木箱包裝標準(zhun)講解(jie)（一）木材的許用強度
木(mu)(mu)材(cai)(cai)的許(xu)用(yong)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)是木(mu)(mu)包(bao)裝(zhuang)箱設計時的重要依據(ju)。關于木(mu)(mu)材(cai)(cai)許(xu)用(yong)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)的確定，這是一個比較復雜的問題(ti)。一般資料，如(ru)《中(zhong)國主要樹種的木(mu)(mu)材(cai)(cai)物(wu)理力學性(xing)質》所給出(chu)的木(mu)(mu)材(cai)(cai)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)是采(cai)用(yong)沒有缺陷，含水率(lv)為15%的木(mu)(mu)材(cai)(cai)，對其施加靜載荷，測其強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)數據(ju)的平均(jun)值，此稱為試(shi)驗強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)、標準強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)或極限強(qiang)(qiang)(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(zai)儲(chu)運過程(cheng)中所受到的沖擊(ji)等(deng)因(yin)素。所以，在(zai)設(she)計(ji)木箱時不能(neng)直接套用木材的試(shi)驗(yan)強(qiang)度，而(er)必(bi)須(xu)將試(shi)驗(yan)強(qiang)度打個折扣，換算成許用強(qiang)度或設(she)計(ji)強(qiang)度。
至(zhi)于這個折扣如何打，則(ze)與木材本身的(de)情(qing)況和(he)使用(yong)環境條件等有(you)關，但由于考慮的(de)方(fang)法不同而各有(you)差異。所以(yi)，不同的(de)標準、設計(ji)手冊等資(zi)料中(zhong)有(you)不同的(de)計(ji)算方(fang)法。
1. 日本包裝用木(mu)箱標準(zhun)對木(mu)材許用強度的(de)規定
首先(xian)，從試驗強度計(ji)算出木材(cai)的基(ji)本強度：
基本強(qiang)度(du)=試驗強(qiang)度(du)×變(bian)異率×沖擊載荷系數
其中：
變異率(lv)是指由于木材的不(bu)均一性、因干(gan)燥(zao)而(er)收縮以及相(xiang)對(dui)于公稱尺寸的最小尺寸所產生的強度(du)降低(di)常數，取值3/4。
沖擊載荷(he)系(xi)數是指相對于(yu)靜(jing)載荷(he)，對起吊、跌(die)落(luo)、振動等沖擊載荷(he)的(de)安全系(xi)數，取值1/3。
因此，基本強度(du)的計算(suan)公式如下：
基(ji)本強(qiang)度=試驗(yan)強(qiang)度×3/4×1/3=試驗(yan)強(qiang)度×1/4
然后，木材(cai)的(de)許用強(qiang)度是從基本(ben)強(qiang)度減去木材(cai)缺(que)(que)陷所(suo)造成的(de)降(jiang)低率(lv)而得到的(de)強(qiang)度。木材(cai)缺(que)(que)陷的(de)強(qiang)度降(jiang)低率(lv)如(ru)表(biao)1所(suo)示(shi)。計算時只考慮降(jiang)低率(lv)較大(da)的(de)一方。
表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 材寬的面，在材長方向(xiang)的中(zhong)心(xin)附近有木節(jie)時(shi)；
; ② 木節和群生節直徑的測定如(ru)圖1所示；
③ 紋(wen)理傾斜(xie)度(du)的(de)測定如圖2所(suo)示。
注：上表是根(gen)據(ju)(ju)美國(guo)農(nong)業部林產試驗所(suo)發表的數據(ju)(ju)。
1）許(xu)用(yong)抗彎強度(du)的(de)計(ji)算
在日本，包裝用的(de)木材(cai)一般(ban)是輻射(she)松(song)、鐵杉、落葉(xie)松(song)等(deng)，其(qi)中試(shi)驗(yan)強(qiang)度最低的(de)是輻射(she)松(song)，其(qi)抗(kang)彎的(de)試(shi)驗(yan)強(qiang)度為(wei)68.65MPa。因此，基(ji)本抗(kang)彎強(qiang)度可(ke)由(you)下式算(suan)出(chu)：
