木材材料特性分析

木材材料特性分析木材材料特性分析 木材材料特性分析摘要木材作为建筑设计 室内设计和家居设计的 主要材料之一 具有独特的亲和力 本文对木材自身特征进行分析 揭示木材在装饰功能 使用功能及 生态效应上的 亲和 特性 关键词材料木材亲和力材料作为设计的表现主体 以其自身的固有 特性和情感语义成为设计构思中不可或缺的要素 不同的材料因其肌理 色泽等特性不同而给人以不同的感觉 其所 表达的情感语义亦不相同 正如帕拉斯玛所说 材料和表面有它们自己的语言 石头讲述着它遥远的地质起源 它的耐久力和永久性 砖使人想到 泥土和火焰 重力和建造的永恒传统 青铜唤起人们对它制造过程 中极高温度的联想 它的绿色铜锈度量着古老的浇铸程序和时间的 流逝 木材讲述着它的两种存在状态和时间尺度它作为生长着的树木的第 一次生命 以及在木匠手下成为人工制品的第二次生命 木材作为建筑设计 室内设计和家具设计的主要材料之一 以它独 有的色 质 纹等特性受到设计师的青睐 作为一种自然材料 木材对人体有着特殊亲和力 亲和力最早是属于化学领域的一个概念 是特指一种原子与另外一 种原子之间的关联特性 但也被应用于设计领域 产品设计中的亲 和力主要指产品给人的感觉 具体是指产品在使用前 使用中 使 用后可以获得的愉悦感 通过研究 人身处不同建材环境如金属 石材 混凝土 砖 木等 在视觉效果上 人的眼睛对木纹的感觉最为舒适 不同材质亲和 力带给人的心理体验是不同的 木材的亲和力特性主要表现在以下几个方面 一 木材的装饰特性色彩作为第一视觉语言 让人从来无法忽视 很多人也许读不懂希腊柱式上悬挂的文化 看不明雕塑形态起伏回 转之意 却很少有人感受不到色彩的表现力 在设计中 色彩能够表达情绪 传递感情 成为影响人生理和心理 的重要因素 木材的种类繁多 树色也因为树种的不同而各异 在木材的材色中 有近乎白色的浅色材和近乎黑色的深色材 也有 许多不同深浅颜色的木材 根据这些特征将材色分为浅色 白色 浅黄白色 浅黄色 浅淡 浅黄褐色至浅红色 浅红褐色 浅灰褐色 黄褐色 深 褐色 红褐色 粉褐色 灰褐色 紫褐色 深暗 黑色 黑褐色 暗 红褐色 深暗褐色 深紫褐色 木材颜色的变化会给人不同的感觉 明度高的木材 如云杉 使人 感到明快 整洁 高雅和舒畅 明度低的木材 如紫檀 红豆杉 使人有深沉 稳重之感 大多数的木材属于暖色 能吸收阳光中的紫外线 减轻紫外线对人 体的危害 同时木材也能反射红外线 这一点也是木材使人产生温 馨感的直接原因之一 给木材表面刷上蓝色或者绿色后这种感觉就会降低 除了材色外 木材纹理也是木材显著的视觉特征 木材纹理在天然 生长中形成 由生长轮 木射线 轴向薄壁组织等解剖分子相互交 织产生 主要基调生长轮 无论从任何角度进行切削 都产生非交 叉的 近于平行的直线或曲线图形 通常 木材的横切面上呈现同心圆状花纹 径切面上呈现平行的条 形带状花纹 弦切面上呈现抛物线状花纹 关于木材纹理与人心理感觉的研究主要集中在材料学科领域 日本学者武者利光发现木材径切面和弦切面纹理属于l f型涨落谱 l f型涨落谱是将涨落按时间的变化函数用谐波来进行分解 即用各 种频率的谐波成分的强度来表现涨落现象的特性 得出频谱密度 再按频谱密度和频率之间的关系进行分类得出的 木纹的涨落谱符合l f型频谱 与人体生物钟涨落的节律分布方式相 同 这种涨落谱型的结果是 当人们感官到具有l f型涨落的形质图形时 便会有 自然 的感觉 有某种美的享受 许多音乐就是采用这种 节律 这也是人们在很多其他材料上仿制木纹的原因 北欧的设计有着很高的水准 在很多产品设计中他们注重材质亲和 力 尽量采用天然的材料 如木材 