基于材料物理属性的杉木家具造型设计研究.pdf

t h er e s e a r c ho nc h i n e s e f i rf u r n i t u r es t y l ed e s i g n b a s e do ni t sp h y s i c a lp r o p e r t i e s b y w uh a o at h e s i ss u b m i t t e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h e r e q u i r e m e n t sf o r t h ed e g r e eo f m a s t e ro fa r t f u r n i t u r ea n da r td e s i g n c e n t r a ls o u t hu n i v e r s i t yo ff o r e s t r ya n dt e c h n o l o g y 4 9 8s h a o s h a ns o u t hr o a d ，t i a n x i nd i s t r i c t c h a n g s h ah u n a n 410 0 0 4 ，p r c h i n a s u p e r v i s o r p r o f e s s o rl i u w e n j i n j u n e ，2 0 11 中南林业科技 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研 究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品，也不包含为 获得中南林业科技大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材 料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式表明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 na 作者签名：狻狄 | 7 加年( 月扣日 中南林业科技夫学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文 的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的 复印件或电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权中南林 业科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存 和汇编本学位论文。 本学位论文属于： 1 、 保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密阢 ( 请您在以上相应方框打“ ) 作者签名：麸疑导师签名旁劢咖坩 训年l 月和日 捌八如加e l 摘要 本文主要探讨杉木的基本物理属性与杉木家具造型设计之间的关系。分析了 杉木材料的物理力学性能( 容重、干缩湿胀性、强度、耐磨性) 、质地、色彩、肌 理等物理属性以及杉木家具设计的主要内容，总结出了基于杉木材料基本物理属 性的杉木家具造型设计的原则和方法。 杉木的物理力学性能主要影响杉木家具结构形态的设计。现代杉木家具主要 是连接件和榫接合并用的可拆装家具，由于与其它树种的实木家具相比杉木家具 零部件形态整体较粗大，所以在家具设计中多以线材和面材的形式为主，块材运 用较少。杉木家具形态构成主要有排列、框架、嵌合、组合等方式。杉木家具造 型形态既可以呈现笨拙、圆润、敦厚的形态特征，也可以呈现较为清秀、规整、 方正的形态特征。杉木的质地主要影响杉木家具功能界面的设计。杉木质地柔软， 安全舒适，有良好的人机界面属性，适合设计在与人接触的部位，并很适合在老 年与儿童家具中的运用，但不适合于做家具的功能性台桌面。杉木与金属、玻璃、 布艺、皮革等材料相结合，不仅能很好的弥补杉木材质的不足，还可以丰富杉木 家具的造型设计。杉木的色彩主要影响杉木家具色彩的设计。保留杉木既有的自 然色彩，是杉木家具色彩设计的基本方法。杉木的自然色彩适合于乡村田园风格 和清新明快的现代简约风格家具的设计。采用染色的方法获得所需的人为色彩， 是杉木家具色彩设计的另一种方法。染色后的杉木色彩与杉木自然色彩具有完全 不同的视觉特征，适合于高档家具和儿童家具的设计。杉木的肌理主要影响杉木 家具造型构成形态的设计。杉木的纹理特征自然清新，适合用透明清漆涂饰保留 和增强其自然纹理。杉木节疤的设计方法有进行刻意保留、强化处理和弱化处理。 可以创造出不同的杉木家具造型。 