燕尾榫在现代家具设计中的应用研究

徐伟 陈于书

摘要：本文从国家政策大方向出发，引出现代家具设计中应用燕尾榫结构的可行性，再对现有的关于燕尾榫结构的研究进行阐述和探究，其中包括传统家具中燕尾榫使用、燕尾榫的力学性能以及燕尾榫的创新应用，并对其进行一定的归纳和总结，最后提出燕尾榫未来的研究方向，即新型燕尾榫的创新、新材质燕尾榫的应用与燕尾榫在模块化设计中的应用。

关键词：燕尾榫;榫卯;力学性能;现代家具

中图分类号：TS664 文献标识码：A 文章编号：1004-9436（2021）10-0-02

燕尾榫是传统家具中不可或缺的榫卯连接方式，它结构巧妙、外观精美，大木作房屋或小木作家具中都会使用到这种连接结构，它甚至常常在箱柜抽屉中的明扣或暗扣结构中出现。目前，燕尾榫已经被用于建筑设计、家具设计、儿童玩具设计、装饰等方面。根据燕尾榫的相关研究可以看到政治、学术等多方面的因素都在推动燕尾榫在家具设计中的应用。

近年来，我国领导人多次在重要会议上指出，我国正处于百年未有之大变局，并且逐渐开始形成以国内大循环为主国内国际双循环为辅的新发展格局。2019年引发的《制造业设计能力提升专项行动计划（2019-2022年）》中提出，实现传统优势产业设计升级，在消费品领域支持玩具家电、家具等设计创新。家具行业有与其他行业的相似之处，同时也有完全不同于其他行业的独特属性。这就表明任何盲目模仿或照搬其他行业的做法都是不可取的，也是无法成功的[1]。许柏鸣教授在搜狐焦点家居中提出在经济全球化背景下，中国的家具产业要想登上世界舞台，拥有属于自己的一席之地，就必须兼顾以下四点：一是设计水平达到国际化水准且具有时尚性;二是蕴含独特的东方韵味;三是细节与功能要呈现智能化趋势;四是知名中国品牌的创立。

燕尾榫的相关工艺主要包括三类：一是木材的简单拼接，二是修复或修补裂纹，三是板端连接。基于此，人们开始在前人的基础上对于燕尾榫等榫卯结构展开一系列的学术研究，包括最佳角度、加工方式等，还包括如何将燕尾榫等结构运用与现代家具设计中。许柏鸣教授提出，在现代家具的设计中要继承发展中国的传统文化，将人体工学、现代工程力学、材料科学等学科的知识融会贯通，并与传统家具的设计思想与方法相结合，在现在的家具设计体系的基础上提出传统家具现代化改造的方法。一是品种扩充;二是工业化设计改造;三是提炼明式家具中的有型元素进行现代设计;四是不拘泥于传统家具外在形式并进行创新[2]。但目前相关学术研究关于燕尾榫的诸多设计与应用创新的许多领域仍处于空白状态。因此，如何将传统燕尾榫结构进行优化、如何将燕尾榫结构合理融入现代家具设计、如何开发燕尾榫结构新的表现形式等仍需进一步探索。

1 研究内容综述

1.1 研究内容

本文主要探究燕尾榫在现代家具设计中的应用以及新型家具材料制成燕尾榫的可行性，并对相关的以燕尾榫为主要连接方式的创新设计进行探究。

1.2 榫卯结构传统文化探究

在榫卯结构传统文化的深入探究与文化传承方面，《木趣居：家具中的嘉具》中，伍嘉恩先生特意拆解了部分珍稀的明式家具，并对这些传统家具内部的榫卯结构进行了讲解，还将其拍摄下来供人们观赏和解密[3]。还有一本明式家具的著作《画案·榫卯》，其作者陆林先生专注于明式家具的修缮研究，他将一件样式珍稀的明式画案进行了拆解，揭秘一件画案背后不为大众所知的极其神秘的榫卯结构。

1.3 燕尾榫的力学性能探究

目前，我国相关学者对燕尾榫等榫卯结构的力学性能及一些参数的探究主要集中于古代建筑的连接加固中的燕尾榫形式、传统家具中的燕尾榫连接结构以及现代建筑和现代家具设计中对于榫卯结构的应用几个方面，研究方法大致有理论分析与文献法、试验法、数学模型模拟分析法三种。

