基于竹制材料的坐具设计研究

摘要：充分利用原竹的材料特性，探索和改进竹制家具的造型结构，并将现代简洁的设计风格融入其中。首先从物理、生物和力学特性三方面分析了竹材的材料特性，然后对竹材的基本应用形式和原竹家具竹材构件的连接方式进行了归纳总结，接着通过案例分析了目前市场上原竹坐具的整体结构并按照造型特点进行了分类和特点的分析，提出了原竹家具发展中存在的问题和创新发展的建议，最后以原竹坐具的设计为例，以充分发挥竹制材料的特性，探索竹制家具结构的创新。对竹坐具的造型结构进行了新的创新，并运用多层复合定型的基本方法实现了竹制坐具的制作。为竹制家具的材料应用和创新结构设计提供了借鉴与参考。

关键词：竹制材料 竹材构件 连接方式 坐具 结构设计

中图分类号：J52 文献标识码：A文章编号：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

竹材作为一种可持续的速生材料，其材料本身具有很多的优良性能，已逐渐成为替代木材的最佳生物原材料，被广泛地应用于建筑、家具、工艺品等各个领域[1]。新的社会阶段和社会消费环境中，人们对生活品质的需求日益提高，也带动了竹产品的优化和不断发展，竹制品家具也逐步兴起，随着技术和审美不断的发展和更迭，也会衍生出更多新的结构样式的竹制产品。目前我国竹集成材的家具主要按照板式家具的加工工艺进行制作，其造型属于大直面构成样式，有平薄感，也有延伸感，但是它的限制在于无法构建丰富的曲面造型，表达出更优美的曲度变化，所以需要探索更多可能性的曲面板材的结构样式或者使用方式。本文对竹制品家具进行造型结构和竹材料使用上的剖析，将竹条多层复合的形式与现代简约的设计风格结合在一起，设计出符合现代美感的竹制坐具，对竹制品家具的设计和制作进行了有益的探索。

一、竹材的材料特性、应用形式及连接方式

（一）竹材的材料特性

竹材的特性可以从物理特性、生物特性和力学特性进行分析。1）物理性质包括密度、干缩性和吸水性等，密度可以用来评估竹材料的重量、硬度、强度以及收缩率等[2]。竹的品种不同，密度也不同，密度大，则竹的力学强度就越大，而同一竹种的密度也不尽相同，会受竹龄、立地条件、甚至竹竿部位的影响。水分的蒸发会致使竹材的干缩，干缩率越大越容易开裂，因此在制作竹器时，选用经防裂处理、烘干或者是阴干的竹制材料会降低其因干缩性而导致连接结构松脱的可能性。2）竹材的生物特性表现在竹子本身的结构、组成成分及连接方式的形成等对生存环境的适应[3]，竹筒的外部形态结构可以承受因风雪引起的弯曲折断或劈裂，竹秆的内部圆筒空心结构可以减轻重量，达到轻质高韧的效果，具有韧性强、抗拉力优良等特性。3）竹材的力学特性受物理性质和生物特性的影响，主要表现在竹秆径向层面结构从外到内弹性力学性能和抗拉伸力呈递减趋势，与麻、竹、木等天然纤维相比，竹纤维的抗拉伸能力最强。

（二）竹材的应用形式

生产活动中原竹材料被供应的形式就是竹材的基本应用形式，目前对竹材料的使用方式主要分为天然原竹和基于原竹发展的改性竹材两種[4]。一根制造用竹通高约20米，原竹家具行业主要使用的是竹秆部分，根据不同竹子的种类，竹秆的口径与长度大不相同，竹秆经过不同刀数的开竹形成竹条，竹条经过不同层数的起篾形成竹篾，细薄的竹篾可以再进行竖向排针划分形成竹丝，因此，天然原竹材料的基本形式就可以分为竹秆、竹条、竹篾和竹丝四种（见图1）。改性竹材可以分为匀质改性竹材和复合材料两种基本形式[4-5]：匀质改性竹材是竹秆经过性能稳定化处理后经机器切割或碾压分解，再用胶黏剂组合的板材或型材；复合材料是将两种或以上不同特性的材料经物理加工或化学改性等手段组合成具有全新结构和性能的复合材料。