关键词：杉木；物理属性；家具造型设计 a bs t r a c t t h i sd i s s e r t a t i o nm a i n l yd i s c u s s e so nt h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ep h y s i c a l c h a r a c t e r i s t i c so fc h i n e s ef i ra n dt h e s t y l ed e s i g no fi t ，a n a l y z i n gt h ep h y s i c a l c h a r a c t e r i s t i c ss u c ha sm e c h a n i c a l p r o p e r t i e s ( b u l kd e n s i t y , s h r i n k a g e ，s w e l l i n g ， s t r e n g t h ，w e a r ) ，t e x t u r e ，c o l o ra n ds k i nt e x t u r e ，a sw e l la st h ea c c o r d i n gc h a r a c t e r i s t i c s o fs t y l ed e s i g no ni t t h e nc o n c l u d et h ed e s i g nm e t h o d sa n dp r i n c i p l e so f c h i n e s ef i r f u r n i t u r es t y l ed e s i g nb a s e do ni t sp h y s i c a lc h a r a c t e r i s t i c s t h e s t r u c t u r a lp e r f o r m a n c eo fc h i n e s ef i rh a sam a i ni m p a c to nt h es t r u c t u r a l d e s i g no fc h i n e s ef i rf u r n i t u r e d e s i g n t h es t r u c t u r a lo fc h i n e s ef i rf i a m i t u r eh a s ，t w o m a i nm e t h o d s ，t h ef i r s ti sb o xi n t e g r a t e df u r n i t u r ew i t hm o r t i s ea n dt e n o nj o i n t s ，t h e s e c o n di sp a n e lr e m o v a b l ef u r n i t u r e 、i t ht e n o nb o t hc o n n e c t o r s c o m p a r e dt oo t h e r t r e e s p e c i e s ，t h ec o m p o n e n tm o d a l i t yo fc h i n e s ef i ri st h i c k e r , w h i c hm a k e si tb e l i n e a ra n dp l a n em a t e r i a l ，b u tr a r ei nb u l ko ff u r n i t u r ed e s i g n t h es t r u c t u r a lf o r m so f p i n ew o o da r ea r r a y , r a b b e t ，f r a m e ，t a b l i n ga n dc o m b i n a t i o n t h es 哆l eo f c h i n e s ef i r c a l ln o to n l yb ec l u m s y , m e l l o wa n ds t o c k y , b u ta l s oc o m e l y , p r o p e ra n ds q u a r e t h e t e x t u r eo fc h i n e s ef i rm a i n l ya f f e c t si t sf u n c t i o n a li n t e r f a c ed e s i g n t h ec h i n e s ef i ri s s o f tf e e l i n g ，c o m f o r t a b l es e c u r i t y , w h i c hi sa d a p tt og e t t i n gi nt o u c h 谢t l lp e o p l e ，a s w e l la sa p p l y i n gi tt ot h eo l d