木材の強度特性

木材の強度特性

木材の密度が高くなると強度も高くなります。木材の密度を測る際は、木材の質量と体積に含まれる水分量を測ることも必要です。一般的に木材の密度は気乾密度が表示され、木材の質量と体積は15%の水分(または12%)の水分を含んだ状態で計測されます。また、生材密度が表示されることもあり、木の質量は乾いた空気の中、体積は水分を多く含んだ飽和状態(約30%)で計測されます。フィンランドで一般的な木材の種類はマツ、スプルース、カバノキです。マツとスプルースは建築で最もよく使われる木材です。フィンランドのマツの密度は370~550kg/㎥、スプルースは300~470kg/㎥、カバノキは590~740kg/㎥です。

木の年輪には夏材より明るい色をした春材があります。通常のマツの木では、夏材の割合は平均25%、スプルースの場合は15%です。フィンランドの針葉樹の強度については、理想的な年輪の幅は1~1.5mmですが、年輪のうち夏材が占める割合は大変多くなっています。年輪の幅が狭いからといって、必ずしも木材の密度が高く丈夫だとは限りません。例えば、ラップランドのマツの木の年輪は非常に狭いですが、1年間の成長はほぼ春材だけとなっています。そのため、フィンランド北部で育ったマツは密度が低く、フィンランド中部や南部で育ったマツの木材に比べ重量も軽くなっています。

心材の耐久性は密度とは無関係です。というのも、フィンランドのマツ、スプルース、カバノキでは木の密度は中心から外側に向かって高くなっています。心材の耐久性は樹脂の含有量によって決まり、樹脂が多ければ、防腐性や防虫性が高まります。フィンランドの多くの木では、木の根元部分よりも先端部分の方が密度や強度が低くなります。マツの場合、スプルースに比べて縦方向の密度の変化が大きくなります。芯の部分から表面に向けて密度が高くなる木の種類では、年数を経た木の方が密度が高くなります。

木の強度は基本的に木目に対する方向により異なります。木目の方向では曲げ強度は木の密度に直接的に比例します。均一で傷のない木材は曲げ強度も引張強度と同じくらい優れています。

木目の方向での引張強度は通常木目に対して直角方向の引張強度の10~20倍です。引張強度も木材の密度により異なります。例えば、マツの春材の引張強度は夏材の引張強度の1/6程度しかありません。空気乾燥木材の耐圧強度は引張強度の約半分です。

木材のせん断強度は木目の方向での引張強度の10~15%です。木材に節、傷、ひびがある場合、せん段強度が低くなります。

木材の密度が高くなると弾性と耐久性も高くなります。木目の方向での木材の弾性係数は、木目に対して直角方向の場合の数百倍にもなります。放射方向での弾性係数は接線方向の場合の2倍ほど高くなります。

木材の特性はさまざまな要素により異なるため、用途に応じて選別してください。選別の際は主に2つの条件で分けることができます。木材の外観特性と強度・技術的特性です。木材の品質と強度による選別では、品質の条件の90%が節に関連したものです。強度による選別は目による選別と機械による選別があります。