基本(ben)抗彎強度(du)=68.65×1/4=17.16（MPa）
根據表1，降(jiang)低率(lv)較大(da)的一方(fang)是：
徑(jing)向時(shi)，紋(wen)理傾斜度(du)在1/10時(shi)為(wei)39%（日本(ben)標準規定，包裝(zhuang)用木(mu)材紋(wen)理傾斜度(du)≤1/10，木(mu)節的大小(xiao)占材寬≤1/3）；
弦(xian)向時，木(mu)節(jie)的大小占材(cai)寬(kuan)1/3時為53%。
所(suo)以，由基本抗彎強(qiang)度求許(xu)用抗彎強(qiang)度時(shi)，可由下(xia)式算出(chu)：
徑向(xiang)的許用(yong)抗彎強度=17.16×（1-0.39）≈10.47（MPa）→10.5 MPa
弦向(xiang)的許(xu)用抗(kang)彎(wan)強度=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
輻射松順紋抗(kang)壓的試(shi)驗強(qiang)度(du)為32.36 MPa。因此(ci)，基本順紋抗(kang)壓強(qiang)度(du)可由下式算(suan)出：
基本順紋抗壓強(qiang)度=32.36×1/4=8.09（MPa）
根(gen)據表(biao)1。降(jiang)低率(lv)較大的(de)一方是(shi)紋理傾(qing)斜度為1/10時的(de)26%，所以，由(you)基本順紋抗壓強度求(qiu)許用(yong)順紋抗壓強度時，可(ke)由(you)下式(shi)算出(chu)：
許用順紋(wen)抗壓強度(du)=8.09×（1-0.26）≈5.99（MPa）→6.0 MPa
3）許(xu)用(yong)順紋抗拉強(qiang)度的計算
輻射松(song)順紋(wen)抗拉的(de)試驗強度為98.07 MPa。因此，基(ji)本(ben)順紋(wen)抗拉強度可由下式算(suan)出：
;
基本順(shun)紋抗拉強度=98.07×1/4=24.52（MPa）
根據(ju)表1。降(jiang)低率較大的(de)(de)一(yi)方(fang)是紋(wen)理(li)傾斜度為1/10時的(de)(de)39%，所以，由基本順(shun)紋(wen)抗拉(la)強度求許用(yong)順(shun)紋(wen)抗拉(la)強度時，可由下式算出：
許(xu)用順紋抗拉強度=24.52×（1-0.39）≈14.95（MPa）→15.0 MPa
2. GB50005-2003 木結構設計規范對木材許用強度的規定
GB 50005-2003對普(pu)通木結構用木材規定(ding)其樹種的強(qiang)度等級如表2和(he)表3所示。
表2 針葉(xie)樹種木材適用的(de)強(qiang)度(du)等級
強度等級 | 組別 | 適 用 樹 ; 種 |
TC17 | A | 柏木(mu)、長葉(xie)松、濕地松、粗皮落(luo)葉(xie)松 |
B | 東北落葉松(song)、歐洲赤松(song)、歐洲落葉松(song) | |
TC15 | A | 鐵(tie)杉(shan)、油杉(shan)、太平洋(yang)海岸黃柏、花旗松-落葉松、西部鐵(tie)杉(shan)、南(nan)方松 |
B | 魚鱗(lin)云杉、西(xi)南(nan)云杉、南(nan)亞松 | |
TC13 | A | 油松、新疆落(luo)葉(xie)松、云南松、馬尾(wei)松、扭葉(xie)松、北美落(luo)葉(xie)松、海岸(an)松 |
B | 紅(hong)皮云(yun)(yun)杉(shan)、麗(li)江云(yun)(yun)杉(shan)、樟子松(song)(song)、紅(hong)松(song)(song)、西加云(yun)(yun)杉(shan)、俄(e)羅斯紅(hong)松(song)(song)、歐洲云(yun)(yun)杉(shan)、北(bei)美山地云(yun)(yun)杉(shan)、北(bei)美短葉松(song)(song) | |
TC11 | A | 西(xi)北云杉(shan)(shan)、新(xin)疆(jiang)云杉(shan)(shan)、北美黃松、云杉(shan)(shan)-松-冷杉(shan)(shan)、鐵(tie)-冷杉(shan)(shan)、東(dong)部鐵(tie)杉(shan)(shan)、杉(shan)(shan)木 |
B | 冷杉(shan)、速(su)生杉(shan)木、速(su)生馬(ma)尾松(song)、新西(xi)蘭輻射松(song) |
表(biao)3 闊葉樹(shu)種木(mu)材適用的強度等級
強度等級 | 適(shi) 用(yong) 樹 種 |