sa n dc h i l d r e nf u r n i t u r e ，b u tn o tt h ef u n c t i o n a lt a b l e b o a r d t h ec o m b i n a t i o n o f c h i n e s ef i ra n do t h e rm a t e r i a l ss u c ha sm e t a l ，g l a s s ，c l o t h i n g ，a n d l e a t h e rc a nn o to n l yc o v e rt h es h o r t a g eo f c h i n e s ef i rt e x t u r e ，b u ta l s oc a ne n r i c ht h e s t y l ed e s i g no fi t t h ec o l o ro fc h i n e s ef i rh a sam a i ni m p a c to nt h ec o l o rd e s i g no f c h i n e s ef i rf u r n i t u r ed e s i g n t h eb a s i cm e t h o di st h a tk e e pt h e o r i g i n a lc o l o ra n da p p l y i tt od e s i g n t h en a t u r a lc o l o ro fc h i n e s ef i rs u i tf o rt h em o d e mc o n c i s ed e s i g ns t y l e ， s u c ha sc o u n t r ys t y l e t h e r ei sa n o t h e rm e t h o d ，t h a ti s 。o b t a i nt h em a n m a d ec o l o rb y d y i n g ，w h i c hh a sac o m p l e t ed i f f e r e n c ev i s u a lf e a t u r ea n ds u i tf o rt h ed e s i g no fh i g h c l a s sf u r n i t u r ea n dc h i l d r e nf u r n i t u r e w h a ta f f e c t st h em o d a l i t yd e s i g nm o s ti st h es k i n t e x t u r eo fc h i n e s ef i r s k i nt e x t u r eo f c h i n e s ei ：i ri sv e r yn a t u r a la n d f r e s h ，w ec a n r e t a i n e da n de n h a n c e dt h es k i nt e x t u r eo fc h i n e s ef i rw i t hv a r n i s h t h ed e s i g n m e t h o d so fc h i n e s ef i rk n u r rh a v et h r e ew a y st h a t a r e ，r e s e r v ei to np u r p o s e ， s t r e n g t h e n i n gt r e a t m e n ta n dw e a k e n i n gt r e a t m e n t i ta l s oe n r i c hi t sf o r m a t i o np a t t e r n s k e yw o r d s ：c h i n e s ef i r ；p h y s i c a lp r o p e r t i e s ；f u r n i t u r es t y l ed e s i g n 目录 摘要i a b s t r a c t i i 1 绪论1 1 1 研究背景：1 1 2 国内外研究现状3 1 2 1 杉木资源概况与利用现状3 1 2 2 国内外杉木材料设计特性的研究现状，4 1 2 3 国内外杉木家具设计的研究现状7 1 2 4 国内外杉木材料与家具设计关系的研究现状：8 1 3 本研究目的与意义1 0 1 3 1 研究的目的1 0 1 3 2 理论意义1 0 1 3 3 实践意义：1 0 1 4 研究内容和方法。