可以看出无论是天然原竹还是基于原竹发展的改性竹材，原竹的应用形式都是从竹材的材料特性出发的。手工业时期，人们从长期的生活经验中认识到宏观角度原竹的物理性能，基于物理性能产生了竹秆、竹片、竹篾、竹纤维丝等材料基本形式。随着工业文明的发展，人们能从微观甚至细观角度了解原竹的材料特性，出现了竹集成材、竹胶合板、竹刨花板等板材或型材的匀质改性竹材的应用形式，基于竹纤维材料的力学特性，人们通过加入一种纤维或者基体的优点来弥补另一种纤维或基体的缺陷，形成了不同形式的竹质复合材料应用于生活不同方面。

（三）原竹家具竹材构件的连接方式

在原竹家具的加工制造中，考虑最多的问题就是竹材构件的连接方式，不同的家具、不同的部分，其连接方式也会有所不同，现有原竹家具的连接部分加工方式主要按照材料分为两个主要大类：一类是原竹杆材的连接，通过自身节点处理以及其他材料器件进行辅助连接，从而实现圆筒状的原竹结构连接；另一类是竹条竹篾材料的连接，作为原竹的分解材料，竹条与竹篾的连接方式因形态结构的变化连接方式与原竹秆材的连接方式有明显不同（见表1）。

二、竹制坐具设计基本概况

我国是竹家具生产大国，近年来竹家具的产量大大增加，但是在竹制家具生产中传统的家具样式依然是占了很大的部分，很多地方的竹工坊无论是在加工方式上，还是在竹材料的运用上都是相对落后的，各种竹材没有被充分运用起来，深精加工程度不够，产品的品质感不高，整体市场水平在中低端浮动，材料的使用方式没有得到交叉融合，无论是平压还是侧压复合竹板，都会被用作平面材料来使用，没有跳脱出固有的认知方式。竹板材同样拥有竹子可塑性强、韧性高、抗拉力强等优良性能，完全可以按照竹板家具的制作思路和手法去尝试新的家具结构和造型。而且制作家具的方式也可以进一步革新，设计出更加具有现代美感附加值高的竹制坐具。

在原竹家具领域，原竹的各个部分、各种规格的材料被灵活地运用在各种原竹坐具的设计之中（见表2）。竹家具的品种多样、造型丰富，其基本结构按照相似性分类，可以将主要部件分为框架结构和板状部件[7]，即传统框架结构与原竹各种板状部件材料的应用。原竹坐具领域经过漫长的演化与发展，在满足坐具功能的前提下，随着人们审美水平和艺术形式的不断变化，以及加工方式的变革，原竹坐具的基本结构样式也随之发生了一些改变，由原来的传统框架形式逐渐过渡到当代逐渐细化丰富多样的形态样式，加之近年来立体竹编在坐具中的应用，将原竹坐具整体结构按照造型特点分为三类：传统圆竹框架式结构、竹板条组合结构、篾条编织结构。

通过对原竹坐具的分析，发现原竹家具的发展存在以下问题：1）标准化问题，在原竹家具的制作中，现行的加工方式下很大程度依赖竹艺师傅的手工制作，没有现行加工方式的标准化，每个师傅的制作方式都不一样，而每个产品生产出来的尺寸误差都相对较大，甚至同一把椅子的左右曲度都可能有所区别，同时其产出效率较为低下，有限的手工制作的劳动力资源，已无法满足庞大的市场产品需求；2）产品款式陈旧，在中国绝大部分竹产区覆盖的村镇，都还活跃着许多的原竹家具，常见的有竹椅、竹桌、竹榻等，但其款式在相当长的时间内，基本没有发生任何变化，其原因在于很多地方的竹艺人的技术传承于此，也受自身设计水平的制约，即制作简单易用的竹家具用品，满足当地普通群众的日常生活需求即可，便再无创新立意和设计能力去迭代产品开拓新的市场；3）原竹家具设计与制作生产脱节，由于设计人员缺乏相关原竹家具制作经验，设计出来的产品造型美观，但是实际生产不能落地，竹材的特性研究不到位，原竹材料制作中的弯曲加工工艺、节点连接方式其实都有很多考究的地方，这使得原竹家具的创新在图纸上的很多，被制造出来量产的却很少。