TB20 | 青岡、椆木(mu)、門格里斯(si)木(mu)、卡普木(mu)、沉水稍克隆、綠(lv)心(xin)木(mu)、紫(zi)心(xin)木(mu)、孿(luan)葉豆、塔特布(bu)木(mu) |
TB17 | 櫟木(mu)、達荷瑪木(mu)、薩佩萊木(mu)、苦油樹、毛羅(luo)藤(teng)黃 |
TB15 | 錐(zhui)栗（栲木）、樺木、黃(huang)梅蘭蒂、梅薩瓦(wa)木、水曲柳、紅勞羅木 |
TB13 | 深紅梅蘭(lan)蒂、淺(qian)紅梅蘭(lan)蒂、白(bai)梅蘭(lan)蒂、巴西(xi)紅厚殼木(mu) |
TB11 | 大葉椴、小葉椴 |
在正常情況下(xia)，木材的強度設計值及彈性模量應(ying)按表4采(cai)用。
表4 木材的強(qiang)度設計值和彈性模量（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：計算木構(gou)件端部（如接頭處）的拉力螺栓墊板(ban)時，木材橫紋承壓強度設計值應(ying)按“局部表(biao)面(mian)和齒面(mian)”一欄的數值采用(yong) | |||||||||
該(gai)標準還規定(ding)木材的(de)強度設計(ji)(ji)值(zhi)和彈性模量，在不同使(shi)用條件下(xia)尚應乘以(yi)一定(ding)的(de)調整(zheng)系(xi)數，對于不同的(de)設計(ji)(ji)使(shi)用年(nian)(nian)(nian)限(xian)也應乘以(yi)相應的(de)調整(zheng)系(xi)數（因(yin)為建筑(zhu)物(wu)的(de)使(shi)用年(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(ji)以(yi)上），此外(wai)還有一些其他的(de)調整(zheng)系(xi)數，相當復雜(za)。鑫(xin)美(mei)特連鎖是一家大型的(de)包裝企業，提供(gong)各種定(ding)制(zhi)服(fu)務，深圳東莞(guan)惠州(zhou)廣州(zhou)珠三角自營(ying)，全國(guo)連鎖服(fu)務 ，我們提供(gong)各種出口(kou)，真空防潮定(ding)制(zhi)化服(fu)務。
GB 50005-2003是(shi)(shi)對建(jian)筑(zhu)木(mu)結構的(de)規定，木(mu)包裝(zhuang)箱不同于建(jian)筑(zhu)物(wu)，因為木(mu)包裝(zhuang)箱與(yu)建(jian)筑(zhu)物(wu)比起來，它是(shi)(shi)短期使用(yong)的(de)。但是(shi)(shi)，它卻(que)需要承受儲運(yun)過程中(zhong)的(de)沖擊(ji)載(zai)荷。所以(yi)，GB 50005-2003的(de)規定對我們來說只能作為參(can)考(kao)用(yong)。
3. GB/T 7284對(dui)木(mu)材(cai)許用強度的規定
考慮到我(wo)國(guo)幅員遼闊，各(ge)地所用(yong)(yong)(yong)木材的(de)樹(shu)種、材質等較(jiao)復雜，而且其(qi)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)差距相當大(da)。如(ru)果像(xiang)日本那樣(yang)以我(wo)們常用(yong)(yong)(yong)樹(shu)種中強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)最低的(de)樹(shu)種的(de)許用(yong)(yong)(yong)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)為基礎，規定出各(ge)構(gou)件的(de)尺(chi)寸，對于一般樹(shu)種來(lai)說，勢(shi)必會導(dao)致構(gou)件的(de)尺(chi)寸過大(da)，不利于木材強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)的(de)合理利用(yong)(yong)(yong)，也就是不利于木材的(de)節約。
同時，又考慮到《中(zhong)國主(zhu)要樹(shu)種(zhong)的木材物理力學性質》中(zhong)給出的各樹(shu)種(zhong)的試(shi)驗(yan)強度本身就是一個平均值。即使(shi)同一樹(shu)種(zhong)，其實際的試(shi)驗(yan)強度與該書給出的試(shi)驗(yan)強度的差距亦相(xiang)當(dang)(dang)大(da)。例如紅(hong)松(song)木材的順紋抗壓強度為334kgf/cm2，變異系數為12.5%，當(dang)(dang)概率為99.7%時，其最(zui)大(da)值按X+3V%估(gu)計(ji)為334×（1+3×125/100）=459 kgf/cm2；其最(zui)小值按X-3V%估(gu)計(ji)為334×（1-3×125/100）=208 kgf/cm2，最(zui)大(da)值竟是最(zui)小值的2.2倍。