l l 1 4 1 研究的内容1 1 1 4 2 研究的方法1 1 2 材料的物理属性与产品造型设计1 2 2 1 材料与设计的关系1 2 2 2 材料物理属性与产品造型设计1 3 2 2 1 材料的物理属性：1 3 2 2 2 产品造型设计1 4 2 2 3 材料物理属性与产品造型设计的关系1 4 2 3 材料物理力学性能与产品造型设计1 5 2 3 1 零部件结合方式1 6 2 3 2 零部件形态：线材、板材和块材1 9 2 3 3 零部件组合方式：排列、框架、嵌合、组合1 9 2 4 感觉特性与产品造型设计2 0 2 4 1 材料的质地与产品造型设计2 0 2 4 2 材料色彩特征与产品色彩设计的关系2 0 2 4 3 材料肌理与产品造型构成形态设计2 2 2 4 4 材料其他感觉特性与产品造型构成形态设计2 5 2 5 杉木材料的物理属性与杉木家具造型设计2 6 2 6 本章小结2 7 3 杉木材料物理力学性能与杉木家具结构形态设计2 8 3 1 杉木的物理力学性能概述2 8 3 1 1 杉木的密度2 8 3 1 2 杉木的干缩性和吸湿性2 8 3 1 3 杉木的强度和耐磨性2 8 3 2 杉木物理力学性能与杉木家具结构形态设计2 9 3 2 1 针对杉木家具的零部件连接设计? 2 9 3 2 2 针对杉木家具零部件形态设计3 l 3 2 3 针对杉木家具零部件组合方式设计：3 4 3 3 本章小结4 0 4 杉木质地与杉木家具设计4 2 4 1 杉木质地特征4 2 4 2 杉木质地在杉木家具功能界面设计中的运用4 2 4 3 与其它材料结合的设计4 3 4 4 本章小结4 5 5 杉木材料色彩与杉木家具色彩设计4 6 5 1 杉木色彩特征概述4 6 5 1 1 杉木材色特征4 6 5 1 2 杉木色彩的视觉特征4 6 5 1 3 杉木色彩的心理效应4 8 5 2 杉木自然色彩与杉木家具色彩设计4 8 5 2 1 针对杉木自然色彩的产品设计4 8 5 2 2 杉木自然色彩在杉木家具色彩设计中的运用4 9 5 2 3 杉木人造色彩在杉木家具色彩设计中的运用5 1 5 3 本章小结5 2 6 杉木自然肌理与杉木家具造型构成形态设计5 3 6 1 杉木自然肌理特征7 5 3 6 1 1 木材自然肌理特征概述5 3 6 1 2 杉木自然肌理特征5 3 6 2 针对杉木自然肌理的设计5 4 6 2 1 采用透明涂饰增强肌理效果5 4 6 3 本章小结5 6 7 杉木家具造型设计案例h 5 8 结论5 9 参考文献6 3 附录攻读学位期间的主要学术成果6 8 致谢j 6 9 i i i 基于材料物理特性的杉木家具造型设计研究 1 绪论 1 1 研究背景 随着生态社会的建设和人们环保意识的增加，实木家具已成为新宠。据近期 国外有关资料统计，在西欧市场，实木家具占家具市场份额的4 7 m ；在中国市场， 实木家具的份额也由1 9 9 1 年的1 2 上升n 2 0 0 0 年的3 4 ，且大有方兴未艾之势口1 。 但由于森林资源的日趋减少，造成了木材资源的严重不足。面对全球森林资源锐 减和人类对木材的需求量日益增大的矛盾，世界各国都在积极寻求新的发展思路， 人们将目光聚集在人工速生材上口】，合理使用人工速生丰产林和提高木材的综合 利率将是解决木材资源不足的关键所在h 】。因此人工速生林资源成为未来木材综 合利用的重点晒1 。杉木作为一种在中国南部蓄积量很大的速生人工材必将成为实 木家具设计的重点。杉木( c h i n e s ef i r ) 是中国特有的树种，是与中国南方环境相 适应的重要的速生树种，在陕西、河南、安徽、江苏、浙江、福建、江西、四川、 湖南，重庆、广东、广西、云南等地均有分布】。侯伯鑫等h 1 认为，杉木是湖南主 要优良速生用材树种，利用及栽培历史悠久。杉木是中国南方造林面积最大的树 种，现有杉木林6 0 0 多万公顷，总蓄积量2 4 亿立方米。其中人工纯林1 2 0 万公顷， 总蓄积量7 0 0 0 万立方米，成熟林蓄积量可达1 0 5 立方米公顷。杉木与马尾松、落 叶松、油松、杨树和按树等人工纯林相比较，无论是造林面积、总蓄积量，还是成 熟林每公顷蓄积量，都是名列前茅的嘲。 杉木生长快，病虫害少，干形通直圆满，材质轻而韧，易加工，色泽纹理美 观，板材不易变形翘裂，有特殊香气，抗蛀耐腐，是不可多得的优良乡土树种， 可广泛用于建筑、桥梁、电杆、门窗、家具、板料、木制用具等阳1 。和现在常见 的速生林之一的松木比起来，松木纹理直行有松香气味，强度比杉木好，富有强 性，但加工较困难。不足之处在于收缩性强，易变形，受潮后容易发霉和易受白 蚁蛀蚀，适用于建筑、装饰阻1 。特别指出的是其中的杉木家具正以其特殊的芳香、 良好的绿色生态性能一直是家具产品族中不可或缺的一部分，深受广大普通老百 姓的喜爱。特别在三级，四级市场杉木家具一直都是老百姓热衷的选择，现在城 市产品的市场需求也日益增大，有着丰富速生人工林资源的国内杉木家具产品将 具有很大的市场开发潜力。这也是我的主要研究内容。 基于材料物理特性的杉木家具造型设计研究 通过对国内杉木家具市场的调查，笔者发现目前国内的杉木家具运用并不是 很普遍，特别是一二级市场备受冷落。