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粽角榫结构优化设计分析

发布者: 长相有问题 | 发布时间: 2019-12-3 08:17| 查看数: 52| 评论数: 0|帖子模式

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粽角榫结构优化设计分析
■马 婧1 徐 伟2 Ma Jing1 & Xu Wei2
(1.2.南京林业大学家居与工业设计学院,江苏南京 210037)
摘 要:传统榫卯结构被称之为中国古典家具的灵魂,其千变万化的造型结构象征着中国传统文化与技术的高度统一。本文主要撷取作为榫卯结构之一的粽角榫,分析其结构特征并归纳出粽角榫在造型、工艺及生产等方面的优劣,结合当下榫卯结构家具的市场现状,考虑新材料及新结构并运用模块化设计对传统粽角榫结构进行改良与优化,提出一种基于传统粽角榫改良的实木家具支撑节点的新型榫卯连接结构。汲取传统木作构架之精华,延续中华榫卯结构之匠心。
关键词:榫卯结构;粽角榫;优化设计;模块化设计

[size=1em]榫卯,中国古典家具结构的核心,其凹凸相扣的结构不仅精密牢固,同时极具装饰性和美观性。粽角榫作为榫卯结构之一,其结构形式严谨精美,气质典雅古朴,常被应用于实木家具尤其是传统古典家具连接节点的结构设计中。但传统的粽角榫工艺复杂,加工成本高,拆装难度大且难以理解,导致粽角榫结构在现代化家具市场中未获得广泛应用。为了提升粽角榫在现代家具结构中的应用率,有必要对传统粽角榫进行现代化转化,改良粽角榫结构,探求其与现代家具结构融合新思路。

1 粽角榫的文化与内涵

[size=1em]所谓粽角榫,一目了然,因外观极像粽子而得其名,俗称“三碰肩”。在江南民间工作坊中也被称之为“三角齐尖”(图1),常用于四平面家具[1-2]。

[size=1em]粽角榫结构常常被应用于各式橱柜、桌子、书架等直角类家具中。传统的粽角榫由横、纵、垂直三根方材组合成角部,从外观看角部结合处,每个转角处可看到六条45度的格角斜线。而粽角榫的内部结构的独特之处在于腿与板面边框衔接处削出45度斜肩,斜肩内侧挖空,板面边框转角处靠下一点的位置亦剔成45度斜角,组合时边框斜角正好与腿上的斜肩吻合,使边框外沿与腿子拼合成一个平面[3]。从外观看严丝合缝,粽角榫内部的榫头与榫槽设计考虑三根方材的集中性,为了保证榫卯的结构强度和牢固性,采用避榫制作,且三根方材的尺寸应略大,用料应适当粗壮硬硕些,避免结构稳定性下降,受力不均而导致的整体榫卯结构破裂。

2 粽角榫的结构分析2.1 粽角榫结构优越性

[size=1em]粽角榫作为传统榫卯结构之一,充分体现了中华传统造物之美,是凹凸结构之代表。近年来,新中式家具成为消费趋势,家具风格简约而不简单、古韵浑然天成,线条精细简洁,大量的榫卯结构被运用,粽角榫作为四平面家具最常运用的结构,逐渐走进大众视野。

[size=1em]首先,粽角榫结构具有科学性和稳定性[4]。三根方材凹凸咬合成一个整体,榫肩与榫头互为依托,分担部分压力,增强结构的支撑力,使之受力均匀。此外粽角榫三边成组,视觉上充满稳定性,有感到沉稳内敛之感。

[size=1em]其次,粽角榫极具装饰性,其外观造型简洁明朗,线条精炼流畅,体现古典家具的线条美,严谨紧密的结构中透露出典雅与朴素,其装饰元素体现了充满人情味的中国特色。

2.2 粽角榫结构中存在的问题

[size=1em]当今社会是工业化社会,工业批量化生产成为主流,器械生产取代手工制造成为主要趋势[5]。传统榫卯结构的制作与加工亦因此遭受剧烈抨击,目前由于CNC技术发展,能够对简单榫卯结构加工成型而传统的粽角榫因结构繁杂,加工工艺难度大,对原料要求较高且加工精度甚高,在现代化机械大规模生产中无法通过机械一两次成型,难以做到大批量生产且在制作过程中损耗率极高,费时费力,不提倡直接投入现代化生产。

[size=1em]此外,由于工业社会的发展,枪钉、胶、五金件等多种连接方式的出现,使得人们对于传统的榫卯结构相知甚少,粽角榫外观虽简洁但其内部结构却十分复杂,当其作为拆装结构应用于家具连接节点时对于普通使用者来说难以理解,进一步阻碍了粽角榫被市场所接受。

3 粽角榫结构优化设计方法

[size=1em]为了防止粽角榫被市场所遗忘,因此在当今社会,在继承与汲取传统粽角榫结构的连接方式的基础上,克服其在现代家具生产和制作过程中的难题,合理批判性继承其独特的文化内涵和装饰性特色,借鉴传统而丰富多彩的木构件连接方式,将传统结构与现代化设计相融合,从而使粽角榫适应现代化生产。

