基于竹制材料的坐具設(shè)計(jì)研究

摘要：充分利用原竹的材料特性，探索和改進(jìn)竹制家具的造型結(jié)構(gòu)，并將現(xiàn)代簡(jiǎn)潔的設(shè)計(jì)風(fēng)格融入其中。首先從物理、生物和力學(xué)特性三方面分析了竹材的材料特性，然后對(duì)竹材的基本應(yīng)用形式和原竹家具竹材構(gòu)件的連接方式進(jìn)行了歸納總結(jié)，接著通過(guò)案例分析了目前市場(chǎng)上原竹坐具的整體結(jié)構(gòu)并按照造型特點(diǎn)進(jìn)行了分類和特點(diǎn)的分析，提出了原竹家具發(fā)展中存在的問(wèn)題和創(chuàng)新發(fā)展的建議，最后以原竹坐具的設(shè)計(jì)為例，以充分發(fā)揮竹制材料的特性，探索竹制家具結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新。對(duì)竹坐具的造型結(jié)構(gòu)進(jìn)行了新的創(chuàng)新，并運(yùn)用多層復(fù)合定型的基本方法實(shí)現(xiàn)了竹制坐具的制作。為竹制家具的材料應(yīng)用和創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了借鑒與參考。

關(guān)鍵詞：竹制材料 竹材構(gòu)件 連接方式 坐具 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：J52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-0069（2022）11-0146-04

Abstract：To make full use of the material characteristics of raw bamboo，explore and improve the modeling structure of bamboo furniture，and integrate the modern and concise design style into it. Firstly，the material characteristics of bamboo are analyzed from three aspects of physical，biological and mechanical properties，and then the basic application forms of bamboo and the connection modes of bamboo components of raw bamboo furniture are summarized. Then，the overall structure of raw bamboo seats in the current market is analyzed through cases，and the classification and characteristics are analyzed according to the modeling characteristics. Finally，taking the design of raw bamboo seat as an example，in order to give full play to the characteristics of bamboo materials and explore the innovation of bamboo furniture structure. the modeling structure of bamboo seat was innovated，and the basic method of multi-layer composite shaping was used to make bamboo seat. It provides a reference for the material application and innovative structural design of bamboo furniture.

Keywords：Bamboo materials Bamboo components Connection mode Seat Structural design

引言

竹材作為一種可持續(xù)的速生材料，其材料本身具有很多的優(yōu)良性能，已逐漸成為替代木材的最佳生物原材料，被廣泛地應(yīng)用于建筑、家具、工藝品等各個(gè)領(lǐng)域[1]。新的社會(huì)階段和社會(huì)消費(fèi)環(huán)境中，人們對(duì)生活品質(zhì)的需求日益提高，也帶動(dòng)了竹產(chǎn)品的優(yōu)化和不斷發(fā)展，竹制品家具也逐步興起，隨著技術(shù)和審美不斷的發(fā)展和更迭，也會(huì)衍生出更多新的結(jié)構(gòu)樣式的竹制產(chǎn)品。目前我國(guó)竹集成材的家具主要按照板式家具的加工工藝進(jìn)行制作，其造型屬于大直面構(gòu)成樣式，有平薄感，也有延伸感，但是它的限制在于無(wú)法構(gòu)建豐富的曲面造型，表達(dá)出更優(yōu)美的曲度變化，所以需要探索更多可能性的曲面板材的結(jié)構(gòu)樣式或者使用方式。本文對(duì)竹制品家具進(jìn)行造型結(jié)構(gòu)和竹材料使用上的剖析，將竹條多層復(fù)合的形式與現(xiàn)代簡(jiǎn)約的設(shè)計(jì)風(fēng)格結(jié)合在一起，設(shè)計(jì)出符合現(xiàn)代美感的竹制坐具，對(duì)竹制品家具的設(shè)計(jì)和制作進(jìn)行了有益的探索。