通过分析和整理发现现有杉木家具存在着 一些问题，首先，在我国中高端市场很少能够看到杉木家具的出现，这与杉木的 材料特性( 材质松软等) 和我国人民的消费心理( 要求家具结实，经久耐用和高 型家具等) 有着密切的联系，所以我国杉木家具一般存在于产杉地区的三四级市 场和出口到喜欢此类家具的国外市场，比如日本、韩国等。如图1 1 所示，为产 杉地湖南湘西地区的土家族传统杉木家具，在当地随处可见；其次，市场上对杉 木节疤的处理方式欠妥，对家具的整体效果没有起到帮助，甚至反而影响其整体 效果；第三，由于杉木材质柔软，不合适的造型设计会降低家具的结合强度，导 致产品易于损坏，使用寿命偏低；第四，对杉木表面进行装饰涂饰，失去了杉木 原有的自然温和的美感。造成这些问题的主要原因是由于设计者和生产厂家对杉 木材料的认识还不够全面和深入，没有人从杉木材料的本质出发进行对杉木家具 设计的研究。 图1 1 土家族传统杉木家具 f i 9 1 1t u j i at r a d i t i o n a lc h i n e s ef i rf u r n i t u r e 笔者通过对大量的杉木家具进行整理分析，发现：就杉木家具设计而言，造 型是影响其技术特征和艺术特征的关键，而材料本身又是影响造型设计的主要因 素。家具的造型变化与发展和家具材料的应用与发展是相辅相成的，家具的造型 设计受到材料自身的科学性、外观性、经济性的影响n 町。陈婕娴在“谈家具材料 2 基于材料物理特性的杉木家具造型设计研究 与家具造型的关系“ 中指出家具的造型，很大程度上是受到家具材料的影响。也 就是说，家具造型上的特点是由家具材料的特性所决定的】。因此，对杉木家具 设计研究的关键所在应该是研究杉木材料的设计特性以及材料与产品设计的关 系。 目前，国内外关于杉木家具设计进行的研究少之又少，主要是对杉木的育种 培育的研究，以杉木为基材的集成材制造工艺的研究和对杉木改性的研究。这些 研究多是集中在杉木的生产利用技术上，且没有将这些研究与实际的产品相结合， 更没有从材料的自身特性上来探讨杉木家具设计。 本课题正是基于目前杉木家具的市场前景以及所面临的问题而提出来的。主 要从杉木家具材料的自身物理特性出发，探讨材料与产品设计的关系，并试图设 计出具有高附加值的和高品质的杉木家具。这对于提高杉木材料的综合利用率， 开发杉木家具产品新类型，提升杉木家具的附加值和开拓杉木家具市场前景都具 有重要的意义。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 杉木资源概况与利用现状 我国素有“北松南杉“ 、之说，北松是指国际市场上被誉为“木材王座“ 的红 松；而南杉，则是指深受人们喜爱的，堪称我国南方“木中之王“ 的杉木了 1 2 o 杉木我国南方重要的用材林树种，约有1 0 0 0 多年的栽培历史，为秦岭以南、长江 流域地区栽培最广的树种。杉木生长快、成材早、材质好、产量高、用途广、干 形通直、圆满、质轻软细致、有香气、纹理直、不翘不裂、耐腐蚀、不受白蚁蛀 食，是我国南方最普遍、重要的商品用材之一。杉木是我国特有的和其他地区有 局部分布的稀有针叶林，是珍贵的天然基因库，具有重要的经济价值和科学研究 价值，国外也有引种杉木作为观赏树木的，如英国、美国、日本、阿根廷等国均 有种植。至今，湖北与广西等地，仍有小片的天然杉木林n 朝。现有杉木林6 0 0 多万 公顷，总蓄积量2 4 亿立方米。其中人工纯林1 2 0 万公顷，总蓄积量7 0 0 0 万立方米， 成熟林蓄积量可达1 0 5 立方米公顷疆】。 杉木是中国南方首要的商品材，可广泛用于建筑、桥梁、电杆、门窗、家具、 板料、木制用具等呻】。杉木在中国栽培利用的历史悠久。长沙马王堆一号汉墓外 椁及封泥匣，长沙象鼻嘴一号汉墓内椁，长沙沙子塘西汉墓棺与椁，均用大径级 杉木制做h 1 。在现代，杉木与硬质阔叶材相比，杉木材质差，结构疏松，强度和 3 基于材料物理特性的杉木家具造型设计研究 硬度低，不耐磨，易吸湿，尺寸不稳定，实际应用少，即占中国商品材的2 0 - - 一2 5 的杉木，至今未得到合理有效地利用。这也是我针对杉木的特性进行杉木家具造 型设计研究的主要原因和动力。 1 2 2 国内外杉木材料设计特性的研究现状 国内外对于杉木材料的研究主要集中在材料改性、表面处理等方面。 ( 1 ) 杉木改性的研究现状与水平 杉木是我国特有的造林树种，也是我国南方重要的速生用材树种，其产量约 占全国商品材的l 5 l 4 n 们。但杉木与硬质阔叶材相比，材质差，结构疏松，强 度和硬度低，不耐磨，易吸湿，尺寸不稳定，实际应用少，即占中国商品材的2 0 2 5 的杉木，至今未得到合理有效地利用阴1 。 西方国家在二十世纪五十年代年就针对杉木材料特性的改进经行了研究，例 如：s t a t u r e 开展了水溶性酚醛树脂对实木进行浸渍处理的研究工作n 阳。r o w e l l 和 r y u 对酚醛树脂浸渍处理木材的研究表明，处理后木材的尺寸稳定性和抗生物侵 害性能得到了很大的改善n 6 。