燕尾榫等的力学性能探究的理论分析类的文献相对较少，其中大部分是现代家具设计中榫卯结构的抗弯弯矩、抗剪强度参数与榫头处应力等的计算与验证分析，并探究影响因素。它们具有一定的局限性，理论计算分析中的对象往往是简化过的数学模型，研究对象也大多是较为常见的简单的榫卯结构。唐开军对现代家具中几种常用且易受损坏的榫卯连接方式在受载荷下的情况与受力分析进行了研究，并在此基础上建立了量化计算的数学模型，同时还对方材与榫头的厚度取值關系进行了定义[4]。

燕尾榫等榫卯结构涉及的力学性能试验方面的文献相对较多，通过试验验证的数据也更有说服力。燕尾榫结构的接合强度的影响因素很多也很复杂[5]。节点处特性除了与材料密度、自身强度、尺寸、含水率、粘接强度等有关外，还和榫卯节点处的榫头长度、宽度、整体规格等有很大的关系，甚至榫眼的位置与大小都会对其产生一定影响。相关学者通常采用单因素试验法，这样可以在保证其他因素不变的情况下单独研究某一影响因素对燕尾榫结构的接合特性的影响。燕尾榫结构接合强度试验主要包括对极限抗拔力强度、抗弯强度、疲劳强度三者的试验。杨建福对不同参数燕尾榫的连接性能进行了研究以探究达到结构优化的目的，他通过对榫卯节点的参数的设计提升燕尾榫连接的木结构的整体性能[6]。坦纳特通过试验发现，燕尾榫部分尺寸增大，用自攻螺钉、用黏合层以及二者组合加固均能显著提高RDJs的关节刚度[7]。

燕尾榫等榫卯结构的数学模型模拟分析大多是在试验数据的基础下展开的研究，相较于试验法与理论分析法，数学模型分析法有其独特的优点，比如模型参数调整方便、结论迅速且明确、计算精准、可操作性强、效果直观等。关于燕尾榫在家具与建筑应用中的承载能力测试与损坏强度测试，国内外对此也有一些相应的研究。杨娜等采用分式析因设计与有限元模型测试得出了32组不同工况下的燕尾榫节点的极限弯矩承载力与初始转动刚度的样本值[8]。李义柱等使用ABAQUS软件的有限元模型对拔榫节点进行建模分析，得出燕尾榫节点的弯矩与转角关系曲线图和应力分布情况[9]。胡文刚等对有限元模型方法的应用情况进行了总结，基于应用现状表达了对其在板式家具应用的未来发展趋势的展望[10]。陈春超等对燕尾榫连接在木材结构中的弯曲性能进行了全面研究，并且进行了数值模拟根据实验和数值数据，提出了一种简化的力学模型来分析力矩与旋转的关系[11]。从这些研究中可以看到，研究人员主要是在试验的基础上进行数值模拟分析，主要采用的是有限元法。

1.4 燕尾榫等榫卯结构在现代家具设计中的优化

随着现代家具设计的不断发展，传统建筑与家具中的榫卯结构已经无法再满足家具生产的需求，人们开始研究如何将燕尾榫等传统榫卯结构通过结构改良等方法合理地融入现代家具。但总体来说，这一方面的相关研究仍然处于初步探索阶段。王洁提出在传承榫卯结构形式的过程中需要克服其不符合现代家具设计要求的困难，深层次理解榫卯结构的巧妙之处与内涵，并在此基础上对其进行改变与创新，将其与现代家具有机结合。同时，应用新技术、新材料与新生产工艺，遵循现代化家具的审美观念，将传统榫卯结构进行优化、创新与再设计[12]。伍冰等基于俄国构成主义设计理论提出结构为主装饰为辅的设计方法，为榫卯结构与现代家具设计的结合提供了新方向[13]。董华君等对传统银锭榫进行了现代化的改良，并将其用于家具设计之中，完成了“缝纫”箱柜的设计[14]。如今，中国家具产业面临着严峻的挑战，以及技术改革推陈出新、产品需求不断提高、市场竞争日益尖锐的大环境[15]。传统家具正处在濒临淘汰的困境，燕尾榫等榫卯结构作为传统家具中的主要连接方式之一，也面临着这种困境。因此，将新技术、新材料等用于传统榫卯结构中势在必行。

2 研究评述

目前，国内外有关燕尾榫在现代家具设计中的研究不是很多，也并不全面。力学性能方面的文献研究主要集中在燕尾榫不同节点的力学性能研究、各种燕尾榫结构抗拉与抗弯力学性能分析、新型燕尾榫的力学性能探究等方面。关于燕尾榫在现代家具中的创新应用与结构优化的探究主要包括燕尾榫加固方式的探究、燕尾榫为主要连接方式的家具设计方案以及对传统燕尾榫形式与造型进行创新与优化。

