家具结构设计的一点认识

JJJKE · 发表于 2011-8-14 09:25

一谈到家具设计，年轻的设计师们很自然的就想到了家具的造型、构图、创新，而忽视家具的材料与结构以及生产工艺。其实不然，家具结构设计在家具设计中占有相当重要的地位。家具形态与结构的关系就如人的相貌与五官的关系。相貌就如家具的形，而五官则好比是产品结构。如果五官的位置不当，不仅形无法支撑，貌也将荡然无存。因而家具结构设计是家具设计中至关重要的内容。

　　结构是指产品或物体各元素之间的构成方式与接合方式。结构设计就是在制作产品前，预先规划、确定或选择连接方式、构成形式，并用适当的方式表达出来的全过程。家具产品通常都是由若干个零、部件按照功能与构图要求，通过一定的接合方式，组装构成的。家具产品的接合方式多种多样，且各有优势和缺陷。零部件接合方式的合理与否，将直接影响到产品的强度、稳定性，实现产品的难易程度（加工工艺），以及产品的外在形式（造型）。产品的零部件需要用原材料制作，而材料的差异将导致连接方式的不同。家具是一种实用产品，在使用过程中必须要有一定的稳定性。由于使用者的爱好不同，家具产品具有各种不同的风格类型。不同类型的产品有不同的连接、构成方式。相同的产品，也可采用不同的连接方式。家具不仅是一种产品，也是一种商品。在生产制造、运输、销售过程中，也要考虑到经济成本。因此家具结构设计应遵循如下基本原则。

　　1　家具结构设计的原则

　　1.1材料性原则

结构设计离不开材料的性能，对材料性能的理解是家具结构设计所必备的基础。材料不同，其材料的构成元素、组织结构也不相同，材料的物理、力学性能和加工性能就会有很大的差异，零件之间的接合方式也就表现出各自的特征。实木家具的构成形式为框架结构、榫卯接合，其合理性在框架可以由线型构件构成。这是由于木材的干缩湿胀特性使得实木板状构件难以驾驭的缘故。至于榫卯接合方式也是由于木材的组织构造和粘弹性性能所提供的条件。人造板尽管克服了木材各向异性的缺陷，但由于在制造过程中（尤其是纤维板、刨花板），木材的自然结构已被破坏，许多力学性能指标（抗弯强度最为明显）大为降低，因而榫卯结构对人造板来说无法使用。但人造板幅面尺寸稳定的优点为板式家具的连接开辟了新的途径，采用圆孔连接方式是板式家具连接的最佳方法。所以现代家具的结构，木家具以榫卯接合为主，板式家具则以连接件接合为主，金属家具以焊接、铆接为主，竹藤家具以纺织、捆绑为主，塑料家具以浇铸、铆接为主，玻璃家具以浇铸、铆接为主，玻璃家俱以铰接为主。根据家具材料，选择、确定接合方式，是结构设计的有效途径。

1.       2稳定性原则

家具结构设计的主要任务是保证产品在使用过程中牢固稳定。家具的属性之一是使用功能。各种类型的产品在使用过程中，都会受到外力的作用。如果产品不能克服外力的干扰保持其稳定性，就会丧失其基本功能。家具结构设计的主要任务就是要根据产品的受力特征，运用力学原理，合理构建产品的支撑体系，保证产品的正常使用。

　　1.3工艺性原则

　　加工设备、加工方法是家具产品的技术保障。零部件的生产不仅是形的加工，更重要的是接口的加工。接口加工的精度、经济性直接决定了产品的质量和戚本。因此，在进行产品的结构设计时，应根据产品的风格、档次和企业的生产条件合理确定接合方式。例如木质家具在工业革命以前，只能采用榫接合；自从蒸汽技术运用于家具生产后，零部件可以一次成型。不仅简化了接合方式，而且使产品的造型流畅、简约。板式家具，由于设备的加工精度高，因而可以采用拆装结构。且圆孔加工是用钻头间距为32mm的排钻加工的，所以板式家具的接口能应用32mm系统的标准接口。

   1.4装饰性原则

　　家具不仅是一种简单的功能性物质产品，而且是一种广为普及的大众艺术品。家具的装饰性不只是由产品的外部形态表现，更主要的是由其内部结构所决定。因为家具产品的形态（风格）是由产品的结构和接合方式所赋予的。如，榫卯接合的框式家具充分体现了线的装饰艺术；五金连接件接合的板式家具，则在面、体之间变化。再者，连接方式的接口（各种榫、五金连接件等），本身就是一种装饰件。藏式接口（包括暗铰链、暗榫）外表不可见，使产品更加简洁；接口外露（合页、玻璃门铰、脚轮等连接件、明榫），不仅具有相应的功能，而且可以起到点缀的作用，尤其是明榫能使产品具有自然天成的乡村田野风格。

