柳杉木在柜類家具中的結構優(yōu)化設計研究

■常軍茹　陳于書　Chang Junru& Chen Yushu

（1.2.南京林業(yè)大學，江蘇南京　210037）

柳杉木在柜類家具中的結構優(yōu)化設計研究

■常軍茹1陳于書2Chang Junru1& Chen Yushu2

（1.2.南京林業(yè)大學，江蘇南京210037）

近年來，隨著國家對天然林保護的開展，人們更加注重對人工林的利用。本文以速生柳杉為例綜述了速生材以及柜類家具的研究現(xiàn)狀，并對其做了簡要評述，論述了現(xiàn)存文獻對柜類的設計方法細分度不夠，對速生柳杉乃至速生材直接應用于家具的設計方法研究尚有不足之處，并結合現(xiàn)有資料對此研究的未來研究趨勢做出了合理的展望，指出從木材本身入手，對速生材實木柜類家具的結構進行優(yōu)化設計潛力巨大。以期對柳杉木在柜類家具中的結構優(yōu)化設計研究提供有效幫助。

柳杉木；柜類家具；家具結構；設計

資料檢索顯示，早在二十世紀九十年代就已經(jīng)有學者開始注意到低質人工林的利用價值，并且開始著手對其進行研究，通過調(diào)查了解可以發(fā)現(xiàn)，消費觀念的轉變、天然硬質木質資源的日益匱乏、速生材本身的優(yōu)質性能等這三個方面的因素是近年來速生材得到關注的主要原因。

總的來說，人們對于速生材的重視，主要是由于天然林極度缺乏與木材消耗量日趨增加的矛盾。家具業(yè)作為用材大戶，更有責任有義務為緩解這一矛盾做出努力。目前，速生材的廣泛利用遇到了一系列的問題和障礙，究其原因，主要有兩點，其一是速生材本身材性的缺點；其二是我國對速生材的研究重視程度不足，資金投入及研究力度不夠，創(chuàng)新利用意識不強。為了更系統(tǒng)有效地研究速生材在柜類家具中的結構優(yōu)化設計，本文對其現(xiàn)狀進行了梳理，希望對日后的研究有所幫助。

1　研究內(nèi)容綜述

1.1低質人工林研究現(xiàn)狀

近年來，優(yōu)質硬木資源日益匱乏，天然林更是岌岌可危，因此將工業(yè)用材從天然林轉向人工林十分必要。目前我國的人工林以4666萬hm2的總面積，和占世界人工林面積的26％的比例，總量居世界首位［1］。雖然人工林面積廣，數(shù)量大，但是由于其自身材質松軟、密度低、易干縮變形等物理特性，目前很少直接用于家具或室內(nèi)裝飾，而是多用于生產(chǎn)初級產(chǎn)品，如刨花板、膠合板、中纖板等，因而極大地制約了其利用。

資料檢索顯示，西方國家對于速生材的材料物理特性的改性研究開始較早，大概于二十世紀五十年代就已開始，例如:St等人都對酚醛樹脂浸漬處理木材進行了研究后，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過處理后木材的抗生物侵害性能和尺寸穩(wěn)定性都有所改善［2-5］。Hioue等人通過水溶性三聚氰胺甲醛樹脂浸漬技術對木材進行處理，使其表面硬度和彈性模量得到提高［6-7］。

國內(nèi)對于柳杉木的利用研究還較少，對于其在家具上的應用研究專著更是鮮少見到，學者們多傾向于對其改性后再利用，國內(nèi)對木材進行改性處理的方法仍為常規(guī)的物理和化學處理方法［8］。此外，柳杉的利用在國內(nèi)大多數(shù)仍是最原始的方法，例如粉碎壓板等。值得期待的是隨著木材供需矛盾的升級，不少科研機構及專家學者們開始另辟蹊徑，研究新的方法來改善這種狀況，如南京林業(yè)大學吳智慧教授在其《杉木細木工板的生產(chǎn)技術》一文中強調(diào)了研究杉木細木工板生產(chǎn)技術的意義，并對速生杉木小徑材加工的關鍵技術和工藝進行了詳細的分析［9］，并將此技術應用到了實際生產(chǎn)中，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益。也有學者試圖通過結構設計來利用速生材制作實木家具，多見于通過研究速生材自身特性，對其進行改進設計，如中南林科技大學劉明輝等人通過研究杉木自身的材料特性，將杉木應用于辦公家具設計中。但此方面的文章并不多見。

