■蘇艷煒歐 彬Su Yanwei& Ou Bin（.西南林業(yè)大學(xué)材料工程學(xué)院，云南昆明 6504；.金點(diǎn)時(shí)代設(shè)計(jì)工作室，云南昆明 6504）

基于材質(zhì)搭配的松木家具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略

■蘇艷煒1歐 彬2Su Yanwei1& Ou Bin2
（1.西南林業(yè)大學(xué)材料工程學(xué)院，云南昆明 650224；2.金點(diǎn)時(shí)代設(shè)計(jì)工作室，云南昆明 650224）

針對(duì)松木家具容易發(fā)生“結(jié)構(gòu)失效”的問題，提出與高強(qiáng)度材質(zhì)搭配的設(shè)計(jì)策略。通過采用金屬框架、桁架、插接等結(jié)構(gòu)形式用作承重件可增強(qiáng)松木家具整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；以包覆、貫穿等設(shè)計(jì)手法將金屬材料用在節(jié)點(diǎn)處或形成剛性結(jié)構(gòu)可提高局部連接強(qiáng)度。最后通過設(shè)計(jì)實(shí)踐，驗(yàn)證了這些策略的可行性。

松木家具；結(jié)構(gòu)；材質(zhì)搭配；設(shè)計(jì)策略

松木作為一種蓄積量很大的速生材，目前已被廣泛用于實(shí)木家具設(shè)計(jì)與制造中［1］。然而，與硬質(zhì)闊葉材相比，松木普遍存在著密度低、材質(zhì)疏松、干縮濕脹大、力學(xué)指標(biāo)偏低等缺陷，這些缺陷最終導(dǎo)致力學(xué)性能不足，造成松木家具結(jié)構(gòu)容易松動(dòng)，從而發(fā)生“結(jié)構(gòu)失效”［2］，影響松木家具產(chǎn)品的品質(zhì)和使用年限，這在一定程度上制約了松木在家具制造上的應(yīng)用。

通過對(duì)國(guó)內(nèi)松木家具市場(chǎng)的調(diào)查，筆者發(fā)現(xiàn)松木家具“結(jié)構(gòu)失效”主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是為塑造造型上的輕巧感，對(duì)零部件尺寸縮減，造成松木家具整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低；二是未合理配置零部件接合處連接，從而影響局部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。因此，在松木家具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)針對(duì)松木的材性特征，與金屬等高強(qiáng)度材料進(jìn)行合理搭配，實(shí)現(xiàn)材質(zhì)的“優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)”，提高松木家具的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，最終提升松木家具產(chǎn)品品質(zhì)和附加值。

1　與高強(qiáng)度材料搭配提高整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度

受松木力學(xué)性能指標(biāo)偏低的影響，松木家具零部件尤其是起支撐作用的零部件尺寸較大，呈現(xiàn)圓潤(rùn)笨拙的形態(tài)特征。金屬材料尤其是高強(qiáng)度合金材料普遍比松木木材強(qiáng)度高，因此它能較好滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度需求且可任意造型，適合做承重部件。

1.1金屬框架的增強(qiáng)作用

框架作為框式家具的受力構(gòu)件，可以確保零件的長(zhǎng)度方向?yàn)轫樇y方向，從而保證家具的尺寸穩(wěn)定性。因此，在書柜、衣柜、展示柜等柜類家具設(shè)計(jì)中，可將金屬管通過焊接、鉚接等加工成金屬框架，作為承重部件，而將松木板材作為圍合部件置于框架之上，實(shí)現(xiàn)兩種材質(zhì)的“優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)”。同時(shí)利用金屬材料良好的延展性和加工性能，通過線的組合與交錯(cuò)，將其設(shè)計(jì)成千姿百態(tài)的家具造型，呈現(xiàn)出豐富的斷面形態(tài)，如圖1所示。

如圖2所示的電視柜設(shè)計(jì)，將金屬材料作為框架承重，松木以板件或?qū)嶓w框的形式嵌合，采用形式美法則中的“虛實(shí)”對(duì)比，視覺上豐富了松木家具的造型形態(tài)，同時(shí)彌補(bǔ)了松木力學(xué)性能的不足，一定程度上提高了松木家具的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，能有效防止松木家具的“結(jié)構(gòu)失效”。

