基于材质搭配的松木家具结构设计策略

■苏艳炜欧 彬Su Yanwei& Ou Bin（.西南林业大学材料工程学院，云南昆明 6504；.金点时代设计工作室，云南昆明 6504）

基于材质搭配的松木家具结构设计策略

■苏艳炜1欧 彬2Su Yanwei1& Ou Bin2
（1.西南林业大学材料工程学院，云南昆明 650224；2.金点时代设计工作室，云南昆明 650224）

针对松木家具容易发生“结构失效”的问题，提出与高强度材质搭配的设计策略。通过采用金属框架、桁架、插接等结构形式用作承重件可增强松木家具整体结构强度；以包覆、贯穿等设计手法将金属材料用在节点处或形成刚性结构可提高局部连接强度。最后通过设计实践，验证了这些策略的可行性。

松木家具；结构；材质搭配；设计策略

松木作为一种蓄积量很大的速生材，目前已被广泛用于实木家具设计与制造中［1］。然而，与硬质阔叶材相比，松木普遍存在着密度低、材质疏松、干缩湿胀大、力学指标偏低等缺陷，这些缺陷最终导致力学性能不足，造成松木家具结构容易松动，从而发生“结构失效”［2］，影响松木家具产品的品质和使用年限，这在一定程度上制约了松木在家具制造上的应用。

通过对国内松木家具市场的调查，笔者发现松木家具“结构失效”主要表现在两个方面：一是为塑造造型上的轻巧感，对零部件尺寸缩减，造成松木家具整体结构强度降低；二是未合理配置零部件接合处连接，从而影响局部结构强度。因此，在松木家具结构设计时，应针对松木的材性特征，与金属等高强度材料进行合理搭配，实现材质的“优势互补”，提高松木家具的结构强度，最终提升松木家具产品品质和附加值。

1　与高强度材料搭配提高整体结构强度

受松木力学性能指标偏低的影响，松木家具零部件尤其是起支撑作用的零部件尺寸较大，呈现圆润笨拙的形态特征。金属材料尤其是高强度合金材料普遍比松木木材强度高，因此它能较好满足结构强度需求且可任意造型，适合做承重部件。

1.1金属框架的增强作用

框架作为框式家具的受力构件，可以确保零件的长度方向为顺纹方向，从而保证家具的尺寸稳定性。因此，在书柜、衣柜、展示柜等柜类家具设计中，可将金属管通过焊接、铆接等加工成金属框架，作为承重部件，而将松木板材作为围合部件置于框架之上，实现两种材质的“优势互补”。同时利用金属材料良好的延展性和加工性能，通过线的组合与交错，将其设计成千姿百态的家具造型，呈现出丰富的断面形态，如图1所示。

如图2所示的电视柜设计，将金属材料作为框架承重，松木以板件或实体框的形式嵌合，采用形式美法则中的“虚实”对比，视觉上丰富了松木家具的造型形态，同时弥补了松木力学性能的不足，一定程度上提高了松木家具的结构强度，能有效防止松木家具的“结构失效”。

1.2金属桁架结构的增强作用

桁架结构（图3）能承受轴向拉力或压力，具有较高的强度，适用于较大跨度的承重结构形式［3］。在木结构建筑设计中，很多地方都采用了桁架结构来防止零部件的松动。这种方法也可以借鉴到松木家具结构设计中。松木作为一种实木材料，具有干缩湿胀性较大的缺陷，因此，松木框架易发生松动而影响其结构强度，故可将桁架结构运用于尺度较大的松木家具零部件上，从而有效提高松木家具的整体结构强度。

结合人体工效学原理，开敞式衣柜设计采用两根直径为10mm的不锈钢管交错贯穿形成桁架结构（图4），嵌入衣柜立柱与搁板、底板形成的框架内，可承受松木因干缩湿胀引起的形变应力，从而有效防止“结构失效”，同时由于金属材料的加入，打破了松木家具的单一的造型形态，给人轻巧、灵动的视觉效果。

1.3金属插接结构的增强作用

插接（图5）是金属家具设计中常用的一种结构形式，它能满足家具的结构强度需求。插接结构用于松木家具设计主要有两种方式：一种是端面结构直接外露，作为一种装饰形态，以增强家具本身的形式感和装饰效果；另一种是基于“折叠”功能或可伸缩性功能的需求，将其“外包”于松木构件表面，以增强结构稳定性和趣味性。

如图6所示的儿童桌设计，利用松木材色清新自然的优势，将其作为功能界面，铝合金管材作为承重件，通过插接的结构形式嵌入松木台面，端面直接外露作为一种装饰形态，色彩上形成温润与冷峻的对比，给人强烈的视觉冲击力。同时铝合金的加入，也能增强儿童桌的结构强度。

