实木家具角部补强结构形式分析与改良

1 研究背景 家具的结构设计，工艺设计从来都是家具制作过程 的核心，大量的家具企业制作过程仅依靠从业经验以及 传统结构。很多结构过于简单或者过于复杂，已经不适 应现代家具的发展。因此，我们需要从结构入手，解决 目前存在的实际问题。［1］由于一件实木家具的破坏通 常发生在零部件与零部件的连接处，增加补强结构是实 木家具设计过程中重要的一环。补强结构是对目前存 在不足的承重结构进行增强的措施。补强结构在弥补 连接部位强度不足、提高结构的稳定性方面具有显著作 用。［2］角部加固件作为补强结构的重要组成，在实木家 具结构中的作用十分重要。 和传统的以件加工的作坊式手工生产不同，现代化 工业生产模式是大批量生产，即品种少。［1］随着家具生 产自动化、标准化发展，家具多使用五金连接件加固实 木家具角部。常见的角部五金连接件有螺栓接合、螺钉 接合以及偏心连接件接合。使用五金连接件加固实木 家具角部的好处在于生产效率高、价格相对低廉，但是 同时五金连接件加固实木家具角部也存在一些不可避 免的缺陷。例如，通过螺钉将塞角固定，使用时间长后， 螺钉会出现松动或者脱落的现象，导致实木家具的稳定 性降低；金属表面还有可能生锈，从而污染家具表面，影 响家具的美观性。相比之下，榫卯连接可以有效避免这 些问题。榫卯结构严格遵循了传统整体框架式结构所 要求的科学合理的实用意义，协调木工器物之间结合所 产生的复杂力学作用，通过力的传递和构件间的相互约 束使其变成浑然天成、经久耐用。［3］若将硬木家具的榫 接合方式直接应用于低质人工林木必将带来松动、变形 甚至是断裂等质量缺陷。［4］
3.1 新型实木家具角部补强结构技术方案 本实木家具角部补强结构以桌类家具为例。这种 家具连接构件，包括榫身和两个榫头。所述榫身的底部 由水平设置的第一构件构成，所述第一构件一端相邻的 两侧均水平固定连接有榫头，所述第一构件的顶部固定 安装有 L 形第二构件且第二构件在 L 形的两侧均贯穿 设置有圆孔。 两个所述榫头在水平方向上呈垂直设置且第一构 件呈立方体设置。所述第二构件的 L 形外部直角设置 在两个榫头连接处的正上方。榫身安装在两个家具望 板的直角连接处，第二构件的两侧与两个家具望板的内 侧平行抵接，并且两个家具望板连接处的底部安装有纵 向设置的支撑腿。两个所述望板的内侧靠近连接处的 端部均向内凹陷设置有榫眼。第一构件通过一端两侧 的榫头插接榫眼，榫头的尺寸与榫眼的内部尺寸相匹配 且圆孔的内部安装有螺钉，螺钉的一端贯穿圆孔连接望 板的内侧。 3.2 新型实木家具角部补强结构有益效果 通过在第一构件的一端两侧连接榫身且在第一构 件的上部连接第二构件，在第二构件的两侧设置圆孔， 使得家具望板在安装时可以在连接处使用榫卯与螺钉 相结合的方式，使桌类家具的桌面与望板连接更加紧固 稳定。即使经过一段时间的使用后，螺钉有松动现象， 榫卯连接仍起到紧固作用。相较于单一的榫卯接合、单 一的五金件接合与塞角接合，该连接构件大大提高了连 接强度，有效降低了检修维护频率。在实际应用中，本
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基金课题
