木質樓梯的模塊化結構設計

李研熙 李 鵬*

(東北林業大學材料科學與工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

木質樓梯的模塊化結構設計

李研熙 李 鵬*

(東北林業大學材料科學與工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

將木質樓梯按照結構拆分進行了模塊化設計，探究了木質樓梯中材料與功能關系，并對各個模塊之間的連接方式進行了研究，為木質樓梯的設計生產提供參考。

木質樓梯，結構設計，模塊化

在國外，家具模塊化設計的理念最早出現于歐洲。模塊化設計是由不同功能的模塊經過標準化連接和組成的設計方法。經過了一百多年的發展，模塊化設計已在國外的家具設計中得到了廣泛的應用[1]。隨著我國人民生活水平的提高，居民對居住環境的要求也逐步提高，我國的木制品市場也迎來了新的局面，而木質樓梯則逐漸成為其中的一個重要方面。將模塊化設計應用于木質樓梯的結構設計可以使木質樓梯的設計生產更加標準化、參數化，產品規格趨于規范。

1 模塊化的結構組成

本研究的木質樓梯模塊化結構組成包括踏板、扶手、立柱、側板、中心圓柱、風格特征裝飾件及連接件七類模塊，其主要模塊如圖1所示。

1.1 踏板

踏板通常是指在樓梯的行走路線中被踩踏的部分。踏板作為樓梯的重要組成部分，其基本要求是防滑、穩固，因此在結構設計上必須遵循安全原則。在住宅中，踏板可以是水平的踏板(見圖2)，也可以是水平的板和立板共同組成的(見圖3)。因此可以簡化設計為兩組模塊。踏板作為承重和經常被腳踩的模塊，在選材上就要選擇強度高并且具有耐磨性的木質材料，可以選擇實木，因為其強度可以保證踏板的功能得以實現，在其表面進行透明的涂飾不僅可以提高耐磨程度，同時能顯示出木材天然的紋理美感；可以選擇水平粘合的實木板、白蠟木三合板或者是應用較為普遍的復合板，但是要注意的是如果踏板是貼面粘合，其粘合厚度是有要求的，硬質木材的粘合厚度必須達到2.5 mm，軟質木材的粘合厚度需達到5 mm，接頭處的粘合厚度必須達到6 mm。目前市場上最為便宜的貼面粘合木制材料就是碎木壓合板，但是必須是符合強度的標準要求；也可以選擇指接材，指接材有較高的力學強度，其平面抗拉強度、抗彎強度以及抗沖擊強度要優于人造板材，并且具有易裝飾處理的特點，可以滿足模塊化木質樓梯多種配色方案的需要。

1.2 扶手

扶手，顧名思義為上下樓梯過程中用以手扶以保持身體穩定。由于扶手的主要功能是輔助行走，那么在設計其形狀時需要考慮到手感的舒適程度。扶手模塊可按照其橫截面形狀的不同分為圓形截面扶手模塊(見圖4)、方形截面扶手模塊(如圖5所示)以及蘑菇形截面扶手模塊(如圖6所示)等。在L形和U形樓梯中[2]，還需要轉角模塊來起到轉變扶手方向的作用，可根據不同類型的樓梯來選擇轉角模塊。扶手作為輔助行走的模塊，在選材上除了符合基本的強度要求還應考慮到手感和視覺效果。在木質樓梯中，扶手的材料大多采用實木，如橡木、山毛櫸、柚木、樟子松等，橡木質地堅硬，櫸木在蒸汽下易彎曲，可根據不同材料的特點進行加工。實木的觸摸手感是其他材料所不能比擬的。在視覺上也可以給人以堅固牢靠，溫暖舒適的享受。另外，木質復合材料也是很好的選擇，可以根據不同的需求進行涂飾成多種色彩，比如現代風格的木質樓梯中可以涂飾成白色，以達到純凈簡單的外觀風格。尤其在有老人和小孩的住宅中，扶手應該選擇木質材料，因為木質材料可以給予使用者更多的安全感。

1.3 立柱

立柱是銜接木質樓梯級面和扶手的支承柱，在木質樓梯護欄中起到非常重要的作用。立柱的模塊化設計主要可從其橫截面的形狀入手，可分為圓形截面立柱模塊和方形截面立柱模塊。造型較為復雜的立柱還可以將立柱分解為子模塊，選擇不同形式的子模塊利用圓榫結合等方式進行拼接即可形成新的立柱模塊(見圖7)，圖7中的立柱是由四個子模塊組成，使用者可根據自己的需要進行組裝和拼接成為新的立柱。在木質樓梯中，立柱的材質選擇比較多樣化，可以是木制、鐵質、不銹鋼、鋁合金等。通常根據樓梯的整體設計風格選擇合適的材質，在歐式木質樓梯中，金屬作為材質的立柱較為常見，因為金屬可以做出較為復雜的花紋和圖案，色彩也可以根據需求進行加工成仿古的顏色或者銅和鐵本身的顏色。以金屬為材質的立柱不僅可以完成其功能，也可以作為樓梯中的重要裝飾，同時價格相對不高，易加工。

1.4 側板

在木質樓梯中，側板是與踏板呈90°垂直的位于踏板兩側的板件(見圖8)，并不是所有的木質樓梯都具有側板，即圖8中深灰色部分。側板的模塊相對比較簡單，主要需要考慮的就是其長度規格。在使用的過程中，樓梯的高度和坡度與側板模塊息息相關，比如在挑高5 m左右的LOFT式住宅中，按照每級臺階的高度為160 mm，樓梯的長度則在4 m左右，而側板模塊則因為受限于人造板的負幅面規格最大長度為2.4 m左右，因此需要裁鋸和拼接才能達到要求。