如图7所示的可调式儿童桌设计，基于可成长性的设计需求，以插接的形式通过螺钉连接将其设计为可调节式结构，通过高度调节实现不同年龄阶段的儿童使用。两者的巧妙搭配，使松木的细腻感与金属的精致感相得益彰，视觉上打破了松木家具单一的造型形态，为其增添了几分“童趣”，同时在一定程度上提高了松木家具的结构强度。

2　采用二次加固策略提高局部连接强度

2.1金属节点加强

家具产品的结构强度是实现产品功能的基础。各零部件的连接方式、节点处接合强度及材料本身的力学性能均会影响家具产品的结构强度。而“节点”往往是家具结构中最薄弱的环节，它是指利用榫、钉或连接件把相邻零部件连接的部位，即家具各零部件间的接合处［4］。倘若它的强度和刚度满足不了设计要求，将会导致结构变形，甚至造成破坏，从而缩短产品的使用寿命，因此从产品安全角度来说，对框架结构中的节点进行合理设计尤为关键。节点结构可以分为“T”型和“L”型两种［5］，如图8所示。

框架结构为当前松木家具的主要结构形式，其节点强度的大小决定了松木家具结构强度的高低。因此，在松木节点处，可采用不锈钢等高强度材料代替，以达到增强局部连接强度的目的。如图9所示，在松木架类家具设计中，将哑光不锈钢管以贯穿手法包覆在松木立柱与搁板的节点接合处，起到加固节点连接强度的作用，从整体上提高松木家具的结构强度。

2.2金属构件加固

松木家具结构设计中，对于那些零部件尺寸较大的构件，除采用金属桁架结构外，还可将金属材料用作横撑，通过二次加固策略来增加局部连接强度。图10所示的餐桌设计，因其纵向跨度较大，单纯采用松木构件以榫卯结构形式连接显然不能满足其结构强度，因此，可在松木台面与横撑之间加入几根细小的金属管材，形成一种往餐桌中间聚拢的牵制应力，从而有效防止松木因干缩湿胀发生形变，起到二次加固的作用。

2.3形成刚性结构加固

对于框架结构的实木家具来说，角结合部位也是容易损坏的部位，因此，可通过形成刚性结构提高其局部连接强度［6］。如图11所示，在椅子的前、后腿间以贯穿的形式加一金属横撑，此时，横撑与椅子的前、后腿下端构成三构件的刚性框架，而椅子的前、后腿上端与侧望板、横撑形成四构件的刚性结构，从而达到加固的目的。此外，也可在松木家具的角部接合处塞入三角形角铁，通过二次加固减少松木因材质松软而发生的形变，达到增强局部连接强度的目的，如图12所示。以上这些方式均适合速生实木家具产品的局部结构增强。

■图1　金属框架的几种形式

■图2　金属框架在松木柜类家具中的增强作用

■图3　桁架结构形式

■图4　金属桁架在松木家具中的增强作用

■图5　金属家具的插接结构形式

■图6　结构外露的金属插接结构

■图7　可伸缩的金属插接结构

■图8　“T”型和“L”型节点结构

■图9　金属节点加强松木家具的连接结构强度

■图10　金属构件加强松木家具局部接合强度

■图11　金属横撑的二次加固

■图12　金属角铁的二次加固

3　结语

（1）松木普遍存在力学强度指标偏低的缺陷，造成松木家具结构容易松动，从而导致“结构失效”，影响产品档次和使用寿命；

（2）采用与金属等高强度材料搭配的设计策略，可起到增强松木家具整体结构强度和局部连接强度的作用，同时能丰富松木家具的造型形态；

（3）金属材料增强松木家具结构强度的定量研究需进一步探讨。

（责任编辑：北 方）

［1］孙德林，姚文亮.基于速生木材特性的实木家具结构设计［J］.林产工业，2014，41（2）：37-38.

［2］苏艳炜.松木家具设计中的材料多样化策略研究［D］.长沙：中南林业科技大学，2012.

［3］李素瑕，刘文金.几种连接方式对脱脂马尾松家具结构强度的影响［J］.西北林学院学报，2014，29（1）：169-173.

［4］邓昕.松木家具设计新探［J］.家具与室内装饰，2008，12：26-27.

［5］林作新，李黎.家具结构设计［M］.北京：中国林业出版社，2008.

［6］薛坤.传统家具结构的力学性能研究［J］.家具与室内装饰，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

浙江省林业工程重中之重一级学科开放基金（编号：2014lygcy020）

引文格式：苏艳炜，欧 彬.基于材质搭配的松木家具结构设计策略［J］.家具与室内装饰，2015，（07）：18-19.