　　2　实木家具结构

　　实木家具又称框式家具，它是以榫接合的框架为承重构件，板件附设于框架之上的木家具。在实木家具中，方料框架为主体构件，板件只起围合空间或分隔空间的作用。传统实木家具为整体式（不可拆）结构；现代实木家具既有整体式，又有拆装式结构。整体式实木家具以榫接合为主，拆装式实木家具则以连接件接合为主。榫接合是通过榫头压入榫眼或榫槽的接合方式。这里只介绍榫卯结构，连接件结构将在板式家具中讲解。

　　2.1榫接合类型

榫接合有多种类型，分类方式不同，其表现形式也不相同。

　　2.1.1按榫头的形状分：直角榫、燕尾榫、椭圆榫、圆榫，如图1所示。

　　2.1.2按榫头的数目分：单榫、双榫、多榫，如图2所示。

　　2.1.3按榫头与方料的关系分：整体榫、插入榫。整体榫是直接在方材零件上加工而成的，如图1中的1、2、3；而插入榫与零件是分离的，常用的插入榫为圆榫。圆榫的形状如图3所示。

　　2.1.4按榫头与榫眼、榫槽接合形式分：开口榫、半开口榫、闭口榫；明榫、暗榫。如图4所示。

　　2.2榫接合技术要求

　　2.2.1方榫接合的技术要求

　　为了使榫接合紧密牢固，同时又使得加工、装配方便，方榫接合的榫头长度和榫长度均应与木材纤维方向一致。榫、眼之间的配合则应是：榫头宽度与榫眼长度为过盈配合，即榫头宽度比榫眼长度大0.5－1mm；榫头厚度与榫眼宽度为间隙配合，间隙量为0.1－0.2mm；榫头长度与榫眼深度为过度配合，其公差为±3mm（明榫为正，暗榫为负）。榫头厚度（或宽度）通常为方材厚度（宽度）的1/3－2/5。当榫头厚度（宽度）大于40mm时应改为双榫。由于榫接合采用基孔制原则，在确定榫头厚度时应将其计算值调整与方套钻规格相符的尺寸。如6，8，9.5，12，13，15等几种规格。

　　2.2.2圆榫接合技术要求

　　圆榫是现在较常见的插入榫，主要用于板式家具部件之间的接合与定位，也可用于实木框架的接合。作为独立榫，用于制作圆榫的材质应选用密度大、无节无朽、纹理通直，具有中等硬度和材性的木材，一般用青冈栎、柞木、水曲柳等。圆榫含水率比家具用材低2－3%，以便施胶后，圆榫吸水而润胀，增加接合强度。圆榫规格现在广泛采用￠6*32，￠8*32，￠10*32三种。圆榫与圆孔长度方向的配合应为间隙配合，即圆孔深度大于圆榫长度，间隙大小为0.5－1.5mm；榫、孔的径向配合应为过盈配合，过盈量为0.1－0.2mm。



2.3.1框架结构

　　2.3.1.1角部连接　　如图5       2.3.1.2中部连接　　如图6

　　2.3.2脚架结构　　如图7          2.3.3拼板结构

　　2.3.3.1拼板类型　　如图8       2.3.3.2防止拼板变形的方法如图9

　　2.3.4嵌板结构（板与框架的连接）如图10

2.3.5箱框结构（板与板之间的连接）如图11

2.4传统实木家具结构的改进

　　众所周知，中国传统家具以榫卯结构为主，这既不利用工业化生产，也不便于产品运输。（以榫卯结构为主的家具均为整体家具。）为了保留传统家具的风格，同时又利于现代化生产，可以采取如下改进方式：对于接口，以圆榫、指形榫替代传统榫卯结构，并辅以五金连接件；对于具有装饰功能的零件，则可分解成方料加线型的做法；对于较复杂的榫结构则可进行简化；对于板件之间的连接则可完全采用现代板式家具的接合方式。如图12所示。

　　3　板式家具结构设计

　　板式家具是指以人造板为基材，以板件为主休，采用专用五金连接件或圆榫连接装配而成的家具。由于板式家具的基材为人造板，其材性决定了板式部件的连接只能采用圆孔连接。若产品为拆装结构，则用五多连接件拼命。现代五金连接件的种类繁多，现已超过万种，为了便于管理，国际标准化组织于1987年颁了ISO8554、ISO8555家具五金分类标准，将其分为九类：锁、连接件、滑道、位置保持装置、高度高速装置、支承件、拉手和脚轮。在家具设计过程中，应根据板件连接需要进行合理选择。从纯结构的角度，常用形形色色主要有坚固件、活动件和支承件等。板件的连接方式最终应视板件结构、产品结构、加工设备与工艺等综合因素而定。

