家具力學性能穩定性研究

■李芳菲，張 磊，黃 偉，逄智宏，謝明舜 Li Fangfei & Zhang Lei & Huang Wei & Pang Zhihong & Xie Mingshun

(上海市質量監督檢驗技術研究院（國家家具質量監督檢驗中心），上海 201114）

力學性能穩定性是指家具在外加載荷作用下具有的抗傾翻的能力[1]。穩定性是家具力學性能檢測中最重要的檢測項目之一，穩定性檢測主要針對柜架、桌幾、椅凳及雙層床等家具，穩定性不達標將嚴重影響使用者的安全，同時也會對企業造成不良影響和經濟損失。調查顯示，1990到2007年，在美國由家具傾翻引起的事故多達264 200起，主要是對青少年兒童的傷害。平均下來每年在10萬人中就有近21人因家具傾翻受傷，而且家具傾翻引起的受傷人數還在以每年40%的速度上升[2]。

在我國，市場監管部門對家具產品質量持續監管。2018年，北京市市場監督管理局對北京市場上在售的家具類產品進行監督抽查，發現3批次穩定性不合格的家具產品，其中2批次柜類穩定性不合格，1批次椅凳類穩定性不合格。2017年，天津市濱海新區市場和質量監督管理局對流通領域的木家具開展了監督抽查，發現1批次木家具桌類穩定性不合格。由此可見，穩定性不合格是我國家具產品不合格的主要原因之一。

本文將以家具檢測中最常見的家具穩定性不合格為例，對其不合格原因以及家具產品結構設計上存在的問題進行分析，并結合國家標準提出合理改進方案，為消費者使用安全保駕護航。

1 檢測標準及方法分析

隨著國內家具行業的不斷發展以及消費者不斷提升的功能需求和審美需求，我國家具產品不斷推陳出新，家具產品在材料、結構和外觀設計上都有了很大的變化，現行有效國家標準GB/T 10357.2-2013《家具力學性能試驗 第2部分：椅凳類穩定性》、GB/T 10357.4-2013《家具力學性能試驗 第4部分：柜類穩定性》、GB/T 10357.7-2013《家具力學性能試驗 第7部分：桌類穩定性》等的發布和實施，正順應了家具產品的不斷革新和變化。該三項標準適用于大多數木制、金屬、塑料家具等的穩定性檢測。

1.1 椅凳類穩定性

椅凳類穩定性涉及椅凳類家具的使用安全，椅凳類穩定性不合格會引起使用者落座后椅凳傾翻，導致使用者摔傷，特別是行動不便的老人以及身體肥胖者，使用時受傷的風險更高。根據國家標準GB/T 10357.2-2013 《家具力學性能試驗 第2部分：椅凳類穩定性》[3]，椅子的穩定性試驗分為椅子向前傾翻試驗、無扶手椅側向傾翻試驗、扶手椅側向傾翻試驗和椅子向后傾翻試驗。標準要求試驗過程中，椅子不應傾翻。以向前傾翻試驗為例，要求在座面中心線距離前沿60mm處施加600N的垂直力，然后在垂直力的施力部位向外施加20N的水平力，至少保持5s，椅子不應傾翻。

1.2 柜類穩定性

柜類穩定性涉及柜類家具使用安全性，如果柜類穩定性不合格，會造成柜類傾翻，導致柜內物品的損壞甚至砸傷使用者，對于精力旺盛的兒童來說，被柜類砸傷、壓傷的風險尤為突出[4]。在國家標準GB/T 10357.4-2013《家具力學性能試驗 第4部分：柜類穩定性》中[5]，柜類穩定性分為擱板穩定性、非固定柜空載穩定性、非固定柜加載穩定性和固定柜穩定性。擱板穩定性適用于全部有擱板的柜類家具，其余三項穩定性適用于高度大于600mm，且重心高度（單位：m）和柜體質量（單位：kg）的乘積大于6的柜類家具。擱板穩定性試驗分為擱板水平加載穩定性和擱板垂直加載穩定性。柜類穩定性要求柜體和擱板在試驗過程中不應傾翻或脫落。

1.3 桌類穩定性

桌類穩定性涉及桌類家具使用安全，桌類穩定性不合格，會造成桌類家具在使用中傾翻，導致桌上放置物品的損壞，也可能砸傷使用者，桌類通常和椅類配合使用，在使用者起身以及工作時需要提供足夠的支撐，因此，桌類穩定性非常重要。根據GB/T 10357.7-2013《家具力學性能試驗第7部分：桌類穩定性》[6]，桌類穩定性分為垂直加載穩定性試驗、垂直和水平加載穩定性試驗。垂直加載穩定性，要求當規定的垂直力施加在最不穩定邊的桌面邊沿中心向內50mm處，無桌腿離開地面。垂直和水平加載穩定性，要求100N的垂直力施加在最不穩定邊的桌面邊沿中心向內50mm處，同時以規定的向外的水平力施加在該邊桌面中點，無桌腿離開地面。標準規定的力值如表1所示。

表1 桌類穩定性加載力

2 常見穩定性不合格項目分析

2.1 弓形椅穩定性

椅子作為日常生活中不可或缺的一種家具，隨著社會的發展和人們需求的變化，不僅要提供使用功能，在美學層面需要有更深遠的意義[7]。目前，市場上流行著一種弓形椅，如圖1中左圖所示，弓形椅外形簡潔時尚，一體的框架包覆軟體材質的座面、扶手和椅背，為了追求外形的美觀，通常座面水平延伸到框架以外，椅腿與地面接觸處被設計為弧形，并配有腳墊，防止椅子移動過程中刮花地板。