面对原竹家具创新发展所受到的制约因素，我们需要从以下几个方面进行梳理与突破：1）加强原竹材料供应的标准化，生产材料的规范化，竹筒、竹条、竹篾的尺寸规范化，便于批量化生产。原竹家具制作需要规范化的材料供应，而不是因材而作，生产出来的产品效率才能够得到保证，比如竹筒材料的节数、节长、筒径等，按规格范围整理区分，按需使用，做到材料规范化、标准化；2）加工制作方式的创新，在从依赖高水平竹艺师傅的手头功夫转而按照标准制作规范流程实现精确加工方向发展，加强原竹家具器械设备的开发，拥有开竹、校竹、弯竹、打磨、开槽等整套设备加工流水线，脱离原有的作坊加工模式，释放产能提高产品市场占有率；3）充分发挥设计与制造人员的优势，积极推动原竹家具的设计发展，充分考虑到设计人员与制造人员的优势，积极打通设计人员的认知壁垒，加强原竹家具设计产品的落地性，并梳理出原竹材料的加工特性，如具体的竹材弯曲角度和厚度的关系是多少等，将加工方式、材料受限尺度量化出来，让设计人员在设计的时候就有制造指导规范可依，在设计之初就可以落于实地，不再让设计处于无法加工的尴尬境地；4）探索与完善原竹家具的设计方法流程，以高效可行的设计流程为指导，帮助设计人员快速找到设计方向，设计思路能够有效推进，设计成果能够落地并能进行相关验证程序，达到产品的不断迭代推新，加快原竹家具行业产品的升级优化。

三、设计实践

（一）设计构思

竹材料的本身会极大地影响材料被制作出来的形态，随之也会对功能有不同的导向。在竹制家具的市场中，竹片的应用其实很广泛，但是其使用的绝大部分是利用竹板集合成平面，在曲面的应用非常少，由于竹材本身的特性因素，如可塑性高、延展性好、韧性强、纵向纤维强度高、抗拉力也很优良等，但是厚竹片的彎曲难度大，本身的张力也很大，难以定型达到满意的效果，因此本次设计设想通过将薄竹片通过多层复合的方式进行造型和结构的设计，将竹材的造型线条融入到一个完整的形式之中，形成统一造型语言，不用竹条来做大的曲面或者平面，而是将竹条做成曲线，运用曲线的灵活和扭转，表现出作品的优雅生动和韵律感。通过竹材料本身的韧性和可塑性，将简洁的造型结构特征，通过竹条本身的弯曲翻面表现出来，既可以满足原始的结构功能，又赋予新的形态特征，将竹子本身的材料韧性充分发挥出来，同时也在积极探索新的竹材结构以及新的作用方式[8]。

（二）方案设计

竹材区别于木材纯粹的硬直，也不同于藤条柔软的曲度，其具有二者之间的“刚”和“柔”，将竹材的特性充分发挥于刚柔并合的曲面形态之中，探索其刚性和柔性的结合度，设计方案充分的将造型中的曲面扭转提炼出来，发挥好竹子的柔性，利用柔性将坐具的整个造型搭建起来，有了整个造型的基础框架，就可以进行进一步的具体操作，在整个造型中，把竹子的各种造型发挥到了极致（见图2）。

（三）实物制作

实物模型的制作过程可以分为选材、固定框架的制作、坐具支撑结构的制作、坐具坐面的制作和坐具结构的安装5个步骤。

1.选材：选用平压复合竹板材，将其切割后制作成2mm厚度的竹片板材，然后裁切成6cm宽的竹条作为基础材料。选用的黏胶剂是一种特殊的高固含量的快干型贴木皮胶，玻璃化温度约42℃，这种胶粘剂相比于万能胶更加环保、无毒害，且最终强度高，具有更好的耐热性和耐溶剂性，而相比于普通的白乳胶，它更容易干、生产效率高、布胶量也相对较少、并且可逆转修复。

2.制作固定框架：由于竹材的韧性很强，在造型制作的时候不能够将其直接造型，所以要准备一个框架来卡结构点[9]，将其在范围之内限定住，便于在制作的时候不会因为竹材的回缩导致形变，也有利于进一步的竹条多层复合。选用侧面规格3cm×5cm的矩形长木条，经过切割和连接之后建成一个基础木制框架（见图3）。