1 8 1 。i n o u e ，m i r o y ，d e k a 采用水溶性三聚氰胺甲醛树 脂浸渍处理技术，使木材的表面硬度和弹性模量( m o e ) 得到显著性的提高n 们。 从二十世纪八十年代以来，国内对杉木改性的研究也非常多。因为随着木材 的原木供应结构的变化，天然林、大径原木逐渐减少，速生人工林增多，杉木也 是如此，径级越来越小。相对而言中、小径级的速生人工林杉木因幼龄材所占比 例高，因而材质较差。因此，有很多研究围绕着速生杉木的材性改良所展开乜。 针对杉木密度低、材质较软的特点，众多学者对杉木的压缩固定以及密实化处理 进行了研究。王洁英等乜妇对气干和饱水状态下，杉木木材的压缩成型特性、压缩 材的回复率、物理力学特性以及热处理杉木压缩的红外光谱和材色变化规律进行 了研究，对热处理杉木压缩木材的蠕变、应力松弛和压缩固定原理进行探讨。刘 君良等隆3 1 采用水溶性小分子量的酚醛树脂浸渍处理速生人工林杉木，再经热压定 型制得密实化木材，通过不同浓度的树脂浸渍以及不同的压缩率试验，分析了密 实化木材的尺寸稳定性及影响因素。此外，采用氨水涂布、脲醛树脂( u f ) 浸渍后 再热压以及整形处理，也可以达到提高杉木密度、硬度、耐磨性等物理力学性能 的目的。染色和阻燃处理是提高杉木附加值、进行深加工的重要方法。鲍甫成等 乜帕采用多元回归分析方法，建立了相关模型，就各个木材解剖因子对杉木染色效 果的影响和贡献进行了对比，确定了影响木材染色效果的主要木材解剖因子。吴 玉章等嘲研究了低分子量酚醛树脂对杉木木材的浸注性及树脂在木材内的分布 i 4 基于材料物理特性的杉木家具造型设计研究 状态，并对苯醇抽提前处理法、常压浸渍和真空浸注的效果进行了评价。除了常 用的干燥技术和方法以外，杨文斌等乜们通过试验，提出杉木小径材对剖干燥法， 可以避免干燥缺陷产生，提高干燥合格率。吴智慧乜“ 阐述了开发杉木细木工板的 意义和利用杉木速生人工林小径材生产细木工板的成套工艺技术，并对杉木小径 材的制材、干燥、配料、芯板胶拼、单板干燥与整理、预压、尺寸与表面加工等 关键工艺技术问题进行了研究。 笔者认为以上对于杉木改性技术的研究已经比较成熟了，为杉木的设计技术 提供了一个良好的基础。但这些研究多停留在基本材性研究领域，并未对其设计 特性进行研究，更未落实到具体的应用过程。 ( 2 ) 杉木材料表面处理的研究现状与水平 国内外对杉木表面处理技术的研究比较少，其中杜官本等他的研究了微波等离 子体处理对杉木表面性能的影响，结果表明：微波等离子体处理可以在杉木表面 形成粗化面，导致杉木表面接触角下降，显著提高杉木木材表面的润湿性。张仲 凤在“杉木透气涂饰工艺的研究“ 中指出一般为了提高木材装饰效果和使用耐久 性，木制品几乎都进行涂饰处理，封闭渗透通道，让木材与环境空气隔绝。不但 降低了杉木木材的调温调湿功能，也使杉木的保健挥发性物质不能有效释放出来， 严重影响了杉木木材的高附加值开发。因此，在满足传统涂饰效果的基础上，开 发漆膜透气性尤为重要。并最后通过实验得出了结论，为开发杉木透气涂饰技术 和提高杉木制品的品位提供技术支撑汹3 。笔者认为这些研究具有一定的借鉴作用， 但对杉木的结构、质地、色彩、肌理、质感等方面的还没有涉及，还有很大的研 究空间。 但国内外对于其它木材处理技术的研究是比较广泛的，可供我们借鉴。 结构设计。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、稳定度，实 现产品的难易程度( 加工工艺) ，以及产品的外在形式( 造型) 啪1 。张立等人在“实 木框架家具力学结构分析方法“ 中对珍贵实木家具的非破坏性力学结构分析进行 了归纳和研究m 1 。罗家丽在“产品结构设计的重要性及影响因素探析“ 中指出结 构设计中的内部结构、外部结构和整体结构均会影响产品外观，而且连接结构的 不同还会带来产品创新，从而印证了结构要素是产品设计诸要素中非常重要的一 5 量三塑整塑堡壁丝塑丝查塞墨堡型堡盐婴塑 、 个。因此，认识其重要性并积极研究影响结构设计的材料、工艺、环保等因素，对 设计科学、合理、完美的产品大有裨益b 幻。关惠元在“现代家具结构讲座第一讲： 现代实木家具结构结合方法与技术要求“ 中对实木家具的结合方法和技术要 求都进行了归纳和分析n 3 1 。笔者认为上述研究都能给杉木家具的结构设计提供思 路和方法。 涂饰技术。涂饰是木制品加工制造中的一个重要工序，主要起保护和装饰 作用啪1 。江湘芸在“木材( 或木质材料) 的表面处理“ 中指出在木材表面涂覆以 有机物为主体的图层，通过有机涂层，不仅可以防止木材表面受腐蚀，受脏污， 受划痕，保护木材表面，提高木材的耐久性，延长木材的使用期限，而且还可以 装饰木材表面，保持和改变木材原有的色泽和纹理，是木材外观更加美观悦目， 通过涂饰，还可赋予木材新的功能口钉。