基于竹制材料的坐具設計研究

摘要：充分利用原竹的材料特性，探索和改進竹制家具的造型結構，并將現代簡潔的設計風格融入其中。首先從物理、生物和力學特性三方面分析了竹材的材料特性，然后對竹材的基本應用形式和原竹家具竹材構件的連接方式進行了歸納總結，接著通過案例分析了目前市場上原竹坐具的整體結構并按照造型特點進行了分類和特點的分析，提出了原竹家具發展中存在的問題和創新發展的建議，最后以原竹坐具的設計為例，以充分發揮竹制材料的特性，探索竹制家具結構的創新。對竹坐具的造型結構進行了新的創新，并運用多層復合定型的基本方法實現了竹制坐具的制作。為竹制家具的材料應用和創新結構設計提供了借鑒與參考。

關鍵詞：竹制材料 竹材構件 連接方式 坐具 結構設計

中圖分類號：J52 文獻標識碼：A文章編號：1003-0069（2022）11-0146-04

Abstract：To make full use of the material characteristics of raw bamboo，explore and improve the modeling structure of bamboo furniture，and integrate the modern and concise design style into it. Firstly，the material characteristics of bamboo are analyzed from three aspects of physical，biological and mechanical properties，and then the basic application forms of bamboo and the connection modes of bamboo components of raw bamboo furniture are summarized. Then，the overall structure of raw bamboo seats in the current market is analyzed through cases，and the classification and characteristics are analyzed according to the modeling characteristics. Finally，taking the design of raw bamboo seat as an example，in order to give full play to the characteristics of bamboo materials and explore the innovation of bamboo furniture structure. the modeling structure of bamboo seat was innovated，and the basic method of multi-layer composite shaping was used to make bamboo seat. It provides a reference for the material application and innovative structural design of bamboo furniture.

Keywords：Bamboo materials Bamboo components Connection mode Seat Structural design

引言

竹材作為一種可持續的速生材料，其材料本身具有很多的優良性能，已逐漸成為替代木材的最佳生物原材料，被廣泛地應用于建筑、家具、工藝品等各個領域[1]。新的社會階段和社會消費環境中，人們對生活品質的需求日益提高，也帶動了竹產品的優化和不斷發展，竹制品家具也逐步興起，隨著技術和審美不斷的發展和更迭，也會衍生出更多新的結構樣式的竹制產品。目前我國竹集成材的家具主要按照板式家具的加工工藝進行制作，其造型屬于大直面構成樣式，有平薄感，也有延伸感，但是它的限制在于無法構建豐富的曲面造型，表達出更優美的曲度變化，所以需要探索更多可能性的曲面板材的結構樣式或者使用方式。本文對竹制品家具進行造型結構和竹材料使用上的剖析，將竹條多層復合的形式與現代簡約的設計風格結合在一起，設計出符合現代美感的竹制坐具，對竹制品家具的設計和制作進行了有益的探索。

一、竹材的材料特性、應用形式及連接方式

（一）竹材的材料特性

竹材的特性可以從物理特性、生物特性和力學特性進行分析。1）物理性質包括密度、干縮性和吸水性等，密度可以用來評估竹材料的重量、硬度、強度以及收縮率等[2]。竹的品種不同，密度也不同，密度大，則竹的力學強度就越大，而同一竹種的密度也不盡相同，會受竹齡、立地條件、甚至竹竿部位的影響。水分的蒸發會致使竹材的干縮，干縮率越大越容易開裂，因此在制作竹器時，選用經防裂處理、烘干或者是陰干的竹制材料會降低其因干縮性而導致連接結構松脫的可能性。2）竹材的生物特性表現在竹子本身的結構、組成成分及連接方式的形成等對生存環境的適應[3]，竹筒的外部形態結構可以承受因風雪引起的彎曲折斷或劈裂，竹稈的內部圓筒空心結構可以減輕重量，達到輕質高韌的效果，具有韌性強、抗拉力優良等特性。3）竹材的力學特性受物理性質和生物特性的影響，主要表現在竹稈徑向層面結構從外到內彈性力學性能和抗拉伸力呈遞減趨勢，與麻、竹、木等天然纖維相比，竹纖維的抗拉伸能力最強。

