木(mu)、卡普木(mu)、沉水稍(shao)克隆、綠(lv)心木(mu)、紫心木(mu)、孿(luan)葉豆、塔特布木(mu) |
TB17 | 櫟(li)木、達荷瑪木、薩佩萊木、苦油樹、毛羅藤(teng)黃 |
TB15 | 錐栗（栲木(mu)）、樺木(mu)、黃(huang)梅蘭(lan)蒂(di)、梅薩(sa)瓦木(mu)、水曲柳(liu)、紅勞(lao)羅(luo)木(mu) |
TB13 | 深紅(hong)梅(mei)蘭蒂(di)、淺紅(hong)梅(mei)蘭蒂(di)、白(bai)梅(mei)蘭蒂(di)、巴西紅(hong)厚殼木 |
TB11 | 大葉椴、小葉椴 |
在正常情況下(xia)，木材的強度設計值(zhi)及彈性模量應按表4采用。
表4 木材的強(qiang)度設計值和彈性模量(liang)（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)木構件端部（如接頭(tou)處）的拉力(li)螺(luo)栓墊板時，木材橫紋承壓強度(du)設(she)計值應按“局(ju)部表面和(he)齒面”一欄的數值采用 | |||||||||
該標準還規定木材的(de)(de)強(qiang)度(du)設(she)計(ji)值(zhi)和彈性模(mo)量，在不同使(shi)(shi)用(yong)(yong)條件(jian)下尚(shang)應(ying)乘以(yi)一(yi)(yi)定的(de)(de)調整(zheng)系數(shu)，對于不同的(de)(de)設(she)計(ji)使(shi)(shi)用(yong)(yong)年(nian)(nian)(nian)限(xian)也應(ying)乘以(yi)相(xiang)應(ying)的(de)(de)調整(zheng)系數(shu)（因為建筑物的(de)(de)使(shi)(shi)用(yong)(yong)年(nian)(nian)(nian)限(xian)最短5年(nian)(nian)(nian)，長則25年(nian)(nian)(nian)、50年(nian)(nian)(nian)、100年(nian)(nian)(nian)及以(yi)上(shang)），此外還有一(yi)(yi)些其他的(de)(de)調整(zheng)系數(shu)，相(xiang)當復雜。鑫美特(te)連鎖(suo)是一(yi)(yi)家大型的(de)(de)包(bao)裝企業，提供各種(zhong)定制服務(wu)，深圳東莞惠州(zhou)廣州(zhou)珠三角(jiao)自營，全國連鎖(suo)服務(wu) ，我們提供各種(zhong)出口，真空(kong)防潮定制化(hua)服務(wu)。
GB 50005-2003是對建(jian)筑木結構的規(gui)定，木包裝箱不同于建(jian)筑物，因(yin)為(wei)木包裝箱與(yu)建(jian)筑物比(bi)起來，它是短期(qi)使用的。但是，它卻需(xu)要承(cheng)受儲(chu)運過程(cheng)中的沖擊(ji)載荷。所以，GB 50005-2003的規(gui)定對我們來說只能作為(wei)參考用。
3. GB/T 7284對木材許用強(qiang)度的(de)規定
考慮到我國幅員遼闊，各(ge)地所用(yong)木(mu)材的(de)樹種、材質等較復雜，而(er)且其強度差距相當大(da)。如(ru)果像日本那(nei)樣(yang)以我們常用(yong)樹種中強度最低的(de)樹種的(de)許(xu)用(yong)強度為基礎(chu)，規定出(chu)各(ge)構(gou)件的(de)尺寸，對于一般樹種來說(shuo)，勢(shi)必會導致構(gou)件的(de)尺寸過(guo)大(da)，不利于木(mu)材強度的(de)合理利用(yong)，也就(jiu)是不利于木(mu)材的(de)節約。
同時(shi)，又(you)考(kao)慮到《中國主要樹種(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)木(mu)材(cai)物理力(li)學性(xing)質》中給出的(de)(de)(de)各(ge)樹種(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)試驗強度本身(shen)就(jiu)是一個平均值。即(ji)使同一樹種(zhong)(zhong)，其(qi)實際的(de)(de)(de)試驗強度與該書給出的(de)(de)(de)試驗強度的(de)(de)(de)差距亦相當大。例(li)如(ru)紅松木(mu)材(cai)的(de)(de)(de)順(shun)紋抗壓(ya)強度為(wei)(wei)334kgf/cm2，變(bian)異系數(shu)為(wei)(wei)12.5%，當概率為(wei)(wei)99.7%時(shi)，其(qi)最(zui)大值按X+3V%估計為(wei)(wei)334×（1+3×125/100）=459 kgf/cm2；其(qi)最(zui)小(xiao)值按X-3V%估計為(wei)(wei)334×（1-3×125/100）=208 kgf/cm2，最(zui)大值竟是最(zui)小(xiao)值的(de)(de)(de)2.2倍。