1.2金屬桁架結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)作用

桁架結(jié)構(gòu)（圖3）能承受軸向拉力或壓力，具有較高的強(qiáng)度，適用于較大跨度的承重結(jié)構(gòu)形式［3］。在木結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)中，很多地方都采用了桁架結(jié)構(gòu)來(lái)防止零部件的松動(dòng)。這種方法也可以借鑒到松木家具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中。松木作為一種實(shí)木材料，具有干縮濕脹性較大的缺陷，因此，松木框架易發(fā)生松動(dòng)而影響其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，故可將桁架結(jié)構(gòu)運(yùn)用于尺度較大的松木家具零部件上，從而有效提高松木家具的整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

結(jié)合人體工效學(xué)原理，開敞式衣柜設(shè)計(jì)采用兩根直徑為10mm的不銹鋼管交錯(cuò)貫穿形成桁架結(jié)構(gòu)（圖4），嵌入衣柜立柱與擱板、底板形成的框架內(nèi)，可承受松木因干縮濕脹引起的形變應(yīng)力，從而有效防止“結(jié)構(gòu)失效”，同時(shí)由于金屬材料的加入，打破了松木家具的單一的造型形態(tài)，給人輕巧、靈動(dòng)的視覺效果。

1.3金屬插接結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)作用

插接（圖5）是金屬家具設(shè)計(jì)中常用的一種結(jié)構(gòu)形式，它能滿足家具的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度需求。插接結(jié)構(gòu)用于松木家具設(shè)計(jì)主要有兩種方式：一種是端面結(jié)構(gòu)直接外露，作為一種裝飾形態(tài)，以增強(qiáng)家具本身的形式感和裝飾效果；另一種是基于“折疊”功能或可伸縮性功能的需求，將其“外包”于松木構(gòu)件表面，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和趣味性。

如圖6所示的兒童桌設(shè)計(jì)，利用松木材色清新自然的優(yōu)勢(shì)，將其作為功能界面，鋁合金管材作為承重件，通過插接的結(jié)構(gòu)形式嵌入松木臺(tái)面，端面直接外露作為一種裝飾形態(tài)，色彩上形成溫潤(rùn)與冷峻的對(duì)比，給人強(qiáng)烈的視覺沖擊力。同時(shí)鋁合金的加入，也能增強(qiáng)兒童桌的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

如圖7所示的可調(diào)式兒童桌設(shè)計(jì)，基于可成長(zhǎng)性的設(shè)計(jì)需求，以插接的形式通過螺釘連接將其設(shè)計(jì)為可調(diào)節(jié)式結(jié)構(gòu)，通過高度調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)不同年齡階段的兒童使用。兩者的巧妙搭配，使松木的細(xì)膩感與金屬的精致感相得益彰，視覺上打破了松木家具單一的造型形態(tài)，為其增添了幾分“童趣”，同時(shí)在一定程度上提高了松木家具的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

2　采用二次加固策略提高局部連接強(qiáng)度

2.1金屬節(jié)點(diǎn)加強(qiáng)

家具產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能的基礎(chǔ)。各零部件的連接方式、節(jié)點(diǎn)處接合強(qiáng)度及材料本身的力學(xué)性能均會(huì)影響家具產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。而“節(jié)點(diǎn)”往往是家具結(jié)構(gòu)中最薄弱的環(huán)節(jié)，它是指利用榫、釘或連接件把相鄰零部件連接的部位，即家具各零部件間的接合處［4］。倘若它的強(qiáng)度和剛度滿足不了設(shè)計(jì)要求，將會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形，甚至造成破壞，從而縮短產(chǎn)品的使用壽命，因此從產(chǎn)品安全角度來(lái)說(shuō)，對(duì)框架結(jié)構(gòu)中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)尤為關(guān)鍵。節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)可以分為“T”型和“L”型兩種［5］，如圖8所示。

框架結(jié)構(gòu)為當(dāng)前松木家具的主要結(jié)構(gòu)形式，其節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度的大小決定了松木家具結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的高低。因此，在松木節(jié)點(diǎn)處，可采用不銹鋼等高強(qiáng)度材料代替，以達(dá)到增強(qiáng)局部連接強(qiáng)度的目的。如圖9所示，在松木架類家具設(shè)計(jì)中，將啞光不銹鋼管以貫穿手法包覆在松木立柱與擱板的節(jié)點(diǎn)接合處，起到加固節(jié)點(diǎn)連接強(qiáng)度的作用，從整體上提高松木家具的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

2.2金屬構(gòu)件加固

松木家具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對(duì)于那些零部件尺寸較大的構(gòu)件，除采用金屬桁架結(jié)構(gòu)外，還可將金屬材料用作橫撐，通過二次加固策略來(lái)增加局部連接強(qiáng)度。圖10所示的餐桌設(shè)計(jì)，因其縱向跨度較大，單純采用松木構(gòu)件以榫卯結(jié)構(gòu)形式連接顯然不能滿足其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，因此，可在松木臺(tái)面與橫撐之間加入幾根細(xì)小的金屬管材，形成一種往餐桌中間聚攏的牽制應(yīng)力，從而有效防止松木因干縮濕脹發(fā)生形變，起到二次加固的作用。