一、竹材的材料特性、應(yīng)用形式及連接方式

（一）竹材的材料特性

竹材的特性可以從物理特性、生物特性和力學(xué)特性進(jìn)行分析。1）物理性質(zhì)包括密度、干縮性和吸水性等，密度可以用來(lái)評(píng)估竹材料的重量、硬度、強(qiáng)度以及收縮率等[2]。竹的品種不同，密度也不同，密度大，則竹的力學(xué)強(qiáng)度就越大，而同一竹種的密度也不盡相同，會(huì)受竹齡、立地條件、甚至竹竿部位的影響。水分的蒸發(fā)會(huì)致使竹材的干縮，干縮率越大越容易開(kāi)裂，因此在制作竹器時(shí)，選用經(jīng)防裂處理、烘干或者是陰干的竹制材料會(huì)降低其因干縮性而導(dǎo)致連接結(jié)構(gòu)松脫的可能性。2）竹材的生物特性表現(xiàn)在竹子本身的結(jié)構(gòu)、組成成分及連接方式的形成等對(duì)生存環(huán)境的適應(yīng)[3]，竹筒的外部形態(tài)結(jié)構(gòu)可以承受因風(fēng)雪引起的彎曲折斷或劈裂，竹稈的內(nèi)部圓筒空心結(jié)構(gòu)可以減輕重量，達(dá)到輕質(zhì)高韌的效果，具有韌性強(qiáng)、抗拉力優(yōu)良等特性。3）竹材的力學(xué)特性受物理性質(zhì)和生物特性的影響，主要表現(xiàn)在竹稈徑向?qū)用娼Y(jié)構(gòu)從外到內(nèi)彈性力學(xué)性能和抗拉伸力呈遞減趨勢(shì)，與麻、竹、木等天然纖維相比，竹纖維的抗拉伸能力最強(qiáng)。

（二）竹材的應(yīng)用形式

生產(chǎn)活動(dòng)中原竹材料被供應(yīng)的形式就是竹材的基本應(yīng)用形式，目前對(duì)竹材料的使用方式主要分為天然原竹和基于原竹發(fā)展的改性竹材兩種[4]。一根制造用竹通高約20米，原竹家具行業(yè)主要使用的是竹稈部分，根據(jù)不同竹子的種類，竹稈的口徑與長(zhǎng)度大不相同，竹稈經(jīng)過(guò)不同刀數(shù)的開(kāi)竹形成竹條，竹條經(jīng)過(guò)不同層數(shù)的起篾形成竹篾，細(xì)薄的竹篾可以再進(jìn)行豎向排針劃分形成竹絲，因此，天然原竹材料的基本形式就可以分為竹稈、竹條、竹篾和竹絲四種（見(jiàn)圖1）。改性竹材可以分為勻質(zhì)改性竹材和復(fù)合材料兩種基本形式[4-5]：勻質(zhì)改性竹材是竹稈經(jīng)過(guò)性能穩(wěn)定化處理后經(jīng)機(jī)器切割或碾壓分解，再用膠黏劑組合的板材或型材；復(fù)合材料是將兩種或以上不同特性的材料經(jīng)物理加工或化學(xué)改性等手段組合成具有全新結(jié)構(gòu)和性能的復(fù)合材料。

可以看出無(wú)論是天然原竹還是基于原竹發(fā)展的改性竹材，原竹的應(yīng)用形式都是從竹材的材料特性出發(fā)的。手工業(yè)時(shí)期，人們從長(zhǎng)期的生活經(jīng)驗(yàn)中認(rèn)識(shí)到宏觀角度原竹的物理性能，基于物理性能產(chǎn)生了竹稈、竹片、竹篾、竹纖維絲等材料基本形式。隨著工業(yè)文明的發(fā)展，人們能從微觀甚至細(xì)觀角度了解原竹的材料特性，出現(xiàn)了竹集成材、竹膠合板、竹刨花板等板材或型材的勻質(zhì)改性竹材的應(yīng)用形式，基于竹纖維材料的力學(xué)特性，人們通過(guò)加入一種纖維或者基體的優(yōu)點(diǎn)來(lái)彌補(bǔ)另一種纖維或基體的缺陷，形成了不同形式的竹質(zhì)復(fù)合材料應(yīng)用于生活不同方面。

