■封 宇 劉文金 Feng Yu & Liu Wenjin

(1.2.中南林業(yè)科技大學(xué)，湖南長(zhǎng)沙 410004）

現(xiàn)代日常生活中，人們愈發(fā)注重自身健康問(wèn)題，實(shí)木家具天然環(huán)保，正好滿足了消費(fèi)者對(duì)健康生活的需求[1]。但傳統(tǒng)的實(shí)木家具造型往往過(guò)于厚重笨拙，讓人有審美上疲勞的同時(shí)往往還產(chǎn)生了不必要的材料浪費(fèi)。當(dāng)下以獨(dú)立設(shè)計(jì)師品牌為首的有機(jī)造型實(shí)木家具出現(xiàn)，立馬吸引了消費(fèi)者的眼球，擁有良好的市場(chǎng)反響[2]。

有機(jī)一詞原意本指自然的、生物的、含碳的，后引申為事物的各部分互相關(guān)聯(lián)協(xié)調(diào)而不可分[3]。有機(jī)形態(tài)是從有機(jī)設(shè)計(jì)中延伸出來(lái)的對(duì)于產(chǎn)品造型的思考，它是一種形態(tài)風(fēng)格，講求產(chǎn)品形體的流暢性。有機(jī)形結(jié)構(gòu)的實(shí)木家具是讓家具產(chǎn)品中的每個(gè)接合部位像是宛若天成一般，在連接節(jié)點(diǎn)出能形成一些具有圓弧的形態(tài)的構(gòu)成形式，模仿樹(shù)干與枝椏的天然形態(tài)特征來(lái)處理實(shí)木家具中各部件間的接合，采用流暢和圓潤(rùn)的造型手法使得實(shí)木家具渾然一體[4-5]。

有機(jī)形結(jié)構(gòu)實(shí)木家具與曲木家具以及異形實(shí)木家具之間的區(qū)別：有機(jī)形結(jié)構(gòu)家具僅僅只針對(duì)各部位之間的連接處的過(guò)度形式；曲木家具則是利用木材的外性的彈性原理使它的某個(gè)部件彎曲成某種形狀[6]；而異形實(shí)木家具的部件本身就是不規(guī)則的截面形狀。不同于曲木實(shí)木家具的過(guò)于張揚(yáng)的曲面表現(xiàn)形式，也不同于實(shí)木家具較大的加工難度，有機(jī)形結(jié)構(gòu)實(shí)木家具是一種有節(jié)制的家具設(shè)計(jì)手法，在既滿足工業(yè)化大批量生產(chǎn)需求的同時(shí)也保證了一定的藝術(shù)審美價(jià)值[7]。

然而現(xiàn)有的實(shí)木家具有機(jī)形結(jié)構(gòu)往往僅憑設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)和審美主觀地進(jìn)行構(gòu)想，除了缺少科學(xué)依據(jù)之外，其中還存在著一些難題，如材料利用率問(wèn)題、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度問(wèn)題等急需解決。分析實(shí)木家具接合結(jié)構(gòu)形式上最合適的有機(jī)形態(tài)，可以更好的運(yùn)用到實(shí)木類(lèi)家具產(chǎn)品有機(jī)形設(shè)計(jì)之中，為產(chǎn)品最終效果評(píng)估提供前期的參考依據(jù)，也為設(shè)計(jì)人員以及相關(guān)企業(yè)對(duì)實(shí)木家具產(chǎn)品中結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度提供切實(shí)有效的數(shù)據(jù)，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)能夠準(zhǔn)確定位目標(biāo)人群，從而贏得市場(chǎng)[8]。

1 兩連接件間結(jié)合部位的外觀形式

由于有機(jī)形結(jié)構(gòu)形式的不同會(huì)直接影響材料利用率的高低，因此需要探討怎樣的形式是最合理的。在查閱大量的文獻(xiàn)及圖片資料分析現(xiàn)有市場(chǎng)中有機(jī)形結(jié)構(gòu)家具常有形式后，確定現(xiàn)有市場(chǎng)中有機(jī)形態(tài)的實(shí)木家具中以“T”型、“L”型構(gòu)件表現(xiàn)最為突出，主要表現(xiàn)為桿式部件，常見(jiàn)于實(shí)木家具的椅類(lèi)及架類(lèi)產(chǎn)品中[9](圖1、圖2）。

