張奇 ZHANG Qi 陶毓博 TAO Yubo 李鵬 LI Peng

東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱150040（Northeast Forestry University，150040 Harbin）

空心管材連接設(shè)計及其在家具中的應(yīng)用研究*

張奇 ZHANG Qi 陶毓博 TAO Yubo 李鵬 LI Peng

東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱150040（Northeast Forestry University，150040 Harbin）

介紹了空心管材的種類和應(yīng)用現(xiàn)狀。重點對空心管材本體式連接、機械裝配式連接和特殊工藝連接這3種基本連接方式進行了分析，總結(jié)了空心管材連接設(shè)計的特點。提出可以將空心管材作為結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用于家具中，對此進行了系統(tǒng)的研究與設(shè)計實踐。闡釋了空心管材家具的物質(zhì)性能及藝術(shù)特征，設(shè)計了一種新型的空心管材連接方法，進行了空心管材置物架設(shè)計實踐，以期為空心管材在家具領(lǐng)域中的有效應(yīng)用提供借鑒。

家具；空心管材；連接設(shè)計

一、引言

家具作為生活中不可缺少的部分，它由各種物質(zhì)材料連接組合而成［1］。家具設(shè)計中，材料是設(shè)計的靈魂，對材料特性的把握以及連接方式的選用，是家具設(shè)計風(fēng)格產(chǎn)生和家具產(chǎn)品制作實現(xiàn)的必要基礎(chǔ)和充分條件。

空心管材作為一種特殊的結(jié)構(gòu)材料，在結(jié)構(gòu)上具有較高的強度且自重較輕，對外力抗性較強。將空心管材應(yīng)用于家具中，在美觀性和制造成本上與其他的結(jié)構(gòu)材料相比，同樣具有優(yōu)勢。

然而，空心管材的連接一直是空心管材結(jié)構(gòu)設(shè)計中的一個難題，導(dǎo)致空心管材在家具設(shè)計中未能完全運用其優(yōu)點，使用率與附加值低。

如何充分利用空心管材特性，創(chuàng)新空心管材連接設(shè)計方法，使其符合現(xiàn)代家具的生產(chǎn)方式，這是值得設(shè)計者、空心管材加工業(yè)和家具業(yè)共同探討的重要課題之一。

二、空心管材的種類和應(yīng)用現(xiàn)狀

1.空心管材的種類

設(shè)計中所選用的空心管材按其物質(zhì)結(jié)構(gòu)分類，主要有四大類：金屬管材、無機非金屬管材、有機管材、復(fù)合管材。各類空心管材的品種繁多，而且隨著科技的進步還會不斷出現(xiàn)更新、更好的新型管材。設(shè)計者無論選用何種管材，在設(shè)計時一定都要了解其特性及適用范圍，才能使其更好地服務(wù)于設(shè)計的需要。

2.空心管材的應(yīng)用現(xiàn)狀

從20世紀90年代開始，各類空心管材的應(yīng)用領(lǐng)域擴展速度加快，憑借各類空心管材自身的材料特性，不斷向建筑、樓宇、結(jié)構(gòu)（簡稱ABC）和汽車、軌道車、運輸（簡稱ART）等領(lǐng)域擴展?？招墓懿囊部杀挥糜谄渌黝惤Y(jié)構(gòu)，如學(xué)校、樓亭、電視塔、信號支架、人行過街橋、彎形結(jié)構(gòu)、醫(yī)院、工業(yè)建筑、長廊、高層建筑、展覽館等［2］。

空心管材結(jié)構(gòu)的廣泛應(yīng)用，不僅僅是出于美學(xué)上的考慮，同時也是因為空心管材結(jié)構(gòu)與普通的開口截面結(jié)構(gòu)構(gòu)件相比，具有優(yōu)越的力學(xué)性能和良好的經(jīng)濟技術(shù)指標，近年來在我國得到了快速的發(fā)展［3］。

三、空心管材連接設(shè)計分析

1.本體式連接

所謂本體式連接，是指利用空心管材本身的材料特性、形狀特征而形成的連接方式，也包括一些利用簡單輔助手段而形成的連接方式。將較大的竹竿開孔，然后將較小的竹竿插入并用竹釘鎖牢的形式將它們連接起來（見圖1）。將金屬或塑料空心管材進行加熱或加壓，使之熔合待凝固冷卻后將它們連接起來。這些都屬于空心管材的本體式連接。