综上所述，国内外关于燕尾榫在现代家具设计中的探究还存在很多不完善的地方。第一，缺少对不同材质燕尾榫的各项性能参数探究，包括一些新材料的探究，因为目前现代家具已不再局限于木结构，所以考虑应该更加全面。第二，研究多为物理属性的变量研究，比如密度、含水率、尺寸等，很少涉及一些化学变化的探究，比如木材使用后的腐蚀程度等。第三，现在的研究大多是针对榫卯结构这个大范围进行的，但榫卯结构种类繁多，因此研究缺乏针对性。

3 结语

目前，燕尾榫结构在现代家具设计中的运用较少，但它无疑是一种极为巧妙的连接结构，丰富其应用形式不仅是对优秀传统文化的传承，更是一种现代化的创新。基于此，笔者认为以下几个方面会成为未来研究重点。

第一，新型燕尾榫连接形式的创新与应用。现有的研究大多都是针对传统燕尾榫结构的力学性能与模型进行的探究，很少涉及将燕尾榫基于现代化的思维进行再设计。因此，要想进一步延伸燕尾榫的研究，就要深入剖析传统燕尾榫的连接特点与原理，从结构出发，以传统燕尾榫为基础进行重构与设计，将其以新的形式呈现在现代家具上。但最重要的是对所做出的设计进行验证，对连接节点处进行相应的力学实验分析或者数值模型实证等，以探究它的合理性。

第二，探究新材质燕尾榫的可行性。随着重组竹、木塑复合材料、定向刨花板、天然纤维复合材料、3D弯曲木等新材质逐渐被用于家具行业中，再加上一些3D打印材料的出现，现代家具也逐渐趋于多样化与个性化。因此，燕尾榫的也不应该只局限于传统的木结构中，我们要探究新材质燕尾榫的可行性。

第三，燕尾榫结构在模块化设计中的体现。模块化设计属于绿色设计方法的一个分支，如今它已经从理念转变为能够被用于设计中的方法，而榫卯结构本身体现的就是产品拆装的可逆性，这与现代家具中的模块化设计思维不谋而合。现有的模块化设计考虑的多是简约性，忽略产品的外在表现形式，而燕尾榫作为榫卯结构中颇具代表性的一类，将其用于模块化家具设计中，可以兼顾外在的装饰性和结构的巧妙性。因此，设计师可以对传统燕尾榫结构经典案例进行提炼与创新，将榫卯的巧妙结构与模块化设计的极简风格加以融合并应用。

参考文献：

[1] 许柏鸣.未来中国家具制造业的格局与形态[J].家具与室内装饰，2016（01）：16-19.

[2] 薛坤.传统家具榫卯结构的性能与设计进化研究[D].南京：南京林业大学，2013.

[3] 伍嘉恩.木趣居：家具中的嘉具[J].读书，2017（10）：154.

[4] 唐开军.木家具常用榫结构受力分析与计算[J].中南林学院学报，1999（03）：63-68.

[5] 李素瑕，刘文金.几种连接方式对脱脂马尾松家具结构强度的影响[J].西北林学院学报，2014，29（01）：169-173.

[6] 杨建福.榫卯结构参数对其力学性能的影响研究[D].北京：北京工业大学，2017.

[7] 托马斯·坦纳特.增强型圆燕尾型接头性能的改进[J].建筑材料，2016，118：262-267.

[8] 杨娜，钟凯，秦术杰.基于分式析因设计的燕尾榫节点抗弯性能研究[J].建筑科学与工程学报，2018，35（05）：32-38.

[9] 李义柱，曹双寅.不同拔榫程度的古建筑燕尾榫节点受力性能分析[J].四川建筑科学研究，2017，43（03）：1-4.

[10] 胡文刚，关惠元.板式家具结构设计有限元法研究综述[J].世界林业研究，2020，33（02）：68-71.

[11] 陈春超，邱红星，吕勇.木材燕尾榫卯连接的弯曲性能[J].建筑材料，2016，112：366-377.

[12] 王洁.榫卯结构的创新性研究[J].南京艺术学院学报（美术与设计），2018（05）：165-168.

[13] 伍冰，耿晓杰.基于构成主义思想的榫卯结构创新设计探索[J].家具，2015，36（04）：51-54，61.

[14] 董华君，沈隽.家具榫卯结构的现代化改良设计[J].林产工业，2019，46（01）：53-56.

[15] 吳智慧.家具产业在新型城镇化进程中的地位与机遇[J].家具，2016，37（01）：1-7.

作者简介：徐伟（1997—），男，江苏苏州人，硕士在读，研究方向：家具设计与工程。

陈于书（1972—），女，江苏南京人，博士，教授，研究方向：家具设计与工程。