（二）竹材的應用形式

生產活動中原竹材料被供應的形式就是竹材的基本應用形式，目前對竹材料的使用方式主要分為天然原竹和基于原竹發展的改性竹材兩種[4]。一根制造用竹通高約20米，原竹家具行業主要使用的是竹稈部分，根據不同竹子的種類，竹稈的口徑與長度大不相同，竹稈經過不同刀數的開竹形成竹條，竹條經過不同層數的起篾形成竹篾，細薄的竹篾可以再進行豎向排針劃分形成竹絲，因此，天然原竹材料的基本形式就可以分為竹稈、竹條、竹篾和竹絲四種（見圖1）。改性竹材可以分為勻質改性竹材和復合材料兩種基本形式[4-5]：勻質改性竹材是竹稈經過性能穩定化處理后經機器切割或碾壓分解，再用膠黏劑組合的板材或型材；復合材料是將兩種或以上不同特性的材料經物理加工或化學改性等手段組合成具有全新結構和性能的復合材料。

可以看出無論是天然原竹還是基于原竹發展的改性竹材，原竹的應用形式都是從竹材的材料特性出發的。手工業時期，人們從長期的生活經驗中認識到宏觀角度原竹的物理性能，基于物理性能產生了竹稈、竹片、竹篾、竹纖維絲等材料基本形式。隨著工業文明的發展，人們能從微觀甚至細觀角度了解原竹的材料特性，出現了竹集成材、竹膠合板、竹刨花板等板材或型材的勻質改性竹材的應用形式，基于竹纖維材料的力學特性，人們通過加入一種纖維或者基體的優點來彌補另一種纖維或基體的缺陷，形成了不同形式的竹質復合材料應用于生活不同方面。

（三）原竹家具竹材構件的連接方式

在原竹家具的加工制造中，考慮最多的問題就是竹材構件的連接方式，不同的家具、不同的部分，其連接方式也會有所不同，現有原竹家具的連接部分加工方式主要按照材料分為兩個主要大類：一類是原竹桿材的連接，通過自身節點處理以及其他材料器件進行輔助連接，從而實現圓筒狀的原竹結構連接；另一類是竹條竹篾材料的連接，作為原竹的分解材料，竹條與竹篾的連接方式因形態結構的變化連接方式與原竹稈材的連接方式有明顯不同（見表1）。

二、竹制坐具設計基本概況

我國是竹家具生產大國，近年來竹家具的產量大大增加，但是在竹制家具生產中傳統的家具樣式依然是占了很大的部分，很多地方的竹工坊無論是在加工方式上，還是在竹材料的運用上都是相對落后的，各種竹材沒有被充分運用起來，深精加工程度不夠，產品的品質感不高，整體市場水平在中低端浮動，材料的使用方式沒有得到交叉融合，無論是平壓還是側壓復合竹板，都會被用作平面材料來使用，沒有跳脫出固有的認知方式。竹板材同樣擁有竹子可塑性強、韌性高、抗拉力強等優良性能，完全可以按照竹板家具的制作思路和手法去嘗試新的家具結構和造型。而且制作家具的方式也可以進一步革新，設計出更加具有現代美感附加值高的竹制坐具。

在原竹家具領域，原竹的各個部分、各種規格的材料被靈活地運用在各種原竹坐具的設計之中（見表2）。竹家具的品種多樣、造型豐富，其基本結構按照相似性分類，可以將主要部件分為框架結構和板狀部件[7]，即傳統框架結構與原竹各種板狀部件材料的應用。原竹坐具領域經過漫長的演化與發展，在滿足坐具功能的前提下，隨著人們審美水平和藝術形式的不斷變化，以及加工方式的變革，原竹坐具的基本結構樣式也隨之發生了一些改變，由原來的傳統框架形式逐漸過渡到當代逐漸細化豐富多樣的形態樣式，加之近年來立體竹編在坐具中的應用，將原竹坐具整體結構按照造型特點分為三類：傳統圓竹框架式結構、竹板條組合結構、篾條編織結構。