圖1　本體式連接示意圖①

關(guān)于本體式連接的方法，具體如下（見表1）。

表1　本體式連接的方法

2.機械裝配式連接

所謂機械裝配式連接，是指利用緊固件、防松件或連接件，將空心管材通過機械組裝的方式連接成產(chǎn)品整體（見圖2）。目前，空心管材連接大多采用這種方式?？招墓懿臋C械裝配式連接的方法，主要有螺栓連接、螺釘連接和連接件連接等。

圖2　機械裝配式連接示意圖①

關(guān)于機械裝配式連接的方法，具體如下（見表2）。

表2　機械裝配式連接的方法

3.特殊工藝連接

除了上面所述的本體式連接、機械式連接外，還有纏接、彎接，包接和嵌接等一些空心管材獨有的連接方式（見圖3）。

圖3　特殊工藝連接示意圖①

關(guān)于特殊工藝連接的方法，具體如下（見表3）。

表3　特殊工藝連接的方法

四、空心管材在家具中的應(yīng)用研究

1.空心管材家具的物質(zhì)性能

我們生活中的家具產(chǎn)品，是人類物質(zhì)文明和精神文明的雙重產(chǎn)物［4］。空心管材作為一種特殊的結(jié)構(gòu)材料，具有形圓且中空的形狀結(jié)構(gòu)，以及強度高、質(zhì)量輕和抗外力性能強等物質(zhì)性能。

顯然，家具設(shè)計與空心管材之間的關(guān)系是互為表里、相互制約的。以物觀物，設(shè)計者對各類空心管材物質(zhì)性能的理解，把握探究其物質(zhì)性能自身的內(nèi)在意義，這不單是完成家具設(shè)計的物質(zhì)基礎(chǔ)，更是家具藝術(shù)價值存在的本質(zhì)依據(jù)。

2.空心管材家具的藝術(shù)特征

藝術(shù)也是一種造型，只有通過技術(shù)實現(xiàn)對藝術(shù)形象的塑造，才有可能從研究造型藝術(shù)的規(guī)律之中給予掌控和把握，并科學(xué)合理地使用其功能［5］。

空心管材家具的藝術(shù)特征，表現(xiàn)在綜合運用各類空心管材的結(jié)構(gòu)形狀、色彩、質(zhì)感和機理等要素進行家具設(shè)計，使家具產(chǎn)品擁有藝術(shù)美的形態(tài)，改變了材料本身的單一性。

通過各類空心管材自身的三維結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)出不同的質(zhì)感和肌理效果，豐富了人們的感官，可以更完美地表達出設(shè)計者的情感，使人們獲得視覺形式（見圖4）和觸覺感應(yīng)（見圖5）雙重的感官反應(yīng)。這些都是空心管材家具不可忽視的重要藝術(shù)特征。

圖4　空心管材的視覺形式①

圖5　空心管材的觸覺感應(yīng)①

3.空心管材套接式連接創(chuàng)新設(shè)計

套接式連接屬于機械裝配式連接的方法之一，適用于各類空心管材間的互相連接。針對空心管材中空壁薄的特點，空心管材套接式連接創(chuàng)新設(shè)計采用了標準化、可拆裝設(shè)計的連接件，利用內(nèi)置橡膠墊的金屬（或塑料）套筒和螺栓調(diào)節(jié)裝置，實現(xiàn)了空心管材的連接（見圖6）。

圖6　空心管材套接式連接示意圖①

將需要連接的空心管材打孔加工后插入金屬（或塑料）套筒內(nèi)，再利用螺栓穿過空心管材和金屬（或塑料）套筒的同心通孔，通過螺栓調(diào)節(jié)裝置使其內(nèi)置橡膠墊收縮，通過橡膠墊作用于空心管材，采用過盈配合形成空心管材的連接，彌補了機械連接易松動的缺陷。

拆卸時，僅需松開螺栓調(diào)節(jié)裝置，抽出空心管材即可，因此連接強度高，拆裝方便，便于日常使用中進行維護和更換，節(jié)省了成本。由于此種連接是一種快速的、非破壞性的連接方法，所以連接效率高，金屬（或塑料）套筒和螺栓調(diào)節(jié)裝置搭配連接穩(wěn)固、安全可靠，具有較好的應(yīng)用前景。

4.空心管材置物架的創(chuàng)新設(shè)計實踐

為了驗證空心管材應(yīng)用于家具中的可行性，我們以置物架為例進行了設(shè)計實踐，以此豐富和加深對空心管材連接設(shè)計及其在家具中的應(yīng)用在實際操作層面上的理解。