（三）原竹家具竹材構(gòu)件的連接方式

在原竹家具的加工制造中，考慮最多的問(wèn)題就是竹材構(gòu)件的連接方式，不同的家具、不同的部分，其連接方式也會(huì)有所不同，現(xiàn)有原竹家具的連接部分加工方式主要按照材料分為兩個(gè)主要大類：一類是原竹桿材的連接，通過(guò)自身節(jié)點(diǎn)處理以及其他材料器件進(jìn)行輔助連接，從而實(shí)現(xiàn)圓筒狀的原竹結(jié)構(gòu)連接；另一類是竹條竹篾材料的連接，作為原竹的分解材料，竹條與竹篾的連接方式因形態(tài)結(jié)構(gòu)的變化連接方式與原竹稈材的連接方式有明顯不同（見(jiàn)表1）。

二、竹制坐具設(shè)計(jì)基本概況

我國(guó)是竹家具生產(chǎn)大國(guó)，近年來(lái)竹家具的產(chǎn)量大大增加，但是在竹制家具生產(chǎn)中傳統(tǒng)的家具樣式依然是占了很大的部分，很多地方的竹工坊無(wú)論是在加工方式上，還是在竹材料的運(yùn)用上都是相對(duì)落后的，各種竹材沒(méi)有被充分運(yùn)用起來(lái)，深精加工程度不夠，產(chǎn)品的品質(zhì)感不高，整體市場(chǎng)水平在中低端浮動(dòng)，材料的使用方式?jīng)]有得到交叉融合，無(wú)論是平壓還是側(cè)壓復(fù)合竹板，都會(huì)被用作平面材料來(lái)使用，沒(méi)有跳脫出固有的認(rèn)知方式。竹板材同樣擁有竹子可塑性強(qiáng)、韌性高、抗拉力強(qiáng)等優(yōu)良性能，完全可以按照竹板家具的制作思路和手法去嘗試新的家具結(jié)構(gòu)和造型。而且制作家具的方式也可以進(jìn)一步革新，設(shè)計(jì)出更加具有現(xiàn)代美感附加值高的竹制坐具。

在原竹家具領(lǐng)域，原竹的各個(gè)部分、各種規(guī)格的材料被靈活地運(yùn)用在各種原竹坐具的設(shè)計(jì)之中（見(jiàn)表2）。竹家具的品種多樣、造型豐富，其基本結(jié)構(gòu)按照相似性分類，可以將主要部件分為框架結(jié)構(gòu)和板狀部件[7]，即傳統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)與原竹各種板狀部件材料的應(yīng)用。原竹坐具領(lǐng)域經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的演化與發(fā)展，在滿足坐具功能的前提下，隨著人們審美水平和藝術(shù)形式的不斷變化，以及加工方式的變革，原竹坐具的基本結(jié)構(gòu)樣式也隨之發(fā)生了一些改變，由原來(lái)的傳統(tǒng)框架形式逐漸過(guò)渡到當(dāng)代逐漸細(xì)化豐富多樣的形態(tài)樣式，加之近年來(lái)立體竹編在坐具中的應(yīng)用，將原竹坐具整體結(jié)構(gòu)按照造型特點(diǎn)分為三類：傳統(tǒng)圓竹框架式結(jié)構(gòu)、竹板條組合結(jié)構(gòu)、篾條編織結(jié)構(gòu)。