3.1 结构模块化与可拆装设计
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[size=0.8em]■图1 粽角榫

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[size=0.8em]■图2 粽角榫改良结构设计爆炸图

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[size=0.8em]■图3 连接结构的装配步骤图

[size=1em]在现代化家具市场快速发展下,考虑到榫卯结构的功能和生产要求,产生了一种新的综合性的设计方法即为模块化设计,充分考虑榫卯结构零件的标准化、通用化及可组合性,顺应时代的潮流。而粽角榫的模块化设计,则是通过对粽角榫组成部件的结构进行分析,提炼出每个拥有类似功能的结构部件,运用标准化和可通用化设计解构部件的结构进行重组分析,从而加工出具简化的有标准结构的功能模块,可再与其他不同的功能的模块相组合成为一个整体。

[size=1em]在粽角榫的模块化设计中,不仅要考虑内部结构的组合,更重要的考虑其外观造型——“三角齐尖”。因而在整体组成部件中,其中两个部件的可一同进行模块设计,另一垂直部件单独设计。

[size=1em]粽角榫的模块化设计,可使得传统的粽角榫摆脱结构复杂、无法工业化生产及难以理解等缺陷,实现粽角榫结构部件的灵活拆装,部件可持续性使用,提高部件使用率,具有环保性。粽角榫结构在拆卸及使用过程中某部件遇到损害时,可使用通用模块部件代替,重新组合,降低生产和具体产品运输的成本,延长产品生命周期[6]。此外在生产过程中,由于部件模块化,大大提高了生产效率,节约生产时间,降低生产损耗,因而可使粽角榫进行大规模批量生产。

3.2 外观装饰性优化设计

[size=1em]粽角榫装饰性设计一方面考虑其外观造型所必须拥有的六条45度的格角斜线之外,内部榫头与榫槽的设置对外观亦会有一定影响。运用传统榫卯的明暗设计,榫头外露,考虑榫头造型即充分利用结构连接点出的痕迹考虑其美学设计的可能性。使得粽角榫不仅体现出结构上的严谨,又不失外观造型的形式美,从而达到结构美与形式美的统一。

[size=1em]此外,对粽角榫结构简化后,可采用一些其他除木材以外的材料成为某一部件,如一些金属部件运用到结构的组成中。在不降低结构强度的条件下,既可降低成本又可提高的粽角榫本身的装饰性,使其更具现代化,同时又可配合产品本身造型起到点缀作用。

3.3 材料优化分析

[size=1em]传统粽角榫大多采用一些硬质木材,纹理美观、色泽温润。但随着时代的发展,优质的天然硬质木材越发缺少,因而在现代化榫卯结构的设计中,扩大备用材料来源,开拓新材料于榫卯中的应用势在必行。近年来,大量的新材料被引用置家具的设计与生产中,如金属合金、PC材料等复合材料[7]。其良好物理性能,功能性和加工工艺性等解决了因原材料本身性能不足而导致结构破裂的问题,从原料本身强化粽角榫结构强度,为粽角榫优化设计提供了多样的可能和选择方向。

[size=1em]随着科技的发展,更多新材料横空出世,探索不同材料搭配组合所具有的性能,实现材料的跨界所带来的突破[8-9],并将其成果灵活运用到榫卯结构的优化设计中,将传统与现代相结合,传承中国特色古典家具结构的精髓,弘扬中国古典家具文化[10]。

4 粽角榫优化设计方案

[size=1em]基于传统粽角榫改良的榫卯连接结构,针对现有技术中粽角榫连接结构存在的加工工艺难度大、安装拆卸复杂等缺陷,通过粽角榫结构简单优化,在保持传统粽角榫严谨精美外观形式以及保证榫卯结构强度和支撑力度的基础上实现粽角榫拆装便利化、简易化,粽角结构清晰化。使改良后的粽角结构既满足现代生产工艺要求又投合消费者使用需求[11]。

4.1 技术解决方案

[size=1em]在保留粽角榫核心的外观造型的基础上,考虑模块化设计。粽角榫由纵、横、垂直三根方材组成,由于结构造型要求,可提炼出纵横两根方材的功能结构的相似点,设计出标准化的功能模块。材料选择方面,简化的粽角结构中可使用金属或者其他材料的连接部件,加工粽角榫的结构强度,提高稳定性。

[size=1em]新的粽角榫连接结构,其特征是包括A斜肩半开口榫眼构件、B斜肩半开口榫眼构件、双斜肩L型榫构件和紧固连接构件。其中A斜肩半开口榫眼构件与B斜肩半开口榫眼构件结构尺寸一致且完全对称。紧固连接构件结构形式不固定,可依据生产要求所定,可作为银锭榫构件或圆棒榫,通过此构件将A斜肩半开口榫眼构件和B斜肩半开口榫眼构件连接固定(图2)。