通過對原竹坐具的分析，發現原竹家具的發展存在以下問題：1）標準化問題，在原竹家具的制作中，現行的加工方式下很大程度依賴竹藝師傅的手工制作，沒有現行加工方式的標準化，每個師傅的制作方式都不一樣，而每個產品生產出來的尺寸誤差都相對較大，甚至同一把椅子的左右曲度都可能有所區別，同時其產出效率較為低下，有限的手工制作的勞動力資源，已無法滿足龐大的市場產品需求；2）產品款式陳舊，在中國絕大部分竹產區覆蓋的村鎮，都還活躍著許多的原竹家具，常見的有竹椅、竹桌、竹榻等，但其款式在相當長的時間內，基本沒有發生任何變化，其原因在于很多地方的竹藝人的技術傳承于此，也受自身設計水平的制約，即制作簡單易用的竹家具用品，滿足當地普通群眾的日常生活需求即可，便再無創新立意和設計能力去迭代產品開拓新的市場；3）原竹家具設計與制作生產脫節，由于設計人員缺乏相關原竹家具制作經驗，設計出來的產品造型美觀，但是實際生產不能落地，竹材的特性研究不到位，原竹材料制作中的彎曲加工工藝、節點連接方式其實都有很多考究的地方，這使得原竹家具的創新在圖紙上的很多，被制造出來量產的卻很少。

面對原竹家具創新發展所受到的制約因素，我們需要從以下幾個方面進行梳理與突破：1）加強原竹材料供應的標準化，生產材料的規范化，竹筒、竹條、竹篾的尺寸規范化，便于批量化生產。原竹家具制作需要規范化的材料供應，而不是因材而作，生產出來的產品效率才能夠得到保證，比如竹筒材料的節數、節長、筒徑等，按規格范圍整理區分，按需使用，做到材料規范化、標準化；2）加工制作方式的創新，在從依賴高水平竹藝師傅的手頭功夫轉而按照標準制作規范流程實現精確加工方向發展，加強原竹家具器械設備的開發，擁有開竹、校竹、彎竹、打磨、開槽等整套設備加工流水線，脫離原有的作坊加工模式，釋放產能提高產品市場占有率；3）充分發揮設計與制造人員的優勢，積極推動原竹家具的設計發展，充分考慮到設計人員與制造人員的優勢，積極打通設計人員的認知壁壘，加強原竹家具設計產品的落地性，并梳理出原竹材料的加工特性，如具體的竹材彎曲角度和厚度的關系是多少等，將加工方式、材料受限尺度量化出來，讓設計人員在設計的時候就有制造指導規范可依，在設計之初就可以落于實地，不再讓設計處于無法加工的尷尬境地；4）探索與完善原竹家具的設計方法流程，以高效可行的設計流程為指導，幫助設計人員快速找到設計方向，設計思路能夠有效推進，設計成果能夠落地并能進行相關驗證程序，達到產品的不斷迭代推新，加快原竹家具行業產品的升級優化。

三、設計實踐

（一）設計構思

竹材料的本身會極大地影響材料被制作出來的形態，隨之也會對功能有不同的導向。在竹制家具的市場中，竹片的應用其實很廣泛，但是其使用的絕大部分是利用竹板集合成平面，在曲面的應用非常少，由于竹材本身的特性因素，如可塑性高、延展性好、韌性強、縱向纖維強度高、抗拉力也很優良等，但是厚竹片的彎曲難度大，本身的張力也很大，難以定型達到滿意的效果，因此本次設計設想通過將薄竹片通過多層復合的方式進行造型和結構的設計，將竹材的造型線條融入到一個完整的形式之中，形成統一造型語言，不用竹條來做大的曲面或者平面，而是將竹條做成曲線，運用曲線的靈活和扭轉，表現出作品的優雅生動和韻律感。通過竹材料本身的韌性和可塑性，將簡潔的造型結構特征，通過竹條本身的彎曲翻面表現出來，既可以滿足原始的結構功能，又賦予新的形態特征，將竹子本身的材料韌性充分發揮出來，同時也在積極探索新的竹材結構以及新的作用方式[8]。

（二）方案設計

竹材區別于木材純粹的硬直，也不同于藤條柔軟的曲度，其具有二者之間的“剛”和“柔”，將竹材的特性充分發揮于剛柔并合的曲面形態之中，探索其剛性和柔性的結合度，設計方案充分的將造型中的曲面扭轉提煉出來，發揮好竹子的柔性，利用柔性將坐具的整個造型搭建起來，有了整個造型的基礎框架，就可以進行進一步的具體操作，在整個造型中，把竹子的各種造型發揮到了極致（見圖2）。