通過(guò)對(duì)原竹坐具的分析，發(fā)現(xiàn)原竹家具的發(fā)展存在以下問(wèn)題：1）標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題，在原竹家具的制作中，現(xiàn)行的加工方式下很大程度依賴竹藝師傅的手工制作，沒(méi)有現(xiàn)行加工方式的標(biāo)準(zhǔn)化，每個(gè)師傅的制作方式都不一樣，而每個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)出來(lái)的尺寸誤差都相對(duì)較大，甚至同一把椅子的左右曲度都可能有所區(qū)別，同時(shí)其產(chǎn)出效率較為低下，有限的手工制作的勞動(dòng)力資源，已無(wú)法滿足龐大的市場(chǎng)產(chǎn)品需求；2）產(chǎn)品款式陳舊，在中國(guó)絕大部分竹產(chǎn)區(qū)覆蓋的村鎮(zhèn)，都還活躍著許多的原竹家具，常見(jiàn)的有竹椅、竹桌、竹榻等，但其款式在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，基本沒(méi)有發(fā)生任何變化，其原因在于很多地方的竹藝人的技術(shù)傳承于此，也受自身設(shè)計(jì)水平的制約，即制作簡(jiǎn)單易用的竹家具用品，滿足當(dāng)?shù)仄胀ㄈ罕姷娜粘Ｉ钚枨蠹纯桑阍贌o(wú)創(chuàng)新立意和設(shè)計(jì)能力去迭代產(chǎn)品開(kāi)拓新的市場(chǎng)；3）原竹家具設(shè)計(jì)與制作生產(chǎn)脫節(jié)，由于設(shè)計(jì)人員缺乏相關(guān)原竹家具制作經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品造型美觀，但是實(shí)際生產(chǎn)不能落地，竹材的特性研究不到位，原竹材料制作中的彎曲加工工藝、節(jié)點(diǎn)連接方式其實(shí)都有很多考究的地方，這使得原竹家具的創(chuàng)新在圖紙上的很多，被制造出來(lái)量產(chǎn)的卻很少。

面對(duì)原竹家具創(chuàng)新發(fā)展所受到的制約因素，我們需要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行梳理與突破：1）加強(qiáng)原竹材料供應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化，生產(chǎn)材料的規(guī)范化，竹筒、竹條、竹篾的尺寸規(guī)范化，便于批量化生產(chǎn)。原竹家具制作需要規(guī)范化的材料供應(yīng)，而不是因材而作，生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品效率才能夠得到保證，比如竹筒材料的節(jié)數(shù)、節(jié)長(zhǎng)、筒徑等，按規(guī)格范圍整理區(qū)分，按需使用，做到材料規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化；2）加工制作方式的創(chuàng)新，在從依賴高水平竹藝師傅的手頭功夫轉(zhuǎn)而按照標(biāo)準(zhǔn)制作規(guī)范流程實(shí)現(xiàn)精確加工方向發(fā)展，加強(qiáng)原竹家具器械設(shè)備的開(kāi)發(fā)，擁有開(kāi)竹、校竹、彎竹、打磨、開(kāi)槽等整套設(shè)備加工流水線，脫離原有的作坊加工模式，釋放產(chǎn)能提高產(chǎn)品市場(chǎng)占有率；3）充分發(fā)揮設(shè)計(jì)與制造人員的優(yōu)勢(shì)，積極推動(dòng)原竹家具的設(shè)計(jì)發(fā)展，充分考慮到設(shè)計(jì)人員與制造人員的優(yōu)勢(shì)，積極打通設(shè)計(jì)人員的認(rèn)知壁壘，加強(qiáng)原竹家具設(shè)計(jì)產(chǎn)品的落地性，并梳理出原竹材料的加工特性，如具體的竹材彎曲角度和厚度的關(guān)系是多少等，將加工方式、材料受限尺度量化出來(lái)，讓設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)的時(shí)候就有制造指導(dǎo)規(guī)范可依，在設(shè)計(jì)之初就可以落于實(shí)地，不再讓設(shè)計(jì)處于無(wú)法加工的尷尬境地；4）探索與完善原竹家具的設(shè)計(jì)方法流程，以高效可行的設(shè)計(jì)流程為指導(dǎo)，幫助設(shè)計(jì)人員快速找到設(shè)計(jì)方向，設(shè)計(jì)思路能夠有效推進(jìn)，設(shè)計(jì)成果能夠落地并能進(jìn)行相關(guān)驗(yàn)證程序，達(dá)到產(chǎn)品的不斷迭代推新，加快原竹家具行業(yè)產(chǎn)品的升級(jí)優(yōu)化。