2.3形成剛性結(jié)構(gòu)加固

對(duì)于框架結(jié)構(gòu)的實(shí)木家具來(lái)說(shuō)，角結(jié)合部位也是容易損壞的部位，因此，可通過形成剛性結(jié)構(gòu)提高其局部連接強(qiáng)度［6］。如圖11所示，在椅子的前、后腿間以貫穿的形式加一金屬橫撐，此時(shí)，橫撐與椅子的前、后腿下端構(gòu)成三構(gòu)件的剛性框架，而椅子的前、后腿上端與側(cè)望板、橫撐形成四構(gòu)件的剛性結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到加固的目的。此外，也可在松木家具的角部接合處塞入三角形角鐵，通過二次加固減少松木因材質(zhì)松軟而發(fā)生的形變，達(dá)到增強(qiáng)局部連接強(qiáng)度的目的，如圖12所示。以上這些方式均適合速生實(shí)木家具產(chǎn)品的局部結(jié)構(gòu)增強(qiáng)。

■圖1　金屬框架的幾種形式

■圖2　金屬框架在松木柜類家具中的增強(qiáng)作用

■圖3　桁架結(jié)構(gòu)形式

■圖4　金屬桁架在松木家具中的增強(qiáng)作用

■圖5　金屬家具的插接結(jié)構(gòu)形式

■圖6　結(jié)構(gòu)外露的金屬插接結(jié)構(gòu)

■圖7　可伸縮的金屬插接結(jié)構(gòu)

■圖8　“T”型和“L”型節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)

■圖9　金屬節(jié)點(diǎn)加強(qiáng)松木家具的連接結(jié)構(gòu)強(qiáng)度

■圖10　金屬構(gòu)件加強(qiáng)松木家具局部接合強(qiáng)度

■圖11　金屬橫撐的二次加固

■圖12　金屬角鐵的二次加固

3　結(jié)語(yǔ)

（1）松木普遍存在力學(xué)強(qiáng)度指標(biāo)偏低的缺陷，造成松木家具結(jié)構(gòu)容易松動(dòng)，從而導(dǎo)致“結(jié)構(gòu)失效”，影響產(chǎn)品檔次和使用壽命；

（2）采用與金屬等高強(qiáng)度材料搭配的設(shè)計(jì)策略，可起到增強(qiáng)松木家具整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和局部連接強(qiáng)度的作用，同時(shí)能豐富松木家具的造型形態(tài)；

（3）金屬材料增強(qiáng)松木家具結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的定量研究需進(jìn)一步探討。

（責(zé)任編輯：北 方）

［1］孫德林，姚文亮.基于速生木材特性的實(shí)木家具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［J］.林產(chǎn)工業(yè)，2014，41（2）：37-38.

［2］蘇艷煒.松木家具設(shè)計(jì)中的材料多樣化策略研究［D］.長(zhǎng)沙：中南林業(yè)科技大學(xué)，2012.

［3］李素瑕，劉文金.幾種連接方式對(duì)脫脂馬尾松家具結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響［J］.西北林學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，29（1）：169-173.

［4］鄧昕.松木家具設(shè)計(jì)新探［J］.家具與室內(nèi)裝飾，2008，12：26-27.

［5］林作新，李黎.家具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［M］.北京：中國(guó)林業(yè)出版社，2008.

［6］薛坤.傳統(tǒng)家具結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能研究［J］.家具與室內(nèi)裝飾，2012，12：18-19.

Structural Design Method of Pine Wood Furniture Based on The Characteristics of Material Collocation

The structure of pine furniture is easy to be destroyed because of its Mechanical properties. In order to solve this problem， we can collocate the pine w ith high strength material . By the way of frame structure， truss structure and plug structure， we can enhance the overall structural strength of pine furniture. We can also use metals to improve the local connection strength by the design method of coating and through. Finally，we verify the feasibility of these design strategies by design practice.

Pine Wood Furniture； Structure； Material Collocation； Design Strategy

TS664.01

A

1006-8260（2015）07-0018-02

浙江省林業(yè)工程重中之重一級(jí)學(xué)科開放基金（編號(hào)：2014lygcy020）

引文格式：蘇艷煒，歐 彬.基于材質(zhì)搭配的松木家具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略［J］.家具與室內(nèi)裝飾，2015，（07）：18-19.