綜合考慮上面這些因素，我(wo)們(men)將我(wo)國包裝箱常(chang)用書中(zhong)的試驗強度（見附錄1）進行平均，再除以安全系(xi)數得許用強度。
至于(yu)這個(ge)安全系數(shu)，對我(wo)國(guo)的(de)木(mu)材(cai)來(lai)說一(yi)般取3.5~6，考慮到包(bao)(bao)裝箱在(zai)儲運過程中(zhong)受力(li)的(de)特點及我(wo)國(guo)包(bao)(bao)裝用(yong)木(mu)材(cai)材(cai)質一(yi)般較(jiao)差等因素，在(zai)本標準中(zhong)對抗(kang)彎及順紋抗(kang)拉強(qiang)度(du)，這個(ge)安全系數(shu)暫定為7，而(er)對于(yu)順紋抗(kang)壓強(qiang)度(du)則定為5.5。表(biao)5就(jiu)是根據(ju)這種考慮方法得(de)出(chu)的(de)包(bao)(bao)裝用(yong)木(mu)材(cai)的(de)試驗強(qiang)度(du)的(de)平均(jun)值和許(xu)用(yong)強(qiang)度(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(yong) 值 | 11.0 | 7.0 | 14.0 |
木(mu)材受(shou)彎時(shi)，其(qi)許用(yong)(yong)強度(du)(du)與受(shou)力方向(xiang)(xiang)（即徑向(xiang)(xiang)使(shi)用(yong)(yong)和弦向(xiang)(xiang)使(shi)用(yong)(yong)）是(shi)有(you)關的。一般(ban)徑向(xiang)(xiang)使(shi)用(yong)(yong)時(shi)的許用(yong)(yong)強度(du)(du)大于弦向(xiang)(xiang)使(shi)用(yong)(yong)時(shi)的許用(yong)(yong)強度(du)(du)（見前面(mian)的“1. 日本包裝(zhuang)用(yong)(yong)木(mu)箱標準對木(mu)材許用(yong)(yong)強度(du)(du)的規定(ding)”）。但是(shi)，因為在實際制箱過程中往(wang)往(wang)不注意這(zhe)個問題，或(huo)木(mu)材本身(shen)的一些(xie)原因，即使(shi)分開規定(ding)也沒(mei)什么意義，所以(yi)在標準中不予(yu)以(yi)分別考慮，但在制箱時(shi)，對于彎曲構件還是(shi)應(ying)該(gai)盡可能采用(yong)(yong)徑向(xiang)(xiang)使(shi)用(yong)(yong)。
本(ben)標準中(zhong)各圖表(biao)(biao)規定的(de)(de)(de)構(gou)(gou)件(jian)尺(chi)寸都是以表(biao)(biao)5的(de)(de)(de)許(xu)(xu)用(yong)強(qiang)度計算得出的(de)(de)(de)。如果(guo)實際使用(yong)的(de)(de)(de)樹(shu)(shu)種(zhong)的(de)(de)(de)試(shi)驗(yan)(yan)強(qiang)度與表(biao)(biao)5的(de)(de)(de)試(shi)驗(yan)(yan)強(qiang)度平均值相差不(bu)大(da)，則(ze)可(ke)以直接采用(yong)本(ben)標準規定的(de)(de)(de)構(gou)(gou)件(jian)尺(chi)寸。否則(ze)，可(ke)根據實際使用(yong)樹(shu)(shu)種(zhong)的(de)(de)(de)試(shi)驗(yan)(yan)強(qiang)度除(chu)以本(ben)標準規定的(de)(de)(de)安(an)全系(xi)數，得其(qi)許(xu)(xu)用(yong)強(qiang)度。然后，以這實際使用(yong)樹(shu)(shu)種(zhong)的(de)(de)(de)許(xu)(xu)用(yong)強(qiang)度與表(biao)(biao)5許(xu)(xu)用(yong)強(qiang)度之比(bi)來(lai)調整構(gou)(gou)件(jian)的(de)(de)(de)尺(chi)寸，這在本(ben)標準的(de)(de)(de)相關圖表(biao)(biao)下面的(de)(de)(de)注中(zhong)都有說明。
