基于材質搭配的松木家具結構設計策略

■蘇艷煒歐 彬Su Yanwei& Ou Bin（.西南林業(yè)大學材料工程學院，云南昆明 6504；.金點時代設計工作室，云南昆明 6504）

基于材質搭配的松木家具結構設計策略

■蘇艷煒1歐 彬2Su Yanwei1& Ou Bin2
（1.西南林業(yè)大學材料工程學院，云南昆明 650224；2.金點時代設計工作室，云南昆明 650224）

針對松木家具容易發(fā)生“結構失效”的問題，提出與高強度材質搭配的設計策略。通過采用金屬框架、桁架、插接等結構形式用作承重件可增強松木家具整體結構強度；以包覆、貫穿等設計手法將金屬材料用在節(jié)點處或形成剛性結構可提高局部連接強度。最后通過設計實踐，驗證了這些策略的可行性。

松木家具；結構；材質搭配；設計策略

松木作為一種蓄積量很大的速生材，目前已被廣泛用于實木家具設計與制造中［1］。然而，與硬質闊葉材相比，松木普遍存在著密度低、材質疏松、干縮濕脹大、力學指標偏低等缺陷，這些缺陷最終導致力學性能不足，造成松木家具結構容易松動，從而發(fā)生“結構失效”［2］，影響松木家具產品的品質和使用年限，這在一定程度上制約了松木在家具制造上的應用。

通過對國內松木家具市場的調查，筆者發(fā)現(xiàn)松木家具“結構失效”主要表現(xiàn)在兩個方面：一是為塑造造型上的輕巧感，對零部件尺寸縮減，造成松木家具整體結構強度降低；二是未合理配置零部件接合處連接，從而影響局部結構強度。因此，在松木家具結構設計時，應針對松木的材性特征，與金屬等高強度材料進行合理搭配，實現(xiàn)材質的“優(yōu)勢互補”，提高松木家具的結構強度，最終提升松木家具產品品質和附加值。

1　與高強度材料搭配提高整體結構強度

受松木力學性能指標偏低的影響，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)圓潤笨拙的形態(tài)特征。金屬材料尤其是高強度合金材料普遍比松木木材強度高，因此它能較好滿足結構強度需求且可任意造型，適合做承重部件。

1.1金屬框架的增強作用

框架作為框式家具的受力構件，可以確保零件的長度方向為順紋方向，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計中，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，實現(xiàn)兩種材質的“優(yōu)勢互補”。同時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，將其設計成千姿百態(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所示的電視柜設計，將金屬材料作為框架承重，松木以板件或實體框的形式嵌合，采用形式美法則中的“虛實”對比，視覺上豐富了松木家具的造型形態(tài)，同時彌補了松木力學性能的不足，一定程度上提高了松木家具的結構強度，能有效防止松木家具的“結構失效”。

1.2金屬桁架結構的增強作用

桁架結構（圖3）能承受軸向拉力或壓力，具有較高的強度，適用于較大跨度的承重結構形式［3］。在木結構建筑設計中，很多地方都采用了桁架結構來防止零部件的松動。這種方法也可以借鑒到松木家具結構設計中。松木作為一種實木材料，具有干縮濕脹性較大的缺陷，因此，松木框架易發(fā)生松動而影響其結構強度，故可將桁架結構運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構強度。

結合人體工效學原理，開敞式衣柜設計采用兩根直徑為10mm的不銹鋼管交錯貫穿形成桁架結構（圖4），嵌入衣柜立柱與擱板、底板形成的框架內，可承受松木因干縮濕脹引起的形變應力，從而有效防止“結構失效”，同時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、靈動的視覺效果。

1.3金屬插接結構的增強作用

插接（圖5）是金屬家具設計中常用的一種結構形式，它能滿足家具的結構強度需求。插接結構用于松木家具設計主要有兩種方式：一種是端面結構直接外露，作為一種裝飾形態(tài)，以增強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”于松木構件表面，以增強結構穩(wěn)定性和趣味性。

如圖6所示的兒童桌設計，利用松木材色清新自然的優(yōu)勢，將其作為功能界面，鋁合金管材作為承重件，通過插接的結構形式嵌入松木臺面，端面直接外露作為一種裝飾形態(tài)，色彩上形成溫潤與冷峻的對比，給人強烈的視覺沖擊力。同時鋁合金的加入，也能增強兒童桌的結構強度。

