1.2專^家具結(jié)構(gòu)的自由度

結(jié)構(gòu)力學(xué)上的自由度指分析結(jié)構(gòu)系統(tǒng)時(shí)，有效結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)上的未知節(jié)點(diǎn)變位數(shù)。自由

致有兩種形式:移動(dòng)的自由藤R旋轉(zhuǎn)的自由度。如圖2所示，在平面中有三個(gè)自由度:面^轉(zhuǎn)，前后及左右兩個(gè)移動(dòng);在立體中，有六個(gè)自由度，分別J為前后、上下及左右三個(gè)移動(dòng)J和口前后、上下及^右滕。從家具節(jié)點(diǎn)分析的角度，將兩個(gè)或兩個(gè)以上的咅財(cái)牛連接在一起有很多種方式,每一種方式又有不同的變化。要使連接能夠起乍用，必須限制六個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度中的一個(gè)或多個(gè)。

根據(jù)自由度的空間限定，傳統(tǒng)家具可分為二維榫卯結(jié)構(gòu)和三維榫卯結(jié)構(gòu)。二隹榫卯是在三維空間中有一個(gè)方向的變形不受約束，位置一般在垂直于卯口的方向，這種缺陷會(huì)直接對(duì)節(jié)點(diǎn)的某個(gè)方向的力學(xué)性麟成影響。如燕尾榫抵抗豎直向上荷載能力較差，直榫抵抗水平拔出荷載能力較差，這種局限條成了權(quán)晴岡丨勝節(jié)點(diǎn)之間隱的靜[4]。在構(gòu)架發(fā)生側(cè)向變形時(shí)，對(duì)于^直卯口的橫棖的水平力,這類柳缺乏抵抗能力,造虛奇子結(jié)構(gòu)中t奇棖與腿連接咅立隼頭的拔出和牙頭、牙子等裝飾性咅牛的脫落。專統(tǒng)家具結(jié)構(gòu)也會(huì)應(yīng)用某個(gè)方向的自由度，克服木材因性能弓I起的變形，比加攢邊打糟裝板結(jié)構(gòu)，中間鑲嵌的面I板平面左右、則后自由虔并1未限^^。

(圖3)形成定向支座，被承擔(dān)的部分不會(huì)g轉(zhuǎn)動(dòng)，但可以沿一個(gè)方向平行滑動(dòng)，提供反力矩和一個(gè)反作用力。三維榫卯是在二維榫卯的基礎(chǔ)上通過(guò)限制各個(gè)單獨(dú)的構(gòu)件在各方向的運(yùn)動(dòng)，個(gè)構(gòu)件成為一個(gè)整體。由于具體加口強(qiáng)的部位及視覺效果的要求不同，具體方式也不同。一般來(lái)說(shuō)，有四種加加強(qiáng)的方式：第一是通過(guò)構(gòu)造手段確保有效約束。傳統(tǒng)家具結(jié)構(gòu)部件之間存在著層級(jí)關(guān)系，這種層級(jí)關(guān)系體現(xiàn)在裝配先后的差異，目的是實(shí)現(xiàn)榫卯結(jié)構(gòu)由二維向三維的轉(zhuǎn)化。例如直榫這類缺乏可靠約束的節(jié)點(diǎn)類型,可利用上部接合構(gòu)件陋力作用剛自由度，使隼頭向上;補(bǔ)口嵌樹搬面賺大，^直方向上?賭鋪，面板背后通常開槽插入兩條呈獅的穿帶，防膽板產(chǎn)生垂直方向上的變形。第二是在同一截面出橫、豎榫頭，通過(guò)與第三構(gòu)件的連接，實(shí)現(xiàn)多向匡定，限制自由度，如□抱肩榫、棕角隼隼、裹腿等。如圖4所示，傳統(tǒng)倚子通過(guò)座面將腿固定，開形成整體，互相雜L第三是在構(gòu)件接合部位受力平面形成角度或者梯形結(jié)構(gòu)，增大抗彎或抗拔強(qiáng)度。比如丁字形接合中的格肩榫，通過(guò)45°斜面增強(qiáng)了抗彎矩能力，虛肩結(jié)構(gòu)又增大了月給爾只，提高了榫頭的抗拔強(qiáng)度。第四是通過(guò)楔、砦等進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。比如楔釘榫，用于弧形彎材的連接，先通過(guò)水平方向組傾個(gè)咅牛，通過(guò)榫頭互相咬合，限制^方向運(yùn)動(dòng)，麵梯開繼頂嫩平方向的運(yùn)動(dòng)。為解決榫頭容易拔出的問(wèn)題，在民間家具中常使用銷栓、砦來(lái)固定。砦常用在直榫內(nèi)，如圖5所示，在榫頭鋸開豁口，然后將破頭砦敲入卯目哩撐開后，榫頭樹雛再退出，這種結(jié)構(gòu)非常堅(jiān)固且不可逆。