　　3.1板式部件结构

　　板式部件一般是以人造板为基材，表面进行覆面装饰的构件。板式家具的主要基材有：中密度纤维板（简称中纤板）、刨花板、胶合板、细木工板、三聚氨胺板等。板式部件的形式一般可分为两种：实心板、空心板。实心板主要以中纤板和刨花板为芯板，表面饰贴装饰材料，如薄木、木纹纸、PVC、防火板、转印膜等。空心板根据芯板的结构，可分为栅状空心板。

　　3.2板式家具整体结构

　　板式家具摒弃了框式家具中复杂的榫卯结构，而采用圆孔接合方式。圆孔的加工主要是由钻头间距为32mm的排钻加工完成的。为了获得良好发连接，“32mm系统”便旌了，并成为世界家具的通用体系，现代板式家具结构设计均被要求按“32mm系统”规范执行。限于篇幅，有关“32mm系统”的知识请参考相关教材。板式家具的连接品的外形也必须符合32mm的倍数。在具体设计过程中，可由结构孔来调节。在现代家具中，旁板是核心部件，因为家具中几乎所有的零部件都　要与旁板发生联系。如顶（面）板要连接左右旁板；底板要安装在旁板上，搁板也要搁在旁板上，背板要插或钉在旁板上，门的一边要与旁板相连，连抽屉的导轨也要装在旁板上，因此旁板的加工位置确定后，其它部件的相对位置也就基本确定了。

　　3.3板式家具紧固连接

　　紧固连接是利用紧固件（结构连接件）将两个零部件连接后，相对位置不再发生改变的连接。它是携手前进家具的主要连接形式。常用的连接方式有：偏心式（偏心连接件）、螺旋式（四合一连接件）、拉挂式（圆柱螺母连接件）等。

　　3.3.1偏心式连接。此种连接方式的拼命原理是利用偏心螺母（偏心轮）结构的将另一板件的连接端部拉紧，从而把两板连接在一起，它用于两相互板件的连接。偏心连接件一般由偏心轮、拉杆、预埋件三部分组成，如图14。若拉杆为双向，则无需预埋件。快装式偏心连接件则将预埋件和拉杆合成一体，如图15。偏心轮直径有￠15，￠12，￠10几种规格，常用的为￠15。拉杆的长度规格很多，应根据需要合理选择，其有效长度（S）决定了偏心轮中心至板边的距离（1＝S+4）。预埋件通常为一倒刺式塑料螺母，规格为￠10*13。偏心式连接件连接参数如图16所示。

3.3.2四合一连接件连接。此种连接方式是利用专用锥形螺钉自上而下插接，并依靠斜面结构使之扣紧的连接方式。用于两相互街板件的连接，其尺寸参数与偏心件基本相同，如图17所示。

　　3.4板式家具活动连接

　　所谓活动连接是指利用连接件将两零部件连接后，可以产生相对位移的连接。常用的连接件有铰链、抽屉滑道、趟门滑道等。

　　3.4.1旁板与门的连接

　　以铰链中的暗铰链为主，也可以通过合面连接。常用的暗铰链有直臂、小曲臂和大曲臂之分，分别适用于全盖门、半盖门和嵌门，以35mm杯径产品为主，开启角度为90°－180°，如图18所示。

　　3.4.2顶板、底板与门的连接

　　家具的门，除采用转动开启方式外，还可用平移方式开启。转动方式可用门头铰，移动方式则用趟门滑道。门道主要由滑轮、滑轨和限位装置组成。常用移门滑道结构与安装要求见图19所示。

　　3.4.3抽屉与柜体的连接

　　抽屉是贮藏家具中十分常见的部件之一，抽屉与柜体旁板的连接，一般采用适合于32mm系统的各种抽屉滑道。根据滑动方式的不同，抽屉滑道可分为滑轮式和滚轮式和滚珠式；根据安装方式的不同，又可分为托底式，中嵌式；根据抽屉拉出柜体的多少，又可分为单节道轨、双节道轨、三节道轨等。下面是常用托底式　滑道的安装结构及技术参数，如图20所示。

　　3.5板式家具支承连接

　　板式家具除固定连接，活动连接之外，还有一种是处于两者之间的连接——（半固定）支承连接。常见的支承连接有搁板与旁板的连接，玻璃层板与旁板的连接，以及挂衣杆（棍）与旁板的连接等。下图是常见的搁板连接方式，图21所示。

　　4　结语

　　家具结构设计所小腹到的内容相当广泛，本讲座只是介绍了使用最广的实木家具、板式家具中典型部位常用连接方式。至于金属家具、软体家具、竹藤家具、玻璃家具的结构及连接方式将在以后的专论中作详细介绍。不管何种类型的家具结构设计，仅仅掌握其理论知识是远远不够的，必须多参加设计实践和生产实践。因为家具的结构与家具材料、加工工艺有着密不可分的内在联系，只有真正掌握了家具材料、加工技术（设备），才能正确地设计连接方式和产品结构。最后，希望的年轻的家具设计师能正确理解家具造型艺术设计与家具结构设计

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