弓形椅重心靠前，使用者落座于座面前沿時，弓形椅有傾翻的風險，容易造成椅子向前傾翻試驗不合格。標準要求，600N垂直向下的力和20N水平向外的力，同時作用于椅座面中心線距離前沿60mm處至少5s，椅子不應傾翻。

對于弓形椅，為了降低穩定性不合格的風險，應從產品設計方面進行改進。如圖1中右圖為一種對穩定性不合格的弓形椅提出的一種改進設計，其改進設計的要點在于：首先，座面前沿不應超出框架過多，前沿不超出框架最為安全；其次，腳墊的位置應盡量設置在椅腿最前方，阻止椅子向前的傾翻趨勢。

■圖1 弓形椅及其改進設計

■圖2 一種常見擱板支承結構

■圖3 一種擱板支承的改進結構

2.2 柜類活動擱板穩定性

隨著城市人均住房面積的進一步壓縮，板式家具應運而生，以柜類家具為代表，人們希望擁有更多以及更加合理的收納空間，柜類活動擱板設計能夠滿足人們對于收納空間的個性化需求。如圖2所示為一種板式家具中常見活動擱板支承結構，此結構采用簡易擱板支承件，支承件一端嵌入旁板，活動擱板搭在支承件的另一端，且未配備限位和防脫離裝置。該結構的特點是接合簡單、靈活可調、成本低廉。但缺點也很明顯，一方面，擱板與旁板之間在水平方向上無力的約束，當在擱板上放置較重的物體時，旁板可能會被壓潰[8]。另一方面，擱板采用活動連接的方式直接搭在支撐件上，擱板向上、以及前后運動時缺乏約束力，容易引起柜類擱板穩定性不合格。

不合格的產品，一方面由于擱板質量較輕、支承件表面光滑，擱板與支承件之間摩擦力較小，當擱板自重50%的向外的水平力作用于空載擱板前沿時，擱板會被拉出脫落，造成擱板水平加載穩定性不合格。另一方面，擱板支承件設置的位置較深，當100N的垂直力作用在空載擱板前沿25mm處，擱板會傾翻，造成擱板垂直加載穩定性不合格。

為了避免發生以上不合格現象，建議盡量將擱板固定在旁板上。如需采用活動擱板設計，如圖3所示，可以在擱板下表面開槽，使支承件落入擱板下表面的槽內，增加擱板與支承件在水平方向上的約束力，降低擱板水平加載穩定性不合格的風險；另一方面，建議外側支承件的位置與擱板外沿的水平距離應不大于25mm，這樣能有效降低擱板垂直加載穩定性不合格的風險。此外，也可以增設防脫落裝置。

■圖4 獨腳桌穩定性試驗過程

2.3 茶幾穩定性

近些年來，極簡主義開始盛行，精煉的設計、獨特的結構往往能夠吸引更多年輕人的眼球，設計成獨腳桌的茶幾深受當代年輕人的喜愛[9]。獨腳桌是指其支承點連線所成的面積與桌面面積之比小于65%的桌子。獨腳茶幾外形素雅小巧、簡潔清秀，結構簡單、整體感較強。但市場上的獨腳茶幾常常出現“頭重腳輕”“上大下小”的現象，設計稍有不慎，穩定性就會徘徊在安全線左右。另外，考慮到防止桌腳刮傷地板和靜音設計，多數獨腳茶幾在桌腳下設置腳墊，腳墊使用不慎，也會降低穩定性。當重物放置于茶幾邊沿時，茶幾有傾翻的危險。

獨腳桌穩定性試驗過程如圖4所示。標準要求，當200N的垂直力施加在桌邊向內50mm處，應無桌腳翹離地面，且100N的垂直力和30N向外的水平力同時施加在桌邊向內50mm處，應無桌腳翹離地面。在檢測過程中，許多獨腳茶幾在100N的垂直力的作用下即會傾翻，穩定性問題較為嚴重。

對于獨腳茶幾，外形上“頭重腳輕”的不足，可以通過用材上“頭輕腳重”去彌補，為了避免穩定性不合格現象，桌面盡量采用輕質材料，桌腿和桌腳盡量采用密度較大的材料，必要時，可以在桌腳上增加額外的配重。同時，需要將支撐腳盡量向外延伸，提供給桌面足夠的支撐。對于平面式支撐腳，應慎用腳墊，腳墊不應過厚，設置的位置也應當與支撐面外沿平齊，不應處于支撐面內部。

3 結語

隨著市場監管的進一步加強以及消費者安全意識的逐步提升，家具質量問題受到了越來越多的關注[10]，穩定性是歷年監督抽查中必檢的項目也是最常見的不合格項目之一[11-13]。家具穩定性與家具使用安全息息相關，家具穩定性不合格不僅會造成財物的損壞，還會影響使用者的人身安全[14-16]。穩定性不合格問題歸根結底是由于家具的重心過高、重心靠外、自重過輕等，解決穩定性不達標問題的一般原則就是降低重心、重心向形狀中心靠近、增加自重等。