三、設(shè)計(jì)實(shí)踐

（一）設(shè)計(jì)構(gòu)思

竹材料的本身會(huì)極大地影響材料被制作出來(lái)的形態(tài)，隨之也會(huì)對(duì)功能有不同的導(dǎo)向。在竹制家具的市場(chǎng)中，竹片的應(yīng)用其實(shí)很廣泛，但是其使用的絕大部分是利用竹板集合成平面，在曲面的應(yīng)用非常少，由于竹材本身的特性因素，如可塑性高、延展性好、韌性強(qiáng)、縱向纖維強(qiáng)度高、抗拉力也很優(yōu)良等，但是厚竹片的彎曲難度大，本身的張力也很大，難以定型達(dá)到滿意的效果，因此本次設(shè)計(jì)設(shè)想通過(guò)將薄竹片通過(guò)多層復(fù)合的方式進(jìn)行造型和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，將竹材的造型線條融入到一個(gè)完整的形式之中，形成統(tǒng)一造型語(yǔ)言，不用竹條來(lái)做大的曲面或者平面，而是將竹條做成曲線，運(yùn)用曲線的靈活和扭轉(zhuǎn)，表現(xiàn)出作品的優(yōu)雅生動(dòng)和韻律感。通過(guò)竹材料本身的韌性和可塑性，將簡(jiǎn)潔的造型結(jié)構(gòu)特征，通過(guò)竹條本身的彎曲翻面表現(xiàn)出來(lái)，既可以滿足原始的結(jié)構(gòu)功能，又賦予新的形態(tài)特征，將竹子本身的材料韌性充分發(fā)揮出來(lái)，同時(shí)也在積極探索新的竹材結(jié)構(gòu)以及新的作用方式[8]。

（二）方案設(shè)計(jì)

竹材區(qū)別于木材純粹的硬直，也不同于藤條柔軟的曲度，其具有二者之間的“剛”和“柔”，將竹材的特性充分發(fā)揮于剛?cè)岵⒑系那嫘螒B(tài)之中，探索其剛性和柔性的結(jié)合度，設(shè)計(jì)方案充分的將造型中的曲面扭轉(zhuǎn)提煉出來(lái)，發(fā)揮好竹子的柔性，利用柔性將坐具的整個(gè)造型搭建起來(lái)，有了整個(gè)造型的基礎(chǔ)框架，就可以進(jìn)行進(jìn)一步的具體操作，在整個(gè)造型中，把竹子的各種造型發(fā)揮到了極致（見(jiàn)圖2）。

（三）實(shí)物制作

實(shí)物模型的制作過(guò)程可以分為選材、固定框架的制作、坐具支撐結(jié)構(gòu)的制作、坐具坐面的制作和坐具結(jié)構(gòu)的安裝5個(gè)步驟。

1.選材：選用平壓復(fù)合竹板材，將其切割后制作成2mm厚度的竹片板材，然后裁切成6cm寬的竹條作為基礎(chǔ)材料。選用的黏膠劑是一種特殊的高固含量的快干型貼木皮膠，玻璃化溫度約42℃，這種膠粘劑相比于萬(wàn)能膠更加環(huán)保、無(wú)毒害，且最終強(qiáng)度高，具有更好的耐熱性和耐溶劑性，而相比于普通的白乳膠，它更容易干、生產(chǎn)效率高、布膠量也相對(duì)較少、并且可逆轉(zhuǎn)修復(fù)。

2.制作固定框架：由于竹材的韌性很強(qiáng)，在造型制作的時(shí)候不能夠?qū)⑵渲苯釉煨?，所以要?zhǔn)備一個(gè)框架來(lái)卡結(jié)構(gòu)點(diǎn)[9]，將其在范圍之內(nèi)限定住，便于在制作的時(shí)候不會(huì)因?yàn)橹癫牡幕乜s導(dǎo)致形變，也有利于進(jìn)一步的竹條多層復(fù)合。選用側(cè)面規(guī)格3cm×5cm的矩形長(zhǎng)木條，經(jīng)過(guò)切割和連接之后建成一個(gè)基礎(chǔ)木制框架（見(jiàn)圖3）。