刘一星在“透明涂饰对木材纹理等视觉特 征的影响分析一中指出利用色度学参数及纹理特征参数能够定量指示透明涂饰对 木材表面视觉效果的影响作用：结果显示透明涂饰对木材的“饱和度、亮度和纹 理明显性“ 影响为显著和极显著。被涂饰素材纹理原本清晰，明显的其涂饰后的 纹理效果虽有所增强，但增强程度并不显著；素材原本呈弱纹理或隐纹理的，透 明涂饰对改变其视觉效果的影响表现为显著。从涂饰前后木材纹理和颜色特征参 数的变化来看，应该说透明涂饰有利于增强纹理特征，对改变视觉效果的影响作 用是显著市积极的嘲。何中华在“家具涂饰环保技术的研究“ 中探讨了家具涂饰 中各种方法的环保性能p 钉。笔者认为上述研究可运用于杉木的涂饰技术中。 染色技术。1 9 5 0 年，美国的c o x r m 和m i l l a r y 提出了木材染色的简单工 艺。1 9 5 1 年美国一染料公司用自己生产的染料进行木材染色，并称为不褪色的染 料，引起了各国科技工作者的重视。六十年代以来，日本在木材染色领域作了大 量的研究工作汹1 。添野丰开展了木材表面均一染色、花纹染色、突出木射线染色 和多色染色等技术体系的研究并研制出了浸泡技术和装置嘲。 国内也对木材的染色技术进行了大量的探索。常德龙在“3 种速生木材的深 度染色技术“ 中指出：自从我国对天然林禁伐以来，制作家具及装饰的硬杂木日 渐稀少。为缓解木材供需紧张的压力，短周期定向工业用材林得到大力发展，尤 其是北方地区的杨木、长江及黄河流域的泡桐、南方的杉木发展很快，蓄积量大、 采伐量高、应用广泛，逐渐成为家具、家装的主要木材，而这3 种木材的共同特 点是色浅、色度不均、偏白、缺少质感，被认为不够厚重、高贵，是制造家具、 房屋装修的低质劣等木材。我国市场上一直认为偏黑、偏红的硬杂木等厚重木材 价值高，是上等的木材，因此，通过染色等科技手段，增加这3 种速生木材的颜 6 基于材料物理特性的杉木家具造型设计研究 色深度，提高其厚重感，进而提高其附加值具有重要意义h 们。另外，林金国、邓 邵平、胡淑宜、鲍甫成、于志明等对木材染色技术都做了详细深入的研究h 卜佃1 。 笔者认为可以运用这些方法对杉木进行染色，但应依杉木的材料特性而定。 凹凸纹理加工。国内外对于木材表面凹凸纹理的研究尚比较少。王宏斌等 人在“水杉板材表面凹凸纹理加工前处理方法研究“ 中指出随着我国将成为新世 纪的经济强国，家具制造和室内装饰己成为我国热点行业之一。我国的室内装饰 与发达国家的差距越来越小，与世界相融指日可待。目前世界上许多国家提倡健 康、绿色、可循环、可再生的木材资源作为装饰材料。我国的装饰材料以回归自 然为大趋势，木材仍然是室内装饰的主要材料之一，作为天然材料的木材，以其 特有的自然纹理给人们以美感，深受人们喜爱，但在我国，木质装饰大多是品种 单一的木线，没有充分利用木材的自然纹理。很少有木材自然凹凸纹理木质装饰 幅面材料。并对水杉板材表面凹凸纹理加工前处理方法进行了研究嘞1 。笔者认为 杉木的早、晚材区别明显，运用一定的技术，对其表面进行加工，应该能够形成 一定的凹凸纹理，并具有很好的装饰效果。 表面节疤处理。国内外针对于木材表面节疤处理的研究较少。一般处理方 法为选材时，废弃多节疤的木材，或者对节疤经行漂白以达到和木材其它部位颜 色一致。香港室内设计协会主席陈德坚2 0 0 8 年在苏州举行的“木材与室内设计“ 讲座时提到：源于大自然的木材是不可缺少的室内建材，除了具有保温、调温等 功能让人体更舒适外，还具有可塑性强的优点，加上种类多，色彩丰富，富有个 性化，在使用中可以精雕细刻，也可以营造粗狂原始的氛围。他特意提到了树木 上天然的节疤，不少人通常认为有节疤的木材质量不够好，但其实这是一种误解。 任何树木都有枝枝丫丫，脱落后就留下节疤，这些自然印痕对木材的耐用程度和 结构完整不仅没有损害，反而是硬木天然来源的证明，同时也是一种个性化的特 征。 笔者认为以上这些研究都具有一定的参考价值，但还不够全面，一般多注重 对材料本身特性的研究，没有与产品设计联系在一起，缺乏实用性。同时也没有 专门针对杉木材料设计特性的研究。 1 2 3 国内外杉木家具设计的研究现状 国内外对杉木家具设计的研究很少，凌晨在“杉木与人的五个感官“ 中研究 了杉木家具在室内运用中对人的五官感觉带的愉悦享受和对身体健康的帮助哺。 家庭生活指南2 0 0 3 年1 2 期“杉木芬芳宜人又宜家“ 一文中研究和列举了杉 7 基于材料物理特性的杉木家具造型设计研究 木家具在室内每个空间中的实际运用效果。杉木家具在国内主要分布在南方产杉 地区的当地居民家中和城市中喜欢自然风格家具的居民家中，基本都是木工师傅 手工打造，由于其消费群体有限和材性的特点，很少在工厂大批量生产，而且产 品主要从实用性和经济性出发，少有优秀的杉木家具设计案例。 笔者认为从以上的调查结果可以看出目前国内杉木家具的设计比较粗糙，造 型和表面处理方式比较简单，很难打入我国一二级市场。此外，相对于其它实木 家具来说，杉木家具的价格较低，附加值不高。