2 有機(jī)形態(tài)家具中連接規(guī)律及相關(guān)審美依據(jù)

通過(guò)歸納現(xiàn)有有機(jī)形態(tài)實(shí)木家具中的連接規(guī)律，從而制定相關(guān)的審美依據(jù)，確定兩構(gòu)件間的截面大小搭配以及過(guò)度的圓弧大小之間的關(guān)系和影響形式，其核心是找到截面大小與圓弧過(guò)度的合適關(guān)系。如圖3所示，具體以構(gòu)件正視圖中的截面邊長(zhǎng)（a）為基準(zhǔn)來(lái)確定過(guò)度圓弧的半徑（R）大小。

而圓弧半徑大小除了與截面積大小有關(guān)外，與木材利用率也有著密切的關(guān)聯(lián)，選取兩者組合的最優(yōu)的圓弧半徑大小。通過(guò)分析結(jié)論如下：

①當(dāng)2a R 0.25a時(shí)，構(gòu)件的木材利用率會(huì)隨著過(guò)度圓弧半徑R的增大而減?。?/p>

②通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查，發(fā)現(xiàn)2a R 2為構(gòu)件圓弧過(guò)度較佳的視覺(jué)范圍，有80%的受試者選擇該范圍的過(guò)度圓弧造型；

③當(dāng)R＞2a時(shí)，構(gòu)件節(jié)點(diǎn)使用木材量增大，木材利用率會(huì)有所增大，但構(gòu)件造型超出有機(jī)形結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)，屬于異形實(shí)木家具造型；

④當(dāng)R＜0.25a時(shí)，構(gòu)件節(jié)點(diǎn)圓弧過(guò)度半徑過(guò)小，可視為普通直角構(gòu)件。

3 最佳視覺(jué)造型取值評(píng)價(jià)

采用問(wèn)卷調(diào)查的形式，分析出2a R a為構(gòu)件圓弧過(guò)度較佳的視覺(jué)范圍，并進(jìn)一步獲取該范圍內(nèi)最佳視覺(jué)造型取值的具體數(shù)值。以125名不同職業(yè)領(lǐng)域的人群作為受試者，其中男女比例為1:1，以20-30歲年齡層居多，且有設(shè)計(jì)基礎(chǔ)與無(wú)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的均占一半。具體調(diào)查結(jié)果如表1及表2所示可知，T型構(gòu)件的最佳視覺(jué)造型取值為R=a；L型構(gòu)件的最佳視覺(jué)造型取值為R=1.5a。

4 構(gòu)件相應(yīng)斷開(kāi)方式及木材材料利用率問(wèn)題

由于接合部位過(guò)度連接會(huì)導(dǎo)致基材損失較大，切削量較大。因此需要選擇合理的連接方式，保證過(guò)度作用的構(gòu)件的外觀功能不受影響的同時(shí)盡量增大材料利用率。探討構(gòu)件相應(yīng)斷開(kāi)方式以及構(gòu)成形式，在滿足基本力學(xué)性能的前提下，最大化提高木材材料利用率。通過(guò)計(jì)算不同斷開(kāi)方式的木材利用率，來(lái)判斷最為節(jié)約材料的斷開(kāi)方式[10]。

■表1 T型構(gòu)件最佳視覺(jué)造型取值喜愛(ài)度調(diào)查

■圖1 梵幾·實(shí)木椅

■圖3 構(gòu)件截面邊長(zhǎng)與過(guò)度圓弧關(guān)系示意圖

■圖4 構(gòu)件斷開(kāi)形式與木材用料示意圖

■圖2 梵幾·實(shí)木衣帽架

■圖5 構(gòu)件中間件設(shè)計(jì)榫卯樣式構(gòu)想示意圖

具體的斷開(kāi)方式如圖4所示，計(jì)算中所需要運(yùn)用的公式為：

由于所有構(gòu)件的厚度均一致，故將公式簡(jiǎn)化為二維面積的比較，通過(guò)Auto CAD軟件直接得出所需部分的面積大小，簡(jiǎn)化后的公式為：