綜(zong)合考慮上面這些(xie)因素，我(wo)們將我(wo)國包裝箱常(chang)用書中(zhong)的試驗強度（見(jian)附錄1）進行平(ping)均(jun)，再(zai)除(chu)以安全系數得許用強度。
至(zhi)于這(zhe)個(ge)安全系數，對我(wo)國的(de)(de)木(mu)材來說一般取(qu)3.5~6，考慮(lv)到包(bao)裝箱在儲運過(guo)程中受力的(de)(de)特點及(ji)我(wo)國包(bao)裝用木(mu)材材質一般較差(cha)等(deng)因素，在本標準中對抗(kang)彎及(ji)順紋抗(kang)拉強(qiang)度，這(zhe)個(ge)安全系數暫定(ding)為7，而對于順紋抗(kang)壓(ya)強(qiang)度則(ze)定(ding)為5.5。表5就是根據這(zhe)種考慮(lv)方法得出的(de)(de)包(bao)裝用木(mu)材的(de)(de)試驗(yan)強(qiang)度的(de)(de)平均值和許用強(qiang)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 用 值 | 11.0 | 7.0 | 14.0 |
木(mu)材受彎(wan)時(shi)(shi)，其許(xu)(xu)用強度(du)(du)與受力方向(xiang)（即徑(jing)向(xiang)使用和弦(xian)向(xiang)使用）是有關的。一般徑(jing)向(xiang)使用時(shi)(shi)的許(xu)(xu)用強度(du)(du)大于(yu)弦(xian)向(xiang)使用時(shi)(shi)的許(xu)(xu)用強度(du)(du)（見前面的“1. 日本包裝用木(mu)箱標準對(dui)(dui)木(mu)材許(xu)(xu)用強度(du)(du)的規(gui)定(ding)”）。但是，因為在(zai)實際制(zhi)箱過程中往(wang)往(wang)不(bu)注意這個問(wen)題(ti)，或(huo)木(mu)材本身的一些原(yuan)因，即使分(fen)開規(gui)定(ding)也沒什(shen)么(me)意義，所以在(zai)標準中不(bu)予(yu)以分(fen)別考慮，但在(zai)制(zhi)箱時(shi)(shi)，對(dui)(dui)于(yu)彎(wan)曲構(gou)件還(huan)是應該(gai)盡可能采用徑(jing)向(xiang)使用。
本(ben)標(biao)(biao)準(zhun)中各(ge)圖(tu)表(biao)規(gui)定(ding)的構(gou)(gou)(gou)件(jian)(jian)尺寸(cun)都(dou)是以表(biao)5的許(xu)用(yong)(yong)(yong)強(qiang)度(du)(du)(du)計(ji)算得出的。如果實際使(shi)用(yong)(yong)(yong)的樹(shu)(shu)種(zhong)的試(shi)驗強(qiang)度(du)(du)(du)與(yu)表(biao)5的試(shi)驗強(qiang)度(du)(du)(du)平均值相差不大，則(ze)可以直接采用(yong)(yong)(yong)本(ben)標(biao)(biao)準(zhun)規(gui)定(ding)的構(gou)(gou)(gou)件(jian)(jian)尺寸(cun)。否(fou)則(ze)，可根據實際使(shi)用(yong)(yong)(yong)樹(shu)(shu)種(zhong)的試(shi)驗強(qiang)度(du)(du)(du)除以本(ben)標(biao)(biao)準(zhun)規(gui)定(ding)的安全系數，得其許(xu)用(yong)(yong)(yong)強(qiang)度(du)(du)(du)。然(ran)后，以這(zhe)實際使(shi)用(yong)(yong)(yong)樹(shu)(shu)種(zhong)的許(xu)用(yong)(yong)(yong)強(qiang)度(du)(du)(du)與(yu)表(biao)5許(xu)用(yong)(yong)(yong)強(qiang)度(du)(du)(du)之比(bi)來(lai)調整(zheng)構(gou)(gou)(gou)件(jian)(jian)的尺寸(cun)，這(zhe)在本(ben)標(biao)(biao)準(zhun)的相關(guan)圖(tu)表(biao)下面(mian)的注中都(dou)有說明(ming)。