皮革等 特别是在天然木材利用上 木质家具多不上油漆 而采用磨光上蜡 的工艺 以保持木材的自然纹理与质感 这样在满足人情氛围和材 料亲和力的同时 也为家庭成员度过漫长而寒冷的北欧寒冬提供了 重要的心理依托 芬兰建筑大师阿尔瓦 阿尔托主张使用具有地方特色的材料 在建筑物的外部饰面和室内设计中 他极富创造性的运用了大量的 木材 他将木材的材料特性发挥到了极致 形成他作品的一大特色 如玛利亚别墅中建筑内外基本使用木材建造 入口空间处 阿尔托创造性的用树束来支撑使用深色木条制作的不 规则形状的雨蓬 拉近了建筑与人之间的距离 外墙的直条木材饰面和条形板天花具有鲜明特色 从整体形态到从家具 线脚 细腻的木材保证了每一个细节的精致 营造了视觉上的独特感受 图 1 图2 二 木材的使用功能特性触觉是用来描述人对物体材质的生理和心 理活动的 人经常用手接触家具或木制品 给人某种触觉 包括冷暖感 粗滑 感 软硬感 干湿感等 日本研究者以冷暖感 粗滑感 软硬感三种感觉特征综合评定木材 的触觉特性 温暖感取决于人接触木料时 皮肤 材料界面的温度变化 以及热量通过界面对人的感觉器官刺激的程 度 事实上 在寒冷的冬天 人们都不愿意摸铁 铜 不锈钢以及 砖石 这其实是一种经验的积累 经验告诉我们这些东西会有冰凉 的感觉 而木材则不然 许多时候摸起来很舒适 这就是冷暖感 人对材料表面的冷暖感觉主要由材料的导热系数的大小决定 导热系数高的物体 会给人冰凉感 如金属 凝土 系数小的物体 会给人温暖感 如乙烯泡沫 木材导热系数适中 无论什么时候都给人最适度的感觉 这是木材 给人触觉上的和谐 此外 木材的不同纹理方向的导热系数不一样 顺纹方向的导热系 数一般是横纹的2 2 5倍 因此木材的纵切面摸上去比横截面要温 暖 由于独特的触觉特性 在设计中木材被广泛的应用到一些关键的部 位 特别是在很多与人体直接接触的部位 例如木制把手 在抓握的设计中 天然木材有着很好的防滑特点 自身的表面摩擦 力较高 抓握起来比较舒服 自古以来都是很多器具手柄不二的选 择材料 图3 另外木材自身重量较轻 与金属道具搭配后 更方便人对工 具的控制 且自身的肌理效果也有很高的观赏性能 又例如在日常生活中 在地板上行走这种行为经常发生 对于地板 的步行感的研究也越来越重视 在这方面木质地板得到了很好的结果 利用木质的颤动而设计的适当硬度的地板 使人们意外摔伤的几率 大大减少 在帕米欧结核病疗养院的设计中 阿尔托充分地考虑了病人的需求 结合医生的意见和心理学的研究成果 对每一个细节都进行了精 心的推敲 在家具的选择上使用了轻质的标准化的木制家具 Mart Stam于1926年设计出的第一把悬挑椅 从那时起 人们就误认为钢 材是唯一能用于这种结构的材料 不过阿尔托则认为 虽然金属管和镀铬表面是技术上的进步 但从 心理学上来看 这些材料并不适合人体 对生活在一天只有6小时阳 光 温度时常在0 以下的芬兰人 尤其是对在医院的人来说是难以 接受的 阿尔托在经过对木材的韧性和弹性实验之后 应用现代工业生产方 式 首先使用多层白桦木胶合板制成了曲木家具 图4 这不仅仅是对冰冷的钢管椅子的抗议 而是怀着一种更特 殊的目的 那就是这种材料可以更好的适应人们身体的需求 这就减轻了疗养院中冗长沉闷生活所带来的痛苦 声环境是人通过耳朵所感知的周围的声音情况和条件 人们通过各种感觉来接受外界的信息 听觉是其中很重要的一部分 当声波作用在木材表面时 一部份被反射 一部份被木材本身的振 动吸收 还有一部份被透过 被反射的占90 主要是柔和的中低频声波 被吸收的则是刺耳的高 频率声波 因此在我们的生活空间中 适当应用木材 可令我们感受到听觉上 