3傳統(tǒng)家具結(jié)構(gòu)的層級(jí)性

專^具的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)是不同元素的結(jié)合體，樹胳種概念和防法設(shè)計(jì)的接點(diǎn)，限艮鮮元構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)，可以看作在各種層級(jí)之間的部件的關(guān)系。這種組織系統(tǒng)眞有層級(jí)性:結(jié)構(gòu)的基本元親咅P件，咅_且合連接成為功能性單元，財(cái)幡匡、拼板、梁柱等，單元組裝成 

框架并通過(guò)舖助働件(如D各類牙板、棖)增強(qiáng)期急定性。傳統(tǒng)家具所有的咅P件通過(guò)這種方式定立、織，通過(guò)層級(jí)結(jié)構(gòu)承受各種條牛下的荷載及由濕脹干縮引起的變形。

2傳統(tǒng)家具結(jié)構(gòu)的梁柱結(jié)構(gòu)體系

傳統(tǒng)家具采用豐^式辯勾，_〈了傳統(tǒng)木建筑的梁柱吉雛系。在豐框架剖勾中觀重要的構(gòu)件，承受垂直:于縱向軸力的側(cè)，家具辯勾中經(jīng)常采用的是固端梁和懸臂梁的結(jié)構(gòu)開試[5]，比如書架上存放的書籍是在固端梁勵(lì)D平均載荷，拖動(dòng)桌子腿是將負(fù)^中在懸臂梁，橫梁承擔(dān)荷載后在彎曲力矩作用下容易產(chǎn)生彎曲變開直至斷裂^，因此傳統(tǒng)家具中梁是吉構(gòu)設(shè)i十中考慮的重點(diǎn)。

21梁的I冊(cè)

梁的i設(shè)十需要考慮：兩種荷載。第一種荷載是彎曲應(yīng)力，彎曲應(yīng)力在梁的底部引起橫跨木紋文的裂紋，立®通常在跨獅中間三：分之一處。第二種需要考慮的荷載是剪切應(yīng)力。剪切應(yīng)力的關(guān)鍵點(diǎn)是靠近支撐點(diǎn)的位置。如果荷載7賭正確的施加在支撐柱上，而是落在柱子附近，可fg會(huì)導(dǎo)致梁受剪切應(yīng)力破壞。典型的兩端固定的矩開織麗硬木梁跨^開開的近f似簡(jiǎn)化公式為:D=wL3((24X106)-b-h3f。其中，w為施*P在跨度中間的荷載，L是梁跨度(沒有支撐)部分張度，b是梁的寬度(水平方向），h為梁的高度直方向）。從_公式中可以看出，D與梁^方向上的厚度的立方成反比，因此，相略地說(shuō)，跨度上10%的增加倉(cāng)詢多由10%的梁的垂直高度的增加0所抵消。因此，為提高承載觀面的強(qiáng)度，最好的方•法是勸P垂直方向的尺寸h，而非增加總面積或?qū)挾取?/div>    傳統(tǒng)家具結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能研究.pdf