因此，加入现代先进的设计理念 提升其附加值，将是杉木家具设计的一个突破口。笔者认为目前几乎没有专门针 对杉木家具的造型的研究，且没有将这些研究与实际的产品相结合，更没有从材 料的特性上来探讨杉木家具设计。 1 2 4 国内外杉木材料与家具设计关系的研究现状 国内外专门探讨杉木与其产品设计关系的文献还很少。不过，刘文金的 当 代家具设计理论研究和家具造型设计、胡景初的 家具设计概论、许柏鸣 主编的 材料的魅力一当代家具设计中都简要介绍了材料与家具设计的关系 5 2 - 5 4 1 。但没有对杉木材料与杉木家具设计的关系作深入研究。 家具已经成为了一种典型的工业产品。因此，产品设计领域的相关研究应该 具有借鉴意义。国内外关于材料与产品设计关系的研究比较广泛，魏小利在“概 论材料与产品设计之关系“ 中论述了材料科学技术与产品设计发展之关系。认为 科学技术发展的多元化，材料开发也呈现多元化，材料间的相互“渗透“ 、 “结 合一，形成材料之间的互补性。多材质的配置，如坚硬的材质与柔软的材质，粗犷 的材质与细腻的材质等的配置对比，相互显示其材质的表现力，展示其美的属性， 材料与产品设计之间是相互作用的，有时一种设计促进了工艺的改进，实现了产 品特有的功能或形式，有时一种新工艺、新材料又能反作用于设计，激发更多的 创意灵感，促使设计的升华嘞1 。目前国内外主要从材料的结构设计、质地、色彩、 肌理等几个材料特征方面对此进行了研究。 ( 1 ) 结构设计。由于产品是由若干零部件以某种方式组合连接而成，那么从 产品设计的角度，可以将结构解释为构成产品的零部件形式及零部件间组合连接 的方式删，每件产品都有其自身的结构，而结构又深深地影响着产品的形态。毋 庸置疑，产品的结构是功能与形态的承担者。产品结构有外部结构，核心结构和 系统结构，核心结构是实现产品功能的关键技术，属于内部结构，通常不与人发 生直接的关系，而外部结构则与人关系密切，是构成产品形态的一个重要要素， 8 基于材料物理特性的杉木家具造型设计研究 不仅是产品功能的外在体现，也是产品形态的重要载体；至于系统结构，就是相 关产品之间的关系设计，注重的是产品的各个环节及相互之间的联系。 笔者认为结构设计主要集中在名贵实木家具产品设计领域中，关于杉木家具 的结构设计很少了，因此还要对杉木家具进行具体的结构设计研究，当然之前关 于名贵木材的结构设计研究能够为杉木家具结构设计提供方法和思路。 ( 2 ) 质地。毛怀艳在“现代家具设计中材料质感的研究“ 中指出：质地是质 感的内容要素，是物面的理化类别特征。人对不同产品材料的质地的心理感受差 异较大，例如常见的家具材料中，金属就会给人力度很重的感觉；木质、竹质材 料给人以亲切、柔和、温暖的感觉；皮革给人以柔软、舒适、豪华典型之感；玻 璃使人产生一种洁净、明亮和通透之感强7 1 。 笔者认为以上研究对材料质地的特点、重要性以及运用方法做了比较深入细 致的研究，可以将它运用到杉木的设计当中去。但杉木具有其特有的材性，因此 在运用时还需要进行具体的分析。 ( 3 ) 肌理。肌理是指材料本身的肌体形态和表面纹理，是质感的形式要素， 反映材料表面的形态特征，使材料的质感体现更具体、形象，包括自然肌理和人 工肌理晦“ 。马宏儒在“木材肌理在家具造型设计的表现中分析了木材肌理特征 在家具产品造型形态设计中的几方面影响，并提出了对木材肌理进行运用的几个 方法，为木材肌理在家具产品中的充分表现提供了依据呻】。笔者认为这些方法可 以运用在杉木家具设计之中。熊兴福等在“析产品设计之肌理“ 中通过对肌理的 含义及产品设计中肌理运用进行了分析，从材料、加工工艺以及组织结构等因素 与肌理的关系的角度对产品设计中的肌理进行了探讨，使设计师能够对产品设计 中的肌理的含义及其运用有一个大概的了解，以便在设计中将其良好运用，设计 出更多优秀的产品阳钉。 笔者认为，对于材料肌理的研究多集中在材料的自然肌理特征上，还很少有 对加工后的肌理效果的研究。 ( 4 ) 色彩。毛怀艳在“现代家具设计中材料质感的研究“ 中指出：色彩通过 视觉作用于心理，常常影响人的情感，左右人们的精神和行为。实用美术中有“远 看颜色近看花、先看颜色后看花、七分颜色三分花“ 之说。色彩本身没有绝对的 美或不美，但对家具的色彩搭配来说，非常重要。并以孟塞尔色立体为基准进行 相关研究删。江湘芸在设计材料及加工工艺材料一书中指出材料是色彩的载 体，色彩不可能游离材料而存在，色彩有衬托材料质感的作用。如金黄色的铜质 饰件具有华贵、富丽的质感，对人的视觉富有强烈的吸引力，与暗色调的塑料相 9 基于材料物理特性的杉木家具造型设计研究 互映衬，更能呈现出动人的效果。在设计中，运用色彩规律将材料色彩进行组合 和协调，会产生亮度对比和色度对比，面积效应和冷暖效应等现象，突出材料的 色彩表现力呻1 。 笔者认为目前还没有专门针对材料色彩进行产品色彩设计的研究。 以上是国内外关于杉木家具设计的一些研究成果的概述，主要从杉木家具的 设计现状、杉木材料的基本材性、