3.制作坐具的支撑结构：在原有的木制框架的基础上，将各个关键的结构点位使用自制的木块固定件卡位，竹条通过热风机加热弯曲定型之后，放入制作好的卡位范围之内，待竹条冷却基本成型之后，逐步采用竹条热弯定型用黏胶复合在第一层的基础结构上，在复合的过程中，要使用C型压力夹或者F型压力夹，起到聚合竹片的作用，在使用蝴蝶夹加以辅助，在固定待干时，使用热风机的低热档位进行烘干，在多层的复合之中，由于竹条是长度有限，最好保持接口的位置岔开，增强其支撑强度，在多层竹条重复以上操作后，基本的主体支撑结构完成。然后在做好的框架上面，将6cm宽、0.2cm厚度的平压竹板条一层一层通过夹器将其贴合在上面，每当进行一次贴合，就需要进行一次加热，将竹板条和框架的契合度提高，间隙他们之间的排斥力，增加黏合的成功性。最后需要将靠背的位置的竹条用两块3cm厚的木块垫高，进行热风加热，当取下木块的时候，就会有相应的形态回缩，靠背就形成了（见图4）。

4.制作坐具的坐面：挑选2mm厚、6mm宽的竹板条，进行加热定型之后，使用0.5mm厚的竹皮进行多层复合，单一的坐面单元完成，这样的组合方式，既能够保证相对强度，而相对柔软的竹皮在上面，也会使得坐面更加舒适（见图5）。

5.结构安装：坐面做好之后，需要將其安装在主要承重框架上，使用单一的黏合，很可能会导致交合的效果不好，存在受力后突然开胶崩掉的可能性，所以运用榫卯结构的原理，设计了一个卡位槽，卡位槽和承重结构黏合，通过卡槽也和卡条相连，能够相应减少坐面和承重框架胶合面的综合拉力，增强座椅的可靠性，最后将最上面一层的竹皮黏合上去，待整体热风风干之后，将其用木蜡油擦拭三次即可，木蜡油不用太多，每一层上的时候表面看不到明显的油渍流动，再用手帕将其均匀地晕开，自然风干即可，实物制作就完成了（见图6）。

结语

竹制家具的发展不断使加工工艺变得更加多样和可靠，从原材料的处理到加工制作都有了规范化的操作过程，材料变得更加美观实用，新的产品结构样式也在不断地被设计出来并得到应用。在竹制品行业，需要更多的力量投入其中，改善其产品的品质，提高产品的附加值，让更多的产品符合现代生活的审美需求，在材料的处理上和整体的加工上都要把控好。本文通过对竹产品的归纳和解析，分析原竹家具存在的挑战与机会点，探索和改进竹家具的造型结构，并融入现代简洁的设计风格，运用多层复合定型的基本方法完成竹制坐具的制作，并在竹制坐具的结构上做出了进一步的探索和研究，以期为竹制家具结构设计提供借鉴与参考。

参考文献

[1]陈新义，刘文金，张海雁.基于竹集成材的家具产品设计技术研究[J].包装工程，2019，40（14）：162-166.

[2]王喆.竹器连接结构设计的研究[D].北京：中央美术学院，2013.

[3]邵卓平.木材和竹材的断裂与损伤[D].合肥：安徽农业大学，2009.

[4]吴静.基于Affor dance的原竹特性在竹坐具设计中的应用研究[D].广东：广东工业大学，2020.

[5]黄祖坚，孙一民，弗洛里安·穆索.竹木应用于建筑围护结构的性能比较[J].建筑学报，2017（S2）：79-85.

[6]李伟丽.榫卯结构在现代家具设计中的应用[J].设计，2020，33（08）：102-104.

[7]唐开军，史向利.竹家具的结构特征[J].林产工业，2001，28（01）：27-32.

[8]周冶.“兼柔”竹椅——坐具的实验性竹材设计[J].设计，2019，32（20）：95.

[9]夏雨，李延军，刘红征，等.原竹家具制造工艺研究[J].竹子学报，2017，36（01）：64-67+73.