（三）實物制作

實物模型的制作過程可以分為選材、固定框架的制作、坐具支撐結構的制作、坐具坐面的制作和坐具結構的安裝5個步驟。

1.選材：選用平壓復合竹板材，將其切割后制作成2mm厚度的竹片板材，然后裁切成6cm寬的竹條作為基礎材料。選用的黏膠劑是一種特殊的高固含量的快干型貼木皮膠，玻璃化溫度約42℃，這種膠粘劑相比于萬能膠更加環保、無毒害，且最終強度高，具有更好的耐熱性和耐溶劑性，而相比于普通的白乳膠，它更容易干、生產效率高、布膠量也相對較少、并且可逆轉修復。

2.制作固定框架：由于竹材的韌性很強，在造型制作的時候不能夠將其直接造型，所以要準備一個框架來卡結構點[9]，將其在范圍之內限定住，便于在制作的時候不會因為竹材的回縮導致形變，也有利于進一步的竹條多層復合。選用側面規格3cm×5cm的矩形長木條，經過切割和連接之后建成一個基礎木制框架（見圖3）。

3.制作坐具的支撐結構：在原有的木制框架的基礎上，將各個關鍵的結構點位使用自制的木塊固定件卡位，竹條通過熱風機加熱彎曲定型之后，放入制作好的卡位范圍之內，待竹條冷卻基本成型之后，逐步采用竹條熱彎定型用黏膠復合在第一層的基礎結構上，在復合的過程中，要使用C型壓力夾或者F型壓力夾，起到聚合竹片的作用，在使用蝴蝶夾加以輔助，在固定待干時，使用熱風機的低熱檔位進行烘干，在多層的復合之中，由于竹條是長度有限，最好保持接口的位置岔開，增強其支撐強度，在多層竹條重復以上操作后，基本的主體支撐結構完成。然后在做好的框架上面，將6cm寬、0.2cm厚度的平壓竹板條一層一層通過夾器將其貼合在上面，每當進行一次貼合，就需要進行一次加熱，將竹板條和框架的契合度提高，間隙他們之間的排斥力，增加黏合的成功性。最后需要將靠背的位置的竹條用兩塊3cm厚的木塊墊高，進行熱風加熱，當取下木塊的時候，就會有相應的形態回縮，靠背就形成了（見圖4）。

4.制作坐具的坐面：挑選2mm厚、6mm寬的竹板條，進行加熱定型之后，使用0.5mm厚的竹皮進行多層復合，單一的坐面單元完成，這樣的組合方式，既能夠保證相對強度，而相對柔軟的竹皮在上面，也會使得坐面更加舒適（見圖5）。

5.結構安裝：坐面做好之后，需要將其安裝在主要承重框架上，使用單一的黏合，很可能會導致交合的效果不好，存在受力后突然開膠崩掉的可能性，所以運用榫卯結構的原理，設計了一個卡位槽，卡位槽和承重結構黏合，通過卡槽也和卡條相連，能夠相應減少坐面和承重框架膠合面的綜合拉力，增強座椅的可靠性，最后將最上面一層的竹皮黏合上去，待整體熱風風干之后，將其用木蠟油擦拭三次即可，木蠟油不用太多，每一層上的時候表面看不到明顯的油漬流動，再用手帕將其均勻地暈開，自然風干即可，實物制作就完成了（見圖6）。

結語

竹制家具的發展不斷使加工工藝變得更加多樣和可靠，從原材料的處理到加工制作都有了規范化的操作過程，材料變得更加美觀實用，新的產品結構樣式也在不斷地被設計出來并得到應用。在竹制品行業，需要更多的力量投入其中，改善其產品的品質，提高產品的附加值，讓更多的產品符合現代生活的審美需求，在材料的處理上和整體的加工上都要把控好。本文通過對竹產品的歸納和解析，分析原竹家具存在的挑戰與機會點，探索和改進竹家具的造型結構，并融入現代簡潔的設計風格，運用多層復合定型的基本方法完成竹制坐具的制作，并在竹制坐具的結構上做出了進一步的探索和研究，以期為竹制家具結構設計提供借鑒與參考。

參考文獻

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