1.2柜類家具研究現(xiàn)狀

隨著家具與人類生活的日益密切，家具設計也越來越受到重視，家具設計一般分為三個獨立而又密切相關的階段。第一階段是造型設計；第二階段是結構設計；第三階段是結構強度設計［10］。近年來此方面的研究也越來越多，卡爾·艾克曼所著《家具結構設計》對家具結構設計和結構力學強度做了較為系統(tǒng)全面的分析，他指出，家具結構可以被看作一個框架，進而被定義成一個由若干個“類似桿件”組成的系統(tǒng)，在此系統(tǒng)中將連接構件之間的連接點作為鉸接點進行研究［11］。通過對柜類家具設計相關文獻的檢索可以總結出以下幾個現(xiàn)狀。

1.2.1對于柜類家具外觀設計的探索十分廣泛。

家具外觀是人對于家具的第一印象，為了贏得客戶，家具企業(yè)在產(chǎn)品設計和制造過程中，更多地關注了用戶的需求，加速了家具產(chǎn)品外觀設計的發(fā)展。對于柜類家具外觀設計，學者們多以柜類造型為重點，對其基本形態(tài)，比例體系，裝飾藝術等進行了較為細致深入的研究，較為典型的有東北林業(yè)大學的王麗薇，中南林科技大學的孫婷等人［12-13］。另外，南京林業(yè)大學的陳高杰結合現(xiàn)代技術，利用眼動分析的方法對其外觀進行了定量化評估［14］。這些研究為今后柜類家具設計提供了指導性意義。

1.2.2對于柜類家具質量問題的考量越來越多。

家具作為藝術品和耐用消費品的雙重載體，其質量優(yōu)劣至關重要，近年來關于柜類家具質量問題的研究也越來越多，學者們對其穩(wěn)定性、裝配精度、返修率、防災減震、綠色設計等的探索也日益完善。國家家具產(chǎn)品質量監(jiān)督檢驗中心的王紅強等人指出企業(yè)對柜類家具穩(wěn)定性檢驗標準了解不夠且不夠關注是影響柜類穩(wěn)定性的關鍵因素，并闡明了柜類家具穩(wěn)定性的檢驗標準，為柜類家具的設計提供了借鑒意義［15-16］。羅珊、關惠元強調(diào)了柜類家具防震減災設計的必要性，并給出了通過設計增強穩(wěn)定性的具體實驗數(shù)據(jù)，為柜類家具的設計提供了理論指導。

1.2.3對于柜類家具各部件研究較為關注。

雖然用途多種多樣，款式五花八門，但是柜類家具的基本構件大體可以分為側板，頂板，底板，擱板，背板，門，腳架，抽屜等。近年來學者們對于各部件的研究越來越重視，例如側板，擱板，門等，中南林大學的張繼娟較為深入地研究了不同形式的柜門的結構形式，安裝方法以及加工要求；南京林業(yè)大學關惠元教授結合柜類擱板的載荷條件和剛度條件建立了其數(shù)學模型，并繪制出了設計線圖，深入淺出的剖析了柜類擱板的設計方法及要求［17］。

1.2.4柜類家具設計研究聚焦于標準化，模塊化。

現(xiàn)代實木柜類家具樣式不勝枚舉，但按結構方式大體可分為拆裝式和固定式兩種［18］，為了加工和運輸?shù)谋憷?，拆裝式柜類占據(jù)了主要市場?，F(xiàn)代消費者追求個性化，多樣化，為了迎合這一消費趨勢并兼顧提高生產(chǎn)率的要求，現(xiàn)代柜類家具的設計大都采用模塊化，標準化，柜體不同部件的明顯區(qū)別為這一設計提供了可能。因此，學者們對于柜類家具此方面的研究也頗為關注，比較典型的有東北林業(yè)大學的徐碩以及中南林業(yè)大學的陳星艷等人通過對柜類家具設計特征分析，分模塊對柜類家具的結構進行了研究，著重總結了柜類家具旁板的開孔方式，強調(diào)了旁板在柜類家具設計中的重要性［19-22］，并為家具模塊化設計提供了借鑒。