的和谐 木材是要求声学质量的大厅 音乐厅和录音室用以调节最佳听觉效 果的首选材料 例如在维普里市立图书馆的设计中 讲堂并不只是提供给演讲者和 听众 同时这还经常会在晚上的会议和讨论时使用 所以听觉的设 计也不应该仅仅是满足一般的公共讲座 阿尔托设计了由薄木条组成的波浪形天花板以保证讲堂里每个地方 都可以听到讲话者的声音 声音通过天花板的反射可以使得讲话者的声音传到尽可能远的地方 无论听众位于房间内的那个方位 通过这样的听觉系统 为使用者提供了一种交谈中独特的亲密氛围 例如图 5 图6 设计师提出一种打孔的设想 建议利用气候 外壳 纺织 品 植物甚至声波来生产新的板材 隔音板本身也成为装饰的一部分 除过其技术质量 它找到一种新的图案特性使环境变得丰富 利用这种Obersound新板材 隔音板成为建设服务和建筑环境想象力 的有力支持 当人们走近新建的木建筑或景观小品时 常常可以闻到淡淡的香气 特别是当人们走进已经存在成百上千年的木构建筑及庭院时 若有 若无的香气依然漂浮在空气中 这是木材的嗅觉品质在发挥作用 木材的嗅觉品质是木材的自然属性 源于木材中的各种提取的化学 成份 不同木材从自然中提取的化学成份不同 气味也不同 如海南的降香木和印度黄檀具有芬芳馥郁的香气 而樟科的香樟木 却具有樟脑气味 研究表明有些木材中的化学成分具有除臭 防螨和杀虫 防霉抗菌 等作用 所以一间木屋等同于一个杀菌箱的说法 并非言之无理 但是有些木材中含有对人体有害的化学成份 因此趋利避害地选择木材 可以在环境中起到独特的效果 三 木材的生态及可持续性木材除了在视觉 听觉 触觉和嗅觉上 的优点 更重要的是木材的生态及可持续性 一方面是木材具有温 湿度调节功能 温度和相对湿度是影响人体舒适感的两大气候因素 太冷太热或者太干燥太湿润的气候都会使人不舒服 由于木材的导热系数适中 而容积比热与混凝土差不多 所以木材 墙体和地板白天可以隔热 吸收储藏热量 等外界气温下降后又慢 慢释放 另外木材具有吸湿性和放湿性 所以在湿度过高或者过低的情况下 木材可以起到缓和作用 所以在木材装饰的小环境中 木材可以调节其中的小气候 使人感 到舒适 然而另一方面是木材作为建材的真正重大意义是在于人类认识到了 地球的资源是有限的 以及人类必须遵循可持续发展规律的今天 在可持续发展理论的原则之下 对 生态 型的材料使用使人们认 清了木材这种历史悠久的自然材料 在合理兼顾森林资源保护与产 出的前提下才是最 生态 的材料 是 可回收 或 可再生 的 材料 这也是限制能源消耗和资源转换的最有效措施之一 目前人们定义的 可再生 材料 有不少是人工材料 如金属 玻 璃 塑料等 这些材料的 可再生 是在人工材料的范畴之内进行 这种材料首次从自然物到人工材料之间的转换 如铁矿石转换成钢 铁 基本上是不可逆的 也就是说金属 玻璃 塑料等于自然界的 可再生 人工材料基本 上是不可能完全回复到自然界中去 木材于自然界的树木 在成为设计产品或建材之后会经过生物的腐 朽过程而回复到自然中去 今天我们所处的后工业文明历史阶段 木材作为具有亲和力的材料 再次显示出极其旺盛的生命力 其深刻的意义首先体现在生态价值 及可持续发展的概念之下 同时也反映在人性化为主导的人文关怀 倾向 当代技术和文化为木材在设计中的创作提供了广阔的空间 从材料出发 最大限度的发挥材料的特性 最生动的体现材料的特 点与内涵 展现出材料特有的表现力 必定会做出一个好的设计 参考文献 1 史永高 材料呈现 19和20世纪西方建筑中材料的建造 空间双重性研究 xx 东南大学出版社 2 陈启仁 张纹韶 认识现代 木建筑 xx 天津大学出版社 3 刘先觉 阿尔瓦 阿尔托