通过以上分析，笔者提供一种新型实木家具角部补 强结构，可以有效改善现有的家具连接方式存在的问 题，如图1 和图2 所示。现在常规使用率较高的榫卯都 是经过工艺简化的，同时使用工业胶和钉枪加以辅助。 这样虽然方便、简单、快速，但严重影响了榫卯的使用寿 命，并且制作工艺也相对简陋，经不起推敲。［6］本新型 实木家具角部补强结构的特点在于将榫接合与五金件 接合两种形式结合。榫卯结构采用传统的整体框架式 结构，该结构可以很好地解决各部件之间因为结合而产 生的相互作用力，其衔接强度大、使用寿命长，它被认为 是木头之间最稳定的结合方式。［6］同时，榫卯结构不受 潮湿、干燥的影响，能够抵御外界多变的气候。［7，8，9，10］
第二构件 圆孔
第二构件
榫头
榫头
圆孔
榫头
第一构件第一构件榫 榫头图 1……新型实木家具角部补强结构改良示意图
望板
榫眼
望板
螺钉
望板
新型实木角 部补强结构
支撑腿
支撑腿
图 2……新型实木家具角部补强结构安装示意图
基金项目：本 论 文 为 国 家 重 点 研 发 计 划 资 助（ 2 0 1 7 Y F D 0 6 0 1 1 0 4 ）；南 京 林 业 大 学 大 学 生 实 践 创 新 训 练 计 划 项 目 （201810298137H）；江苏高校品牌专业建设工程项目“木材科学与工程”（PPZY2015B150）
基金课题
实木家具角部补强结构形式分析与改良
王 晶 徐 伟 王文豪
（南京林业大学… 家居与工业设计学院，江苏… 南京 210037）
摘 要：实木家具的破坏往往发生在零部件与零部
件的连接节点，原因在于缺少实木家具角部补强结构或
是角部补强结构损坏。本文旨在对实木家具角部连接
补强结构形式进行分析归纳，从而提出一种加工更方
便、结构更稳固的实木家具角部补强结构，提高实木家
具的连接强度。 关键词：实木家具；角部补强结构；榫卯连接；家具拆装
实木家具由于其独特的材料、温润的美感、厚重的 历史底蕴等特征在当前的市场环境下仍具有较强的竞 争优势。实木家具所面临的最大的问题就是木材的各 向异性与湿胀干缩。并且实木的加工工艺会造成实木 的开裂变形，如实木拼板工艺。经过长久使用，拼接处 可能发生翘曲变形。不同环境的影响也会造成裂缝等 质量缺陷，实木家具的结构稳定性受到破坏。因此，只 有不断调整实木家具的加固件结构形式，不断完善实木 家具的补强结构，才能使实木家具的使用寿命得到延 长，从而进一步提高实木家具的竞争力。
如今，国内外对实木家具角部加固件的研究主要集 中在五金连接件或榫卯结构研究，对五金连接件和榫卯 结合的研究较少。
本文旨在分析已提出的加固件结构形式，从而提出 一种更为安全稳固的实木家具角部补强结构，提高实木 家具的连接强度，延长实木家具的使用寿命。
2 实木桌类家具的补强结构分析 2.1 实木桌面板件防变形的补强结构分析 由于生产工艺和不同环境下的湿度、温度不同，实 木桌面板易发生变形，所以必须采取相应措施防止实木 桌面板变形翘曲。在结构上，通常采用穿带结构形式作 为补强结构。常见的穿带结构形式有燕尾榫结构、表面 固定穿带和嵌入方条穿带。 燕尾榫结构是通过燕尾型榫头有效抵抗外力或内 里而发生的变形。而直接在木板上固定木条或者嵌入 方形木条，都不能很好起到对抗拼板内应力的效果，随 着使用时长，面板还是会翘曲变形甚至与用来固定的木 条慢慢分离。［5］ 2.2 实木桌腿与望板结构补强结构分析 桌子在使用过程中常受到人和物对桌子施加的向 下的压力和水平方向的推力。因此，桌子最易破坏的位 置在于桌腿与望板的连接部位。通过在该部位增加补 强结构可有效抵抗这些力的破坏。常用结构：金属连接 塞角、木塞角和 L 形角码。 其中，金属连接塞角的补强效果最明显，抵抗外力 破坏的能力最强。但是金属材料经过长时间的使用会 腐蚀生锈，导致结构稳定性下降，污损家具表面。 3 实木家具角部连接补强结构改良