2　研究評述

2.1當前主要研究評述

現(xiàn)代柜類設計大多趨于采用標準化，不可否認標準化設計的采用大大提高了生產(chǎn)效率且兼顧了使用者的便利，從長遠來看，模塊化，標準化無疑是柜類家具設計的必然趨勢。但是，現(xiàn)有的模塊化設計并未加入對材料的考量——大都針對密度質量較為單一的人造板，并未考慮到實木的不同材性，故針對材性差異較大的木材，如速生材，現(xiàn)有的設計方法明顯不十分適用，設計與材料脫節(jié)，柜類家具設計方法細分度不夠，“因材制宜”，這一點尚需進一步研究。

總的來說，家具這一領域的學者們對于傳統(tǒng)的家具材料的結構應用研究，如實木、膠合板、金屬等的連接方式研究已較為成熟，如榫卯結構、五金連接件、一體澆鑄成型等方式應用于傳統(tǒng)材料的連接已經(jīng)有了較為深入細致的探索。但是對于新生材料，如速生材，的研究還比較少，基本處于起步階段，對于速生材直接應用于家具生產(chǎn)制造的專著鮮少見到，其結構方面的探索更是少之又少。關于將柳杉木應用在家具中的研究，學者們研究的重點大部分在于改善其外觀屬性及物理屬性，對于其用于家具類實物產(chǎn)品的結構設計研究十分欠缺，將低質人工林木材本身通過結構設計的優(yōu)化用于家具產(chǎn)品的問題仍未得到較好的解決。

2.2研究趨勢展望

國內(nèi)人工林木材大多粉碎合成密度板、刨花板、膠合板等，產(chǎn)品附加值有限，資源浪費嚴重［23］。通過結構優(yōu)化設計將人工林木材應用于家具設計中，不僅可以緩解木材資源緊缺的問題，更可以增加低質人工林木材家具的附加值，同時降低生產(chǎn)成本，有利于提高我國家具行業(yè)的市場競爭力，促進家具企業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級與產(chǎn)品換代［24］。

近年來，隨著國家對天然林保護的開展，人們更加注重對人工林的利用，使劣質木材高性能化，多功能化已經(jīng)是大勢所趨?？偟膩碚f，傳統(tǒng)的木材深加工產(chǎn)品仍有較大市場，但是人工林木材深加工檔次低，資源浪費嚴重，并且研發(fā)資金投入較少，研發(fā)力度不足，這些問題亟待解決。由于柳杉木材資源豐富、廢棄物可循環(huán)再利用、價格低廉等優(yōu)勢，近年來，國內(nèi)外均加大了對人工林木材的研究力度，很多文獻開始尋找通過合理設計來最大限度地發(fā)揮材料本身的優(yōu)勢的途徑，通過對以柳杉木為代表的人工林木材材性的分析，從木材本身入手，對速生材實木柜類家具的結構進行優(yōu)化設計，從而進一步完善家具結構設計理論，有效利用速生材的優(yōu)勢生產(chǎn)出符合現(xiàn)代人青睞的，外形時尚簡潔、自然環(huán)保、物美價廉的實木家具指日可待。

（責任編輯：賀輝）

［1］何洪城，胡偉，陳澤君.我國人工林木材深加工利用技術現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢［J］.林業(yè)經(jīng)濟問題，2005，（12）.

［2］Stamm A.J.Wood and cellulose seience.Ronald press，NewYork.NY.1964

［3］Rowell R.M.，Banks W.B.Water repellency and dimensional stability of wood.USDA General Teehnical Report FPL，1985，50:1一24.