置物架框架由34根黑色金屬管和6根彩色塑料管（紅、黃、藍各2根），通過套接連接件裝配而成，構(gòu)造穩(wěn)固，使用性能好。在對材料的表達和細節(jié)的處理上，綜合運用塑料、金屬管材與木質(zhì)隔板、箱體互相形成對比；在顏色上使用了紅、黃、藍三基色和黑、白無色彩相結(jié)合的組配（見圖7、圖8）。我們在置物架設(shè)計中體現(xiàn)了比較美學(xué)，對其比例和尺度的合理設(shè)計，使其整體造型和諧統(tǒng)一，充分體現(xiàn)了多樣化、人性化、人文化和個性化的設(shè)計特征。

圖7　空心管材置物架設(shè)計效果圖①

圖8　空心管材置物架設(shè)計零部件圖和節(jié)點圖①

五、結(jié)語

綜上所述，空心管材通過連接設(shè)計應(yīng)用于家具中給我們帶來了一些啟示：空心管材作為結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用于家具中是可行的，具有極大的發(fā)展空間；在家具中空心管材也可以采用機械裝配式連接的方式，使其可以直接用作家具結(jié)構(gòu)材料；可以研制出專用于空心管材家具所使用的標準化、可拆卸設(shè)計的連接件，加強其連接部位的強度和穩(wěn)定性。

目前，空心管材雖然已經(jīng)廣泛應(yīng)用于建筑、樓宇、結(jié)構(gòu)（簡稱ABC）和汽車、軌道車、運輸（簡稱ART）等領(lǐng)域，但是要將其推廣應(yīng)用于家具領(lǐng)域中并大有作為，則始終有賴于設(shè)計者、空心管材加工業(yè)者以及家具業(yè)者繼續(xù)共同的努力。

空心管材連接設(shè)計及其在家具中的應(yīng)用研究，吸收了設(shè)計學(xué)、材料學(xué)等交叉學(xué)科的知識，定性分析了空心管材作為一種特殊的結(jié)構(gòu)材料，通過創(chuàng)新其連接設(shè)計可以滿足家具使用的物質(zhì)性能及藝術(shù)特征。

但是，目前這個領(lǐng)域的研究，還缺乏精確的數(shù)據(jù)說明或分析不夠全面、深入。期待后續(xù)的研究可以在本研究的基礎(chǔ)上，進一步對空心管材家具的強度各方面指標進行定量的、實驗性的研究，對應(yīng)用性做出更有針對性的和更加深入的分析，從而得出更清晰、更深入的結(jié)論。

注釋

①圖1至圖8來源：作者自繪.

［1］ 鄒偉華.家具產(chǎn)品設(shè)計［M］.合肥：合肥工業(yè)大學(xué)出版社，2011：61-67.

［2］ PACKER·J.A.，HENDERSON·J.E.空心管結(jié)構(gòu)連接設(shè)計指南［M］.曹俊杰，譯.北京：科學(xué)出版社，1997：1-6.

［3］ 張思海，郭澤英.空心管結(jié)構(gòu)及在建筑工程中的應(yīng)用［J］.建筑技術(shù)開發(fā)，2007（4）：109-111.

［4］ 余繼宏，徐雷.從符號學(xué)的角度談家具形態(tài)的結(jié)構(gòu)與功能［J］.美術(shù)大觀，2011（12）：116-117.

［5］ 浦培勇.藝術(shù)與技術(shù)美學(xué)價值探微［J］.設(shè)計藝術(shù)研究，2012（3）：61-64.

（責(zé)任編輯 孫玉萍）

Research on the Connection Design of Hollow Pipe and Its Application in Furniture

This paper introduces the species and application status of hollow pipe.It summarizes the characteristic of hollow pipe connection design by focusing on the analysis of three basic connection modes including hollow pipe ontology connection， mechanical assembly connection and special arts and crafts connection. Systematical research and design practice are made after putting forward that hollow pipe can be used in furniture as structural material.It also conducts hollow pipe shelf design practice after illustrating the material properties and artistic features of the hollow pipe furniture and designing a new type of hollow pipe connection mode，in order to provide reference for the effective application of hollow pipe in furniture.

furniture；hollow pipe；Connection design

J525.3

A

10.3963/j.issn.2095-0705.2016.05.014（0076-05）

2016-09-18

2013年度教育部“新世紀優(yōu)秀人才支持計劃” 資助項目（NCET-13-0711）。

張奇，東北林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院碩士生；陶毓博，博士，東北林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院副教授；李鵬，博士，東北林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師。