1.5 中心圓柱

中心圓柱是螺旋形樓梯中重要的結構模塊(見圖9，圖10)，在螺旋形樓梯中，樓梯的踏板圍繞著中心圓柱鋪設，中心圓柱模塊的規格和尺寸與樓梯的高度以及空間的大小息息相關。

1.6 風格特征裝飾件

風格特征裝飾件是木質樓梯結構中非常重要的模塊，因為裝飾件對樓梯的整體風格和外觀影響較大。裝飾件可以按照材料分為金屬裝飾件模塊、塑料裝飾件模塊和石膏裝飾件模塊等等，根據每種材質的特點來打造不同的樓梯形態；還可以根據風格分為現代風格裝飾件模塊以及具有濃郁歐式風情的歐式風格裝飾件等。裝飾件模塊見圖11。風格裝飾件可以根據需要選擇木質材料、金屬、玻璃、塑料以及石膏等材質。木質裝飾件具有天然紋理，自然美觀；金屬裝飾件造型多樣，可搭配出或時尚或復古的風格；玻璃裝飾件則勝在給人以潔凈感，創造靈動的裝飾風格；塑料作為新興的裝飾材料在顏色上可有多種選擇，價格低廉；石膏可塑性強，耐磨性高，同時作為一種防火材料，適宜應用在木質樓梯中。

2 模塊間的連接形式

2.1 踏板與側板的連接

在木質樓梯中，踏板與側板的連接通常采用偏心輪連接件，由于踏板是主要承重的部分，所以要采用重型偏心輪連接件，在強度上要符合承重的安全要求(見圖12，圖13)。

2.2 踏板與立板的連接

踏板與立板的連接因為強度要求不高，所以可以根據材料特點采用圓榫進行連接，在立板上開出榫頭，然后與踏板連接在一起(見圖14)。

2.3 側板與上層樓板的連接

在木質樓梯的連接中，側板與上層樓板的連接是很重要的一個環節，因為不僅涉及到樓梯的美觀性，更是關系到樓梯的安全性。側板與上層樓板的連接可以采用一種類似角鋼的金屬連接件，在上層樓板上鉆孔，放入金屬膨脹螺栓，然后將金屬連接件與上層樓板采用螺栓的方式連接在一起，將側板裁成合適的形狀放入金屬連接件中，先鉆孔然后再將側板與金屬連接件連接在一起，這樣就達到了與上層樓板連接的目的(見圖15，圖16)。

值得注意的是在側板簡化為金屬柱的樓梯中(見圖17)，金屬柱與上層樓板的連接至關重要，因為整體樓梯的承重點都在最上面一級的金屬柱與上層樓板之間的連接處，所以通常在上層樓板上鉆孔，然后埋入金屬膨脹銷，再將金屬柱與上層樓板采用連接件的方式連接在一起(見圖18，圖19)，不僅穩定且可以滿足安全強度要求。在實際生活中，也有很多的旋轉樓梯采用每隔五級的金屬柱落地的方式來承重，這樣就減少了最上一級金屬柱的承重壓力，是一種很好的方式。

2.4 踏板與中心圓柱的連接

中心圓柱作為螺旋形樓梯中的關鍵部件，踏板與中心圓柱的連接方式具有較高的強度需求。由于強度要求高，因此采用金屬連接件作為連接，圖20，圖21中所示的金屬連接件采用螺栓與中心圓柱和踏板連接在一起，與傳統的連接方式比起來更加美觀安全。另外，有一些中心圓柱是采用鋼架焊接結構，外附彎曲膠合板包成柱狀制成。在這類中心圓柱中，可以在鋼架焊接時即計算好高度和角度直接焊接出上述形式的金屬連接件進行與踏板的連接，不僅滿足了樓梯的安全性，還簡化了工序，節約了成本。

3 結語

本文將木質樓梯按照結構拆分進行模塊化設計，可分解成踏板模塊、扶手模塊、立柱模塊、側板模塊、中心圓柱模塊和裝飾件模塊，可分別根據其定義和功能進行模塊化設計構想。木質樓梯中的材質是根據每個結構模塊的功能需要進行應用，踏板多采用木質材料，立柱和裝飾件可選擇木質材料也可以選擇金屬、玻璃、石膏等材料。木質樓梯中的連接方式可以根據部件的功能要求分為偏心連接件、金屬連接件和螺栓連接等。

[1] 徐 碩.模塊化柜類家具的設計研究[D].哈爾濱：東北林業大學,2012.

[2] 劉天杰.室內樓梯設計資料集[M].天津：中國電力出版社,2006.

The modular design of the wooden stairs

Li Yanxi Li Peng*

(CollegeofMaterialScienceandEngineering,NortheastForestryUniversity,Harbin150040，China)

This article will follow the structure of the split wood staircase modular design, explores the connection between the wooden staircase function relationships in materials and modules for the design and production of wooden stairs provides a new concept.

wooden stairs, structural design, modular

1009-6825(2015)16-0025-03

2015-03-28

李研熙(1990- )，女，在讀碩士

李 鵬(1973- )，男，碩士生導師，教授

TU318

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