計(jì)算結(jié)果為：

T型構(gòu)件的木材利用率為：

L型構(gòu)件的木材利用率為：

由此可以充分得出在忽略榫卯用材的前提下，中間件的設(shè)計(jì)能極大提高木材利用率。

5 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度問(wèn)題

5.1 確定兩個(gè)連接件之間的結(jié)合方式

如圖5所示連接形式發(fā)生變化，結(jié)構(gòu)形式也會(huì)隨之也發(fā)生變化，所以需要確定相應(yīng)的榫頭榫眼結(jié)構(gòu)，能夠保證外形的需求的同時(shí)不能有裂縫。通過(guò)以直角榫、橢圓榫及圓棒榫接合的T型、L型構(gòu)件為例，需要采用力學(xué)試驗(yàn)方法，對(duì)節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)定，對(duì)理想使用狀態(tài)即在外力垂直荷載勻速加載的作用下使構(gòu)件節(jié)點(diǎn)發(fā)生破壞或變形進(jìn)行研究，最終選擇最為理想的榫卯形式[12]。

5.2 有機(jī)形結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的工藝標(biāo)準(zhǔn)

相關(guān)工藝標(biāo)準(zhǔn)的制定，需要在確定最合適的榫卯類(lèi)型之后進(jìn)行探討。參考方材直榫的工藝標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)建立相關(guān)的有機(jī)形結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的工藝標(biāo)準(zhǔn)，在選用構(gòu)件節(jié)點(diǎn)最佳過(guò)度圓弧大小、斷開(kāi)形式以及榫卯種類(lèi)的情況下，通過(guò)極限抗拔試驗(yàn)，探討榫頭寬度與榫眼長(zhǎng)度對(duì)結(jié)構(gòu)性能影響的關(guān)系以及相應(yīng)的最佳過(guò)盈配合量，通過(guò)實(shí)驗(yàn)建立相關(guān)的有機(jī)形結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的工藝標(biāo)準(zhǔn)[13-14]。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)實(shí)木家具有機(jī)形結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，以達(dá)到核心目的即提高木材的利用率；探討相關(guān)節(jié)點(diǎn)的結(jié)合方式，采用合適的榫接合時(shí)榫頭榫眼的相關(guān)配合尺寸和配合公差問(wèn)題，為實(shí)際設(shè)計(jì)實(shí)木有機(jī)形家具產(chǎn)品時(shí)提供理論支撐。

以有機(jī)形態(tài)中的T型、L型實(shí)木構(gòu)件為代表，歸納現(xiàn)有有機(jī)形態(tài)家具中的連接規(guī)律，將構(gòu)件正視圖中的截面邊長(zhǎng)（a）作為過(guò)度圓弧的半徑（R）大小的衡量依據(jù)，調(diào)查得出2a R a為構(gòu)件圓弧過(guò)度較佳的視覺(jué)范圍，該范圍內(nèi)的木材利用率也較為合理。運(yùn)用問(wèn)卷調(diào)查方法，得出T型構(gòu)件的最佳視覺(jué)造型取值為R=a，L型構(gòu)件的最佳視覺(jué)造型取值為R=1.5a。通過(guò)計(jì)算不同有機(jī)形結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的斷開(kāi)方式的木材利用率，可以充分得出在忽略榫卯用材的前提下，中間件的設(shè)計(jì)能極大提高木材利用率。

研究后續(xù)將以水曲柳木材為研究基材，進(jìn)一步研究相關(guān)節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度問(wèn)題，將研究出的有機(jī)形結(jié)構(gòu)榫卯接合的相關(guān)理論參數(shù)應(yīng)用于水曲柳實(shí)際產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，并對(duì)其進(jìn)行仿真力學(xué)穩(wěn)定性測(cè)試，證明相關(guān)實(shí)驗(yàn)的有效性。在以水曲柳材為基材加工成的實(shí)木家具中絕大部分采用的結(jié)構(gòu)為外形單一的直角榫結(jié)構(gòu)，少部分水曲柳實(shí)木家具結(jié)構(gòu)中，由于節(jié)點(diǎn)有機(jī)形態(tài)的不規(guī)范以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)欠妥，造成連接強(qiáng)度較低。針對(duì)這兩種情況，通過(guò)對(duì)節(jié)點(diǎn)連接方式的優(yōu)化，設(shè)計(jì)出有機(jī)形態(tài)水曲柳實(shí)木家具產(chǎn)品，保證產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)水曲柳實(shí)木家具結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的有機(jī)化。

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