[size=1em]其中,A斜肩半开口榫眼构件包括A紧固连接榫槽、A半L型榫槽、A45度斜肩,且A紧固连接榫槽、A半L型榫槽、A45度斜肩依次设于A斜肩半开口榫眼构件一端;B斜肩半开口榫眼构件与A斜肩半开口榫眼构件结构完全对称一致;所述双斜肩L型榫构件包括L型榫头和双45度斜肩。所述A斜肩半开口榫眼构件、B斜肩半开口榫眼构件采用45度斜切结合,拼接形成银锭榫槽和L型榫槽,紧固连接件插入连接固定A斜肩半开口榫眼构件与B斜肩半开口榫眼构件,双斜肩L型榫构件中的L型榫头插入L型榫槽内,双45度斜肩连接A45度斜肩和B45度斜肩,整体形成每个转角都是45度格角斜肩线的连接结构。整体榫卯连接结构的装配步骤(图3),图中紧固连接构件以银锭榫为例。

5 结语

[size=1em]从“传统”到“现代”,更重要的在继承传统的基础上指引未来。对传统粽角榫的优化与改良,结合新材料运用模块化设计,不断扩展榫卯结构的可塑性,使之与现代工业化社会接轨、贴近现代生活。上述的新型粽角榫设计方案,为粽角榫改良提供一种改良设想,不否认其仍存在某方面的不足,但可在今后有关粽角榫的改良与创新过程中给与研究的一种可能性,延续中国古典木作结构的精髓。

[size=1em]参考文献:

[size=1em][1]董华君,李衡.中国传统家具榫卯结构的优化设计研究[J].家具与室内装饰,2018,No.231(05):18-19.

[size=1em][2]苏剑萍,吕九芳.传统榫卯结构的现代化传承[J].家具,2017,38(02):50-52+86.

[size=1em][3]李渴.浅析粽角榫在家具设计中的运用[J].艺术科技,2017(9):57-58.

[size=1em][4]曲贝佳,叶开成.浅析传统家具榫卯结构[J].艺术教育,2017(13)92-93.

[size=1em][5]李敏,吴智慧,毛轶超.现代红木家具榫卯形式的研究[J].包装工程,2015,36(4):88-92.

[size=1em][6]李衡,董华君.中国传统家具榫卯结构传承中的问题与启示[J].工业设计,2018(04):33-34.

[size=1em][7]王笑辉,关惠元,黄琼涛.胶合弯曲与实木构件圆榫接合最佳配合量研究[J].家具与室内装饰,2018(05):127-128.

[size=1em][8]张天星,吴智慧,孙浩.中国髹饰工艺传承与发展的理论体系构建研究(下)[J].家具与室内装饰,2018,(3):52-55.

[size=1em][9]张天星,吴智慧,孙湉.中国髹饰工艺传承与发展的理论体系构建研究(上)[J].家具与室内装饰,2018(2)75-76.

[size=1em][10]房莉莉,谢丹丹,吕九芳.传承传统工艺美术——论民间古旧家具的修复与保护[J].山东工艺美术学院学报,2018(03):117-120.

[size=1em][11]王安正,关惠元.基于传统榫卯结构的家具可拆卸性设计研究[J].家具,2017,38(06):49-53.


[size=1.8em]Optimization Design Analysis of the Zongjiao Tenon

[size=1em]Abstract: The traditional mortise and tenon joint structure is called the soul of Chinese classical furniture, and its ever-changing structure symbolizes the high unity of Chinese traditional culture and technology. In this paper, Zongjiao tenon, as one of tenon structure, is analyzed on its the structural characteristics and the pros and cons of the Zongjiao tenon in terms of modelling, craftsmanship and production are summed up. Combined with the current market situation of tenon structural furniture, new materials and new structures are considered and modular design are used to improve and optimize traditional Zongjiao tenon structures. As a result, a new type of mortise and tenon joint structure based on the traditional Zongjiao tenon furniture is proposed, which absorbs the essence of the traditional wooden components,and spreads the originality of the Chinese mortise and tenon joint structure.

[size=1em]Key words: Mortise and tenon joint; Zongjiao tenon; Optimized design; Modular design


[size=1em]DOI: 10.16771/j.cn43-1247/ts.2019.03.012

[size=1em]中图分类号:TS664.5

[size=1em]文献标识码:A

[size=1em]文章编号:1006-8260(2019)03-0032-02

[size=1em]基金项目:国家重点研发计划资助(2017YFD0601104);中国学位与研究生教育学会农林学科工作委员项目(2019-NLZX-ZD17)

[size=1em]作者简介:马婧(1995-),女,硕士研究生,研究方向:家具设计与工程,E-mail:1521275138@qq.com

[size=1em]通讯作者:徐伟(1975-),男,教授,研究方向:家具设计与工程,E-mail:xuwei@njfu.edu.cn

[size=1em]引文格式:马婧,徐伟.粽角榫结构优化设计分析[J].家具与室内装饰,2019,(03):32-33.

[size=1em]Ma Jing , Xu Wei . Optimization Design Analysis of the Zongjiao Tenon [J]. Furniture & Interior Design , 2019,(03):32-33.



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