3.制作坐具的支撐結(jié)構(gòu)：在原有的木制框架的基礎(chǔ)上，將各個(gè)關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)點(diǎn)位使用自制的木塊固定件卡位，竹條通過(guò)熱風(fēng)機(jī)加熱彎曲定型之后，放入制作好的卡位范圍之內(nèi)，待竹條冷卻基本成型之后，逐步采用竹條熱彎定型用黏膠復(fù)合在第一層的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上，在復(fù)合的過(guò)程中，要使用C型壓力夾或者F型壓力夾，起到聚合竹片的作用，在使用蝴蝶夾加以輔助，在固定待干時(shí)，使用熱風(fēng)機(jī)的低熱檔位進(jìn)行烘干，在多層的復(fù)合之中，由于竹條是長(zhǎng)度有限，最好保持接口的位置岔開(kāi)，增強(qiáng)其支撐強(qiáng)度，在多層竹條重復(fù)以上操作后，基本的主體支撐結(jié)構(gòu)完成。然后在做好的框架上面，將6cm寬、0.2cm厚度的平壓竹板條一層一層通過(guò)夾器將其貼合在上面，每當(dāng)進(jìn)行一次貼合，就需要進(jìn)行一次加熱，將竹板條和框架的契合度提高，間隙他們之間的排斥力，增加黏合的成功性。最后需要將靠背的位置的竹條用兩塊3cm厚的木塊墊高，進(jìn)行熱風(fēng)加熱，當(dāng)取下木塊的時(shí)候，就會(huì)有相應(yīng)的形態(tài)回縮，靠背就形成了（見(jiàn)圖4）。

4.制作坐具的坐面：挑選2mm厚、6mm寬的竹板條，進(jìn)行加熱定型之后，使用0.5mm厚的竹皮進(jìn)行多層復(fù)合，單一的坐面單元完成，這樣的組合方式，既能夠保證相對(duì)強(qiáng)度，而相對(duì)柔軟的竹皮在上面，也會(huì)使得坐面更加舒適（見(jiàn)圖5）。

5.結(jié)構(gòu)安裝：坐面做好之后，需要將其安裝在主要承重框架上，使用單一的黏合，很可能會(huì)導(dǎo)致交合的效果不好，存在受力后突然開(kāi)膠崩掉的可能性，所以運(yùn)用榫卯結(jié)構(gòu)的原理，設(shè)計(jì)了一個(gè)卡位槽，卡位槽和承重結(jié)構(gòu)黏合，通過(guò)卡槽也和卡條相連，能夠相應(yīng)減少坐面和承重框架膠合面的綜合拉力，增強(qiáng)座椅的可靠性，最后將最上面一層的竹皮黏合上去，待整體熱風(fēng)風(fēng)干之后，將其用木蠟油擦拭三次即可，木蠟油不用太多，每一層上的時(shí)候表面看不到明顯的油漬流動(dòng)，再用手帕將其均勻地暈開(kāi)，自然風(fēng)干即可，實(shí)物制作就完成了（見(jiàn)圖6）。

結(jié)語(yǔ)

竹制家具的發(fā)展不斷使加工工藝變得更加多樣和可靠，從原材料的處理到加工制作都有了規(guī)范化的操作過(guò)程，材料變得更加美觀實(shí)用，新的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樣式也在不斷地被設(shè)計(jì)出來(lái)并得到應(yīng)用。在竹制品行業(yè)，需要更多的力量投入其中，改善其產(chǎn)品的品質(zhì)，提高產(chǎn)品的附加值，讓更多的產(chǎn)品符合現(xiàn)代生活的審美需求，在材料的處理上和整體的加工上都要把控好。本文通過(guò)對(duì)竹產(chǎn)品的歸納和解析，分析原竹家具存在的挑戰(zhàn)與機(jī)會(huì)點(diǎn)，探索和改進(jìn)竹家具的造型結(jié)構(gòu)，并融入現(xiàn)代簡(jiǎn)潔的設(shè)計(jì)風(fēng)格，運(yùn)用多層復(fù)合定型的基本方法完成竹制坐具的制作，并在竹制坐具的結(jié)構(gòu)上做出了進(jìn)一步的探索和研究，以期為竹制家具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供借鑒與參考。

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