［4］Ryu J.Y.Takahashi M.，ImamuraYetal.Biologieal resistance of phenolresin treated wood .Mokuzai Gakkaishi，1991，37，（9）:852一858

［5］Ryu J.Y，Imamura Y.，Takahashi M.etal.Effeets of molecular weight and some

other pro-Perties of resins on the biological resistance of phenolic resin treated wood.Mokuzai Gakkaishi，1993，39（4）:486一492

［6］Miroy.F.P.Eymard，A.Pizzi.Wood hardening by methoxymethyl melamine.Holz Roh Werkst，1995，53:276

［7］Deka.C.N.Saikia.Chemical modifieation of wood with thermosetting resin :effect on dimensional stabilty and strength property.BioresourceTecnology，2000，73:179一181.

［8］朱捷，徐登偉.速生材改性處理研究的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢［J］.木工機床，2009，（6）.

［9］吳智慧.杉木細木工板的生產(chǎn)技術［J］.林業(yè)科技開發(fā)，2002，（3）.

［10］董宏敢，邵卓平.淺析柜類家具設計中的力學因素［J］.林業(yè)機械與木工設備，2006，（7）.

［11］卡爾·艾克曼.家具結構設計［M］.中國林業(yè)出版社，2008，（7）.

［12］王麗薇.韓國傳統(tǒng)箱柜類家具的造型研究［D］.東北林業(yè)大學，2014.

［13］孫婷.明式柜類家具正立面比例體系的研究［D］.中南林業(yè)科技大學，2012.

［14］陳高杰.基于眼動分析的柜類家具外觀設計評估研究［D］.南京林業(yè)大學，2010.

［15］王紅強，海凌超，廖桂福.淺析柜類家具的穩(wěn)定性［J］.家具，2010，（2）:106-108.

［16］黃瓊濤，吳燕，楊波，等.烷基烯酮二聚體用于杉木疏水改性的研究［J］.家具，2013，（6）:43-45.

［17］關惠元.柜類家具擱板剛度設計的圖解法［J］.家具，1994，（4）:3-5.

［18］孫彬青，馬曉軍，范曉雪，等.柜類家具的包裝設計［J］.西北林學院學報，2013，（5）.

［19］徐碩.模塊化柜類家具的設計研究［D］.東北林業(yè)大學，2012.

［20］陳星艷，周旭恩，劉亞娟，等.拆裝式柜類家具設計方法與設計實踐［J］.中南林業(yè)科技大學學報，2012，（1）.

［21］李雪蓮.家具模塊化設計方法研究與設計實務［D］.南京林業(yè)大學，2007.

［22］孫德林，姚文亮.基于速生木材特性的實木家具結構設計［J］.林產(chǎn)工業(yè)，2014，（1）:37-38.

［23］安徽農(nóng)網(wǎng)農(nóng)業(yè)科技.http://www.ahnw.gov.cn/2006nykj/Show.asp？ContentID=｛0540BCC2-AB55-481D-9729-E97FBC9F9828｝

［24］中國林業(yè)新聞網(wǎng).http://www.greentimes.com/green/econo/mcgy/mydt/content/2014-05/22/ content_259225.htm

Willow Fir in Tank Type Furniture's Structure Optimization Design Study

In recent years，with the development of the protection of natural forests，people are paying more attention to the use of artificial forest.This paper takes the fast-growing Cryptomeria as an example to study the fast-growing wood and cabinets furniture research status.Besides it also makes a brief review，pointing out that the subdivision design method on cabinet in the extant literature is not enough，and the research on Cryptomeria fortunei，even fast growing wood applied to furniture design directly is still deficiency.Combining with existing data，this article gives a reasonable prospect for this study trend，pointing out that from wood itself to study the structure of the fast growing wood cabinet furniture has great potential .Hope to provide effective help for Cryptomeria fortunei's use in the structure optimization design and research of cabinets furniture.

Cryptomeria fortunei；Cabinet furniture；Furniture structure；Design

TS664.02

A

1006-8260（2015）11-0104-02

國家林業(yè)公益性行業(yè)科研專項項目（201404502-1）

常軍茹（1989-），女，碩士研究生，研究方向:家具設計，E-mail:1101677629@qq.com

陳于書（1972-），女，博士，副教授，研究方向:家具設計，E-mail:13813807277@139.com

常軍茹，陳于書.柳杉木在柜類家具中的結構優(yōu)化設計研究［J］.家具與室內(nèi)裝飾，2015，（11）:104-105.