如圖7所示的可調式兒童桌設計，基于可成長性的設計需求，以插接的形式通過螺釘連接將其設計為可調節(jié)式結構，通過高度調節(jié)實現(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”，同時在一定程度上提高了松木家具的結構強度。

2　采用二次加固策略提高局部連接強度

2.1金屬節(jié)點加強

家具產品的結構強度是實現(xiàn)產品功能的基礎。各零部件的連接方式、節(jié)點處接合強度及材料本身的力學性能均會影響家具產品的結構強度。而“節(jié)點”往往是家具結構中最薄弱的環(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］。倘若它的強度和剛度滿足不了設計要求，將會導致結構變形，甚至造成破壞，從而縮短產品的使用壽命，因此從產品安全角度來說，對框架結構中的節(jié)點進行合理設計尤為關鍵。節(jié)點結構可以分為“T”型和“L”型兩種［5］，如圖8所示。

框架結構為當前松木家具的主要結構形式，其節(jié)點強度的大小決定了松木家具結構強度的高低。因此，在松木節(jié)點處，可采用不銹鋼等高強度材料代替，以達到增強局部連接強度的目的。如圖9所示，在松木架類家具設計中，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)點接合處，起到加固節(jié)點連接強度的作用，從整體上提高松木家具的結構強度。

2.2金屬構件加固

松木家具結構設計中，對于那些零部件尺寸較大的構件，除采用金屬桁架結構外，還可將金屬材料用作橫撐，通過二次加固策略來增加局部連接強度。圖10所示的餐桌設計，因其縱向跨度較大，單純采用松木構件以榫卯結構形式連接顯然不能滿足其結構強度，因此，可在松木臺面與橫撐之間加入幾根細小的金屬管材，形成一種往餐桌中間聚攏的牽制應力，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形成剛性結構加固

對于框架結構的實木家具來說，角結合部位也是容易損壞的部位，因此，可通過形成剛性結構提高其局部連接強度［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，橫撐與椅子的前、后腿下端構成三構件的剛性框架，而椅子的前、后腿上端與側望板、橫撐形成四構件的剛性結構，從而達到加固的目的。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松軟而發(fā)生的形變，達到增強局部連接強度的目的，如圖12所示。以上這些方式均適合速生實木家具產品的局部結構增強。

■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作用

■圖3　桁架結構形式

■圖4　金屬桁架在松木家具中的增強作用

■圖5　金屬家具的插接結構形式

■圖6　結構外露的金屬插接結構

■圖7　可伸縮的金屬插接結構

■圖8　“T”型和“L”型節(jié)點結構

■圖9　金屬節(jié)點加強松木家具的連接結構強度

■圖10　金屬構件加強松木家具局部接合強度

■圖11　金屬橫撐的二次加固

■圖12　金屬角鐵的二次加固

3　結語

（1）松木普遍存在力學強度指標偏低的缺陷，造成松木家具結構容易松動，從而導致“結構失效”，影響產品檔次和使用壽命；

（2）采用與金屬等高強度材料搭配的設計策略，可起到增強松木家具整體結構強度和局部連接強度的作用，同時能豐富松木家具的造型形態(tài)；

（3）金屬材料增強松木家具結構強度的定量研究需進一步探討。

（責任編輯：北 方）

［1］孫德林，姚文亮.基于速生木材特性的實木家具結構設計［J］.林產工業(yè)，2014，41（2）：37-38.

［2］蘇艷煒.松木家具設計中的材料多樣化策略研究［D］.長沙：中南林業(yè)科技大學，2012.

［3］李素瑕，劉文金.幾種連接方式對脫脂馬尾松家具結構強度的影響［J］.西北林學院學報，2014，29（1）：169-173.

［4］鄧昕.松木家具設計新探［J］.家具與室內裝飾，2008，12：26-27.

［5］林作新，李黎.家具結構設計［M］.北京：中國林業(yè)出版社，2008.

［6］薛坤.傳統(tǒng)家具結構的力學性能研究［J］.家具與室內裝飾，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)工程重中之重一級學科開放基金（編號：2014lygcy020）

引文格式：蘇艷煒，歐 彬.基于材質搭配的松木家具結構設計策略［J］.家具與室內裝飾，2015，（07）：18-19.